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ロケット

イプシロン

伝統を受け継ぎ、革新を続ける。

イプシロンロケットはこれまで「特別」だった宇宙の敷居を下げ、誰もが積極的に宇宙を使え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し、「世界一コンパクトな打ち上げ」という掛け声のもと、運用・設備・機体の打ち上げシステム全体の改革に取り組みました。 また、振動と音を小さくする工夫に加えて、ロケットから衛星が分離されるときの衝撃を抑える工夫をすることで、世界トップレベルの乗り心地を実現しました。 これまで4機のイプシロンロケットを内之浦宇宙空間観測所から打ち上げましたが、全て成功しています。

画像:トライアングル図
画像:打ち上げ台のイプシロン

試験機の取り組み

イプシロンロケット試験機はH-IIAやM-Vという既存のロケット技術を継承することで短期間・低コストなロケット機体を開発しました。

画像:M-Vとイプシロンの比較図

また、試験機開発では発射管制オペレーションの見直しや、モバイル管制の導入などにより、ロケットを打ち上げる仕組みの中で「運用・設備」の改革を実現しました。

発射管制オペレーションの見直しでは、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。 先代のM-Vでは打ち上げ時に約80人が管制室に詰めて作業をおこなっていましたが、イプシロンでは、オペレータ8人で打ち上げることができるようになりました。 これは自動点検等の新しい技術に支えられて達成したものです。

管制に必要な計算機も、これまでは特注の大きなものを使っていましたが、イプシロンでは移動可能なほど小型化し、コンパクトなシステムに切り替えました。このシステムを「モバイル管制」と呼んでいます。

このように試験機開発ではロケットを打ち上げる仕組みそのものを革新しました。

画像:イプシロン発射場面

画像:管制室

試験機から強化型へ

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に取り組みました。これを強化型開発と言います。

強化型開発の大きな目的は「打ち上げ能力の向上」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(燃料)を約1.4倍に増加させることが可能となりました。 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。 更にロケット構造や電子機器の軽量化を図っています。

画像:試験機と強化型の比較

2段機体の改良

高性能化

M-Vの引退後も固体ロケットモータの研究を継続的に行い、技術を進歩させてきました。強化型の開発では、より効率の良いモータにするべく、耐熱材と機体構造の改良に取り組みました。

固体ロケットは機体の中で火薬が燃えることになるため、機体を傷めないよう内部に耐熱材を施しています。 これまで複数の層だった、この耐熱材を単層にしました。また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ました。 これらの改良により機体の軽量化及び製造コストの低減につながりました。

画像:試験機と強化型の比較

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

大型化

試験機の2段機体はM-Vの3段機体を活用したもので、直径約2.2m、衛星フェアリングの中に収納されていました。

強化型開発では直径を約2.6mに拡大し、フェアリングの外に出すことによって、2段に搭載できる推進薬(燃料)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ました。これにより、打ち上げ能力が向上しました。

画像:試験機と強化型の2段の比較

試験機と強化型の2段の比較

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ました。

画像:電子機器の改良

構造の改良

構造の簡素化・軽量化

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

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衛星需要を踏まえて少し短くしています。

衛星が受ける衝撃の緩和

ロケットから衛星を分離する際、これまでは固定しているバンドのボルトを爆薬で瞬時に切断する方法が取られていたため、非常に大きな衝撃が発生していました。 3号機から「低衝撃型衛星分離機構」を採用し、爆薬を使わず機械的にバンドの結合を外すことで、エネルギーをゆっくり開放し、衛星が放出される際の衝撃を小さく抑えます。

画像:衛星が受ける衝撃の緩和
画像:衛星が受ける衝撃の緩和
画像:低衝撃型衛星分離機構の分離試験

低衝撃型衛星分離機構の分離試験

液体推進系の改良

3号機では3段モータの上に小型の液体推進システム(PBS:Post-Boost-Stage)を搭載しました。 固体ロケットでは難しい精度の高い軌道投入もPBSを付与することで繊細な制御が可能となり、軌道投入精度を高めることができます。 PBSは、H-IIAロケットにも使われている技術を最大限活用しており、高い信頼性を持っています。 試験機にも同様の機能が搭載されていましたが、強化型開発におけるPBSではよりシンプルなシステムにすることで信頼性を更に向上させています。 3号機ではイプシロンとしては初の太陽同期準回帰軌道への衛星投入を達成しました。

画像:液体推進系の改良

強化型開発のその先へ

2号機、3号機で強化型開発で確立した技術に加えて、4号機においては複数の衛星を同時に打ち上げ、衛星毎に正確に軌道投入する技術を確立しました これら技術により、世界的に需要の拡大が見込まれる小型衛星/超小型衛星/キューブサットの打上げ市場でイプシロンロケットの国際競争力を発揮することを目指しています。 また、現在取り組んでいるH3ロケットとのシナジー効果を発揮して国際競争力を更に強化する開発においてもこれら技術を効果的に活かしていく予定です。

複数衛星搭載システム

4号機では、7基の衛星から構成される「革新的衛星技術実証1号機(※)」を打ち上げるため、新たに複数衛星搭載構造(ESMS)やキューブサット放出装置(E-SSOD)を開発しました。 それぞれの開発品を紹介します。

※「革新的衛星技術実証1号機」は、JAXAがベンチャー企業の力を利用して開発する「小型実証衛星1号機(RAPIS-1)」(7つの実証テーマを搭載)と6基の超小型衛星とキューブサットの計7機の衛星で構成されており、 「革新的衛星技術実証プログラム」として宇宙実証の機会を提供するプログラムの最初の機会です。

複数衛星搭載構造(ESMS)

複数衛星搭載構造はPBSの上に取り付けられ、200kg級の衛星1機が最上部に、60kg級の超小型衛星3機が中ほどに120度ずつ配置するような形態で搭載されます。 下部には2つのキューブサット放出機構が取り付けられ、その中にキューブサットが搭載されます。 軌道に衛星を放出する際は、ロケットの軌道と姿勢を変えて、放出後の衛星にロケットがぶつからないように順番に分離します。

画複数衛星搭載システム
複数衛星搭載構造(ESMS)

断熱材を貼り付けた状態

キューブサット放出装置(E-SSOD)

国際宇宙ステーションで利用実績のある放出機構「J-SSOD」をもとに、1Uタイプキューブサットを最大3機搭載可能な機構として開発し、複数衛星搭載構造の下部に2式取り付けられます。 ロケットからの信号により衛星ロックドアを開放し、キューブサットを放出します。

キューブサット放出装置(E-SSOD)図
衛星ロックドア

衛星ロックドア

断熱材を貼り付け状態
断熱材を貼り付け状態2
イプシロンロケット衛星取付横転台

複数衛星搭載構造を設置している黄色い装置は「イプシロンロケット衛星取付横転台」と言い、 複数衛星搭載構造に超小型衛星等を取り付ける際に使用するために、4号機で新たに開発しました。

この装置は横方向に90度自由な角度で傾けられるだけではなく、複数衛星搭載構造を直接設置している台も360度回転させることが出来ます。 このように地上設備もミッションにあわせて整備しています。

イプシロンロケット衛星取付横転台

H3とのシナジー効果

現在、イプシロンロケットは、2020年度に試験機打ち上げを目指すH3ロケットと、開発から製造、運用までの一連のフェーズにおいて、機体や地上システム、 製造設備等の様々な基盤技術を相互に活用してシナジー効果を発揮し、小型衛星打上げ市場における国際競争力を強化する開発に着手しています。

画複数衛星搭載システム

ロケット

本文ここまで。
画像:人工衛星の情報を掲載 サテライトナビゲーター
画像:宇宙から見た地球を紹介 地球観測研究センター
画像:衛星利用の情報を発信 衛星利用推進サイト
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