大塚実の取材日記

あかつき・記事の補足

2010年12月19日 Leave a comment

金星探査機「あかつき」に関して、JAXAで記者会見があったので取材してきた。記事はすでに書いてマイコミジャーナルに掲載されている。

今回、JAXAからは宇宙開発委員会の調査部会に提出する資料として、かなり詳しい情報が出てきた。いろいろと興味深いことが書いてあるので、ぜひ目を通してもらえればと思う。JAXAの以下のページからダウンロードできる。

本当は記事でもこの内容を詳しく紹介したかったのだが、今回の一連の「あかつき」記事では、私は「初心者にも分かりやすく、かつ詳しく」を特に心がけていたので、ちょっと範囲を超えているかと思って、深くは触れなかった。今までは、ある程度分かっている人向けに書いていたところがあって、基本的な説明などはかなり端折っていたのだけれど、はやぶさのおかげもあって、最近になって興味を持ってくれた人も多いようなので。

というわけで、記事には書かなかったことなどを、資料をもとに、ここで補足しておきたい。

各機器の配置。燃料と酸化剤を加圧するための高圧ヘリウムのタンクは、探査機の-X面に飛び出ている。XYZ軸で説明すると分かりにくいかもしれないが、「X軸周りに回転」などと言ったときには、どれがX軸か分かっていないと回転がイメージできない。

ちなみに、+Z面にハイゲインアンテナ、±Y面に太陽電池パドルがあるのは「はやぶさ」と同じだが、OMEはイオンエンジンと違って-Z面にある。イオンエンジンは「はやぶさ」の+X面だった。

前回、石井氏の手書きの図が公開されていたが、今回はきちんとした図が出てきた。

OMEは2液式スラスタなので、燃料と酸化剤のタンクが別々にある。それらをエンジンに供給するために、高圧ヘリウムで押し出す仕組みになっており、それが図の一番上にあるタンクだ。

ヘリウムタンクからの経路には、フィルターやらバルブやらが付いている。エンジンを噴射して燃料や酸化剤が減ってきても、このバルブを開閉して調整することで、推進剤のタンクの圧力はそれぞれ一定に保たれるようになっている。

一部でバルブがパラレルについているのは、故障のための冗長構成だ。壊れて開かなくなっても、もう一方が動作すれば問題ない。加えて、シリアルにもう1つバルブが付いているが、こちらでは壊れて閉じなくなった場合に対応している。開故障と閉故障の両方に備えて、シリアルとパラレルの冗長を組み合わせるのは一般的な方法である。

ちなみに、良く見ると燃料タンクだけ円が2重になっているが、これは実際にこんな感じに、燃料がタンクの内側のゴム風船のような入れ物に入っているからだ。宇宙空間では重力がないため、燃料が下にたまっていてくれない。それではタンクの中でチャプンチャプンと動いてしまってよろしくないので、このような方法が使われている。

一方、酸化剤タンクがこうなっていないのは、高分子膜が酸化剤で腐食してしまうからだ。そのため実際の運用では、2液式スラスタを噴射する前に、1液式スラスタを噴射して酸化剤を出口側に寄せるようなことをやっている(これをセトリングと呼ぶ)。ちなみに「はやぶさ」はスラスタが全て2液式だったためにこれができず、そのため酸化剤のタンクはちょっと変わったものになっている。

高圧ヘリウムが燃料側/酸化剤側に分岐してから、酸化剤タンク側にのみラッチングバルブが付いているのは、こういった構造の違いがあるために、特に酸化剤側では逆流の恐れが大きいからだ。燃料側は膜で分離されているので、シンプルな逆止弁が付いているだけだ。

今回、「あかつき」ではOME噴射中に燃料タンクの圧力低下が見られており、その原因の1つとして、この逆止弁の閉塞が疑われている。これは火星探査機「のぞみ」と同じもの(アメリカ製)が搭載されているが、「のぞみ」で不具合が出たのは酸化剤側のラッチングバルブであり、この逆止弁は問題なく動いていた。実績のある標準品でもあり、本当にこれが壊れたのかどうか、今のところは謎だ。あくまでも可能性の1つということだ。

OME噴射中には、リアクションホイールではなく、RCSによる姿勢制御が行われていた。「あかつき」のRCSとしては、23Nスラスタが8台(AT1～4/AB1～4)、3Nスラスタが4台(T1～4)搭載されており、OME噴射中には、このうち側面の4台(T1～4)と底面の4台(AB1～4)の計8台が使われることになっていたようだ。

右下の絵はOMEの構造。「あかつき」のOMEは従来のニオブ系合金ではなく、セラミック製のスラスタが採用されているが、それは燃焼室・スロート・ノズルスカートの部分である。今回のFTAではスロート・ノズル部分の破損も可能性としてあげられているが、直接的に観測する手法がないため、現時点では先ほどの逆止弁と同様に、可能性の1つに留まっている。

ちなみに、もし本当にセラミックスラスタが壊れていて、OMEの再使用が不可能であった場合には、RCSで代用はできるのだろうか。OMEの推力は500N。RCSの推力はそれよりも1桁小さいが、OMEと同じ面に23Nが4台付いており、合計の推力としては5分の1近い。より長時間噴射することで対応できないか…と思うのだが、実際にはOMEよりも効率が悪いために、燃料が足りなくなる恐れが強いようだ。一般的に、2液式に比べると、1液式のスラスタは効率が数割ほど悪い。早い時期に噴射が中断されたとは言え、燃料はすでに2割ほど消費されており、残量にそれほどの余裕はない。

そのときに使える手として、金星の大気を利用して減速するエアロブレーキングも理論的には考えられるが、エアロブレーキングは軌道制御に使った例はあっても、惑星の周回軌道投入に使った例はまだない。中村プロマネによれば「エアロブレーキングが難しいのは、大気の状態(膨張具合など)が日によって変わるので予測が難しいから。検討はもちろんするだろうが、そこで金星に突っ込んで落ちてしまう危険性をとるかどうか」と慎重な構え。

中村プロマネは理学側なので、工学側からは別の意見もあるかもしれないが、「探査機が生きてさえいれば、工学的にも理学的にも、それだけいろいろなデータが取れる。何があっても長生きはして欲しい」と話す。リスクを取るか、安全に行くか。現時点ではトラブルの原因が判明しておらず、あくまでも「OMEが使えない」という仮定の上での話ではあるが、場合によっては6年後の金星再接近で周回軌道投入は諦め、フライバイによる観測に切り替えるという判断もありそうだ。

長くなったので、気が向けば次回に続く。

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宇宙

はやぶさブリーフィング12月第1回

2010年12月13日 2 comments

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は12月13日、「はやぶさ」カプセルのキュレーション作業について、定例のブリーフィングを開催した。上野氏は「あかつき」の方に専念しているということで、出席者は向井利典・JAXA技術参与のみ。期待されているB室をついに開封したそうだ。

いつものように取材メモを添付する。

ーーーー
向井

前回11/29
B室を開ける準備をしているところで
A室をひっくり返してたくさんの微粒子を採取

光学顕微鏡で見える大きさ
ということを報告した

その後
その素性を調べようとしているところ

初期分析に回せるものがあるかどうか
これまでのところ
20個程度の分析を行った

その結果
半数強は岩石質であろうと同定できたところ

今日公開の写真
B室の開封作業を行った
いまのところ目視検査をしたところ

開封されたB室(C:JAXA)

ルーム2というクリーンチャンバーで作業している
開けた状況の写真

見た限りではA室と同じという印象w
少なくとも肉眼で見た限りざっくざくという感じではなかった

だが見る人が見るとB室の方がなにかありそうだと
それほどドラスティックな状況ではないが

当面はA室でこの前採取された微粒子の
電子顕微鏡による観察を優先させているが
いずれにしてもB室のサンプルの状況を調査する必要がある

初期分析をいつからやるか、どのようにやるかについては
このなかの情報をもう少し掴む必要がある

現在の状況としては以上

ーーーーーー
質疑応答

Q 読売
半分強が岩石
電子顕微鏡で見たのか

A 向井
その通り

Q 電子顕微鏡で見て
イトカワのものと言える状況か

A 断定は今日のところは避けたい
輝石とかカンラン石とかの割合
出せる状況にない

比較的大きい
数10ミクロン

ヘラについていたのは数ミクロン
大きさとして10倍

可能性は高いと思っているが
断定は避けたい

Q B室は
最初にひっくり返して叩くのか

A まだ決めてない
まだ調査しないといけないので
まだ目視しただけ
まずは光学顕微鏡で見ようとしているところ

B室の構造はA室に比べて複雑
隅々まではなかなか見れない

A室も傷と粒子の区別が難しかった

まずそういうことから始める

シャーレで蓋をして
反転してというのは早い機会にやると思う

Q 時事通信
写真は開封した直後のものか

A そう

Q 何日に開けたのか

A 先週の7日だと
びっくりするような結果ではなかったので
お知らせは出してないが

Q 共同
A室の20個
岩石質以外はアルミ?

A アルミもあった
ほとんどアルミかもしれない
私はその情報は持っていない

Q 目視でぱっと見たところ
何mm以上のものがないということになるか

A 私の視力だと1mmだが
もっと小さいものも判別できると思う

難しいのは傷があるから
そこにあるかもしれないが

0.1mmのものは肉眼で見えるが
粒子か傷か分からない可能性もある

Q 日経サイエンス
容器の傷はどういうことでできたのか

A 切削傷
旋盤で切ったときの

鏡面仕上げをしていないので
普通の加工で面取りをしている
傷は無数にある

Q 表面にコーティングはないのか

A テフロンのコーティングがある
全部がそうだったか…

回転棟はテフロン加工だが
他の面はアルミの蒸着だったか…

Q 毎日
20個というのはペースとして遅いが
数百個を全部調べていくのか
それともいくつかを優先して調べるのか

A この中で初期分析に回せるものを見極めるのが先決
とりあえずは数10個を判断する

このペースでいくと…
年内に30～40個は候補が見つかると期待している

Q 年明けには初期分析を開始?

A B室の状況も見ないと
数10個見ると全体の比が分かる

期待としては年内に
いつごろやるという目処を付けたい

Q 朝日
前回ひっくり返して数百個
細かい数字は

A まだできていない
ただ2～300個ではなくて
多い方の数百個

アルミの粉みたいのも多いが
比が変わらなければ半分くらいは岩石のはず

Q B室について
まだ決めてないがまず光学顕微鏡で見て
それからひっくり返す方向か

A その方向で考えている

Q 日経
B室を開けて目視でわかる大きなものはなかった
A室のとき 1mm近いものが…

A それはコンテナのフランジのところ
キャッチャーではない

Q あれは分析は?

A まだやっていない
分析もなにもしてないが
あまり本物らしくはない

Q なぜ後回しに?

A あまり本物らしくないからw

初期分析の考え方
いまのような状況だと
全てを見てから初期分析するととんでもなく遅れる

初期分析を何ラウンドかに分けることも考えている

中には0.1mm以上のものもありそうだが
そういったものは非常に貴重なので
いきなり調べるのではなくて
まずは普通のサイズのものをやる方向で

大きいからすぐに分析するかというと
分析すること自身が汚染になる
たくさんあれば別だが

Q 100ミクロンでも分析はできるのか

A 10ミクロンでも数ミクロンでも分析はできる
もちろん大きい方がいいが

Q 想定した大きなものがなかったのは残念?

A 量としては確かに少ない
1mmで大体1mg
0.1mmで大体1μg
10μmで大体1ng
くらい

ただはやぶさは工学実験で
今回のlessons learned(学んだ教訓)を次に活かせればいい

Q 東京新聞
初期分析のメド
はやければ1月中にもできるのか

A 10個ではまだちょっと少ない
もう少し増えないと
今のペースで増やして行ければ可能性は高い

次のブリーフィングのときには何か
メドについては言いたい

Q A室よりはありそうという根拠は

A 私は分からない
見た限り一緒

断定はできないところ

Q NHK
調べた粒の大きさは全て数10ミクロンか

A 数10ミクロンで間違いないが
小さいのは30ミクロンで大きいのは100ミクロン
平均では5～60ミクロンくらいか

Q 岩石質だった10数個
もっと調べて確定的なことが言えるのか

A 調べるのに時間がかかる
数10ミクロンになると
たくさんの粒子が集まったような構造が多い
丹念に調べると大変
それ自体を初期分析にお願いするのが筋
その方が精度も酔い

Q この10数個はすでに初期分析の候補に
なっていると考えていいか

A 今のところはそう考えている
できるだけ典型的なものを初期分析に

Q 年末に向けての作業は
A室とB室のどちらを優先するのか

A 両方

Q 平行して作業できるのか

A 数百個のシャーレから電子顕微鏡のホルダに移す作業と
B室の中の作業は平行できない
同じ部屋なので

だが移した後で電子顕微鏡で見る作業は平行してできる

Q いくつくらいになったら初期分析が始まるのか

A 難しい
岩石質のものがある程度あれば

そういうものの数次第だがどうだろう
まだ決めてないので

私としては30個もあればいろいろできると思う

Q ニッポン放送
B室はA室よりも複雑
それはなぜ
機能的な違いがあるのか

A 機能的な違いはない
構造上複雑にならざるを得なかった

この部分はA室になかったが
A室とB室の仕切り板をA室側で固定している

Q 20個の分析
1個の分析にどのくらい時間がかかるのか

A 分析そのものは20個でも1日
シャーレからホルダに移す作業
静電マニピュレータで移動
その作業が1個あたり1時間かかる
しかもなるべく人工的なものも除いている

Q 24時間で1日?

A いやいや1日数時間
ほかの作業もやっているので

移すだけで数日

電子顕微鏡で見た後に
また確認しないといけない

今週はその作業をやっていた

Q 時事通信
初期分析にまわすのに粒子を固定
方法は解決したのか

A それはどういう分析をするかによる
分析によって決まる

これから決めるが問題ないと思う

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宇宙

あかつき取材まとめ

2010年12月12日 Leave a comment

日本初の金星探査機「あかつき」について、マイコミジャーナルで記事を書いた。本当は、12/7朝の軌道投入開始で小林記者が速報記事を書いて、夜の記者会見で私がレポート記事を書く手はずになっていたのだが、ご存じのように、金星周回軌道への投入失敗で予定はグダグダに。結局記事は4本になってしまった。

【レポート】金星探査機「あかつき」にトラブル発生 – これまでの状況を整理する

【レポート】金星探査機「あかつき」の周回軌道への投入は失敗、6年後の再投入を目指す

【レポート】金星探査機「あかつき」続報 – エンジン噴射中に1回転していたことが判明

【レポート】金星探査機「あかつき」に新情報、燃料タンクの圧力が異常低下していた

ちなみに12/7は、私は相模原キャンパスに行かずに、自宅で仕事をすることにしていた。たまった仕事をなんとかする必要があり、担当している22時の会見だけ行けばいいか、と思っていたのだが、どのみちあかつきが気になってあまりはかどらなかったので、こんなことなら行っておけば良かった…と思わなくもない。でもまぁ、相模原は遠いのよ。ということもあり、上記の取材はすべてJAXA東京事務所でのネット中継だけで行った。

「あかつき」の現在の軌道の推定値(赤色)。今後、かなり太陽に接近することが予想されている。

これまでに分かっている事実は大体記事にまとめた通りだが、まず「高圧ヘリウムの供給系に問題があり、燃料タンクの圧力が徐々に低下した」ことと、それによって「燃料の供給量が少なくなって、軌道制御エンジン(OME)の推力が徐々に低下した」ことは確実。これらのことは、データレコーダに残っていた推進系や姿勢系の記録の解析から明らかになっている。

探査機の角度の履歴。OME噴射後152秒から姿勢を大きく崩し始め、158秒後にはX軸周りに42°まで傾いた。

探査機の角速度の履歴。

探査機の加速度の履歴。本来ならば、噴射を続けると消費した推進剤の分だけ探査機は軽くなるので、加速度は右肩上がりにならないとおかしい。

燃料タンクと酸化剤タンクの圧力の履歴。本来ならほぼ一定になるはずだが、燃料タンクの圧力が徐々に下がっている。

石井プロジェクトエンジニアリングマネージャによる手書きの推進系系統図。燃料と酸化剤を高圧ヘリウムで押し出している。

ただ、これがOME噴射後152秒から起きた大きな姿勢の乱れには、直接的には結びつかない。現在、解析が進められているところであり、推測は避けたいが、記者会見でのやりとりからは、「酸素過多になったことによるOMEの異常燃焼(破断?)」や「共通の燃料タンクを使っている姿勢制御スラスタ(RCS)の動作異常」などが疑われているようだ。

次の会見はいまのところ予定されていないが、また事実が明らかになり次第、続報をお届けしたい。
(12/15追記)次回の会見は17日(金)にセットされた。

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宇宙

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大塚実の取材日記

HTV2号機・記者ブリーフィング取材メモ

H-IIB・F2 打ち上げ後記者会見(第2部) 取材メモ

H-IIB・F2 打ち上げ後記者会見(第1部) 取材メモ

HTV2号機・Y-0ブリーフィング(速報版)

はやぶさブリーフィング&初期分析会見(速報版)

JAXA iが閉館

はやぶさブリーフィング12月第2回(速報版)

あかつき・記事の補足

はやぶさブリーフィング12月第1回

あかつき取材まとめ

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