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TR−I A−3号機による宇宙実験と成果


概要
 TR−I A−3号機は、平成5年9月17日、種子島宇宙センター竹崎射場から打上げられ、計画通り6分間の微小重力実験を実施した後、予定落下水域でペイロード部が回収された。分解点検した後、実験試料及び記録画像など実験データの実験協力者への引き渡しを行い、飛行中のデータ、回収後の点検、実験試料及び記録画像の分析・評価を実施した。
実験テーマと搭載実験装置

実験成果の概要

関連情報


実験テーマと搭載実験装置

 3号機には実験装置として、観察技術実験装置 II型、流体物理実験装置 II型、汎用加熱装置、温度勾配型加熱装置及び高温加熱装置 II型の5装置が搭載され、以下の5テーマの微小重力実験を実施しました。
分野 実験テーマ 実験協力者 搭載実験装置
溶液成長実験 高圧付加に伴う溶液からの結晶成長実験 沢田 勉
(無機材質研究所)
観察技術実験装置
流体物理実験 電気力によるマランゴニ対流の制御実験 桑原 啓一
(石川島播磨重工業(株))
流体物理基礎特性測定装置
沸騰/気泡制御実験 気泡操作実験 石井 伸也
(三菱重工業(株))
微小重力維持技術実験装置
材料科学 高融点複合化合物の合成実験 小田原 修
(東京工業大学)
汎用加熱装置
融液成長実験 微小重力下における臭化鉛試料の溶融・凝固課程の観察 木下 恭一
(日本電信電話(株))
温度勾配型加熱装置


実験成果の概要

 3号機にて実施された5テーマの微小重力実験の成果を以下に示します。


    1. 溶液成長実験
    実験テーマ 高圧付加に伴う溶液からの結晶成長実験
    実験目的  微小重力を利用した結晶成長メカニズムの解明に必要な技術を開発するため、試料の結晶成長形態及び環境相を観察し、その場観察、環境相の温度測定・濃度測定、温度制御等に関する技術の開発を行う。
    使用実験装置 観察技術実験装置
    実験協力者 沢田 勉(無機材質研究所)
    成果  実験装置は正常に作動した。
     微小重力下では、拡散課程が支配的であることが確認できました。このため、主枝の方向に関わりなく、成長速度が均一になりました。一方、地上実験では、樹枝状結晶成長が進んでいくに従い、溶質濃度差に起因する浮力対流が発達していくことが分かりました。このため、対流の下流側である上部主枝の溶質濃度が低下し、上部主枝の成長速度が小さくなりました。(画像1)


    2.流体物理実験
    実験テーマ 電気力によるマランゴニ対流の制御実験
    実験目的  電気力によるマランゴニ対流の制御実験を実施し、その場観察、マランゴニ対流測定・制御、温度測定・制御等の技術の開発を行う。
    使用実験装置 流体物理基礎特性測定装置
    実験協力者 桑原 啓一(石川島播磨重工業(株))
    成果  実験装置は正常に作動した。
     直流電圧を印加することにより、シリコーンオイル中に電気力対流が発生することが確認できました。また、電気力対流と層流/振動流状態のマランゴニ対流と干渉させることができました。これにより、層流状態での流れの促進及び抑制を行うことができました。電気力対流を説明するための方程式を新たに組み立てることにより、実験結果を良く説明することができました。(画像2)


    3. 沸騰/気泡制御実験
    実験テーマ 気泡操作実験
    実験目的  微小重力下での気泡除去のための制御に関するデータを得るため、超音波による定在波音場を与えた時の気泡の運動を精密に観察して、その場観察、気泡生成、気泡操作等の技術の開発を行う。
    使用実験装置 微小重力維持技術実験装置
    実験協力者 石井 伸也(三菱重工業(株))
    成果  実験装置は概ね計画通り作動した。定在波音場により、気泡に並進運動を発生させることができました。さらに、気泡外部の圧力変動に対する気泡内部の圧力変化の位相の正負が気泡の大きさにより変化することを考慮に入れたモデルを構築することにより、並進速度を定量的に予測する手法を確立することができました。(画像3)


    4.材料科学
    実験テーマ 高融点複合化合物の合成実験
    実験目的  燃焼合成反応により粒子分散型高融点複合材料の作製を行い、温度測定・制御、高温処理等の技術の開発を行う。
    使用実験装置 汎用加熱装置
    実験協力者 小田原 修(東京工業大学)
    成果  実験装置は正常に作動した。フライト実験で得られた燃焼合成生成物は、地上実験で得られた生成物に比べて、(1)ZrO2-Al23-Fe系では粒子が微細化、(2)TiB2-Al-B系では複合構造粒子化及びサーメット化が促進され、(3)TiB2-TiB系ではTi25の存在が確認されました。(画像4)


    5.融液成長実験
    実験テーマ 微小重力下における臭化鉛試料の溶融・凝固課程の観察
    実験目的  融液からの結晶成長に及ぼす流れの影響を調べるため、試料の固液界面形状及び界面近傍の流れを観察し、その場観察、温度計測・制御等の技術の開発を行う。
    使用実験装置 温度勾配型加熱装置
    実験協力者 木下 恭一(日本電信電話(株))
    成果  実験装置は正常に作動した。 流れが1mm/s程度以下の場合、界面形状は融液側に凸、3mm/s程度以上の場合、界面形状は融液側に凹といったように、融液側の流れと固液界面形状との相関が明らかになりました。また、微小重力下であるにもかかわらず、1.5mm/s程度の流れが存在することがその場観察から分かりました。この流れは、融液の一部に自由表面が形成されたことによるマランゴニ対流である可能性があります。さらに、安定成長から不安定成長に至る臨界の温度勾配と固化速度の比が実験的に得られました。この臨界値は、融液内の流れの早さに強く依存し、流れが速い程、不安定成長しやすいことが分かりました。(画像5)




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