環境試験技術報告

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宇宙航空研究開発機構特別資料

JAXA Special Publication

環境試験技術報告

第13回試験技術ワークショップ開催報告

2016 年2月

宇宙航空研究開発機構

Japan Aerospace Exploration Agency

ISSN 1349-113X JAXA-SP-15-019

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目　次

1. 開催概要 ...1

2. 開催目的 ...1

3. 講演プログラム及び概要 ...1

4. キャッチコピー及び宣伝ポスター ...1

5. 来場者数 ...1

6. 講演内容 ...7

6.1. 開会挨拶 ...7

6.2. JAXA試験標準改定への挑戦 ...9

6.3. 効率的衛星開発に向けた試験検証に関する一考察 ...23

6.4. 高速鉄道の走行シミュレーション ...37

6.5. 小惑星探査機「はやぶさ2」の構造系開発 ...55

6.6. フェアリング内部騒音低減のための吸音材特性予測と最適化 ...71

6.7. EarthCARE/CPRプロジェクトにおける　特有の試験 ...97

6.8. ASTRO-H/SXS用振動アイソレータの開発 ...115

6.9. ロケット用ゴム系材料の構造解析と試験　－IAの取り組み－ ...129

6.10. 閉会挨拶 ...147

7. ポスターセッション ...149

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1. 開催概要

開催日時：平成26年12月18日（金）13:00～17:45 場所：筑波宇宙センター総合開発推進棟大会議室(1F) 主催：宇宙航空研究開発機構環境試験技術ユニット

2. 開催目的

本ワークショップは、JAXA内外の宇宙開発関係者及び機関が一同に会し、

・環境試験技術をはじめとする最新動向や研究開発成果の共有

・現状の環境試験技術の改善点についての意見交換

等を行う。これらを通じて、JAXAが保有する環境試験設備及び環境試験技術について更なる効果的な維持・発展並びに、宇宙機開発の高信頼化・効率化・高度化を実現するための施策を立てることを目的としている。

3. 講演プログラム及び概要

講演プログラム及び概要を表3-1に示す。

また、ポスターセッションの発表内容及び概要を表3-2に示す。

4. キャッチコピー及び宣伝ポスター

第12回に引き続き、挑戦し続ける意思を込めてキャッチコピーを以下とした。

「Test Effectiveness ～challenge to the next generation～」

また、宣伝用に配布したポスターを図4-1に示す。

5. 来場者数

来場者数は総勢102名であった。うち50名はJAXA職員（環境試験技術ユニット職員 26名を含む）であった。JAXA外部からの参加者は主に宇宙機メーカ、計測機器メーカ、設備メーカ、大学関係者、衛星データ利用ユーザ等であった。

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宇宙航空研究開発機構特別資料　JAXA-SP-15-019 2

表3-1講演プログラム及び概要時間講演者 13:00～13:05 「JAXA試験標準改定への挑戦」 JAXA環境試験技術ユニットでは、より効果的かつ効率的な環境試験を目指すため試験の有効性（TestEffectiveness）の検討を推進している。本講演では、長年の課題であった試験レベルとスクリーニング効果の技術的根拠が不明確となっている点を解決する為、コンポーネント熱サイクル数、振動試験の適正化に触れながら、試験項目表及び試験条件の見直し等、試験標準改訂に向けた取り組みについて紹介する「効率的衛星開発に向けた試験検証に関する一考察」衛星開発に於いて、短期間かつ低コストで衛星製造を完了させることが強く求められている。試験は設計・製造の検証のための一手段であるという視点に立ち、他の検証手段と融合させて効率化を図る検証計画法に関する私見を述べる。 13:55～14:05 「高速鉄道の走行シミュレーション」高速鉄道は大規模・高速で、実験が困難である。そこで新幹線の高速走行時の大規模な非線形動的現象を効果的に解くため、FEMとMBDを併用しモーダル法を用いた、高速走行のシミュレーションプログラムの概要が述べられ、地震対策のための高速走行時の脱線を含むシミュレーション結果が紹介される。「小惑星探査機「はやぶさ2」の構造系開発」小惑星探査機「はやぶさ2」の構体は、はやぶさ初号機をほぼそのまま踏襲しているが、ロケットの変更や搭載機器の追加などに伴って、機械環境試験の内容は異なるものとなった。本発表では、実施した機械環境試験の概要と今後の課題について述べる。 14:55～15:50 「フェアリング内部騒音低減のための吸音材特性予測と最適化」打上時のフェアリング内部騒音低減のため、防音ブランケットとして吸音材が使われている。ここでは、マルチスケール解析による吸音率予測手法およびトポロジー最適化による吸音材の最適配置手法について紹介する。「EarthCARE/CPRプロジェクトにおける特有の試験」 EarthCARE/CPRプロジェクトでは、センサの特徴から「システムレベルでのベーキング試験」「磁気モーメント測定」の試験を実施した。本発表では、 EarthCARE/CPRプロジェクトにおける特有の試験について、その試験概要及び結果を紹介する。 16:40～16:50 ASTRO-H/SXS用振動アイソレータの開発 ASTRO-Hでは、SXS（軟X線分光器）用冷凍機の機械的擾乱を絶縁するために、振動アイソレータを新規に開発した。本講演では、本振動アイソレータの概要と、開発において用いた特殊な試験技術の例を紹介する「ロケット用ゴム系材料の構造解析と試験　－IAの取り組み－」固体ロケットには、推進薬をはじめ多くのゴム系材料（エラストマ）が使用されているが、エラストマは超弾性・粘弾性といった金属とは異なる構造的特徴を持つ。そこでIAでは、エラストマに各種要素試験を行い、非線形領域も含めて試験結果と整合するFEM解析用モデルを構築、サブモデル解析・試験との比較に繋げている。本発表ではこれらIAの取り組みについて紹介するとともに、エラストマ構造解析の今後の方向について示す。 17:40～17:45 18:00～20:00 閉会挨拶　（宇宙航空研究開発機構　環境試験技術ユニット長　中尾正博）意見交換会

17:15～17:40株式会社IHIエアロスペース基盤技術部　基盤技術室荒船国之　氏休憩 16:50～17:15宇宙航空研究開発機構研究開発部門　第二研究ﾕﾆｯﾄ安田　進　氏

休憩・ポスターセッション（環境試験技術ユニット成果紹介） 15:50～16:15工学院大学山本崇史　氏

14:30～14:55宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所　宇宙飛翔工学研究系奥泉　信克　氏休憩 14:05～14:30神奈川工科大学田辺　誠　氏

13:05～13:30

宇宙航空研究開発機構環境試験技術ユニット髙橋　大祐　氏梶川　隆史　氏宇宙航空研究開発機構第一宇宙技術部門　EarthCARE/CPRプロジェクト丸山　健太氏16:15～16:40

題目及び概要開会挨拶 (宇宙航空研究開発機構　山本静夫理事) 13:30～13:55三菱電機（株）鎌倉製作所宇宙システム第二部世古博巳　氏

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環境試験技術報告　第13回試験技術ワークショップ開催報告 3

表3-2 ポスターセッションの発表内容及び概要

（発表者：環境試験技術ユニット職員）

番号出展者

効果的かつ効率的な環境試験を目指すTestEffectiveness活動として環境試験技術ユニットが行っている、①コンポーネント熱サイクル数の適正化、②コンポーネント熱真空試験項目表の見直し及び③システム熱真空試験条件の適正化について紹介する

JAXA宇宙機一般試験標準では受入試験においてワークマンシップ又は材料欠陥不具合のスクリーニングを要求しているが、試験レベルと不具合スクリーニング効果の関係に関する技術的根拠は不明確となっている。本発表では、過去30年以上に渡って蓄積されたコンポーネント機械環境試験時不具合の統計分析から、試験レベルと不具合スクリーニング効果の関係について報告する。

保全頻度・保全項目を見直していくことで、最適なリスク・コストバランスの設備保全を実現することが可能になる。本発表では、筑波宇宙センター音響試験設備の過去10年分の不具合の統計分析から、設備の信頼性と点検周期の関係について報告する。

近年の宇宙機軽量化や開発コスト削減の観点から，振動環境の低減による設計制約の緩和や試験省略は重要な課題である．しかし，宇宙機の振動環境低減技術は個々に対するオーダーメイドの形でしか提案されていない現状にある．したがって，本研究では様々な搭載機器に汎用的に利用可能な防振アイソレーターの開発に向けた基礎検討を行った結果について報告する。

磁気試験設備は周辺の建造物や車両等による磁気外乱の影響を大きく受けることが知られており、総合開発推進棟等の建設に伴う磁場環境の変化により零磁場試験空間の縮小が確認されている。本研究では現状の磁場環境中において零磁場試験空間の特性を向上させる手法の確立を目的としており、その検討状況について報告する。

フォースリミット振動試験は、供試体と加振台のI/F間の荷重を制御することにより、過剰な負荷を抑制する振動試験方法である。本発表では近年の衛星開発への適用例をもとに、フォースリミット条件の算出方法と試験結果について報告する。

ソーラシミュレータを用いた熱真空試験は宇宙機の設計検証を実施する上で重要な役割を担っている。

そのため、当ユニットでは関連する設備開発を継続的に実施している。本発表では開発が完了した長寿命キセノンランプ及び均一度測定装置の開発結果について報告する。

18トン級振動試験設備の新設－JAXAインテグレーションによる新規設備開発と整備－

環境試験技術ユニットが保有する振動試験設備の老朽化に伴い、総合環境試験棟に18トン級の振動試験設備（小型振動試験設備）の整備を行った。新規設備の導入経緯、JAXAインテグレーションによる開発、設備諸元等について報告する。

電波第２ファーフィールド試験設備の更新－運用性・メンテナンス性の向上点の紹介－

電波第２ファーフィールドは屋外に面した大型設備であり、試験準備等の作業に人員や時間を要していた。試験時間の短縮、試験人員削減等の試験効率化を目的にシステム更新時に新たに付加した機能（遠隔制御システム、複数波同時計測システム）を紹介する。

設備供用制度について

環境試験技術ユニットが維持・管理している試験設備の供用制度について、利用実績、利用する際の流れ等を交えて紹介する。

○説明者 13mφスペースチャンバソーラシミュレータ設備改修の動向

-長寿命キセノンランプ及び均一度測定装置の開発成果-

WS13-P05 　○村田　直史

WS13-P06 　○髙橋　大祐

磁気試験設備　零磁場試験空間の特性向上についての研究

フォースリミット振動試験の適用事例

　○森　研人　　天田　剛 WS13-P07

WS13-P10 　○新田　範子

WS13-P08 　○邊田　誠

　　梶川　隆史

WS13-P09 　○各務　裕佳子　

熱真空試験の有効性検討（Test Effectiveness）

　○髙橋　大祐　　森　研人

WS13-P04 　○戸高　大地

　　上田　明人題目及び概要

WS13-P02 　○梶川　隆史

　　嶋崎　信吾

WS13-P03

設備保全の有効性検討(Maintenance Effectiveness)

－保全方式の定量評価による最適保全への挑戦－

　○嶋崎　信吾　　梶川　隆史機械環境試験の有効性検討(Test Effectiveness)

－不具合確率モデルの構築による試験最適化への挑戦－

打上振動環境アイソレーターに関する基礎的検討 WS13-P01

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図4-1a 宣伝ポスター

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図4-1b宣伝ポスター

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6. 講演内容

6.1.

開会挨拶

宇宙航空研究開発機構

山本静夫理事

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宇宙航空研究開発機構の環境試験分野を担当しております山本でございます。本日は師走の何かとお忙しい中、ご多数このワークショップにご参加頂きまして誠にありがとうございます。このワークショップは、試験技術という意味で国内外の同行、あるいはこの分野の研究開発成果を皆様方と共有させて頂き、また次なる改善等に結び付けていきたいと考えて毎年開いており、今回で13回目を迎えております。この試験技術は宇宙分野に限らず共通の技術でありますので、今回も鉄道分野のご講演を頂けるということで、金沢工科大学の田辺先生からご講演頂くことになっております。その他、宇宙分野につきましては、

JAXA とともに三菱電機の世古様、IA の荒船様、工学院大学の山本先生にご講演頂けるということで、大変有難く思っております。

ここで副題にあります「Test Effectiveness」。私自身は昨年あたりから勉強をさせて頂いております。宇宙機は、有人の一部を除き、宇宙に飛んで行ってしまうと故障がなかなか直せないというようなことは言うまでもありません。その意味で我々は、一生懸命地上にあるうちにリスクを低減させようと試験をするわけでございます。ただ、試験をすればするほどリスクは低減されるものの、スケジュールやコストに響いてくるということで、いか

に Effective にやるかは技術力そのものであり、世界がしのぎを削っているところだと思い

ます。

昨今、私たちも宇宙開発基本計画が塗り替えられまして、国の事業を技術で支える組織として我々が位置づけられております。国の宇宙利用につきましても、防災をはじめ、環境・温暖化対策の為の衛星計画、その他かなり具体的な実用の世界に近づいております。

そういった次元の違った使われ方をするためには、今までよりもまして確実に宇宙で運用しないといけないという役割を担っているものと思います。そういう中で皆さん方とこの分野の現状を認識しつつ、次なる世代の宇宙開発計画の中に結び付けることができればということを切に願って、このワークショップを企画しております。今日の講演がそのようなところに結びつくようにしたいと思いますので宜しくお願いしたいと思います。今日はどうもありがとうございます。

図 6-1 開会挨拶とワークショップ会場

宇宙航空研究開発機構の環境試験分野を担当しております山本でございます。本日は師走の何かとお忙しい中、ご多数このワークショップに参加頂きまして誠にありがとうございます。このワークショップは、試験技術という意味で国内外の同行、あるいはこの分野の研究開発成果を皆様方と共有させて頂き、また次なる改善等に結び付けていきたいと考えて毎年開いており、今回で13回目を迎えております。この試験技術は宇宙分野に限らず共通の技術でありますので、今回も鉄道分野のご講演を頂けるということで、金沢工科大学の田辺先生からご講演頂くことになっております。その他、宇宙分野につきましては、

ます。

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宇宙航空研究開発機構の環境試験分野を担当しております山本でございます。本日は師走の何かとお忙しい中、ご多数このワークショップに参加頂きまして誠にありがとうございます。このワークショップは、試験技術という意味で国内外の同行、あるいはこの分野の研究開発成果を皆様方と共有させて頂き、また次なる改善等に結び付けていきたいと考えて毎年開いており、今回で13回目を迎えております。この試験技術は宇宙分野に限らず共通の技術でありますので、今回も鉄道分野のご講演を頂けるということで、金沢工科大学の田辺先生からご講演頂くことになっております。その他、宇宙分野につきましては、

ます。

6.2. JAXA

試験標準改定への挑戦宇宙航空研究開発機構

環境試験技術ユニット髙橋大祐氏

梶川隆史氏

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質疑応答

質問者① IHIエアロスペース竹内様

JAXAの試験標準が最初に制定された際、MIL規格等を参考にしたとあったが、MIL規格を制定した米国はその要求の根拠を持っているはずであり、それを聞くことはできなかったのか。

発表者

米国としてMIL規格の根拠は持っていたと推測している。しかし、規格にはあくまで要求しか記述されていないため、その根拠まで把握することは試験標準制定当時にできなかったと考えている。また、MIL規格もTest Effectivenessという観点で要求が規定されていると考えているが、Test Effectivenessは設計内容や品質保証プログラムにも影響されるので、日

本独自のTest Effectiveness検討による試験標準の根拠を得ることが重要だと考えている。

質問者

日本独自で技術的なエビデンスを得ることは重要だと考えており、引き続き検討を行って頂きたい。

質問者② 元JAXA 三津間様

お話のとおり、試験標準制定時に最も参考にしたのは当時のGoddard Space Flight Centerの標準であった。その標準も一部はMIL規格を参考にしており、そのMIL規格は米国の企業の案をたたき台としている。したがって、JAXA 標準を最初に制定した当時に MIL規格の根拠を聞くことは難しかったのが実情であると考えている。

私自身もTest Effectivenessに関する検討を行っていたが、その中で重要なのは、軌道上で不具合を起こさないことだと考えている。そのために、まずは軌道上で発生した不具合の原因をつかむことが重要だと考える。また、軌道上で不具合を起こさないためには試験だけでなく、冗長化等の設計での考え方もある。試験だけですべての不具合を洗い出すことは難しく、設計やプロジェクトマネジメント等、広い視点でこの問題をとらえた方が良い。

発表者

我々としても環境試験技術ユニットができるのは、試験でどこまで不具合をスクリーニングできるかを定量的に示すことまでだと考えている。その為、一部の検討については試験の観点だけでなくプロジェクトマネジメントの観点でも議論するワーキンググループを立ち上げ、議論を行っている。他の検討についても同様に議論の場を設けていく予定であり、

その際は関係者のご協力を頂きたいと考えている。

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6.3.

効率的衛星開発に向けた試験検証に関する一考察

三菱電機株式会社鎌倉製作所世古博巳氏

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質疑応答

質問者① JAXA 山本理事

光ファイバを使った技術について非常に興味深いと考えている。もし分かれば、この技術の研究、実用レベルの世界的な動向について教えて頂きたい。

発表者

ESA でも研究を行っており、実際の衛星プロジェクトにて宇宙に打ち上げてデータを取得した事例があると聞いているが、その後の最新動向については把握していない。今年の 10 月にAerospace Corporationにて発表した際も、興味深く質問頂いた為、注目すべき技術だと考えている。

質問者② JAXA 環境試験技術ユニット河﨑様

ダミーウェイトを用いた衛星吊り点プルーフ荷重試験のコンフィギュレーションについて、

スリングの治具とロードセルの関係で供試体が捩れてしまうことはないのか。

発表者

実際に衛星を吊り上げるコンフィギュレーションなので捩れは発生しないと考えている。

スリングが天秤のようになっており、吊り上げる時に重心が通るように天秤の位置を調整し、傾かないような治具を使うようにしている。

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6.4.

高速鉄道の走行シミュレーション

神奈川工科大学

田辺誠氏

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質疑応答

質問者① JAXA環境試験技術ユニット村田様

ご講演の中に、新幹線の場合と MAGLEV の場合の事例が出ていたが、地震が起きた時、

MAGLEVに電磁力が関与することにより、レールの場合のシミュレーションと比較して何

か難しくなったり変わったりすることはあるのか。

発表者

ガイドウェイそのものは地上にあるため、基本的な違いはない。地震波は地盤から入ってくるため、新幹線の場合は橋梁の下部に地震波を与えている。MAGLEVの場合も同様であり、ガイドウェイの下部に入力波を与えてモデル化している。磁力は単に内部のインタラクションの問題であり、運動方程式の中で力として作用している。地震が入った場合にはガイドウェイが揺れることによって、その動きが磁力を通して車体に伝わりそれがまた戻ってくるという非常に複雑な現象が起こっているが、それも今のやり方ですでに数値実験を行っている。

質問者② JAXA山本理事

新幹線のコンピュータシミュレーションと実際の実験との比較で、モデルの垂直方向変位を表すチャートがあったが、その中で特に上にジャンプしているという波形が時間的に 3 秒くらいのところに立っていた。これは何かある要素・条件を与えたから 3 秒にピークが立つのであって、違う条件を与えると違うところにピークが立つという現象なのか。

発表者

P.20のシミュレーション結果では、振動数が1Hz の波を3波加えている。ジャンプはその波によってリフティングが起こっていることを示している。ジャンプは第 2 波目位の位置で発生しており、第1 波目は耐えたが、第 2波目で脱線して脱線後の運動に入ったということが読み取れる。P.18でも同様であり、振動台で0.5Hzで加振していた際、何波か加振しているタイミングで共振現象が起こってリフティングしたということを表している。周波数が変わればピークの応答も変化する。

質問者

一般的な鉄道車両の色々な試験のやり方というのはコンピュータ的な試験に傾斜しているのか、やはりコンピュータもあれば通常の実験も同じような割合で実施されているのか。

鉄道と宇宙の比較の意味で、鉄道の世界は徹底的にコンピュータの方にシフトしているというような実態があれば興味深いと思い、質問させて頂いた。

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発表者

やはり基本は実際の試験だと考えている。現在も試験は非常に重要であるが、頻度は減っている。ほとんど数値的に処理しておいて、数値実験の恐い点であるデータ間違い等が無いことを確認するために最後は試験を行う、これが私は重要だと考える。新幹線でも基本は実際の試験が中心であった。特に大掛かりな試験は上越新幹線での例で、レールに不整を与えて何回も走行させたり、その他色々な回転を与えたりする試験などを行っていた。

これらを経て現在は数値的に解けるものは積極的に行い、それを確認する作業を実地試験で行っている。北陸新幹線も今年三月に開業したが、数値計算の後実際に測定をし、合っているかどうかを必ずvalidationしている。これら両方、特にできるだけ試験をやったほうが良いと私は考えている。

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6.5.

小惑星探査機「はやぶさ

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」の構造系開発

宇宙航空研究開発機構

宇宙科学研究所宇宙飛翔工学研究系

奥泉信克氏

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質疑応答

ワークショップ進行の都合上、質疑応答を割愛

図 6-2 ご講演の様子

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6.6.

フェアリング内部騒音低減のための吸音材特性予測と最適化

工学院大学山本崇史氏

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