工学部 先進工学科(機械工学プログラム)

教授

片野田 洋

安全で安価な小型ハイブリッドロケットの研究開発

ロケットにもハイブリッドがある

宇宙航空研究開発機構 内之浦宇宙空間観測所で実施した燃焼試験の様子

 現在打上げられているロケットには、大きく2つの方式があります。1つは、液体燃料を液体酸化剤で燃焼させる方式、もう1つは、固体燃料を固体酸化剤で燃焼させる方式(火薬ロケット)です。これらは、現在のロケットの主流ですが、いずれも爆発の危険性があり、爆発させないため、または被害を許容範囲内に抑えるための安全管理コストが高くつきます。具体的には、燃料の製造、輸送、保管を安全に行うための設備や人件費などがかかります。それに加え、大きな推進力を得るために爆発性のある燃料を燃焼させるため、安全確保のために広い敷地の発射場が必要です。
 そのため、費用を抑えることができるロケットの研究開発が行われています。それが、固体燃料と液体酸化剤を組み合わせた「ハイブリッドロケット」です。燃料には安価なプラスチックを使用します。このロケットの最大の特徴は、爆発しないということです。打上げコストは、一般的なロケットの10分の1以下になると見込まれています。近年、質量50kg以下の小型人工衛星の打上げ需要が世界的に高まっています。小型のハイブリッドロケットは、その需要に応えることができるロケットです。

大学でロケットを研究する意義

小型ハイブリッドロケット初号機の打上げ実験(令和元年9月13日,肝付町辺塚海岸)

 日本では、液体ロケットと固体ロケットの開発・打上げが、国(宇宙航空研究開発機構)と大手企業により行われています。これらのロケットでは、数kg~数十トンの人工衛星を打上げることができますが、1回の打上げ費用(機体の製造費用と打上げにかかる費用)は、数億円~100億円です。そのような中、大学でロケットの研究を行う意義は何でしょうか。それは、国や大手企業が開発に取り組んでいない、安くて安全なロケット、つまりハイブリッドロケットを開発することです。ハイブリッドロケットの原理は、1930年代にロシアで発明され、それ以降、現在に至るまで世界中で研究が行われています。
 ハイブリッドロケットには、推進力が十分でないという問題があります。推進力を高めるには、大量のガスを高速でノズルから噴射し続ける必要があります。そのガスは、燃料を燃やすことで発生させるため、燃料を速やかに燃やす必要があります。安全な(燃えにくい)燃料をいかに速やかに燃やすか、これがポイントです。日本でも海外でも、ハイブリッドロケットの開発はまだ発展途上ですが、実用化されれば安価なロケット打上げが可能になり、宇宙ビジネスが発展するでしょう。

Profile

工学部 先進工学科(機械工学プログラム)

教授

片野田 洋

1970年生まれ.2000年九州大学博士後期課程修了.博士(工学).同年,英国クランフィールド大学航空工学科客員研究員.2005年鹿児島大学工学部機械工学科助教授,2015年より現職.専門は流体力学.2011年J. Thermal Spray Technology Outstanding Review Paper Award受賞.主な論文に"Effect of Reynolds Number on Pitot-Pressure Distributions in Underexpanded Supersonic Freejets"(J. Propulsion and Power, Vol. 17, No. 4, 2001)など.

学生(受験生)へのメッセージ

 私の専門は流体力学です。中でも、気体の超音速流れを対象とした「圧縮性流体力学」の研究を行っています。その応用として、現在小型ハイブリッドロケットの研究開発に力を入れています。日本で唯一、大型ロケットの発射場がある鹿児島県にとって、ロケットの研究・開発は重要な産業になり得ます。進取の気風あふれる鹿児島大学で、あなたも次世代のロケット開発に向けて一緒に研究しませんか。

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