再使用型宇宙輸送システムと ATREX エンジン

ISSN 0285-2861
...~フリ
ンルムで主主験中町
MUSES-C
(手前)と
ASTRO-F
(奥 )0
(慣影杉山吉昭，本文
〈研究紹介〉
再使用型宇宙輸送システムと
ATREX
エンジン
宇
宙
科
学
研
究
所
佐
藤
哲
也
は
じ
め
に
宇宙活動の大衆化や商業化に伴い，これまでの軍事
的背景と国家の威信をかけた宇宙開発から，将来的に
は，
ビジネスを脱んだ大量宇宙輸送時代へと転換して
いくことが予想される。その実現のためには，安全性，
信頼性が高く，環境にも優しくかっ低コストである，
輸送システムの完全再使用化が極めて有効であること
は，位界的にも共通認識となっている。しかし，技術
的および経済的なハードルの高さから，スペースシャ
トル以来，斬新な輸送ンステムは実現しておらず，当
分は現行の使い切りロケットの信頼性向上と並行して，
開発は進められて行くであろう。我が国においては，
当面は図
1 に示すような水平離着陸方式の完全再使用
型
二
段
式
ス
ペ
ー
ス
プ
レ
ー
ン
(TSTO)
を目様とし，
シ
ステム，材料，推進系等の基盤技術を情築している段
図 1
階である。
I
ニ段式スベースプレーンの概念図
5 頁宰照)
宇宙科学研究所では，
1986年より TSTO の初段推進
のジェットエンジンと大きく異なる。すなわち，明確
システムへの適用を目的とした，エキスパンダサイク
な設計点を持たないため，広範劉な動作環境に適応す
ル・エア・ターボ・ラムジェットエンジン (ATREX)
るための可変機械および制御システムが技術課題とな
の基礎開発研究を進めており，私も 1992年より研究グ
る。述続的な熱的条件の変化は，構造部材の熱変形に
ループに加わった。本文では，
大きく影響するため，コアエンジン部においても，従
ATREX エンジンの紹
介，開発研究の一例，縁後に，飛行実証を含めた今後
来とは巡った熱流体と椀造の設計手法が必主主となる。
の展望(野望ヲ)について記述する。
更に，耐熱および霊泣軽減のためには，高混での比強
度の高い飯合材料の開発が不可欠である。
この様な観点から，これまでに，エンジンシステム
ATREX エンジンシステムの概要
ATREX エンジンは，航空用ジェットエンジンと河
地上燃焼試験，要素股 ilill試験，炭素/炭索複合材料の
じプレイトンサイクルエンジンであるが，地上静止状
エンジン部材への適用研究等を実施し，基礎データを
態からマッハ数6 までの飛行鎖域を単一のエンジンで
取得してきた。ここでは，全てを紹介することはでき
作動できる点が特長である。エンジンのフロー図を図
ないので，一例として今年度行うシステム燃焼試験に
21こ示す。離陸からマッハ数3 程度まではファンによる
ついて述べる。
圧縮をまとし，それ以上ではラム圧縮を主とするコン
パインドサイクルである。
ATREX エンジンシステム燃焼試験
エキスパンダサイクルの実証，プリクーラ，ターボ
H
e
a
tEl
Ic
h
a
n
g
e
r
機械等，エンジン主主索の開発を包的として， ATREXｭ
•
5∞と呼ばれるファン直後
3Oc m ，全長 4.5m ，推力 500
kgf 級のサプスケールエンジンを用いた燃焼試験が，
同b
a
今までに計
聞
U包+
:ATREX
2840 秒，実施された。燃焼試験の蘭
像を図 3 に示す。近年では，エンジンの主要要素であ
•
T"加 Pump
関 2
56 回，
るプリクーラの開発を主として進めており.今年度は，
ヱンジンフロー図
プリクーラの実用化に際して危倶されている，アイシ
ング問題を解決するための試験を行う。
ジェットエンジンの作動領減をマッハ数 3 からマッ
ハ数 61こ拡大した場合，最も大きな技術課題は主流全
温への対応である。飛行マ y ハ数が 6 になると主流の
全温は 1 ， 670KI こ到達し，従来の金属材料を用いたファ
ンはこれに耐えることができない。さらに，温度が上
がると燃焼生成物の解離が激しくなり，燃料を加えて
も滋度が殆ど上昇せず，般進エネルギが取り出しにく
くなる。そこで，
ATREX エンジンでは，主流の3l':カ
力11熱からファンを防護するシステムとして，ファンの
前に燃料の液体水素を冷媒としたプリクーラと呼ばれ
る熱交換穏を装着している。プリクーラによって，ジェッ
トエンジンの飛行領域を鉱大することができるだけで
図 3 :ATREX
なしさらに圧縮過程における中間冷却効果によって，
低迷飛行時においてもエンジン推力，比推力を向上す
エンジン地上燃焼鼠験
アイシングとは，主流空気中に含まれる水蒸気が，
ることができる画期的なシステムである。プリクーラ
プリクーラの冷却管表面で厚く低密度なお
を擦1紋したエンジンは過去に笑用化はされておらず，
潰し，冷却性能?主力性能の低
エンジンに俗載して性能が確認されたのも ATREX エ
プリクーラにおける若手
ンジンが最初である。
(30K)
j討として悶
F を紹く現象である。
E は，冷却薗
i 温度が極低温
から氷点までの幅広い領域で起こることが特
また，本エンジンは巡航マッハ数を持たない加速機
徴であり，従来の冷凍機等を対象にした比較的高滋な
用エンジ/であり，幅広く述統的に変化する外気条件
冷却磁における着符研究では，推し滋ることができな
に対応するために，エアインテーク，ノズルが，従来
い。ここ数年，磁低減冷却濁
1 における着符に|刻する基
。，“
用
を
検
討
す
る
予
定
で
あ
る
。
礎研究を行い，凝縮性物質，特にメタノールをプリクー
ラの上流側から気流中に混入することによって，アイ
今
後
の
展
望
シングが軽減されることを明らかにした。図 4 にその
A
T
R
E
X
原理を示す。図 (a) は，水蒸気のみの着霜で，密度が
エ
ン
ジ
ン
開
発
の
今
後
の
展
開
と
し
て
は
，
高
空
低く，空隙が多 L 、。一方，凝縮性物質を混入すると，
高
速
状
態
に
お
け
る
エ
ン
ジ
ン
デ
ー
タ
の
取
得
と
シ
ス
テ
ム
の
凝縮または昇華した物質がその空隙を埋めるように着
実
証
で
あ
る
と
考
え
る
。
地
上
試
験
で
は
行
う
こ
と
が
困
難
で
給する(図 (b)) 。更に，箱屑表面視皮が混入した物
あ
る
エ
ン
ジ
ン
の
非
定
常
熱
流
束
デ
ー
タ
の
取
得
，
制
御
技
術
質の融点に達すれば，凝縮液として霜層の内部に浸透
の
確
立
に
|
期
し
て
は
，
飛
行
試
験
に
よ
っ
て
実
証
す
る
必
要
が
することにより，より高密度で薄い符屑へと変化する
あ
る
。
ま
た
，
飛
行
試
験
に
よ
っ
て
，
機
体
設
計
，
航
法
誘
導
，
(図 (c)) 。
再
使
用
オ
ベ
レ
ー
ン
ョ
ン
等
の
超
音
速
飛
行
試
験
技
術
を
修
得
、
、
j
す
る
目
的
も
あ
る
。
こ
れ
ま
で
検
討
し
て
き
た
実
証
試
験
プ
ロ
水
蒸
気
フ
ァ
イ
ル
例
を
図
6に
示
す
。
凝
縮
性
ガ
ス
の
蒸
気
•
口 水
の
霜
層
凝
縮
性
ガ
ス
の
霜
層
、、、、、、、、、、，~ミ、、、、
l
l
.
.
l
L
.
.
.
l
l
.
.I
I
且
且
且
l
(
b
)
水
蒸
気
の
み
に
よ
る
君
層
I
I
;
'/
I
II
II
II
II
I
(
e
)
複
合
霜
肩
図4
レ
ょ Jジ 1
8
0
k
m
凝
縮
性
ガ
ス
混
入
効
果
の
原
理
図
鴎
聞
， -υ ヮ!'i
2
3
0
fink
B
",
R'閉!'i'in"
図 6 :ATREX ヱンジン飛行実柾試験の例
図5 に
基
礎
試
験
結
果
と
し
て
，
プ
リ
ク
ー
ラ
チ
ュ
ー
ブ
表
面
に
お
け
る
着
霜
画
像
を
示
す
。
図
左
は
，
着
霜
防
止
対
策
を
以上長々と述べてきたが. ATREXエンジンは，将
施
さ
な
い
場
合
，
図
右
は
メ
タ
ノ
ー
ル
を
噴
射
し
た
場
合
で
あ
来給送系において戦略的なキーテクノロジのひとつで
る
。
こ
の
様
に
，
箱
胞
を
高
密
度
化
(
ま
た
は
，
融
解
)
す
る
あり，早期の開発が重要であると考える。とは言え，
こ
と
に
よ
っ
て
，
プ
リ
ク
ー
ラ
伝
熱
性
能
お
よ
び
ZE 力
性
能
は
現段階では，再使用輸送系ひいては，液体水素を燃料
向
上
す
る
。
ま
た
，
凝
縮
性
物
質
の
中
で
メ
タ
ノ
ー
ル
が
最
大
とする極超音速ターボジェットエンジンは，夢物語か
の
着
符
低
減
効
果
を
上
げ
る
理
由
と
し
て
，
凝
縮
性
物
質
の
混
速い先の話であると考える人も少なくなし、。壮大な夢
入
に
よ
る
融
点
降
下
が
支
配
的
で
あ
る
こ
と
が
わ
か
っ
た
。
を揃きつつ，着実に基盤技術を幡築し，まずは，エン
ジンシステムがフィージプルであることを認知しても
らい，ぜひとも飛行実証を実現したいと思っている。
開発研究を続けてきて感じることは，エンジンはシ
ステムであり，多くの要素について，それぞれが抱え
図5
プ
リ
ヲ
ー
ラ
チ
ュ
ー
プ
表
面
白
着
霜
の
画
像
(
冷
却
面
，
旦
度
215K.
ている先端の諜題を追求しつつも，常にシステム全体
左
水
蒸
気
の
み
，
という広い立場からのトレードオフを考えなければな
右
メ
タ
ノ
ー
ル
混
入
)
らない。すなわち，大きなテーマと細か
L 、テーマが多
今
年
度
の
秋
に
行
う
シ
ス
テ
ム
燃
焼
試
験
で
は
，
こ
の
手
法
を ATREX-5
分野にわたって混在しており，研究者としては，悩ま
∞
エ
ン
ジ
ン
に
適
用
し
，
実
機
モ
デ
ル
に
よ
っ
しくもあるが，やりがL 、もあるところである。
て
確
認
す
る
。
実
機
試
験
で
は
要
素
昔
撤
と
異
な
り
，
プ
リ
ク
ー
今後は，さらに多分野にわたる研究が必要になるた
ラ
各
部
で
主
流
の
温
度
，
湿
度
，
水
蒸
気
の
状
態
お
よ
び
チ
ュ
ー
め，いろいろな方々に相談に伺うことになると思いま
プ
冷
却
面
の
混
度
条
件
が
分
布
を
持
っ
て
い
る
た
め
，
着
箱
現
すが，よろしくお願いいたします。
象
は
複
雑
で
あ
る
。
メ
タ
ノ
ー
ル
噴
射
弁
の
設
計
も
重
要
な
技
術
要
素
で
，
主
流
の
流
ill.
(さとう・てつや)
流
速
に
応
じ
た
メ
タ
ノ
ー
ル
の
均
一
な
混
合
噴
射
が
要
求
さ
れ
る
。
シ
ス
テ
ム
試
験
に
よ
っ
て
，
定
政
的
に
メ
タ
ノ
ー
ル
噴
射
の
効
果
を
調
査
し
，
実
機
へ
の
適
句。
ヲ
お知らせ東京東東東京東京車車東南
禽ロケット・衛星関係の作業スケジュール (6月・ 7月)
6 月
7
•
月
•
M-V-5 噛合せlit験
1
4
1
8
MUSES-
:
C
総
合
lit 験
:(1 0月
ま
で
)
相
ASTRO-FFM: 一次噛合せ民験
+莫
2
6
原
SOLAR-BMTMlit
験
1
2
S-310-31
・ 32
噛
合
せ
段
験
1
3
内
之
浦
S-310-31
.
d示
ト
肯
ぷ
厄
ご
三
号
附“.，u
情
事
出
1、
1
¥
J
ジ
と
\
M-V ・5号
機
モ
ー
シ
ョ
ン
テ
ー
ブ
ル
鼠
験
4月 I "
か
ら
て
に
宅
ド
ル
ー
シ
5
V
M
モ
線
号
年
本
，
は
れ
こ
。
た
さ
施
実
が
験
試
ル
プ
の
定
予
げ
上
ち
打
月
C事11 の
磁
気
y
-
ト
ッ
ケ
ロ
2
8
2段
目
。
た
し
施
実
も
験
試
た
せ
わ
合
み
組
を
タ
ー
エ
ュ
チ
ク
ア
ル
ズ
ノ
ー
テ
ン
ョ
り
よ
機
号
今
は
れ
こ
1
V
M
2
1
に
特
，
は
で
験
試
の
回
今
，
が
る
い
て
れ
さ
施
実
に
毎
げ
5 月 17 日
ま
で
，
• •
・ 32 フ
ラ
イ
ト
オ
ベ
2段
目
C
V
T
に
と
こ
た
れ
さ
更
変
が
計
設
の
替
切
ナ
テ
ン
ア
て
じ
応
に
勢
資
ト
ッ
ケ
ロ
，
た
ま
。
る
す
応
対
実
に
調
順
は
験
試
。
た
っ
行
も
認
確
の
か
る
れ
わ
行
に
常
正
が
5の
系
御
制
勢
安
の
機
号
，
は
的
目
の
験
試
。
る
あ
で
験
試
の
め
た
る
す
認
確
を
性
全
健
た
れ
ら
め
深
が
信
自
の
て
け
向
に
げ
仁
ち
打
機
号
次
，
れ
さ
施
振
に
う
よ
の
ど
で
下
件
条
期
飛
の
際
実
が
機
系
御
制
勢
~
。
た
っ
あ
で
穫
収
な
き
大
は
の
か
係
関
の
ス
ー
ペ
験
実
，
り
た
あ
に
施
実
験
試
本
，
お
な
ー
テ
ン
ョ
シ
モ
。
る
あ
で
と
こ
す
ク
ッ
ェ
チ
を
か
う
舞
る
ン
セ
用
御
制
勢
姿
ト
ッ
ケ
ロ
に
上
の
台
動
揺
る
れ
ば
呼
と
ル
プ
，
が
た
え
与
を
響
影
に
面
方
多
，
ど
な
る
す
用
借
を
室
樹
閲
ら
制
勢
姿
ト
ッ
ケ
ロ
，
知
検
で
サ
ン
セ
を
動
揺
の
そ
，
せ
載
を
サ
施
実
に
事
無
で
陰
お
の
力
協
ご
解
理
の
々
方
く
多
の
内
所
御
制
ル
プ
ー
テ
ン
ョ
ゾ
モ
を
果
結
の
そ
，
し
施
実
を
算
計
御
た
し
謝
感
を
と
こ
た
き
で
L 。、
計f:l に
機
算
計
御
制
ル
プ
ー
テ
ン
ョ
シ
モ
。
る
す
力
入
に
機
，
は
V
M
)
郎
次
秀
井
湾
(
，
り
お
て
れ
さ
力
入
め
予
が
性
特
の
ト
ッ
ケ
ロ
i，f; J 御
舞
る
振
に
う
よ
の
ど
が
勢
姿
ト
ッ
ケ
ロ
，
て
せ
わ
あ
と
令
指
球
気
裂
膜
薄
超
女
ー
テ
ン
ョ
シ
モ
に
う
よ
る
す
現
再
を
れ
そ
，
し
算
計
を
か
う
達
到
に
度
高
最
界
世
が
2∞2年5月 3
2 日 6時 5
3 分，
。
る
れ
さ
施
実
は
験
試
で
れ
流
う
い
と
，
る
す
動
駆
を
ル
プ
ー
モ
)
O
B
U
(
J早
さ
駁
符
た
れ
ら
作
で
ム
ル
ィ
フ
ン
レ
チ
ν，
は
験
試
ル
プ
ー
テ
ン
ョ
V
M
上
ち
打
の
ト
ッ
ケ
ロ
球
気
3エ
リ
ポ
の
ン
ロ
ク
ミ
4
.
6万
型
膜
薄
超
の
米
方
立
)
0
6
U
B
(
の
態
状
象
気
た
れ
ま
必
に
天
好
，
は
'I か
静
，
気
，
は
球
。
た
し
ま
れ
さ
路
放
り
よ
所
測
観
球
気
大
陸
三
に
分
毎
，
て
せ
乗
を
い
願
の
々
人
て
全
た
っ
わ
携
に
球
m
5
6
2
上
り
く
っ
ゆ
で
度
迷
の
5手
度
高
，
け
続
を
m
k
0
.
3
5
す
刻
飛
に
界
世
の
で
ま
れ
こ
，
は
度
高
の
。
た
し
ま
功
成
に
と
こ
る
度
高
最
5 .1 m
k
8
高
l!t を 0
3度
高
。
た
し
ま
り
あ
で
の
も
る
す
新
更
に
り
ぷ
年
l
m
k
0
.
3
5
所
測
観
球
気
大
隊
三
任
春
津
広
，
は
時
た
し
達
到
こ
.
1
り
よ
m
k
2
，
り
あ
で
度
高
い
も
I吐
最
界
の
こ
，
り
ま
集
に
室
信
受
員
全
が
班
験
実
球
気
，
め
じ
は
を
長
。
た
し
ま
り
こ
起
が
手
拍
う
祝
り
よ
心
を
業
体
7
9
1
作
製
球
気
，
発
開
の
ム
ル
ィ
フ
膜
薄
超
た
め
HJ の
僚
着
接
t~?
4-
h
)
質
品
、
iパ
ー
ア
エ
，
作
製
球
気
の
で
基
1
l
J
胎
り
よ
年
m1 ，
発
y 薄
超
式
グ
また日本独自に開発したセ
機，待til豆を支援しあってプロジェクトを進めているの
ミダイナミック放球法等.全ての開発成果を結集した
です。このごろはロケット系の作業が加わりはじめて，
結果がこの日の成功をもたらしたものと確信しており
入れ瞥わり立ち稼わりいろんなメーカさんの方を目に
ます。文末になりましたが，この気球に悦わった企て
するようになりました。
IJ!，'i:!l'i.気球放球主主訟の I)日発，
年 1.Itが明けて，見学者や取材も多くなってきました。
のメーカーの皆様，気球実験班および地元の支援者に
本当にそんな(とんでもな L 、)ことができるんですかっ
心より拍手を送ると共に深く感謝申し上げます。
(仏iJニ隆 IE)
そういう質問が今更ながら多いのには少々閉口ぎみで
すが，関心をもってもらうのは大歓迎です。
緊張感の中に大きな期待感が高まるこのごろです。
。 l 旧淳一郎)
肯 ASTRO-F 一次噛み合わせ試験
赤外線天文衛i.iIASTRO-F の第一次噛み合わせ試験
は， 4月末より m気試験に入りました。機器がコマン
ドに従って正しく動作するか，データは正しく地一1: 1 こ
送られるかをチェックします。
ASTRO-F のう死体鋭測月j ~型述鏡は液体ヘリウムで
-270'C付近まで冷やされます。写真は，蒸発したヘ
リウムガスを排気する配管が取り付けられた ASTRO・
何者巌，それにデータチェック風景です。(村上
*MUSES-C 総合試験近況
化学推進機関の餓装のために，一時相模原を離れて
いた MUSES-C探jIE機の総体は， 4月下旬に将ぴ搬入さ
れ，総合試験の後半がスタートしました。 4 月初日に
は後半に向けての会長打ち合わせが開催されました。
惑i.~.探盗機ということで，打ち上げのチャンス(窓)
は厳しく制約されているため，スケジュールには余裕
はほとんどありません。直後のゴ…ルデンウィークは.
~は MUSES-C グループにとっては，ほとんど休みな
しでした。機器の調慾とスケジュールの競合がしだい
に際だってきたことも，
n ちょげが近いことを殺って
います。
クリーンルームも増設されて，いまは新クリーンルー
ム郎には SOLAR-B，もともとのクワーノルームには
MUSES-C と ASTRO-F と
3 つの衛星・探資機がなら
んでいます。一度に 3機の衛援がならぶことも珍しい
光景でしょう。初 911寺から 9時半にかけては
A棟から
C棟への聞をたくさんの人が行き交うのを見ることが
できます。今日はどの朝会なのかを尋ね合う日'治的な
会話も宇宙研ならではです。多くの方がお互いの探査
一 5-
‘r
治)
動作確認を行う哨合せ試験迄には解決し，打上げに向
肯 M-V-5号機仮組立作業
MUSES-C打上げに向けて，
ロケ y ト側の準備作業
けての準備作業は次の段階に入ります。
尚，写真は B2仮組立時のもので，右から第 2段ノズ
もお々と進んでいます。 1 月 21 日 ~2月 22 日までに顕胸
部の.
ル.第2段 (M・25) モータケース.Y2段接手(~、ずれ
3月 8 日 -20 日と 4月 1 [1~5 日に BI (I 段目)の，
5}115 日 -24 日までに B2 (2段目)の仮組立作業を終
も新規開発)です。
(竹前俊 l昭)
えました。仮組立作業は，俄体を製造している(株)
アイ・エイチ・アイ・エアロスペース潟附事業所に各
メーカで作られた熔載機器頬を持ヲ寄り，所定の位訟に
機掠を篠載し，後 2~1簡を計裟(ケープル)でつなぎま
す。これにより，機;mは正常に繕載できるか，計装を
どう配線するか(ルーティング)の篠認をします。ま
た各段 1U]~年，つなぎ自になる部分を結合してフィット
チェックをします。
実際に物どうしを合せてみると，設計図而上では収
まっているはずの物が干渉していたり，作業性が十分
巧 I@. されていない等，いろいろな事が分ります。位 'ill
の変吏や迫加工等の手直しをしなくてはならない部分
が幾っか発生しましたが，問題点は出し切れたと考え
ています。これらの問題点は，第載機器を ON にして
貴平成 14年度一般公開について
A
P
今年も毎年恒例の一般公開が下記のとおり
pu
H
W
い虫 閉
山崎
T4 句 4
幽 N 胎'周
回叫叫ん』棚
宙 Mm 圃
字問圃
宇宙科学
研究所@
開俄されます。
お rm~ 、合せは宇宙科学研究所企画・広報係
ロケット衛星観盟盟玩/告研究プロジェクトの掴骨
(fEil百 042・ 759-8∞8) までお願いします。
三二三ニ字省学後/験直上島
ミューゼスcr.の王子さまに会いに行をきまItんか』
ミ υ 才ンキ，ンペーンコーナー偽
開催
B :7月 27 H (土) 10 ∞-16:30
公開・展示
ロケット・衛星模型展示
各研究プロジェクトの紹介
ミニミニ宇宙学校
事慮 14年7月 27 日@
映阿 t 映
m:園町胃守司宣言冨官.
宇宙科学研究所
ミューゼス C星の王子さまに
相槙原キャンパス
会いに行きませんかミリオン
キャンベーンコーナ-
m.042・ 759 ・ 8008
旦巴 http://www .l sa5.ac.Jp
,
一一
一一
.10'-
『SF
寸言出
帽岡
田刷抽陣
暢
.
一i 一
一
ト
ー
u一
一
1,;11
1 -
直忌兵:::働~
I
.-:::鐙話:鼠A1271
.，・，t...，*_...，，，...IIl .II.' !Il·...._/.'"……
-6 ー
1也
第 32 団
tヂ，~志
保守
地球を観測するスペーステレスコープ
国立極地研究所
ガリレオが自らJt・2草した望遠鏡で木星の衛星を発見
成
フ
ィ
ル
タ
ー
，
高
感
度
C
C
O
して以来，望遠鏡は天体観測にはなくてはならない観
基
本
設
計
は
閉
じ
で
す
。
な
ぜ
な
ら
ば
綴
像
対
象
は
ど
ち
ら
も
測機~です。長近では「ハップルスペーステレスコー
悶
じ
，
動
き
の
速
い
オ
ー
ロ
ラ
や
暗
い
大
気
光
だ
か
ら
で
す
。
プ」や赤外線望逮鋭「すばる」が目覚ましい観測成果
小
型
軽
量
で
，
4
2
0
8
を上げています。これまで利用されてきたあらゆる望
て
シ
ャ
ー
プ
な
像
を
結
び
，
明
る
く
な
く
て
は
な
ら
な
い
と
い
遠鏡は視野を地球の外へ向けていました。しかし逆に
う
厳
し
い
条
件
の
も
と
で
設
計
さ
れ
た
地球の外から地球を眺める珍しい望遠鏡が主主場します。
反
射
・
屈
折
両
方
を
組
み
合
わ
せ
た
光
学
系
が
探
期
さ
れ
ま
し
2∞5年に日本で初めての本格的月探査衛星SELENE
ま
す
。
透
過
帯
域
幅
約
力場，プラズマ環境等.主に月の科学を研究するため
外
領
域
を
透
過
す
る
バ
ン
ド
パ
ス
フ
ィ
ル
タ
ー
IJ 鋭
に
は
~
而
反
射
を
利
用
し
て
い
2
n
m
望遠鏡です。この機器だけは月を巡る軌ilfJ二にありな
が
不
要
な
フ
レ
ー
ム
ト
ラ
ン
ス
フ
ァ
一
方
式
で
す
。
量
子
効
率
l枚
の
切
り
替
C
C
O
がら，月を見ずに常に地球の方向を向きます。 UP! は
は9
0
%
2台の型巡鋭で構成されます。 l 台は極端紫外光を使っ
:!li l問
分
解
能
は
地
球
表
面
で
の
距
離
に
換
算
し
て
お
よ
そ
て地球のプラズマ簡を鍛像観測することを目的とする
k
m と
な
り
ま
す
。
を
勉
え
パ
ー
，
. Hl 子
冷
却
に
よ
り
学
系
へ
~
影
響
を
及
ぼ
す
こ
と
を
抑
え
，
打
上
げ
に
耐
え
る
剛
遠鏡である TVIS についてとり上げます。国立極地研
性
を
保
ち
つ
つ
軽
量
化
さ
れ
て
い
ま
す
。
ま
た
フ
ィ
ル
タ
ー
は
究所ではオーロラ観測のために明るい光学系と向感度
温
度
変
化
に
よ
っ
て
透
過
特
性
が
変
化
し
な
い
よ
う
に
，
外
周
CCO徹像素子を備えた地上観測用カメラを開発して
に
ヒ
ー
タ
ー
が
巻
か
れ
て
温
度
安
定
化
が
図
ら
れ
て
い
ま
す
。
T
V
I
S
きました。現在それらのカメラは南極昭和基地，南極
0
及
び
が
適
材
適
所
使
用
さ
れ
て
，
熱
環
境
変
化
が
光
T
E
X
点基地や北極の観担IJ 拠点で活躍しています。 TVIS は
第l軸
は
絶
対
空
間
に
対
す
る
衛
星
本
体
の
回
転
運
動
の
軸
と
それらの開発で培われたノウハウをもとに生まれまし
同
じ
方
向
を
向
き
，
閉
じ
角
速
度
で
逆
同
転
し
ま
す
。
こ
れ
に
た。地上で使用 される全天カメラの観野 180。に対し
よ
っ
て
望
速
鏡
は
絶
対
空
間
に
対
し
て
静
止
し
ま
す
。
第
0
H持
金 fl~ 去
を
抑
え
て
い
ま
す
30
C
F
R
P
ここでは可視望
て，
は
高
感
度
で
し
か
も
機
械
式
ン
ャ
ッ
タ
ー
望
退
鏡
の
鏡
筒
に
は
ジ
ュ
ラ
ル
ミ
ン
，
チ
タ
ン
合
金
，
イ
ン
UPI-TEX，もう l 台は可視光でオーロラや大気光のグ
2.4
4 枚
と
近
赤
*'Ii 線
ス
ペ
ク
ト
ル
の
波
長
を
選
択
で
き
ま
す
。
TEX については別の僚会に譲り，
の
干
渉
フ
ィ
ル
タ
え
で
，
オ
ー
ロ
ラ
や
大
気
光
の
層大気プラズマイメージャー (UP!) がここで紹介する
ローパルな分布を観 illl] する UPI-TVIS です。
光
学
系
に
は
，
し
か
も
収
"
&
を
良
好
に
補
れます。 SELENEには月の表面組成，地形，磁場，重
13 の縦割IJ機器が搭載されます。その中の l つ超高
∞n
m の
広
い
波
長
範
囲
に
わ
た
っ
た
。
光
学
ガ
ラ
ス
点
数
を
少
な
く
，
正
す
る
た
め
に
，
主
鏡
・
話
に，
撮
像
素
子
を
備
え
る
と
い
う
T
V
I
S
ギリシャ神話の月の女神)が打ち上げら
(セレーネ
TVIS は月から見て地球がすっぽりと収まる規野
は
月
の
地
球
周
り
の
公
転
運
動
を
キ
ャ
ン
セ
ル
し
ま
す
。
こ
れ
という違いはありますが，明るい光学系，狭 ~If
で
望
迫
鏡
は
常
に
地
球
を
迫
い
続
け
る
こ
と
が
で
き
ま
す
。
は
特
殊
な
2軸
ジ
ン
パ
ル
に
務
載
さ
れ
ま
す
。
2軸
地
球
を
周
回
す
る
低
軌
道
衛
星
(
高
度
3∞k
m
)
に
見
渡
せ
る
範
囲
は
地
球
半
球
而
般
の
わ
ず
か
380
T
V
I
S
9
8
%
は
こ
の
よ
う
な
衛
星
軌
道
の
特
徴
を
生
か
し
て
南
北
両
半
球
の
オ
ー
ロ
ラ
椛
を
同
時
に
徹
像
す
る
こ
と
が
で
き
ま
す
。
こ
れ
に
よ
っ
て
今
ま
で
困
難
だ
っ
た
南
北
地
磁
気
共
役
点
オ
ー
ロ
ラ
の
詳
し
い
直
接
比
較
が
可
能
に
な
り
ま
す
。
ま
た
大
気
光
観
測
か
ら
は
超
高
間
大
気
中
を
大
規
僕
擾
乱
が
グ
ロ
ー
パ
ル
に
伝
機
し
て
が
で
き
ま
す
。
レ
ス
コ
ー
プ
と
し
て
活
路
U
P
I
T
V
I
S
L、
く
様
子
を
一
目
U
P
I
l瞭
然
に
捉
え
る
こ
と
は
世
界
初
の
月
を
周
囲
す
る
ス
ペ
ー
ス
テ
iが
期
待
さ
れ
て
い
ま
す
。
(
た
ぐ
ち
・
ま
こ
と
)
フ
ラ
イ
ト
モ
デ
ル
一 7
-
で
は
一
度
4.
5
%
で
す
が
，
，α氾k
m 隔
た
っ
た
月
か
ら
は
地
球
半
球
の
約
で
き
ま
す
。
l
I
I
l
.
.
.
.
-
真
田口
を
一
望
ーも事l .6 .
L
実
に
陽
気
な
ESTEC
の
女
性
た
ち
高
橋
慶
治
5月 6 E
I(
月
)
か
ら
10 日
ま
で
，
E
S
T
E
C
と
開
催
地
ボ
ル
ト
(
ポ
ル
ト
ガ
ル
)
の
地
元
大
学
共
催
の
第
宇
宙
m: 源
会
議
ド
で
の
第
し
て
い
る
が
，
セ
ル
毎
の
過
充
電
防
止
装
置
は
必
要
だ
と
し
て
い
る
。
一
方
6回
ヨ
ー
ロ
ッ
パ
(
E
S
P
C
)
に
参
加
し
た
。
1989
は 126~h/kg
年
マ
ド
リ
ー
(今回読cA
l回
開
依
以
来
ヨ
ー
ロ
ッ
パ
勢
の
意
欲
は
相
変
わ
ら
ず
で
，
議
論
よ
し
，
飲
食
よ
し
等
多
彩
で
あ
る
。
/
島
加
が
40Ah
(Particpants
L
is
tに
よ
る
と
)
米
狗
219 名
が
参
加
し
，
今
固
有
~n 印
伯
SE
hの
セ
ル
開
発
の
報
告
も
あ
っ
た
)
。
し
か
し
，
こ
BAT の
実
効
容
組
み
合
わ
せ
た
ト
ラ
ン
ジ
ス
タ
と
抵
抗
の
み
に
よ
る
2種
類
の
屯
圧
差
の
解
消
法
が
提
案
さ
れ
て
い
た
。
~I 本
か
ら
は
田
島
先
生
と
筆
者
，
笠
岡
工
大
の
山
口
先
生
他
5
(SC)
，
バ
ッ
テ
リ
ー
電
源
装
ill 関
係
で
は
，
わ
れ
わ
れ
も
現
在
開
発
を
手
が
け
て
い
る
の
で
，
(BAT) , ~1I源システム等に関するもので，その総数
た。
ピ
ー
ク
パ
ワ
ー
ト
ラ
ッ
カ
ESA 加
盟
の
(PPT)
は ω4件であった。これらは plenary 世田IOn を含めた 24
並
み
に
開
発
が
進
ん
で
い
て
.
そ
の
精
度
は
た
。
デ
ィ
ジ
タ
ル
方
式
で
は
，
パ
ワ
ー
取
得
に
多
数
決
冗
長
を
て同時に進められたが，見聞した若干のトピックスを
採
用
し
て
い
る
が
，
外
乱
の
点
で
こ
れ
ま
で
問
題
が
な
い
よ
う
取り上げてみた L 、。
だ
。
臥
先ず iMUSES-CJ で IJM 発俗載された Li イオン電池
SC では，
G
R
C
;(ey
世
代
の
候
補
と
し
て
，
が活発な開発販売活動を展開しており，エメリカ勢を
miSSion
-~主リードしている感じである。 ljij者は滋極に|刻する
で
も
安
定
)
を
挙
げ
て
い
た
の
が
注
目
さ
れ
る
。
specific
'
S
o
n
y18650HC'
energy(SE)
が l ∞Ah/ 旬以上の
の nanosat
(
重
訟
は
IOkg)
以
下
の
SiC
で
次
near
s
u
n
(7∞。 C 以
上
7 ァ
ド
，
ボ
ル
ト
の
ワ
イ
ン
セ
ラ
ー
で
の
(20 度
の
)
ボ
ル
ト
ワ
イ
ン
攻
め
の
デ
ィ
ナ
ー
と
地
元
の
楽
団
演
奏
，
Li イ
オ
ン
BAT
STRV-Id
Expr 田s ，
p
l
e
n
a
r
y session
会Jtl J 中
，
従
来
通
り
歓
迎
，
ガ
ラ
，
送
別
パ
ー
テ
ィ
が
聞
か
24 に
も
上
る
と
い
I
Mars
fi1 J え
ば 0.3AU
で
潟
太
陽
強
度
，
高
混
に
過
し
た
独
特
の
民
謡
こ
の
電
池
を
搭
載
し
た
既
に
打
ち
上
げ
済
み
文
は
今
後
打
ち
上
げ
予
定
の
衛
星
・
探
査
後
ミ
ッ
シ
ョ
ン
数
は
2α 旧
年 II 月
に
初
の
打
ち
上
げ
と
な
っ
た
島知討 ~lf が，
れ
，
ポ
ル
ト
ガ
ル
発
祥
の
地
ギ
マ
ラ
ン
イ
ス
で
の
民
族
舞
踊
や
を
独
占
的
に
入
手
で
き
る
立
場
に
あ
る
。
う
(
代
表
的
な
ミ
ッ
ン
ョ
ン
に
は
CI
1% 前
後
で
あ
っ
の Dr.
山1 係では，イギリスの AEA とフランスの SA Ffの 2 社
key特許の使用をソニーに与え，公祢容:!Il:1. 5Ah ， BAT
に
関
心
が
あ
っ
15 カ
国
で
は
，
恰
も
日
本
の
衛
星
で
の
の田副 on に別れて発表された。発表は二つの会場を使っ
6月
打
ち
上
げ
の
i誌
が
低
下
す
る
こ
と
に
な
る
。
こ
の
た
め
，
オ
ン
ボ
ー
ド
コ
ン
ビ
ュ
ー
タ
を
l名
あ
っ
た
。
と
い
う
訳
で
文
字
通
り
世
界
中
の
宇
宙
電
名
が
参
加
し
た
。
発
表
論
文
は
太
陽
電
池
NASA
を I) 日
発
し
で
あ
る
が
，
自
己
放
屯
鼠
が
若
干
多
い
よ
う
だ
セ
ル
の
充
電
状
態
に
差
が
生
じ
jめ
て
中
国
か
ら
の
参
源
関
係
者
が
一
堂
に
会
し
た
国
際
会
議
と
言
え
よ
う
。
な
お
，
レベルでの
の‘ VESI40'
れ
が BAT 構
成
に
必
要
な
直
列
接
続
セ
ル
毎
に
巣
な
る
と
，
会
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り
あ
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Hallman, Ms. Spaans
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ろ
う
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謝
申
し
上
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た
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海
時
代
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偲
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観
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「微小重カ科学あれこれ J 第 10 悶
シリコン結晶の基礎研究を宇宙で
ーマランゴニ対流の解明一
東京都立科学技術大学航空宇宙システム工学科
日比谷
孟俊
IT社会をノ、ードの街から支えているのが，半導体チッ
性を示すことである。障費紫分圧の上曽加l に伴 L 、マランゴ
プ技術である。その素材であるシリコン単紡品ウエハの
ニ対流の強度が減少してゆく様子が微小iE カ下ではじ
大口径化と高品質化が進行している。シリコン Iii 結品
めて縦測された。これは，マランゴニ対流の駆動力で
成長を支配しているのは，悶被界簡における熱と物質
ある表面猿カの視度係数が，，#凶気酸紫分w.に依存す
の輸送現象である。これには，浮力による対流，融液
るためである。このことは，共同研究者である九州 Z
自 B:J表面でのマランゴニ対流 (~l耐強力対流)，
tit 禍
大の向井教授によって，見事に解明された。総雨量半導
さらに闘液界首i 近傍での
体において，表面張力および温度係数が雰郎気般家分
ドーパントの拡散が傑く|期わっているが，マランゴニ対
配の IJ!I数として精密に測定された最初の例と言えよう。
や結晶の回転による強制流，
流に|期しては，米だよく理解されていない。マランゴニ
このことから，書量素供給源のないフローティング・ゾ­
対流の強l3rは"ランゴニ数と呼ばれる無次元数によっ
J 法と.石英柑鳩を利用することからンワコン融液に
て示される。この値が臨界値を越えると，流れに不安
重量苦言が溶け込んでいる引上法とでは，結晶成長特のマ
定性を生じ，振 illJJ 流から乱流へと選移してゆく。振動
ランゴニ対流の様子がかなり異なっていると予測できる。
流になると悶液界商で温度が振動し，拡散庖障さも振
フローティング・ゾーン法と引上法とでは，駿議に
動することが予想される。結晶にはこれを反映して，
関する環境が築なるばかりでなく，融放の形状も異なっ
成長縞と呼ばれる組成の不均一性が導入される。した
ている。前者が波位形状をとるのに対し.後者の融桜
がって，マランゴニ対流の不安定性を調べることは，
表面は平副である。引上法融液の表蕗1 を模嫌したiJJJ.い
マランゴニ対担任が結晶成長に及ぼす影響を解明する k
融液の表立百におけるマランゴニ対流の観察結果によれ
で，訟も重要な切り口の一つである。
ば，土甘禍の端から中央のダミー結品に向かう強い流れ
微小lJ!カ環境は，浮力の効果を排除し，マランゴニ
とともにダミー結晶から放射状にやI' ぴた泉 L 、パターンの
存在が見られた。これは.流れとほぼ直交して周方向
対流だけを刷出して観測できる耳目惣的な環境である。
筆者らは，宇宙開発事業聞が運用している実験用小製
に移動している。この結果は，低プラントル数流体に
ロケット TR-I-A，およびジェット機の放物線飛行が作
おける hydrothermal waveを実験的にはじめて観察した
る微小重力~筑，さらには地上において，
例ではないかと考えている。
ンリコン倣
被伎におけるマランゴニ対流を研'兆してきた。
平ffij製のマランゴニ対流についても，浮カx-1 流を狗1
熔融 y リコンのような低プラントル数の不安定性は，
!til できる微小.ill:力現境を利用することにより，実態、が
戻り流における不安定化として理解されている。これ
lijJ らかになることが期待できる。この結果，地上にお
により，被柱内官官には非軸対称性を有する低温度場が
ける引上法結晶成長の技術がさらに向上することが期
生成し，これが液伎の周方向 iこ m=2r で示す波数を有
待できる。(ひびや・たけとし)
して振動する。ここで「は形状比であり，被柱の高さ
と半径との比である。液柱の!認方向に配した複数本の
微細熱電対や cco カメラが検出した液相表前i 温度振動
の位相関係，
2方向から観察した笛!被界前位 trl の振動，
位相シフト干渉法による波柱表而の振動，エックス線
により可視化されたトレーサ粒子の挙動(図 I) ,
さら
には，済成した結晶中に残された成長級の観察から，
被柱内郎の非軸対称溜!且場の生成と娠動を実験的に従
えることができた。 γ リコン融液と Wi! ーの密度を有する
トレーサ粒子を準備することは極めて図重症であることか
ら，地上においてマランプニ対流を可視化観測するこ
とは不可能に近い。その意味で，微小重力環境の利用
は，
シリコン融液におけるマランゴニ対流の研究におい
て，緩めて有効な手段て。ある。
ゾワコン融放のマランゴニ対流に特徴的なことは，
マラノゴニ対流の強l3rが努閉気駿素分圧に顕著な依存
-9 ー
図 1
エッヲス線により，世界ではじめて可視化観察さ
れた溶敵シリコンのマランゴニ対流
天の浮橋とそれを渡る人
お茶の水女子大学学長本田和子
子どものころ，長い長い豆の蔓を伝って天に昇って
が，それらの人々のために，ある却l 閥だけ懸けられる
いったジャックは，巨人(鬼)の家にたどり;f:( ，、たと
仮の渡しであることは確からし L 、。いつでもどこかに
されるが，その家は，どこにあったのだろうかと悩ん
懸かっていて，誰でもがそれを渡って別の世界にたど
だことがある。イギリスの昔話「ジャァクと豆の木」
り着ける通路ではないらしい。いわば，特別の人がそ
の諮である。天の上とは，雲の上のことだろうかヲ
の特権を利用して，自分のために設けさせる特設通路
伸びに伸びた豆の蔓がその端をやII ばしていたのは，雲
ということになろうか。
の上だったのだろうか，それとも，月の世界のように，
天上にある別の世界のことなのだろうか。
だから，うっかりその特設通路を利用してしまった
ジヤックは，危うく巨人(鬼)に食い殺されかけると
分厚い雲の上が地面のように固くなっていて，そこ
に大きな家を建てることが出来るのだろうか?
でも，
空が晴れて雲が簿くなったときには，その家は落ちて
いう危険に遭遇することになったのであろう。外出か
ら帰ってきた巨人が，かくれているジャックの体臭に
気がつき.
I人くさいぞ，人くさいぞ」と探し回る場
くるのではないかと心配だった。それとも，その家は，
面はいかにもスリリングで，子どもたちは手に汗を握
雲を突き抜けたその上に存在する別世界にあって，そ
り，ハラハラドキドキと結末を待つのだった。昔話の
こは，この地上と同じように山あり川あり街もあって，
常として，大方はハッピーエンドになるであろうと想
ただ住んでいる人が逃うだけの巨人の国ということな
像がついていたにもかかわらず。
のだろうかワ
本を読み終えた私は，空をにらんで考
いま，天の上の世界に旅するためには.
I天の浮橋」
ならぬ「ロケット」という有力な通路が開発されてい
えることしばしであった。
考えてみれば，昔話には，天に昇る話が少なくない。
る。それは，月に行くことは可能であると，日正に証明
わが国の古人は，豆の木ならぬ「天の浮橋(あまのう
して見せている。「月」は，その昔.
きはし )J を昇り降りして天と地を行き来していたら
均し去って.
しい。「天の 1手続」に関しては，江戸時代の学者たち
残された爺と姐を嘆かせた速い迷い憧れの地であった
はよほどそれが気になったらしく，該博な古典の知識
のだが，宇宙に向けて懸けられた現代版「天の浮橋」
を披滋しつつ様々な解釈を試みている。
は，昔の人たちの l叶わなかった願いの実現に手を貸そ
たとえば，新井白石は.
て.
I天(アマ )J を海の怠とし
I岸に到達するための舟を連ねた橋 J. すなわち，
Iかぐや ~J が飛
I再びまみえることも叶わぬ」とばかり，
うとしているのである。ただし，それは，選ばれた特
縦者たちの特設通路であって，多くの普通人たちにとっ
「海につらなる戦艦」のようなものと説明している
ては，依然，昔と変わらぬ憧れの地に導く夢の浮械に
(新井白石『古史通 J) 。一方，本居宣長は.
他ならないけれど・・・。(ほんだ・ますこ)
I神々の昇
り下りする橋で，天にかかっているもの」とする(本
/7示\
居宣長『古事記伝J)o I神が天から降りてくるときに
(大詰めの)編集作業をしている 6月初め，
k込山)紙而では紹介し切れなかったが，宇宙研には
大空に浮かべて載るもので浮総と言う」というのもあ
てフ
る(平田篤胤「古史伝J) 。
3機の衛星(もう一つはSOLAR-B) と観測ロケ γ
ト (S-3 1O型 )2機が試験を行っていて，活気に満ちあふれ
いずれにしても，離れたこつの場所を繋ぐ橋である
ていた。しかし受け入れる設備制l は大変で，装備も人も
ことに相違はないが，その目的が，前者は海を渡るた
不足しているなと実感する。これから宇宙分野は新しい
めとされ，後二つは天と地を繁ぐものとされていると
組織になろうとしているが，多くの野心的なミッション
を遂行できるだけの人(とお金)を確保して欲しいと思う。
ころに違いを見ることも出来よう。ただ，どちらの場
(竹litr)
合も，渡ろうと意図する特別の人，概して神々である
ISAS ニュース
先行
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(http://www.isas.ac.jp)
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