人工衛星や宇宙ステーションは地球のまわりを回ってい
る、これは周知の通りです。宇宙ステーションはおよそ高度
400kmを飛行し、その軌道周期はおよそ90分ですが、高度
を36,000kmまで上げてゆくと、気象衛星ひまわりのような静
止衛星が飛んでいる静止軌道（Geostationary�Orbit,�GEO）とな
ります。ケプラーの第三法則より、高度が高くなるほど軌道
周期も長くなりますが、静止軌道の軌道周期はちょうど地球
の自転周期と同じ約24時間となります。そのため、地上の観
測者からみると、衛星はあたかも頭上でじっと止まっている
ように見えます。この顕著な性質により、静止衛星は、放送、
通信、気象観測、など様々な分野で活用されています。本稿
では、筆者が頂いた第13回宇宙科学奨励賞の研究内容から、
イオンエンジンやホールスラスタに代表される低推力スラス
タを用いて衛星を静止軌道まで遷移させる方法についてご紹
静止軌道までの上昇
一般的に、静止衛星は静止軌道に直接ロケットで投入され
ることはなく、静止トランスファ軌道（Geostationary�Transfer�
Orbit,�GTO）と呼ばれる中間軌道に投入されます。この中間軌
道から静止軌道まで、衛星は搭載されたスラスタを用いて自
力で軌道を上昇させる必要があります。従来、静止衛星は、
遠点でアポジエンジンとよばれる強力な化学スラスタを噴射
して、静止軌道に遷移することが一般的でした（図1A）。
同様のことは惑星探査でも行われます。今年は、アメリカ、
中国、UAE各国の探査機が火星に到着したことは記憶に新し
いですが、探査機が地球から火星に向かう軌道も、上で述べ
た静止軌道への遷移方式と良く似ています。火星探査機の場
合は、遠点で火星と会合し、化学スラスタを噴射して火星周
回軌道に投入されます（図1B）。
図1A、Bに示すような、内側と外側の軌道を結ぶ楕円軌道
を経由した遷移はホーマン遷移と呼ばれています。ホーマン
遷移は比較的短時間（静止軌道の場合はおよそ半日、火星への
遷移の場合はそれでも約9ヶ月!�）で目標とする軌道に到達で
きますが、遠点側で強力な化学スラスタを噴射し、推進剤を
多大に消費するというデメリットがあります。そこで、化学ス
ラスタよりも排気速度が大きい（燃費が良い）電気推進スラス
タによる遷移が注目されています。電気推進スラスタは推力
がとても小さいため、軌道遷移に長い時間（静止軌道の場合は
数ヶ月）がかかりますが、推進剤消費量を劇的に（およそ70%
～ 80%程度）節約することが可能となります。例えば2t級の
静止衛星の場合、化学推進だと1t推進剤が必要なところが、
No.482
低推力 スラスタを活用した静止衛星の軌道遷移
三菱電機株式会社 鎌倉製作所 衛星情報システム部北村 憲司（きたむら けんじ）
Heraの概念図
Heraは、主探査機と2機のキューブサットを使用して、S型小惑星ディディモスと衛星ディモルフォスの二重小惑星の探査を実施する、ESA主導の国際共同プラネタリ―ディフェンス計画です。日本の熱赤外カメラも搭載され、表層物質の熱物性や組成が調査されます。NASAの探査機DARTがディモルフォスに衝突した際に形成される人工クレーターの現地観測が実施されると共に、衝突に伴う軌道変化が詳細に観測されます。©ESA/Hera/OHB
The Forefront of Space Science
宇 宙科 学最 前 線
ISSN 0285-2861
JAXA宇宙科学研究所
1ISASニュース2021. 5No.482
・平均的な振る舞いに着目する（平均化法）
・状態変数をうまく選ぶ（正準変換）
今、簡単に2次元で考え、衛星はあるXY平面上を運動する
と仮定します。このとき、時々刻々の衛星の状態は位置2自由
度、速度2自由度の合計4次元で記述することができます。位
置X、Yの軌跡を描いたのが、図１Cに相当します。ただし、衛
星の状態はXYの直交座標系以外でも表現することができます。
有名な表現方法は軌道要素と呼ばれるもので、衛星の状態を
楕円の長半径、離心率、近点引数、真近点離角の4変数で表
現できます。図１Cの軌道を、長半径aと離心率eの世界で眺め
ると、図１Dのようになります。直交座標系XYでは何周もぐる
ぐると回っている軌道が、aとeの世界では図１Dの実線で示す
ように振動しつつも比較的単純な軌道になっていることがわ
かります。この振動を除去し、平均化すると図１Dの点線のよ
うに更にシンプルになります。このように、変数のとり方をう
まく選びつつ、平均的な振る舞いに注目することで問題を考
えやすくすることができるようになります。紙面の都合で詳
細は割愛しますが、最適制御や解析力学の理論を用いて更に
変数をうまく変換することで（正準変換）、エネルギー最小遷
移問題を、ある仮想的な平面（ξη平面とよぶことにします）
上での2点を結ぶ軌道を求める問題に帰着させることができ
ます（図2上）。ただし、このξη平面上では、距離の二乗に比
例する中心力が働きます。現実世界では、地球の重力は距離
の二乗に反比例しますが、この世界では、距離の二乗に比例
する斥力もしくは引力となるところが面白い点です。中心力
が引力か斥力かは、静止軌道までの軌道周回数を多くするか、
少なくするかに依存します。図2の左下は斥力の場合で、軌道
周回数が短いケースです。逆に右下は引力の場合で、周回数
が長くなります。中央の図は中間ケースです。これらは、い
ずれもある指定された遷移時間と周回数に対してエネルギー
最小となっています。
この「距離の二乗に比例する斥力もしくは引力が働く世界
で、与えられた2点を結ぶ軌道を求める」問題の、解は解析的
に求めることが可能です。解析的に解が求められると嬉しい
ことはなんでしょうか?�1つは、複雑な計算をしなくても、（エ
ネルギー最小の観点で）最適な噴射方向を決定できることで
電気推進にすることで300kgで済むことになります。これは打
上げ質量の低減や、ミッションペイロードの拡充など大きな
メリットとなります。電気推進を用いた軌道遷移では、一般
に図1Cに示すようにスパイラル状に地球のまわりを数10 ～数
100周と回りながら、徐々に軌道を上げてゆくことになります。
最適な遷移軌道とは？
それでは、静止トランスファ軌道から静止軌道まで低推力
スラスタでスパイラル遷移するとき、どのようにスラスタの
噴射方向を決めれば最適な軌道遷移を実現できるのでしょう
か？このとき、代表的な最適性の指標としては以下のような
ものが考えられます。
①できるだけ早く静止軌道まで到達したい
（最短時間問題）
②推進剤の消費量を最小としたい
（推進剤消費量最小問題）
③制御加速度のエネルギーを最小としたい
（エネルギー最小問題）
①と②の問題は工学的に重要ですが、解析的
な解を求めるのが困難です。一方で、③につい
ては、平均化の理論や最適制御の理論を用いる
とうまく解を求めることができます。ここでは、
まず③について紹介したあと、①の問題につい
て考えてみます。
エネルギー最小問題とは、スラスタ噴射に
よって生じる加速度の二乗を時間積分したもの
（エネルギー）ができるだけ小さくなるような遷
移軌道を求める問題です。この本質はスラスタ
推力を可変とすることを許容しつつ、推薬消費
を小さくすることにあります。この問題を解く
ために重要なポイントは以下の２つです。
図1：静止トランスファ軌道から静止軌道までの遷移と地球から火星までの遷移。A：静止トランスファ軌道から静止軌道までのホーマン遷移B：地球から火星までのホーマン遷移C：静止トランスファ軌道から静止軌道までのスパイラル遷移D：スパイラル遷移中の軌道長半径と離心率の軌跡
図2：エネルギー最小遷移軌道の比較。軌道図の色は加速度の大きさを表しており、赤色になるほど大きい。
2ISASニュース2021. 5No.482
宇 宙 科 学 最 前 線The Forefront of Space Science
す。これは衛星搭載計算機のような計算パワーが潤沢でない
場合にメリットとなります。別のメリットとしては、エネル
ギー最小解をもとに、別の問題（最短時間問題、推進剤消費
量最小問題など）を解くことができる点です。工学的により実
用的な最短時間問題や燃料最小問題は解析的な扱いが難しい
ため、数値的な計算に頼ることになりますが、数値的に最適
化する場合の初期解としてエネルギー最小解を活用できるの
最短時間問題 
次に、最短時間問題について考えてみましょう。最短時間
問題とは、その名の通り、できるだけ短い時間で静止軌道ま
で到達する問題です。冒頭で述べたとおり、低推力エンジン
による軌道遷移は一般に数ヶ月の時間を要するため、打ち上
げてからミッション開始までの時間をできるだけ短くするため
にも最短時間問題は実用的に重要となります。最短時間で軌
道遷移を完了するためには、常にスラスタを噴射し続けなが
ら、時々刻々のスラスタの噴射方向を適切に制御する必要が
もしも軌道上での衛星の運動を完全に予測することができ
れば、予め地上の計算機で最適な噴射方向を計算しておき、
それを衛星にアップロードしてスラスタをその方向に向ける、
というような運用ができるでしょう。しかし、軌道上での想
定外の事象（スラスタの故障、シャットダウン等）が起こると
地上で再度計算をやり直す、というような手間が発生します。
また、想定外というほどの事象が起こらずとも、地上で前提
としている衛星の力学モデルと実際の軌道上でのモデルの間
には多少の差異が必ずあるため（質量特性誤差、スラスタ推力
誤差、大気抵抗誤差など）、地上で予想される軌道と実際の軌
道が徐々にずれてゆきます。この場合も定期的に地上で計算
をやり直すことが必要となります。このような想定外の事象
や徐々に蓄積されてゆく誤差に対してロバスト（頑強）にする
ための方策として、フィードバック制御則を用いることが考
えられます。これは、衛星が今の自分の状態をもとに、目標
軌道（静止軌道）に最短時間で到達するために適した噴射方向
を算出するという制御方法です。図3に軌道長半径を変化さ
せるために最適な噴射方向と、離心率を変化させるために最
適な噴射方向を矢印で示しました。これらの矢印を重ね合わ
せることで、時々刻々の噴射方向を計算することができます。
とくに、この重ね合わせの割合を「目標軌道要素-現在の軌道
要素」の差分に応じて適切に設定することで、フィードバック
制御の構造を持たせつつ、目標軌道（静止軌道）に最短時間で
到達するために準最適な噴射方向を実現することができます。
ここまでは、衛星の軌道運動すなわち、並進運動について
話を進めてきました。しかしながら、衛星の姿勢も電気推進
スラスタを用いた軌道遷移では重要となります。電気推進ス
ラスタは電気エネルギーで推進剤を加速させて排出すること
で運動量を得ます。消費エネルギーが大きいため、衛星の太
陽電池パドルを太陽の方向に向け続けて発電効率を確保する
必要があるのです。一般的に静止衛星の太陽電池パドルはあ
る一軸まわりに回転することができます。この回転自由度を
用いると、太陽電池パドルを太陽に向けつつ、スラスタの推
力軸が望ましい方向を指すような衛星の姿勢が定まります。
ただし、衛星のとるべき姿勢が指定されたとしても、その
姿勢に常に追従するように制御できるとは限りません。衛星
の姿勢は、リアクションホイールに代表される姿勢制御アク
チュエータによって制御されますが、姿勢制御アクチュエー
タによって発生できるトルクや角運動量には上限があるから
です。したがって、トルクや角運動量の制約を考慮しつつ、
軌道と姿勢を制御することが必要となります。図4左は、姿勢
制御アクチュエータの制約を考慮しないでフィードバック制
御で軌道遷移した場合の衛星の角運動量の分布を示していま
す。この場合、角運動量が非常に大きくなる区間があり、実
際にはこのような制御は実現できません。一方で、図4右は角
運動量とトルクの制約を考慮したフィードバック制御則であ
り、角運動量の履歴は現実的な値となっています。なおアク
チュエータ制約を考慮しても、遷移日数の増加は微小となっ
低推力かつ多周回の軌道遷移は理論も実運用も複雑となり
ますが、非常に面白い問題構造をもち、今後も活発な研究が
なされる分野と考えられます。ホールスラスタやイオンエン
ジンの技術成熟度が向上したことで、商用衛星や月探査など
でも低推力多周回の軌道遷移は化学推進に変わる現実的なオ
プションとなりつつあります。商用通信衛星では、通信の大
容量化の需要に伴いペイロード比率の向上が求められていま
すが、電気推進によってペイロード輸送効率が高まることに
より、商用衛星においては私達が享受する衛星サービスの向
上が期待されます。また探査ミッションではミッションペイ
ロードの拡充によって探査の質と量が高まり、新しい発見へ
とつながることでしょう。
本稿に関連する研究を進めるにあたって、（元）大阪大学の
山田�克彦教授をはじめ、三菱電機�先端技術総合研究所、鎌倉
製作所の皆様には貴重な助言を数多く頂きました。この場を
借りてお礼申し上げます。
図3：長半径aの制御に最適な噴射方向（左）と離心率eの制御に最適な噴射方向（右）。
図4：遷移軌道に沿った角運動量の分布（左：姿勢制約を非考慮、右：考慮）。
3ISASニュース2021. 5No.482
ただいま米国への出発準備中
二重小惑星探査計画Hera*
超小型探査機EQUULEUSとOMOTENASHIは、SLSロケットに搭
載するため、5月中にNASA�Kennedy�Space�Center（KSC）へ向け
て発送予定です。この原稿執筆時点では、輸送のための準備と
探査機の国内での最終試験をしています。ロケットの打上げは
今年の11月頃の予定ですが、超小型探査機はOSAと呼ばれるロ
ケットとOrion宇宙船を結合するアダプターの内部に搭載される
ため、約半年前の組み込みが必要です。KSCでは、輸送後の動
作チェックと、ロケットからの放出装置（ディスペンサー）へ探
査機を組み込む作業を行います（図１）。またOMOTENASHIは、
固体ロケットモーターが危険物であるため別梱包で輸送する必
要があり、KSCにて探査機の最終組立を行います。慣れない場
所で作業する必要があるため、相模原にてロケットモーターの
ダミーモデルを使って何度も組み立て練習をしました。また組
み立てに必要な治具、工具を忘れずに輸送するように入念に確
認しています。
図２はOMOTENASHIの相模原での試験風景です。KSCでの動
作チェックに使用できる机2つで試験ができるかどうか確認し
ています。EQUULEUSも同様に、東京大学本郷キャンパスにて
試験手順の最終確認中です。KSCでの作業のため、プロジェク
トメンバーも渡米します。コロナ禍での海外出張であり、米国
到着後および日本へ帰国後には定められた期間、ホテル等での
隔離が必要で、PCR検査もたびたび受ける必要があります。感
染防止のために入念な準備をしているところです。
�（船瀬�龍、橋本�樹明）
HeraはS型小惑星ディディモスとその衛星ディモルフォスか
らなる二重小惑星にランデブーする欧州宇宙機関（ESA）の小惑
星探査計画です（表紙参照）。ディモルフォスには米航空宇宙局
（NASA）の探査機DARTが衝突する予定で、Heraは衝突後の軌道変化やクレーターの事後観測を行います。その主な目的はプラ
ネタリーディフェンス、即ち小惑星が地球に衝突するとわかっ
た場合にその軌道を変えて衝突を回避するための技術や知識の習得です。実は、地球は小惑星衝突の潜在的な危機に晒されて
いるのです。甚大な被害をもたらす直径数10メートル以上の
小惑星が地球に衝突する頻度は100年に1回以上です。有名な
例では、1908年にツングースカで森林が周囲50kmにわたって
壊滅的に薙ぎ倒される原因となりました。また、記憶に新しいところでは2013年に、チェリャビンスク隕石の落下時の衝撃
波によって、大きな人的被害や建物損壊が発生しました。
プラネタリーディフェンスは、人類社会への潜在的危機を惑
星科学の知識と宇宙工学の技術によって未然に防ぐ応用科学で
す。直径数10mの小惑星の軌道は、数mの探査機を衝突させ
ることで僅かに変化します。その僅かな軌道変化によって、数
10年後に地球に衝突する可能性があると判明した小惑星の地
球衝突確率を、実質ゼロまで低減させることができます。しかし小惑星の物性、特に硬さや空隙率、衝撃減衰に関する知識は
乏しく、衝突後の挙動がどうなるかよくわかっていません。「は
やぶさ2」では、熱赤外撮像によってC型小惑星リュウグウの岩塊が高空隙であること、さらに人工衝突実験によって岩塊が低
摩擦な状態で堆積していることがわかりました。しかし地球近
傍に最も多く存在するS型小惑星の物性はよくわかっていませ
Heraには日本の熱赤外カメラが搭載され、�S型小惑星の岩塊の空隙率など物性を調査するほか、DART衝突によるクレーター
の形状やサイズ、物質変化などを調査します。日本からは熱撮
像観測に加えて、衝突科学や地形・地質学、軌道運動の専門家
も参加し、史上初の国際共同プラネタリーディフェンス計画に
参画します。さらに、観測データは科学的にも非常に貴重なものであり、小惑星の物性科学の進展や、二重小惑星の形成過程
の理解など新たな惑星科学の展開が期待されます。
�（岡田�達明）
図２：KSCでの作業を想定し、机2つに試験装置を並べたセットアップ。図１：�EQUULEUSダミー構体を用いたディスペンサーへの格納手順のリハーサルの様子。
*Heraはギリシア神話に登場する女神の名前で略語ではありません。NASAのHERA（Human�Exploration�Research�Analog）とは別のものです。
事 情ISAS
4ISASニュース2021. 5No.482
深宇宙探査技術実証機�DESTINY+ミッションは、小型探査機と
キックステージの組合せによりイプシロン級ロケット（開発中の
イプシロンSロケットによる打上げ予定）によって、深宇宙探査
を切り開くことを目的にしています。具体的には、工学目的と
して、電気推進（イオンエンジン）航行技術の発展とフライバイ
探査技術の獲得により太陽系探査対象天体の拡大を目指します。
理学目的として、地球生命の前駆物質の可能性がある地球外か
らの炭素や有機物の主要供給源と考えられている地球飛来ダス
ト及びその母天体の実態解明を目指し、ふたご座流星群の母天体�Phaethonを探査目標としています。DESTINY+ミッションの特
徴は、工学目的とともに、その実証結果として理学目的を達成することにあります（理工一体ミッション！）。
探査天体Phaethonは黄道面に対して軌道面が大きく傾いてお
り、「はやぶさ2」やMMXのように探査天体とランデブーをする
ことができず、Phaethonが黄道面を横切るタイミングにあわせ
て、探査機を最接近させてすれ違いざまに観測をするフライバ
イミッションとなっています。最接近距離は500㎞、すれ違う相
対速度は約36km/sとなり、「待ったなしのワンチャンス観測」と
いう挑戦的なミッションです。
プリプロジェクトとなってからほぼ一年。システム要求審査、探査機システムメーカ選定、搭載観測機器メーカ選定、システ
ム定義審査、プロジェクト移行審査と駆け抜け、2021年5月1日
にDESTINY+プロジェクトとなりました。2024年度打上げ目標に
向けて開発をすすめていきます。
誰かに提示されたものの良し悪しを議論するのではなく、各々
が考え検討した結果を持ち合いより良い設計を作り上げていく
ことを常に意識して開発をすすめていきたいと考えます。不具合の発見は成功への糧として、「今見つかってよかったね、地上で
不具合を見つけられてよかったね、対応できるのだから」を合言
葉に、ミッション達成に向けた確実な開発を行っていきます（「よ
かったね」と発言する私の笑顔が怖く見えても気のせいです（笑））。
若手を中心に、プロジェクトをわかりやすく伝えるためにいろいろな企画を考えています。そのひとつとしてTwitterによる情
報発信を始めました。ぜひ、フォローして応援いただければと
思います。�（高島健）
深宇宙探査技術実証機（DESTINY+）プロジェクトへ移行
能代ロケット実験場で実施している再使用ロケット実験機
RV-Xの第2次地上燃焼試験（RV-X-2）についてご紹介します。
RV-Xは宇宙研と研究開発部門が協働で取り組む研究で、先日
プロジェクト化された1段再使用飛行実験CALLISTOのフロント
ローディングとして位置付けられるとともに、より将来に向け
たロケットの再使用技術を飛行実験などにより獲得するための
実験機です。2018年10月号にて第1次地上燃焼試験（RV-X-1）
についてご紹介以来となりますが、その後、実験機を飛行形態
に組み上げて、再び能代ロケット実験場の再使用ロケット専用
スタンドに組み付け、飛行試験に向けて必要となる、エンジン
／推進／構造／誘導制御／アビオニクスなど、実験機を構成す
る各系の特性を取得するための地上実験を進めています。
RV-Xに搭載されているエンジンは、再使用観測ロケット技術
実証プロジェクトで角田宇宙センターにて開発された、推力4
トン級の再使用型の液酸液水エンジンで、これまでに150回以
上の燃焼試験を耐え抜いてきました。耐久性や信頼性、整備性
など、「再使用」するという観点で設計されたエンジンで、実際
に再使用ロケットに搭載して繰り返し運用することで、その機
能・性能を実証するとともに、将来に向けた新たな課題を見つ
けることがRV-Xによる研究です。エンジンだけでなく、これま
でに要素レベルで研究されてきた推進剤タンクの断熱材や供給
系、着陸脚、離着陸飛行制御など、再使用型宇宙輸送システム
の構築に向けた様々な技術を実証することがRV-Xの役割です。
RV-X-2では、これまで7回の燃焼試験によりエンジンの作動
や推力方向制御の特性取得、アビオニクスの機能確認などを達
成しました。エンジンや機体も試験中の過酷な環境に耐えてい
ますが、それ以上に頑張っているのが冬の極寒、夏の猛暑の中
で、現場で作業するチームメンバーのみなさんです。特に、私
よりもずっと先輩の方々が多いエンジン班のみなさんは、彼ら
が開発してきた再使用エンジンを、時に優しく時に厳しく可愛
がり、老体に鞭打ちながら能代での実験を支えてくださってい
ます。新たな課題も明らかになりながら一歩一歩ではあります
が、飛行実証に向けてチーム一丸となって進みたいと思います。
�（野中聡）
再使用ロケット実験機RV-X・第２次地上燃焼試験の状況
Twitter�ID：@DESTINY_JAXAホームページ：https://destiny.isas.jaxa.jp/
再使用ロケット実験機RV-X第2次地上燃焼試験の様子。
DESTINY+Twitterのアイコン。2021年3月に開催された宇宙研特別公開中にTwitterにて投票を行って選ばれました。周囲はプロジェクトメンバー 関 係 者が作った候補のアイコン達。
5ISASニュース2021. 5No.482
相模原市特別観光親善大使に就任した「はやツー君」。
国立科学博物館のカプセル展示にご来訪いただきましたヘギョン・ユ駐日オーストラリア首席公使（中央）ご一行。左は藤本�正樹副所長。
左から吉川氏、照井氏、尾川�氏。（市村清新技術財団提供）
「はやぶさ2」のカプセル展示
2020年12月6日に、6年間の宇宙の旅を終えて地球に戻って
きた「はやぶさ2」の再突入カプセル（地球帰還カプセル）ですが、
その公開が始まりました。
まず最初に、2021年3月12日から16日にかけて相模原市立博
物館にて公開されました。公開初日の午前中には記念式典が行
われ、相模原市の本村�賢太郎市長をはじめとして、JAXAからは
國中�均ISAS所長、津田�雄一はやぶさ2プロジェクトマネージャ
などが出席しました。また近くの共和小学校の生徒さんにも見
学していただきました。その後、一般の人に見学していただき
ましたが、相模原市立博物館の場合には往復はがきで申し込み
をして抽選で当たった人が見学できるというもので、かなりの
倍率だったそうです。コロナ禍のもとで、見学できる人数を制
限しなければいけなかったことが残念でした。それでも6日間
の期間中に、4,600人ほどの方に見ていただくことができました。
続いて3月27日から4月11日に国立科学博物館にてカプセル
展示が行われました。こちらは、専用サイトからの事前予約制
で、やはり密にならないように配慮されての公開でした。期間
中に、20,000人ほどの方が見学をされたということです。また、
4月8日には、ヘギョン・ユ駐日オーストラリア首席公使にもご
来訪いただきました。オーストラリア政府や関係機関の皆さん
には、カプセルのウーメラ帰還に関しまして多大なるご協力を
いただきました。感謝いたします。
今後、今年8月から来年3月にかけて全国でカプセル展示を行
う予定です。公開する場所は今後決定されます。詳しくはISAS
のWeb*に掲載されますのでご覧下さい。是非、宇宙を旅してき
た本物を見ていただければと思います。本物ならではの迫力を
感じていただけることと思います。
はやツー君が相模原市特別観光親善大使に就任！
「はやぶさ2」のマスコットキャラクター「はやツー君」が相模
原市の特別観光親善大使に任命されました。2021年4月1日よ
り1年間、相模原市の魅力を市内外に伝える役目を担うことに
なります。はやツー君曰く、「生まれ故郷である相模原市の魅力
を、全国、全世界、そして宇宙にも発信していくよう頑張りま
す！」ということです。�（吉川真）
照井 冬人さん、尾川 順子さん、吉川 健人さんが、第53回市村学術賞功績賞を受賞
このたび、はやぶさ２プロジェクトチームの照井�冬人さん、
尾川�順子さん、吉川�健人さんが、第53回市村学術賞功績賞を受賞されました。受賞題目は「はやぶさ２による小惑星へのタッ
チダウンのための高精度画像航法誘導制御技術の確立」。つま
り、「はやぶさ２」の大本命技術である着陸の成功が評価されて
の受賞でした。実は、市村学術賞は「はやぶさ２」関連で既に2
回「貢献賞」を獲得していますが、今回はそれよりも一段高い「功
績賞」が授与されました。
「はやぶさ２」は2019年2月と7月に小惑星リュウグウへの着
陸に成功しました。その着陸精度は、それぞれ1mと60cm。こ
れ以上望めないほどの大成果です。最後の着陸成功ばかりが注
目されますが、そこへ至る周到な作戦こそが素晴らしかった。精度の良い着陸のためには精度の良い降下（＝誘導）が必要で
す。そのためにはレーザー高度計や画像を用いた位置計測（＝航
法）が不可欠。私たちはリュウグウ到着後に、中高度航法テスト
（2018年7月）→中高度誘導テスト（同年7 ～ 8月）→低高度航法
テスト（同年9 ～ 10月）→低高度誘導テスト（同年10月）と順番に
技術を詰めていき、翌2月についに着陸を成功させたのでした。
1960年代、アポロ計画では10年かけて、地球周回（４～ 7号）
→月周回（8号）→着陸船テスト（9号）→月着陸リハ（10号）と行
い、11号での着陸成功へ至りました。規模は違いますが、技術
ステップの踏み方は実はとても似ています。少し誇示が過ぎる
かもしれませんが、「はやぶさ２」はアポロの成したことを、3億キロ彼方で１つの機体で成したと言えます。アポロは11号での
月面到達後、15号でリスク承知で高い科学成果を狙い、ハドリー
渓谷に着陸させました。その結果がジェネシスロックの発見に
繋がりました。これは、「はやぶさ２」が周到な積み重ねの上に
実施した第2回の着陸決行と重なります。この着陸で採取できたかもしれない地下物質から“太陽系創世記”の情報が得られたの
ではと期待が膨らみます。
本技術には、受賞3名の他にたくさんのJAXAおよびNECの技術者が携わっています。今から約13年前の開発当初、「どうせ
着陸をやるからには精度1mクラスを狙いたいよね」という遊び
心の会話から、いくつかの追加の機能を仕込みました。それが
リュウグウの険しさに打ち勝つ決め手となり、ミッション成功へ
の大転回に繋がりました。唯一無二の小天体着陸技術の確立と
向上に真摯に向きあったこれら技術者の方々に心から賛辞と祝
福を送りたいと思います。�（津田�雄一）
* https://www.isas.jaxa.jp/topics/002615.html
事 情ISAS
6ISASニュース2021. 5No.482
世界最大のロケットで打ち上げる世界最小の探査機
超小型探査機
EQUULEUSOMOTENASHI
OMOTENASHI搭載超小型固体ロケットモーター
爆発的な力を発揮する小型推進装置
OMOTENASHIの中心部には、全長約300mm・重量約4kgの、
固体ロケットモーターが搭載されています（図1）。固体ロケッ
トモーターは、モーターケースの内側に火薬類の一種である
固体推進薬が詰め込まれた推進装置で、推進薬が燃焼する際
に発生する高温・高圧の燃焼生成物をノズルから排出するこ
とによって推進力を得ます。
OMOTENASHIに搭載された超小型の固体ロケットモーター
は、僅か20秒弱の燃焼時間中に、着陸モジュールである
約0.7kgのサーフェスプローブ*を頭部に載せた状態で、約
2,500m/sも加速することができます。この爆発的な力を利用し
て、着陸シーケンスでは、頭部に着陸モジュールを搭載した固
体モーターがオービティングモジュール*から分離するととも
に、月面に向かって逆噴射を行いながら減速して着陸します。
最先端のレーザー点火システム
通常、固体ロケットの点火には、電線に電気を流すことで
点火玉と呼ばれる火薬に点火し、その火炎をきっかけにロ
ケット本体に点火する方式が取られます。ここで、作業中の
静電気や探査機の迷走電流などによる不慮の点火玉の着火の
可能性を考え、SAD（Safe�&�Arm�Device）と呼ばれる火炎を遮
断する安全装置をロケットに取り付けます。ところが、究極
の小型化・軽量化が求められるOMOTENASHIには、SADの取
り付けは不可能でした。
そこで、OMOTENASHIは日本の固体ロケットでは初めて
となる、レーザー点火システムを採用しています。これは、
OMOTENASHI探査機内に配置したレーザーダイオードから放
出した強力なレーザー光を、電気を通さない光ファイバーで
ロケット本体内に導き点火を行う方式です（図1）。レーザーは
探査機内部のコンデンサに蓄えた大きな電気エネルギーによ
り放出される設計としているため、静電気などで誤動作する
恐れが無く、SADが不要になります。
OMOTENASHIは、有人宇宙船として設計されたOrionと相
乗りで、NASAのロケットSLS（Space�Launch�System）によっ
て打ち上げられます。そのため、NASAによる非常に厳しい安
全審査を受ける必要がありました。特に、火薬がぎっしり詰
まったOMOTENASHIの固体ロケットモーターには厳しい目が
向けられました。しかしながら、新たに開発したレーザー点
火システムと固体ロケットモーターの安全性が認められ、無
事に審査を通過することができました。
磨き上げられた固体ロケットモーター
OMOTENASHI搭載超小型固体ロケットモーターには、レー
ザー点火システム以外にも、様々な技術—いぶし銀のノウハ
ウから挑戦的な新規技術まで—が詰め込まれています。開発
のプロセスでは、それらの技術を検証し、OMOTENASHI向け
に最適化するために、様々な試験を実施しました。特に重要
なのが、モーターの燃焼試験です。宇宙科学研究所あきる野
実験場では、真空燃焼試験を行いました（図2）。この試験は、
JAXAの試験場で固体ロケットにレーザー点火した初めての例
となり、真空環境下における推進性能とレーザー点火システ
ムの特性に関する重要なデータを取得することができました。
開発プロセスの中で、数多くの燃焼試験を実施し、その中
でOMOTENASHI搭載超小型固体ロケットモーターは磨き上げ
られ、小型・軽量なボディから大きな力を確実に発揮できる
推進装置として完成したのです。
固体ロケットが切り拓く宇宙探査の未来
間もなくOMOTENASHIを打ち上げるSLSロケットには、全
長約54m・重量約730tの固体ロケットブースターが取り付
けられます。人類史上最大の超巨大固体ロケットブースター
によって地球から打ち上げられる世界最小の月面着陸探査機
OMOTENASHIが、最後は超小型固体ロケットモーターで月面
に着陸すると考えると、まさに固体ロケットの力によって宇
宙探査の新たな歴史が作られようとしていると言えます。
小型・軽量で大推力を発揮でき、さらに安全性も兼ね備え
た固体モーターを活かせば、これまでは到達不可能だった、
重力の強い天体などへのアプローチも可能になるかもしれま
せん。OMOTENASHI搭載超小型固体モーターは、まさにこの
コンセプトを具現化したものと言えます。
�森下 直樹（もりした�なおき）
図2：宇宙科学研究所あきる野実験場で行われた真空燃焼試験の様子。
図 1：OMOTENASHI搭載超小型固体モーターとレーザー点火部。
* ISASニュース2021年3月号本連載記事参照
固体ロケットモーター
レーザーダイオード
光ファイバー
7ISASニュース2021. 5No.482
ISSN 0285-2861
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発行／国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所発行責任者／宇宙科学広報・普及主幹 藤本 正樹編集責任者／ ISAS ニュース編集委員長山村 一誠デザイン制作協力／株式会社アズディップ
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今と昔の地図を簡単に比較できる某大学研究室のサイトを知った。近所の散歩が多くなった昨今、数10年スケールでの街の激変や昔の痕跡が知れて、重宝している。宇宙開発の環境も現在激変しつつあ
る。20-30年先の宇宙科学がどう変わるかは楽しみであるが、予想が難しい。��( 清水�敏文 )
ISASニュースNo.4822021年5月号
年年歳歳花相似 歳歳年年人不同
上杉 邦憲（うえすぎ�くにのり）
JAXA 名誉教授
我が家に一鉢の風蘭（富貴蘭）があり、年に一度初夏の頃、
可憐な花を沢山咲かせます。この風蘭には以下のような歴史
があります。
今から51年前の昭和45（1970）年2月11日、鹿児島県の大
隅半島にある内之浦という町の太平洋を望む高台から日本初
の人工衛星「おおすみ」が打ち上げられました。ロケットの打
上げというと、種子島と思われる方が殆どかもしれません。
私が「内之浦でロケットを上げています」と言うと「エッ、そん
な危ない!」と言われたのは実話です。「内之浦」を「うち（家）
の裏」と間違われたのでした。
内之浦は「おおすみ」打上げの頃、人口は約5,000人、漁業
が主産業で、町の道路は未舗装、信号機は1つもなく、裸足
の子供たちが私たちロケット実験班に対しても、元気良く「お
はようございます!�」と挨拶してくれる、良き時代の小さな町
内之浦には婦人会という組織があり、この方たちは昭和37
（1962）年実験場を造成する際にモッコを担いだり整地作業を
手伝ったことに始まり、「おおすみ」打上げ成功の時には町を
挙げての提灯行列、その後も衛星打上げ前日には必ず成功祈
願の千羽鶴を届けてくださるだけでなく、場内各建屋の掃除
や実験班の昼食の世話など「さつまおごじょ」の本領を発揮し
て、打上げ成功にはなくてはならない縁の下の力持ちの存在
婦人会2代目の会長橋本�雅子さんは、昭和41（1966）年私
が大学院生として初めて内之浦に行った時、若く見えたらし
く「なんか、最近の宇宙研は中学生も雇っとるんか」と言われ
たのが機縁で、その後家族ぐるみで親子のような付き合いを
させて戴きました。雅子おばちゃんの御主人惟義さんは「1町
1営林署というのは内之浦だけだ」というのが御自慢の営林署
職員でした。
「おおすみ」打上げの頃、その惟ちゃんが「山に風蘭が自生
していたので株分けした。一株上げる」と言ってくださったの
が写真の風蘭です。樹齢ではなく何というのか知りませんが、
こんな小さな植物が50年以上経った今に至るまで、毎年初夏
になると変わることなく可憐な花を咲かせています。なんと
いう生命力でしょうか。
まさに「年年歳歳花相
似�歳歳年年人不同」で、
惟義さんもすでに鬼籍
に入られ、私も「はやぶ
さ」の打上げを最後に内
之浦へ行く事もなくな
りました。けれども一
年に一度この白い風蘭
の花が咲くと、内之浦
の人達との熱い交流や
打上げに纏わる様々な
出来事が懐かしく思い
出されます。
今や内之浦という町
名もなくなり、宇宙研もすっかり変わってしまったように思
います。思い起こせば、1993年、外部評価委員会委員として
招聘したNature誌のJohn�Maddox編集長が“Recipe�for�a�good�
research�laboratory”（Nature�Vol.386,�23/30�December�1993）
と題して書かれたNews�Letter�には当時の宇宙研の特徴がよく
捉えられています。そこには、宇宙研がうまく機能していて、
世界一の研究所と言うに値する、といういささか褒め過ぎの
評価が載っていますが、その理由として挙げられていたのは、
他の宇宙予算がオーバーしても影響を受けない宇宙科学の
独立性、宇宙研が発想から設計、オペレーションまでの全て
を遂行する自律性、そして工学と理学が完全に対等のパート
ナーとしてほぼ1年に1つの優れたプロジェクトを実行する遂
行能力の3点でした。さらに約100名の大学院生を含め、300
名という少ない人数も宇宙研の強みであり、その中で、大学
院学生もコントロールセンターで責任を持つなどして教育し
ていることも重要な要素と述べています。
そんな小さな研究所だった宇宙研が、NASA、ESA、IKIといっ
た巨大な研究機関と対等に渡り合って、時には競争し、時に
は協力して宇宙科学世界一を目指していました。国際ハレー
艦隊によるハレー彗星探査や、この4機関で設立した国際コ
ンサルグループ（IACG）の下での国際太陽・地球物理（ISTP）計
画や太陽系探査は大きな成果を挙げました。MUSES-C（「はや
ぶさ」）もIACGの協力がなければ、困難を乗り越えて帰還する
ことは出来ませんでした。こうして世界の研究機関と競争と
協力をしながら、世界一の宇宙科学研究所を目指すという伝
統の精神は、今でも宇宙研の皆さんの心に脈々と流れている
ことでしょう。
年年歳歳人や組織が変わっても、歳歳年年小さくても世界
一美しい宇宙科学の花を咲かせることを願っています。この
白い風蘭のように。
2020年6月撮影
8ISASニュース2021. 5No.482