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宇宙チャンネル (Uchu Channel)

宇宙チャンネル (Uchu Channel)を通して現役ロケット開発者がわたし自身が語る、ロケット開発の生の声、宇宙や星に関するいろんな情報を発信しています。 そして、この発信からいろんな人に宇宙に興味をもってもらいたい、日本の自然科学・宇宙産業をもっと活発にしたいと思っています。

宇宙業界への就職マニュアル その③

 
唐突ですが、ドラマ”下町ロケット”のバルブシステムでは何がキモだったでしょうか。
バルブシステムそのものも重要ですが、
重帝国重工に真似できない、佃製作所の”高い製造技術”でしたね。
 
この場合の製造技術は簡単に言うと
”何ミクロンという極限に近い精度でものをつくる”ことです。
 
そこでベースになってくるのが機械工学です。
 
機械工学と言っても幅は広いです。
 
主な項目だと
 ・熱力学
   熱が力学的な仕事を行う。
   分野になります。
   ロケットの場合、ロケットの燃焼にかかわる部分で必要です。
 
    下町ロケットですと、バルブシステムによってロケットの燃料
   (液体水素・液体酸素)を制御しますが、燃料(液体水素・液体酸素)を
    圧縮して燃やすことにより、高温高圧のガスを作り出し、それが一気に
    噴出すことによって、ロケットの推進力となる。
       ”熱がロケットを動かす力”となるのです。
jaxaさんより引用)

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 ・機械力学
   ”機械を動作をさせてものを動かす”
    分野になります。
   簡単な例でいうと、”自転車を動かす仕組みは人がペダルを動かす車輪が回り
   自転車動き出します。ペダルの回転をチェーンや歯車などで
   自転車のタイヤの回転に変換していますね。
 
    ロケットですと、ガスが一気に吹き出る部分:ノズルはロケットの姿勢を
   制御するのにいろんな角度に傾ける必要があるため、”アクチュエーター”と
   呼ばれる押し引きをする機械的に動くもので引っ張って傾けます。
   そのアクチュエーターは油圧や電動で動きますが、その動く仕組み
   先ほどの自転車の例と同じように
   様々な機械の組み合わせでロケットを動かす
   ことになります。
 
(アクチュエーター 宇宙博より引用)

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    物体が空気の流れや水の流れを受けた時に、
   どれくらいの力がどのようにかかるのか、
    力の流れのメカニズムを解明する
     分野になります。
  
     ロケットでいう流体は気体(空気や高圧ガス)になりますね。
   ロケットでの例ですと、ロケットの表面には機能上必要な突起物が出ています。
  (例えば、配線をしている部分のカバーなど)ロケットが超高速で進むときに、
  こう言った突起物がロケットをローリング(回転)させ、姿勢を制御できなくなる         原因になるので、あらかじめローリングしないように考えなければなりません。
  そのときに、超高速での空気の流れが突起物によってどうなるのかを知り、
  対策を打つ必要があります。
  ”ロケットを軌道通りに正確に飛ばす”
  ために必要となります。
 
(横浜国大さんより引用)
    

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 ・材料力学
   機械や構造物に負荷が加わったときの変形
   そして破壊の原理を研究する
    分野になります。
   ロケットに限らず、世の中のあらゆるものは
   ”どのくらいの力がかかったら変形または破壊するか”
   ということをあらかじめ知っておかないといけません。
   ロケットの代表的な例では、飛んでいる時は超高速で飛んでいますので、
   空気抵抗を受けますね。その時に紙や木でできている部分があったら一瞬で
   壊れてしまいますなので、その時にかかる力以上に強い強度の材料を
   選定しなければなりません。
 
ウィキペディアさんより引用)

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  話は下町ロケットに戻りますが、高性能のバルブシステムを作るには
  まず、その設計ができなければなりません。
  設計をするには、その材料の性質を知っていなければなりません。
 
しかし、ただ材料の性質を知っているだけでは、機械や人が出来うる超高精度の寸法を達成することはできません。
 
知った上で、どの加工方法・条件が最適かを多くの試作によって導き出すのです。
下町ロケットではそこが佃製作所しかでか出来ない”ノウハウんですね。
 
加工方法なども機械工学では一通り学びます。機械工学でいうと生産工学”という
ところで加工方法などを学ぶのかと思います。
 
(新価値想像展より引用)

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宇宙業界への就職マニュアル
第1回 化学、第2回 電気工学とお伝えしてきましたが、
 
機械工学はロケットを作るために全般に役立つものだと思います。
そこから、流体や熱や金属材料などのスペシャリストに成る選択肢も広がります。
 
まず、ロケットを作るためにどんな分野を学べば良いんだろうと
悩んだ時は、”機械工学”という道を進んでおけば、間違いはないかと
宇宙チャンネルは思います。

どうして宇宙に人がいるの?

もし、あなたにお子さんがいた時に、”どうして宇宙に人がいるの?”というストレートな
質問をされたことはありませんか。
 
先日、新幹線に乗っていた時、近くにいた4歳くらいの男の子がママにこんな質問をしていました。
ママはうまく答えられなかったようでした。
 
子供は思ったことを素直に投げかけるので、”そういえば・・・”という質問を
しますよね。
 
そんな時の答えはなんでしょう?
 
いろんな答えがあるかもしれません。
 
まず、真っ正直に考えると”人がいる宇宙ステーションとは?”と
いうことを知ることですね。
 
大きくは
(一つめの目的)
無重力空間での様々な実験や観測するため
  無重力の空間ではものを作っている原子が自由に動くので
  地球では作ることができなかった分子構造(原子のかたまり)ができることによって
 人にすごく役に立つ材料とかが作られるかもしれないのです。
 
 例えば、車のボディは主に金属(鉄)でできていますが、今までにないような
 鉄くらい強くてプラスチックのように軽い材料ができたら、車の燃費が1リットルで
 50kmぐらい走れるようになっちゃうようなことが起きるかもしれません
 
(二つめの目的)
宇宙が人間や生き物の体にどういった影響を与えるか。
  何百年後かの近い将来、人は海外旅行に行くように宇宙に行ってるようになると思います。
 ”火星で宝石発掘ツアー”とかあるかもしれません。いきなり宇宙に行く前に今は事前準備を
  宇宙ステーションでおこっている感じですね。
 みなさんも知っているように、無重力だと体に負荷がかからないので、筋肉や骨が弱くなってしまうなどもあるので、そういったことをどうやって解決していくかを日々調べたりしているのですね。
 
今までのは”真面目な答えですが”
お子さんに聞かれた時、こんな答えだったらどうでしょう。
 
宇宙人に見つけてもらうためだよ。
地球の中にいたら見つけらないかもしれないから、目立つようにしているんだ”
 
"人間は新しいことやものが好きなんだとよ。だから知らない宇宙に行くんだ。
人間が猿から人になったのはそういう風に新しいことやものが好きな猿が考えて火を起こす方法を考えたりして、人間になったんだよ”
 
お子さんが”宇宙が好き”になるような答えをだしてあげると、好奇心を持って宇宙や科学を
学んでくれるようになるのではと思います。
 
JAXAさんより引用)
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ロケットの作り方 その2

ロケットの作り方の前にそもそもロケットはどういったパーツでできているかを
説明しないとですね。
 
ロケットは大きく
 
①衛星格納部:ノーズフェアリング
②タンク部またはモータ部
③エンジン部又はノズル部
④継手部3
 
(JAXAさんより引用)

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で構成されています。
1段式だと②〜④は一つづつですが、
2段、3段式となるとそれぞれ②〜④のパーツが増えていきます。
 
接ぎ手部は金属の筒っぽなので、中に空間があります。
なので、ロケットの姿勢を制御したり、電源(電池)などの
電機的な機器を積んでいます。
 
前回はノーズフェアリング部でも衛星を積んでいないロケットの先端部:ノーズコーンと
呼ばれるものの作り方でしたね。
 

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今回は衛星を積んだロケットの場合の”ノーズフェアリングの作り方を
宇宙チャンネルも作った経験談をもとに書いていきたいと思います
 
 
ロケット全体がそうですが、ノーズフェアリングもなるべく軽く、でもG(加速度)などに耐えうる強さを持ったものでなければなりません。
 
そこで材料としては前回でたFRP(繊維強化プラスチック)またはアルミが使われます。
また、形状は衛星を宇宙空間に放出するのが使命なので、2分割形状になっています。
そして、ロケットの先端部には空力加熱がかかるので、熱に耐えなくてはいけませんので、
何かしらの耐熱対策をしています。
 

 

空力加熱をもう一度お話ししておきます。
 
空気が圧縮されると、狭い範囲で多くの空気が密集するので、空気の分子の運動が活発になり、
運動が活発になるということで熱を持つようになります。温度が上がるということですね。

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ロケットは秒速:何キロというすごいスピードで宇宙へ向かっているので、先端には空気の溜まり場のような場所ができます。その空気はそのスピードにより、圧縮された空気なんですね。
 
 
 
そんな色々な条件があるノーズフェアリングはどう作られているか

 

ノーズフェアリングの形をした大きな型にFRPのシート
中身にはアルミの蜂の巣構造(ハニカム構造と言います)をしたもの、段ボールの中身で
も時々あるようなこんな形状のものを敷き詰めていきます。
最後に内側となる部分には再びFRPのシートを敷き詰めていきます。
 
そして、FRPハニカムは接着でくっつけます。
 

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一連の流れの中でやはりまんべんなく接着が重要なポイントですね。
ちゃんと接着されていない部分があるとそこから剥離が進んでしまいますから。
セロテープも全面ビッタリくっついていると剥がしにくいですけど、一箇所でも
剥がれている部分があると簡単に剥がれしまうので一緒ですね。
 
他のものとの接合面は接着面に気をつかわなくてはならないので、手で仕上げています。
”加減”がわかるのはやはり人の感覚なのです。ここは今の機械ではできないところだと思います。
人工知能が発展し、”人の加減”もできるようになったら別ですが。
 
そして、最後は耐熱の処理です。
FRPは熱には強いのですが、打ち上げ時には先ほどお話しした空力加熱により強い熱が発生します。
なので、さらなる耐熱の対策が必要なのです。
 
耐熱には断熱性の発泡剤を吹き付けるか、耐熱用のコルクを接着する方法がとられます。
宇宙チャンネルはコルクを接着する方法しか経験がありませんが。
 
接着剤はあらかじめコルクに塗っておいて半乾き状態で接着します
そもそも接着剤は塗りやすくするために、ぬるぬるしていますが、塗ってからすぐですと
ぬるぬるしているからうごいていしまいますよね。なので、ある程度表面が膜ができたように
触っても接着剤がつかない程度にしてから、接着します。
靴を修理するような黒いゴムの接着剤などもそうですね。
 
こちらもやはりポイントは満遍なく均一に接着剤を塗ることが大切ですね。
((レイヴン・フォトさんより引用)

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こんな結構長い道のりを経て、ノーズフェアリングが出来上がります。
 
機械化できるところは積極的に進めて、コストを安くしていかないといけないですが、
きもの部分はやはり”人の技術”で抑えないといけない。
 
一見、最先端のようなロケット作りでもそんな職人技のようなところは数多くあるところが
また面白いところですね。

 

オリオン座と”ウルトラマン”の故郷が近い事実?

冬の星座といえばオリオン座ですね!
冬は空気中の水分が少ないので、気流の乱れが少なく、きれいに星が見えます。
 
オリオン座のすぐ近くにはM78星雲があります。
そうです、ウルトラマンの故郷です。といっても、ウルトラマンのM78は架空の設定なので
たまたまM78星雲ですが別といえば、そのとおりです。
(調べるとウルトラマンの設定時にM87とM78をまちがえてしまったのだとか)
 
実在のM78星雲は地球から1600光年、光の速度でいっても1600年かかる距離です。
ちなみに光の速度は秒速30万キロ、1秒で地球を7周できる速さです。
想像がつきませんね、そんなスピードで行けたら、海外の世界遺産めぐりは
東武ワールドスクエアでミニチュアの世界遺産をみるような感じでみれてしまいますね。
 
私たちが住む”銀河系”には2000~4000億個の星があるといわれています。
そして、銀河の数1000億個以上あると考えられいます。
ちなみによくきくアンドロメダ銀河”(宇宙戦艦”ヤマト”出てくるアンドロメダですね)は
銀河系の隣の銀河です。
想像がつかないような星の数なので、めぐりあわないですがきっとこの宇宙に
ウルトラマンのような宇宙人がいるのだと思います。

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超小型ロケット打ち上げ失敗の”本当の原因”はなんですか>

今週の月曜日、JAXAより1月の超小型ロケット打ち上げ失敗の原因について発表がありました。
 
完全な特定はできていなですが、ロケットの打ち上げ時にかかる振動により、
機器に電源を伝えたりするケーブルの被膜がやぶれ、電線がむき出しになり
金属面と直接接触したことでショートしてしまったという可能性が高いとのことでした。
 
そして、空気抵抗をなるべく抑えるためにカバーがケーブルを強目に抑えるような形状になっていたことや軽量化のために通常より細い電線にしていたことも被覆やぶれやすくなっている複合的な要因というのも書いてあります。
それは、少しでも性能を良くしようとした結果なのですけどね。
 
すこし小難しいことを書いてしまいましたが、本当の原因はなんだったのでしょう?
と考えてみました。
 
一言でいうと
  まず軽量化して何とか飛ばすことが大きな目的となり
  ”全体を俯瞰してみること”
がちょっとかけていたのかなと思っています。
 
他のロケットなどですと、接触する金属部分には樹脂製の”枠”のようなものを接着して擦れないようにすることが多いです。それぐらいでしたら、重くなるほどのものでもないので、気にすることもないと思います。
 
”ふっと”したした瞬間にそんな視点(全体像)でみれたら気付いたのかもしれませんね。
バック・トゥ・ザ・フューチャーでドク(博士)がトイレで頭を打ったとき次元転移装置を
ひらめいたように。
 
 
そうはいっても開発している人たちはそれに必死なのでなかなか俯瞰してみれないと思います。
そういう時は、”第3者による確認”がやっぱり必要なんだと。
 
違った視点で知識がある人がみることで、問題点が浮き彫りになってきたりしますからね。
 
リベンジがあるなら、”多くの目”でロケットをみることによって成功へみちびけるのだと
宇宙チャンネルは考えます。
 
(JAXAさんより引用)

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2年前に宇宙に飛んだ”はやぶさ2”はいまどのあたりにいるの?

約2年前の2014年にH2Aロケットによって打ち上げられた”はやぶさ”。

宇宙チャンネルも目の当たりにしたはやぶさ2について、ふと”どの辺にいるの”とおもい
調べてみました。
 
現在は地球から1.58億キロ、すでに地球と太陽との距離、約1.5億キロを超えています。
地球と月が38万キロ、赤道1周が約4万キロなので、赤道1周の3950倍の距離にあります。
といっても想像つかないですね。日本から出たはやぶさ太陽よりも遠い場所
あるということです。
 
今回のはやぶさ2では遠隔操作で小惑星に穴をあける”インパクター”というものが採用されています。はやぶさ2からインパクターを目標位置に切り離し、はやぶさ2本体が惑星の裏側にまわった時に小惑星に衝突させ、より深い穴を掘る機能が採用されています。この機能、火薬で作動するので、宇宙チャンネルも2年前にたずさわりました。新しい火薬だったので、種子島の打ち上げ場まで運ぶのに国(運輸局)に相談しにいったんですね。火薬なのでやはり法律にのっとっていろいろ規制があるのです。
 
また、改めて”はやぶさ2のミッション”を確認してみました。
やっていた当時はあまり感じなかったですが、”地球規模のミッション”なのです。
帰ってきたら間違えなくNHKスペシャルディスカバリーチャンネル
1時間番組が作れるとおもいます。
 
それは”地球や人類誕生のなぞを探すミッション”なのです。
今回目指す小惑星は太陽系が生まれたころ(約46億年前)の水や有機物が残されていると
言われています。水はどこからきたのか?そして水がないと生きていけない人間を含め
生きているものを構成している有機物はどうやってできたのか?そんな疑問を解くことが
できるかもしれないミッションなんです。
 
そして、その小惑星”Ryugu(リュウグウ)”と命名されています。国際天文学連合IAU)で審査→認められた国際的にも正式な名称です。
由来はその名がしめすように浦島太郎が竜宮城から玉手箱を持って帰ってきたようにはやぶさ2が Ryugu(リュウグウ)から地球や生命誕生のなぞを解き明かす宝物を持って帰ってくるように思いが込められた小惑星の名前なんです。
わずか直径700メートルの小惑星ですが、そこから”なぞ”が解き明かされたら
めちゃめちゃロマンがありますね。

 

そういう意味をかみしめながらやっていく仕事なんだなと改めておもう宇宙チャンネル。
その時は火薬を運ぶための資料作りに必死になっていました。打ち上げ場まで運べないと打ち上げができなくなってしまいますから。ただ、正しく安全に輸送できることを説明し、そういうミッションへの思い・意義を伝えれば、いい方向に向かう。もちろん国もわかってくれて、運ぶことができるようになったことを思い出しました。2018年にRyuguにたどり着き、ミッションを成功させ、2020年に地球に日本に帰ってくることを楽しみに待っています!
 
JAXAさまより引用)
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日本にはなぜ夏と冬があるの?(娘の質問コーナー)

ブログ

寒い日に幼稚園の娘が、ふとこんな質問↑をしました。

”地球が太陽に対して、傾いているからだよ。夏は太陽に近くなり、冬は太陽から遠くなるから
 暑かったり寒かったりするんだよ”と答えようと思ったのですが、実はその答えは間違っていました。

ちなみに地球の軸は23.4度傾いています。

この傾きがあるため、夏は太陽の光がたくさん当たります。冬は逆の傾きとなるため、太陽の光が少なくなります。図で説明した方たわかりやすいのでこんな感じです。太陽と地球の距離は関係ないんですね。

風が強い日に真正面から風を受けるのと、斜め上から風を受けるのでは、
真正面から受けるの風の方が強いのと同じです。

その時に娘に
じゃーどのくらい遠いの
という距離の質問あったので

宇宙チャンネルも太陽と日本の距離まではわからなかったので調べてみました。

春分が1億4895万km
夏至が1億5199万km
秋分が1億5020万km
冬至が1億4720万km

地球が太陽を回る軌道(公転)は少し楕円なので、冬の方が
太陽からの距離は近いです。やはり、距離が関係ないことがわかりますね。

そして、日が一番長い日と短い日も地球の傾きに影響しているんです。
夏は図のように傾いているので、太陽の光があたり続ける時間が長いです。
一方、冬は短くなります。

赤道付近はいつも暑いですね。それはやはり今まで述べた太陽の光の受け方が関係していて、地球が傾いていても赤道付近はまっすぐに太陽の光があたりやすいので、いつも暑いんです。

 
 
そもそも地球はなぜ23.4度傾いているか?

これは実際のところ、いろいろな説がありますが、わからないそうです。
地球は宇宙のチリやガスが集まって作られました。その時には回転しながら集まったのですが、最後に大きいチリやガスが来て、そのために傾いたのではという説もあります。

今は地球誕生46億年の一瞬ですから、いつか巨大な隕石が衝突し、地球の傾きや回転がかわるということが起こるのだと思います。
いつかは何千万、何億か相当先のお話だとは思いますが( ^ω^ )