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ロケット

イプシロン

ロケットの打ち上げを日常的なものに

イプシロンロケットはロケットの打ち上げが日常的になり、宇宙がもっと身近に感じられる時代の実現を目指した固体ロケットです。組立・点検などの運用を効率化することにより、運用コストの低減を実現し、コンパクトな打ち上げシステムを構築しました。2013年9月14日に内之浦宇宙空間観測所から打ち上げられたイプシロンロケット試験機は惑星分光観測衛星「ひさき」を正常に分離し、打ち上げに成功しました。将来の小型衛星の需要の拡大および多様化に対応していくために、イプシロンロケットをさらに進化させる改良開発を行っています。

画像:打ち上げ台のイプシロン


試験機の取り組み

画像:試験機と強化型イプシロンの比較図

イプシロンロケット試験機の開発では、ロケットの打ち上げ管制をできるだけシンプルにすることに取り組みました。打ち上げ時、先代のM-Vでは約80人の技術者が管制室につめていましたが、試験機では管制室に8人と約10分の1にまで低減させています。これは自動点検といった新しい技術に支えられて達成したものです。また、管制のための計算機もこれまでは特注の大きな計算機でしたが、イプシロンでは移動可能なほど計算機を小型化し、管制室のモニタにはパソコンを用いるなど、コンパクトなシステムに切り替えています。このシステムを「モバイル管制」と呼んでいます。
このように試験機の開発ではロケットを打ち上げる仕組みを革新しました。

 

試験機からその先へ

試験機ではH-IIAやM-Vからの技術を継承することで短期間・低コストでロケット機体の開発を行いました。ロケットの打ち上げシステムは機体・設備・運用からなっていますが、試験機では自動点検などを導入し、地上設備のコンパクト化と運用性の革新を果たすことができました。
試験機の打ち上げを成功させた後に、機体性能の最適化を図るために更なる改良開発(強化型開発)に取り組んでいます。

画像:試験機と強化型イプシロンの比較図


イプシロンロケットの改良に向けた取り組み

強化型開発の大きな目的は「打ち上げ能力の向上(試験機に比べて30%向上)」と「搭載可能な衛星サイズの拡大」です。試験機ではフェアリングの中に覆われていた2段モータを大型化してフェアリングの外に出すことによって推進薬量を約1.4倍に増加させることが可能となり、また、フェアリング内部に衛星と3段のみを格納することで、より大きな衛星が搭載できるようになります。さらにロケット構造や電子機器の軽量化を図っています。
主な開発内容は以下の通りです。

1. 2段機体の改良

2段機体の改良開発は大きく分けて「高性能化」と「大型化」です。

高性能化について

M-Vが引退してから10年が経過していますが、その間も固体モータの研究は継続的に行い、技術を進歩させてきました。強化型の開発に当たり、進んだ技術を取り入れ、より効率が高いモータにしています。効率を高める開発は耐熱材と機体構造の大きく2つに分けられます。
まず耐熱材についてですが、固体ロケットでは機体の中で火薬が燃えることになるため、機体構造を傷めないように機体内部に耐熱材を施します。これまで複数の層で構成していたこの耐熱材を単層で構成することができるようになり、軽量化(および製造コストの低減)につながっています。
そして機体構造については、機体には炭素繊維を用いていますが、繊維の積層方向を見直し、自動化を行うことで軽量化(および製造コストの低減)につながっています。

画像:強化型イプシロンロケット2段モータ真空地上燃焼試験の様子

強化型イプシロンロケット2段モータ真空地上燃焼試験の様子
燃焼試験動画

大型化について

試験機の2段機体はM-Vの3段機体を活用したもので、衛星フェアリングの中に収納されていましたが(直径約2.2m)、強化型開発では直径を約2.6mに拡大してフェアリングの外に出すことによって、推進薬量を約1.4倍(約10.7t→約15t)に増加させることが可能となり、打ち上げ能力を向上しています。

画像:試験機と強化型の2段モータサイズの比較

試験機と強化型の2段モータサイズの比較

2. 電子機器の改良

打ち上げ能力向上のために、2段機体と3段機体に搭載される電力シーケンス分配器(PSDB)の小型化・軽量化を行います。ロケットではこれまで機械式リレーを用いていたものを半導体リレーに変えることで、PSDB一基あたりの重量を20kgから12.5kg以下へと約半減することに成功しています。

画像:電子機器

 

3. 構造の改良

構造の改良は大きく分けて「構造の簡素化・軽量化」、「フェアリング全長の最適化」と「衛星衝撃の緩和」です。

構造の簡素化・軽量化について

機器搭載部の構造をこれまで複数の部品から製造していたものを一体構造にしたり、全長の短縮や簡素化させることによって、製造にかかるコストを抑えるとともに軽量化をしています。

フェアリング全長の最適化について

試験機では2段機体から衛星までをフェアリングで覆う必要があったものを、強化型開発では2段機体をフェアリングの外に出すことができるようになったため、それに応じてフェアリングの全長もコストや衛星需要を踏まえて少し短くしています。

衛星衝撃の緩和について

繊細な機器を打ち上げられるように「基幹ロケット高度化プロジェクト」で開発した低衝撃型衛星分離機構をイプシロンに適用するための開発を実施しています。(2号機での搭載はありません)

画像:低衝撃型衛星分離機構


 

さらにその先に

1. 超小型衛星への対応

今後の発展が予想される100kg以下の超小型衛星の打ち上げ需要への対応にも着手しています。まずは主衛星と数基の超小型衛星、そして10cm角の衛星を一緒に打ち上げられるシステムを開発しています。

2. H3ロケットとのシナジー効果

2020年度の試験機打ち上げに向けて開発の進むH3ロケットとの機器の共通化を行うことで、相乗効果(シナジー)を発揮することを目指しています。

画像:H3ロケットとのシナジー効果

ロケット

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画像:宇宙から見た地球を紹介 地球観測研究センター
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