姫野研究室、H3ロケット開発貢献に対しJAXAから感謝状

2024年5月8日、航空宇宙工学専攻 姫野研究室のH3ロケット開発および試験機2号機打上げ成功への貢献に対し、宇宙航空研究開発機構(JAXA)から感謝状が贈呈されました。我が国の新型基幹ロケットであるH3ロケットの開発と試験機2号機の打上げ成功に大きく貢献したと認められる企業および研究機関等に対して、宇宙航空研究開発機構から贈られたものです。

受賞された研究・活動について

大型ロケット打上場(射点)の地上設備には、エンジン排気を逃がすための地下道(煙道)が設けられています。秒読み(カウント・ダウン)を一時停止した後に再開した場合など、運用の条件によっては煙道内に冷却水が多量に滞留した状態で、エンジンを始動させる場合も想定されます。このような場合、エンジン排気が勢いよく滞留水に衝突してしまい、吹き上げられた水がロケット機体や地上設備を直撃して損傷を与えることが懸念されます。安全な打上げのためには、滞留水の量に応じて、煙道内の水の挙動を予測する必要があります。実際のロケットと射点を用いて実験(試運転)をすることも考えられますが、機体損傷のリスクとコストの点から現実的には難しいとされました。

この課題に対し、JAXAから相談を受けた姫野教授と同研究室院生(当時)は、流体力学の相似則に基づく模型実験を考案し、煙道滞留水の挙動予測手法を提案しました。JAXAの協力を得て、種子島宇宙センターH3ロケット射点の1/120縮尺模型を製作したうえで、同研究室が本郷キャンパス工学部7号館に所有する高圧空気源(風洞設備用)を活用し、エンジン排気を模擬した実験を行いました。

その結果、模型実験で観察された煙道滞留水の挙動は、過去のH-IIBロケット地上燃焼試験時、および、H3試験機1号機打上げ時に観察された実機寸法での現象をよく再現していることが確認されました。そのうえで、吹き上げられた水が機体を直撃する危険な水位を課した実験も実施できました。一連の実験から得られた知見は、H3ロケットの運用条件決定に活かされています。

今後の抱負・感想

高い技術を保有する企業と並んで研究室としての貢献を認めていただけたことは、学生にも教職員にも励みになります。相似則と模型実験に基づく流動現象の予測の正しさが、実機スケールで確認できたというのは、まさに流体力学の醍醐味だと感じます。早くデータが欲しいという要求にお応えして、年明け間もない大雪の日に実験を強行したのも、今となっては好い思い出です。今後も、熱流体力学に関する実験と数値シミュレーションを通じ、ロケットや宇宙機の開発と運用に貢献したいと思います。

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