大気球を利用した展開型柔構造エアロシェルの実証試験

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1 大気球を利用した展開型柔構造エアロシェルの実証試験
山田和彦、廣谷智成、安部隆士（ISAS/JAXA）、秋田大輔、佐藤英司、石田智樹、古川宗孝（東大院） 鈴木宏二郎（東大新領域）、堤裕樹、若月一彦（東海大学）、鳴海智博、桜井晃（九州大学） 松坂幸彦、山上隆正、斎藤芳隆、井筒直樹、福家英之、並木道義、瀬尾基治、鳥海道彦、飯嶋一征（ISAS/JAXA) BACKGROUND フレア型柔構造エアロシェル シンプルかつ安全なカプセル型の大気突入、回収システムの開発 従来型システム 提案するシステム アブレータや高温材料で1500℃以上にもなる高温環境に 耐える 大気突入前に大面積のエアロシェルを展開し、空力加熱を避ける 打ち上げ時はエアロシェルをカプセルの背後にコンパクトに収納 低弾道係数を利して、 そのまま緩降下＆軟着陸 　　　（＋海上浮揚） パラシュートを展開し、減速して軟着陸 APPLLO の時代から採用されている MUSES-C, USERS などでも実用 高温環境にさらされない　　→安全 大気圏突入前に展開完了 →信頼性上昇 突入前に展開 収納状態 再突入状態（展開状態） Preliminary Study & Preparation for Flight Test (since 2000) 風洞試験 数値解析 飛行試験にむけた準備 CFD（数値流体力学）, 多粒子系膜モデルなどを用いて、柔構造体の高速流中での挙動や空力特性を解析する手法を確立 展開機構の開発 地上展開実証試験 フライト機体の製作 スケールモデルを用いて、フレア型柔構造機体の空力安定と空力性能を風洞実験（超音速～低速）により計測 マッハ数1.3～0.3（左上→右下）における柔構造機体周りの流れのシュリーレン可視化写真 CFDと多粒子系膜モデルによる 柔構造体周りの流れ解析の例 多粒子系膜モデルを用いた フレア型膜面の形状解析の例 カプセル部の環境試験の様子 フライト試験に先立って行ったエアロシェルの地上展開試験 Flight Performance Demonstration (carried out in 2004) 実験成果 実験目的 マッハ数 vs 抵抗係数 画像による機体の安定飛行を確認 加速度データなどにより事前に予測したとおりの減速性能を発揮したことを確認 実機サイズの展開型柔構造機体の開発、製作、展開実証 柔構造機体の自由飛行環境下における安定飛行の実証 遷音速～低速領域での柔構造機体の変形と飛行特性の把握 フライトデータ 三陸大気球観測所にて放球直前の機体の様子（右）、フライト機体外観（下） 風洞試験 気球側から撮影した切離し直後の機体（左） 飛行中の機体から撮影した柔構造エアロシェルの様子（中） フライトデータから得た抵抗係数とマッハ数の関係と風洞試験結果の比較（右） Deployment Performance and Recovery demonstration (planned in 2006) 2004年の試験成果を踏まえて、改良型柔構造エアロシェルを開発し、2006年度の気球実験にて、その飛行実証試験を予定している。 技術的挑戦 柔構造エアロシェルに、空力加熱低減効果に加え、十分な緩降下、軟着陸、海上での浮揚の能力をもたせ、大気突入回収システムの簡素化、信頼性向上を目指す。 フレア型柔構造エアロシェルのフレームとして、2004年度の機体で採用した展開型剛体枠に加え、インフレータブル構造を組み合わせたハイブリッド型の外枠の開発。（着水後はインフレータブル部がフロートとして機能する） 実験目的 柔構造エアロシェルの高真空、無重量環境での展開実証 緩降下、軟着陸に十分な大きさの柔構造エアロシェルの開発と飛行実証 実験機体の確実な回収 2006年度の気球実験シークエンス案