ＴＲ−I Ａ−5号機による宇宙実験と成果

概要

　ＴＲ−I Ａ−5号機は、平成8年9月25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

　5号機では、宇宙ステーション利用に向けた基礎的な科学技術データの蓄積、宇宙実験技術の高度化、宇宙ステーション用共通実験（溶液成長実験装置、流体物理実験装置、均熱炉）の開発に必要となる要素技術の取得を目的として、以下の6テーマの微小重力実験を実施しました。

分野 実験テーマ 代表研究者 搭載実験装置 コロイド結晶実験 分散系の自己組立て成長 石川　正道 （（株）三菱総合研究所） 観測技術実験装置 II型 沸騰実験 微小重力場の核沸騰熱伝達機構に関する基礎実験 大田　治彦 （九州大学工学部） 流体物理実験装置 II型 燃焼実験 均一噴霧の生成及びその燃焼 佐藤　順一 （石川島播磨重工業(株)) 燃焼現象実験装置 拡散実験 ゲルマニウム半導体融液の自己拡散の研究 伊丹　俊夫 （北海道大学理学部） 多目的均熱炉 ろう付け実験 微小重力環境における融液の間隙浸透性 雀部　謙 （金属材料技術研究所組織制御研究部） 技術開発実験 シアーセル法によるゲルマニウム半導体融液の高精度拡散係数測定技術の開発 依田真一 （宇宙開発事業団）

1. コロイド結晶実験

   実験テーマ	分散系の自己組立て成長
   実験目的	微小重力環境下でコロイド粒子の結晶化過程を観察して、結晶成長メカニズムの解明に寄与します。
   代表研究者	石川　正道（（株）三菱総合研究所）
   実験方法	微小重力達成後、超純水にポリエチレンラテックス粒子を分散させた液体を、試料容器の中で撹拌し粒子を均一混合させ、その撹拌による流れが止まった後コロイド結晶の成長が始まります。コロイド結晶の成長過程では、ＣＣＤカメラによる実体観測の他、反射スペクトル法によるコロイド粒子間距離の測定、コロイド結晶の成長速度の測定が行われます。３分間で１回の実験が終了し、これを２回繰り返します。
   実験装置	観測技術実験装置 II型 　この装置では反射スペクトル計、低角光散乱計を新たに搭載し、コロイド結晶の核形成から成長における格子間距離や粒径の計測、記録を可能にしました。

   
   
   
2. 沸騰実験

   実験テーマ	微小重力場の核沸騰熱伝達機構に関する基礎実験
   実験目的	宇宙での効率的な熱交換方法である沸騰熱伝達の高精度な測定を行い、将来の宇宙機器の熱交換器の開発に役立てます。
   代表研究者	大田　治彦（九州大学工学部）
   実験方法	微小重力達成後、伝熱面を加熱し、中央部より気泡をほぼ軸対象に成長させ、その挙動を側面及び気泡底部の映像でとらえます。同時に伝熱面上の表面温度分布、熱流束分布、液膜厚さ分布を測定します。実験試料にはエチルアルコールを使用します。
   実験装置	流体物理実験装置 II型 　伝熱面にコーティングヒータ、薄膜温度センサ、膜厚センサを配置し、気泡底部の高精度な測定、さらにフォトクロミック法を用いて気泡周囲の流れ場の測定を可能にし、沸騰現象の詳細な観察を実現しました。

   
   
   
3. 燃焼実験

   実験テーマ	均一噴霧の生成及びその燃焼
   実験目的	燃焼分野における噴霧燃焼の研究は地上での実験が困難です。このため、微小重力環境下で噴霧中の火炎伝播速度の及ぼす粒径、粒密度等をパラメータとしたデータを取得し、噴霧燃焼を解明し、内燃機関などの噴霧燃焼の効率化に資することが期待されています。
   代表研究者	佐藤　順一（石川島播磨重工業(株))
   実験方法	エチルアルコールと空気の混合気を圧力容器に充填しながら、温度３７℃、圧力４気圧まで昇温・昇圧して、燃料蒸気がほぼ飽和状態となるようにします。この状態で圧力を２気圧まで急速減圧すると、断熱膨張の効果で温度が７℃まで下がり、過飽和となった燃料が凝縮して噴霧が成長します。生成した噴霧に点火してできた球形火炎の伝播速度などを測定し、減圧時間を変えて２回実験を行います。
   実験装置	燃焼現象実験装置 　本装置には液滴生成挙動を観察する噴霧液滴挙動観察装置、燃焼時の温度分布を観察するシャリング干渉計、火炎伝播速度を観察する高速度影写真カメラが搭載され、燃焼現象実験に必要な計測や観察を行うことができます。

   
   
   
4. 拡散実験

   実験テーマ	ゲルマニウム半導体融液の自己拡散の研究
   実験目的	地上では困難なゲルマニウム半導体融液の自己拡散係数を高精度に測定し、産業上重要であるゲルマニウム融液の自己拡散係数の正確な値が取得され、半導体製造のための基礎データとして利用されることが期待されます。
   代表研究者	伊丹　俊夫（北海道大学理学部）
   実験方法	天然ゲルマニウムを微小重力下で融解すると、トレーサとして配置したゲルマニウムの安定同位元素は拡散により天然ゲルマニウムの中に移動するため、その分布を測定することによって、自己拡散係数の測定を行うことができます。また、拡散による移動の時間的度合いは温度により変化するため、試料保持温度を変えて実験を３回行います。
   実験装置	多目的均熱炉 　高い温度均熱性を要する様々な実験に対応できるように、各炉体が独立に温度制御ができる６式の電気炉を有する実験装置で、５号機で新規に開発しました。また、本実験のため試料の均熱急冷機構を開発しました。本実験では３炉体を使用します。

   
   
   
5. ろう付け実験

   実験テーマ	微小重力環境における融液の間隙浸透性
   実験目的	宇宙での構造物の組立、補修にはろう付け等の接合技術が必要です。本実験では宇宙での大型構造物建築のための基礎データが修得できます。
   代表研究者	雀部　謙（金属材料技術研究所組織制御研究部）
   実験方法	実験試料はステンレス製の２つの内筒の継ぎ目に外筒をかぶせる構成となっており、その内筒または外筒外面の一部には円周状に溝が掘ってあり、リング状のろう材が埋め込まれています。打上げ前から試料を予熱し、微小重力下で所定の温度まで試料を昇温させ、ろう材を溶融させます。本実験では温度分布記録の解析と、試料回収後に実施するろう材の浸透結果のＸ線ＣＴスキャン解析、及び接合部金属組織解析を行います。
   実験装置	多目的均熱炉（拡散実験参照）

   
   
   
6. 技術開発実験

   実験テーマ	シアーセル法によるゲルマニウム半導体融液の高精度拡散係数測定技術の開発
   実験目的	シアーセル法は拡散係数を高精度に測定可能な方法ですが、微小重力実験の方法としては確立されていません。本実験は小型ロケットでの高精度拡散係数の取得を可能とするとともに、宇宙ステーションでの拡散の研究に役立てます。
   代表研究者	依田真一（宇宙開発事業団）
   実験方法	地上でゲルマニウム試料・安定同位体を１２００℃で溶融し、微小重力達成後両者をつなげて一体とし、約６分間拡散させたのち、速やかにセル単位に切り離し冷却します。
   実験装置	多目的均熱炉（拡散実験参照）

   
   
   

実験成果

実験結果速報

５号機にて実施された６テーマの微小重力実験結果速報です。（平成８年１１月２７日）

実験成果報告

宇宙開発委員会による５号機の微小重力実験成果報告です。（平成９年９月１０日）