スペース シャトル 事故。 スペースシャトル「チャレンジャー号」事故の原因は何だったのか!?

JAXA|スペースシャトル「コロンビア号」の事故調査状況について

スペース シャトル 事故

テスラのイーロン・マスクCEOが率いるもう一つの企業スペースXやアマゾン創業者ジェフ・ベゾス氏のブルーオリジンなど民間の宇宙開発が注目を集めるようになった昨今ですが、多くの年代の人にとって宇宙船と聞けば真っ先に思い浮かべるのがアメリカのスペースシャトルでしょう。 実際スペースシャトルは、人類の歴史に大きな成果をいくつも残しました。 ハッブル宇宙望遠鏡を完成させた5回に及ぶミッションやスペースラボと呼ばれる実験モジュールを搭載して宇宙空間で数々の実験も行いました、また、日本人を含む世界各国の学者や技術者を宇宙飛行士として宇宙に連れても行きました。 そんなスペースシャトルですが、135回目の打ち上げを完了して引退した現在の評価は真っ二つに割れています。 スペースシャトルは失敗だったのでしょうか。 アポロ計画後の宇宙開発 1969年に人類を月に送るという目標を達成したアポロ計画が終了したのち、高コストだったアポロ計画よりも低コストで人や物資を宇宙に送れる次世代宇宙船の開発はNASAの主要課題になりました。 そこでNASAが1969年に考案したコンセプトがSpace Transport System STS と呼ばれる再利用可能な宇宙船を使ったシステムでした。 STSは、地球や月の周回軌道上に宇宙ステーションを建設してその宇宙ステーション間を原子力宇宙船で行き来するというシステムで、スペースシャトルは地上から周回軌道上の宇宙ステーションへ行く低コストで再利用可能な宇宙船という位置付けでした。 火星、月、地球を行き来する原子力宇宙船のコンセプト スペースシャトルに求められた目標は2つで、アポロ計画で使われたサターンVロケットのように高コストな使い捨てのシステムではなく、宇宙船を再利用して低コスト化することと、地球や月、そして火星の周回軌道上に宇宙ステーションを建設するというNASAの目標を補助することでした。 当時、アポロ計画の功労者であるロケット科学者のヴェルナー・フォン・ブラウンが有人火星飛行を支持し、軍も再利用可能な宇宙船に興味を持っていました。 しかし、人類を月に送るという宇宙開発競争に勝利したアメリカ政府にはもはや巨額の予算を計上する意志はなくSTSのコンセプトと有人火星飛行は却下され、スペースシャトルだけが開発許可されたのです。 原子力宇宙船に貨物を渡すスペースシャトルのコンセプト スペースシャトルの開発 こうして1972年にスペースシャトルの開発が始まりますが、軍やニクソン大統領の政治方針により、スペースシャトルは開発予算が削られる一方で当初のコンセプトからは大きく外れて複雑な設計になっていきます。 スペースシャトルは、Solid Rocket Booster SRB と呼ばれる2本の個体燃料補助ロケットとオレンジ色の外部燃料タンクから液体燃料を受け取り作動するスペースシャトル自体に取り付けられたメインエンジンで打ち上げられます。 これは宇宙船の再利用と軍の求める積載量を満足するために必要な設計でした。 下段に液体燃料を搭載したエンジン部があり、上段に人や物資を載せる構造である従来のロケットとは大きく設計が異なるある意味実験的なコンセプトです。 そして、この設計こそ安全性と信頼性を落とす結果になったと指摘する声が多いのです。 スペースシャトル打ち上げの様子 スペースシャトルの安全性 スペースシャトルは、宇宙には行っていないテスト用の1号機エンタープライズ号のほかに、実用機のアトランティス号、チャレンジャー号、コロンビア号、ディスカバリー号、エンデバー号と名前の付けられた5機がありましたが、135回の打ち上げの中でこの5機のうち2機が事故を起こし14人の宇宙飛行士が亡くなっています。 NASAは当初、事故は打ち上げ10万回に1回の確率であると計算していましたが、スペースシャトルが引退した現在の最終的な結果は、当初の想定より1500倍も悪い68回に1回の確率となっています。 最初の事故は1986年、チャレンジャー号が打ち上げ直後に爆発するというものでした。 その後の調査でSRBのシーリング異常が原因と判明しています。 次の事故は2003年、コロンビア号が宇宙から帰還する際に空中分解した事故です。 原因は打ち上げ時に外部燃料タンクから剥がれ落ちた破片がスペースシャトル左翼の断熱タイルを破壊したため、大気圏再突入に耐えられなかったというものです。 チャレンジャー号の事故はSRBが、コロンビア号の事故は外部燃料タンクが原因で、このどちらの事故もスペースシャトル特有の設計に起因しており従来のロケットであれば起こらなかった可能性が高いのです。 スペースシャトルのコスト また打ち上げコストを下げるために再利用可能なことが優先されたためスペースシャトルのエンジンは複雑でメンテナンス性が非常に悪い設計となりました。 これが、アポロ計画で使われたサターンVロケットのエンジンを作るよりも高コストになってしまい、かえってスペースシャトルの打ち上げコストは上昇しました。 使い捨てのロケットよりも高価な宇宙船になってしまったのです。 また当初は1機当たり年間50回の打ち上げが可能になることを想定していましたが、帰還したスペースシャトルのメンテナンスは複雑で数カ月の期間を要するため、NASAの全スペースシャトルを使っても年間4回しか打ち上げられませんでした。 費用は一回の打ち上げが10から15億ドルで、当初の計算より20倍も高い金額です。 それでも、スペースシャトルは国際宇宙ステーションの建設に不可欠だったため、NASAには打ち上げを継続する以外に選択肢はありませんでした。 さらにスペースシャトルの開発費用こそ50億ドルと予定通りに収まりましたが、スペースシャトル計画全体で使われた費用は2000億ドルにもなり、巨額の費用がNASAをスペースシャトル計画に縛り付けて間接的に他の計画を妨げる原因にもなってしまいました。 つまり数十年間にわたって月での様々な実験や活動を行う機会を逃したというのです。 そして、有人火星飛行も今日までに既に達成できていたはずだと付け加えています。 たしかに今になって歴史を振り返り総括をすれば、スペースシャトルは失敗作だったという見方もあるのかもしれません。 しかし、これから始まる民間の宇宙開発時代に先立ってスペースシャトルは貴重な教訓をたくさん残しました。 次はスペースシャトルを見て育った世代が、NASAのエンジニアが目指していたSTSのコンセプト実現に挑戦する番です。 その時、人々は成功面も失敗面も含めてスペースシャトルが作った宇宙開発の土台にきっと感謝するのではないでしょうか。

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工学倫理講義 第四回 スペース・シャトル事件 : 武田邦彦 (中部大学)

スペース シャトル 事故

STS-107コロンビア号の打上げ 平成15年1月16日 米国時間 今回の飛行は、スペースシャトルプログラムとしては113回目のミッション STS-107 であり、コロンビア号にとっては28回目のフライトであった。 コロンビア号事故調査委員会の設置 NASA長官は、コロンビア号事故発生後、原因究明のための独立調査委員会Columbia Accident Investigation Board CAIB を設置した。 コロンビア号事故調査委員会 CAIB メンバー 役職 氏名 現職 担当サブボード 委員長 ハロルド・W・ゲーマンJr. 退役海軍大将 委員 ステファン・A・ターコット 海軍少将 材料 委員 ジョン・L・バリー 空軍少将 材料 委員 ケネス・W・ヘス 空軍少将 運用 委員 ジェームス・N・ハロック 米国運輸省航空安全部 部長 技術評価 委員 スティーブン・ワレス 米国連邦航空局事故調査部長 運用 委員 デュアン・W・ディール 空軍准将 材料 委員 スコット・ハバード NASA エイムズリサーチセンター長 技術評価 委員 ロジャー・E・テトラウト 元マクダーモット社長 技術評価 委員 シェイラ・E・ウィドナール マサチューセッツ工科大学教授 技術評価 委員 ダグラス・D・オシャロフ スタンフォード大学教授 技術評価 委員 サリー・ライド カリフォルニア大学教授 運用 委員 ジョン・ログズドン ジョージ・ワシントン大学教授 組織、政策 支援 ブライアン・D・オコナー NASA安全・ミッション保証局長 支援 セロン・M・ブラッドレーJr. 回収した破片はケネディ宇宙センターに送られ、識別・解析等が行われた。 画像データ及びレーダ取得データの解析 打上げ時の記録ビデオ画像、地上から撮影したコロンビア号の画像の解析を行った。 レーダ取得データの解析を行った。 シャトル搭載データレコーダ及び交信記録の解析 回収したデータレコーダ等のデータ解析を行った。 事故シナリオ案を踏まえた地上試験の実施 飛行2日目にコロンビア号から分離していった小物体を特定するため、候補部品に対するレーダ照射試験を実施した。 打上げ時の断熱材衝突によるコロンビア号左翼部損傷の程度を評価するため、断熱材の衝突実験を実施した。 断熱材衝突試験結果(RCCパネル#9の破損) NASAへの事前勧告 CAIBはシャトル飛行再開のためにNASAに対し4回計5件の事前勧告を行った。 以下、米国時間。 NASAへの事前勧告」参照。 第1回 平成15年4月17日 勧告1、勧告2 第2回 平成15年6月27日 勧告3 第3回 平成15年7月1日 勧告4 第4回 平成15年7月30日 勧告5 ワーキングシナリオ CAIBは、平成15年7月8日 米国時間 に、事故調査で判明した事実、解析・試験・シミュレーション等で得られた情報をワーキングシナリオとしてまとめ、公表した。 事故調査報告書 CAIBは、平成15年8月中旬から第3週を目標に報告書をまとめる予定。 コロンビア号事故発生の経過 シナリオ 主な裏付け等• コロンビア号は、平成15年1月16日午前10時39分 米国東部時間 ケネディ宇宙センター KSC 39A射点より打上げられた。 打上げ81秒後に断熱材の大きな破片、また少なくとも2個の小さな破片が、外部燃料タンクのバイポッド部から落下し、一番大きな破片がコロンビア号に衝突した。 下図「断熱材落下時の画像及びCGシミュレーション」参照• 打上げ時に地上から撮影したKSC記録ビデオ画像の解析• 断熱材の衝突により、左翼RCCパネル 5から 9の間に損傷が発生した可能性が非常に高い。 特に、RCCパネル 8の下面部またはそれに隣接するTシールに損傷が発生した可能性が高く、直径6から10インチの穴に相当する損傷を受けたものと考えられる。 上図「断熱材衝突試験結果(RCCパネル#9の破損) 」参照• 打上げ時に地上から撮影したKSC記録ビデオ画像の解析• 左翼内部の歪センサ及び温度センサデータの解析、欠損時刻 順序 の解析• 回収されたRCCパネルの破損状態の解析、付着物の化学分析• 帰還時の空力・熱解析. 左翼の損傷を仮定した場合の、帰還時のシャトル表面の温度上昇解析と、実データとの比較• 断熱材衝突実験結果の解析• RCC破片の落下地域分布• 飛行2日目にコロンビア号から小さな物体が分離していった。 分離した物体は、左翼のTシールまたはRCCパネルの一部の可能性が高い。 米国空軍地上レーダデータの解析• 上記実データと事故後実施したレーダ照射試験結果との比較• 2月1日午前8時18分08秒 米国東部時間 、インド洋上空で軌道離脱を完了した。 同日午前8時44分09秒 米国東部時間 に大気圏に突入した。 左翼前縁部 RCCパネルまたはTシール の損傷箇所から高温ガスが左翼内部に進入した。 左翼内部の歪センサ及び温度センサデータの解析、欠損時刻 順序 の解析• 回収されたRCCパネルの破損状態の解析、付着物の化学分析• 進入した高温ガスのため、左翼に重大な損傷が発生した。 下図「左翼内での高温ガスの流れの解析結果」参照• 左翼内部の歪センサ及び温度センサデータの解析、欠損時刻 順序 の解析• アークジェット試験結果 左翼内部のケーブル類切断メカニズム• 姿勢制御システムのデータ解析• カートランド空軍基地からの撮影画像の解析 下図「大気圏突入後のコロンビア号の写真」参照• その結果、機体のコントロールを失い、機体の破壊につながった。 コロンビア号の破壊時刻:午前9時00分頃 米国東部時間• 姿勢制御システムのデータ解析• 姿勢制御システムのデータ解析に基づく風洞試験及びコンピュータ解析 CFD 結果• 一般市民が撮影した地上からのビデオ画像 空中分解 の確認 断熱材落下時の画像及びCGシミュレーション 左翼内での高温ガスの流れの解析結果 大気圏突入後のコロンビア号の写真• ニューメキシコ州カートランド空軍基地において休暇中の職員が撮影したコロンビア号大気圏突入時のデジタル写真画像に、シャトル機体の線画を重ねたもの• 撮影時刻は平成15年2月1日午前8時57分(米国東部時間)• 左翼部において前縁部と後縁部に空気流の乱れが生じていると思われる 3. NASAへの事前勧告 【勧告1】 全RCC製部材の検査手順の設定と検査実施• 飛行再開の前に、NASAは全てのRCCシステム部材の構造的な強度が保たれていることを確認する総合的な検査プランを開発し、実行すべきである。 この検査プランには最新の非破壊検査技術を取り入れるべきである。 【勧告2】 軌道上のシャトル撮影に関する国家地図作成局との協定改訂• 飛行再開の前に、NASAは米国国家地図作成局 NIMA との協定を改訂し、軌道上のシャトルの撮影を各シャトルフライトの標準的な要求とすべきである。 【勧告3】 軌道上でのシャトル耐熱タイル・RCCの検査・修理能力の開発• 国際宇宙ステーション ISS ミッションのフライトについては、飛行再開までに、ISSの近傍及びISSドッキング中に、利用可能な機能を活用して、広範囲に及ぶタイルやRCCなど耐熱システムの損傷の点検及び緊急修理の機能を開発すること。 ISSミッション以外のフライトについては、飛行再開までに、幅広い損傷シナリオに対する自立した ISSには頼らない 点検及び修理機能を開発すること。 全てのミッションにおいて、適切なシステム・機能を活用し、耐熱システムの軌道上での点検を打上げ後早期に実施すべきである。 最終的な目標として、全てのスペースシャトル・ミッションに対し、以下の状況で問題を解決するための自立した機能をもつこと。 1 ISSミッションの軌道への未到達 2 ISSとのドッキング失敗 3 ISSとの分離時あるいはその後の損傷 【勧告4】 シャトル打上げ・上昇中の地上等からの映像取得能力の向上• 打上げから少なくとも固体ロケットブースターの分離まで、いかなる打上げ方位角においても、スペースシャトルの最低3方向からの有効な映像を提供可能となるよう、撮影システムの強化を図ること。 将来の打上げにおいて、これらの映像取得を打上げ条件に含めること。 船や航空機等の移動体を利用して、上昇中のスペースシャトルについて更に映像を取得することを検討すること。 【勧告5】 シャトル搭載カメラによる上昇中の画像取得とダウンリンク機能の追加 分離後の外部燃料タンクの高解像度画像を取得し、ダウンリンクする機能を備えること。 この要求に沿うために、既存のカメラ2台のうち1台を改修することで対応してもよい。 オービタの翼前縁システム下側と両翼耐熱システム前方部分の高解像度画像を取得し、ダウンリンクする機能を備えること。

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スペースシャトル・エンデバー

スペース シャトル 事故

テスラのイーロン・マスクCEOが率いるもう一つの企業スペースXやアマゾン創業者ジェフ・ベゾス氏のブルーオリジンなど民間の宇宙開発が注目を集めるようになった昨今ですが、多くの年代の人にとって宇宙船と聞けば真っ先に思い浮かべるのがアメリカのスペースシャトルでしょう。 実際スペースシャトルは、人類の歴史に大きな成果をいくつも残しました。 ハッブル宇宙望遠鏡を完成させた5回に及ぶミッションやスペースラボと呼ばれる実験モジュールを搭載して宇宙空間で数々の実験も行いました、また、日本人を含む世界各国の学者や技術者を宇宙飛行士として宇宙に連れても行きました。 そんなスペースシャトルですが、135回目の打ち上げを完了して引退した現在の評価は真っ二つに割れています。 スペースシャトルは失敗だったのでしょうか。 アポロ計画後の宇宙開発 1969年に人類を月に送るという目標を達成したアポロ計画が終了したのち、高コストだったアポロ計画よりも低コストで人や物資を宇宙に送れる次世代宇宙船の開発はNASAの主要課題になりました。 そこでNASAが1969年に考案したコンセプトがSpace Transport System STS と呼ばれる再利用可能な宇宙船を使ったシステムでした。 STSは、地球や月の周回軌道上に宇宙ステーションを建設してその宇宙ステーション間を原子力宇宙船で行き来するというシステムで、スペースシャトルは地上から周回軌道上の宇宙ステーションへ行く低コストで再利用可能な宇宙船という位置付けでした。 火星、月、地球を行き来する原子力宇宙船のコンセプト スペースシャトルに求められた目標は2つで、アポロ計画で使われたサターンVロケットのように高コストな使い捨てのシステムではなく、宇宙船を再利用して低コスト化することと、地球や月、そして火星の周回軌道上に宇宙ステーションを建設するというNASAの目標を補助することでした。 当時、アポロ計画の功労者であるロケット科学者のヴェルナー・フォン・ブラウンが有人火星飛行を支持し、軍も再利用可能な宇宙船に興味を持っていました。 しかし、人類を月に送るという宇宙開発競争に勝利したアメリカ政府にはもはや巨額の予算を計上する意志はなくSTSのコンセプトと有人火星飛行は却下され、スペースシャトルだけが開発許可されたのです。 原子力宇宙船に貨物を渡すスペースシャトルのコンセプト スペースシャトルの開発 こうして1972年にスペースシャトルの開発が始まりますが、軍やニクソン大統領の政治方針により、スペースシャトルは開発予算が削られる一方で当初のコンセプトからは大きく外れて複雑な設計になっていきます。 スペースシャトルは、Solid Rocket Booster SRB と呼ばれる2本の個体燃料補助ロケットとオレンジ色の外部燃料タンクから液体燃料を受け取り作動するスペースシャトル自体に取り付けられたメインエンジンで打ち上げられます。 これは宇宙船の再利用と軍の求める積載量を満足するために必要な設計でした。 下段に液体燃料を搭載したエンジン部があり、上段に人や物資を載せる構造である従来のロケットとは大きく設計が異なるある意味実験的なコンセプトです。 そして、この設計こそ安全性と信頼性を落とす結果になったと指摘する声が多いのです。 スペースシャトル打ち上げの様子 スペースシャトルの安全性 スペースシャトルは、宇宙には行っていないテスト用の1号機エンタープライズ号のほかに、実用機のアトランティス号、チャレンジャー号、コロンビア号、ディスカバリー号、エンデバー号と名前の付けられた5機がありましたが、135回の打ち上げの中でこの5機のうち2機が事故を起こし14人の宇宙飛行士が亡くなっています。 NASAは当初、事故は打ち上げ10万回に1回の確率であると計算していましたが、スペースシャトルが引退した現在の最終的な結果は、当初の想定より1500倍も悪い68回に1回の確率となっています。 最初の事故は1986年、チャレンジャー号が打ち上げ直後に爆発するというものでした。 その後の調査でSRBのシーリング異常が原因と判明しています。 次の事故は2003年、コロンビア号が宇宙から帰還する際に空中分解した事故です。 原因は打ち上げ時に外部燃料タンクから剥がれ落ちた破片がスペースシャトル左翼の断熱タイルを破壊したため、大気圏再突入に耐えられなかったというものです。 チャレンジャー号の事故はSRBが、コロンビア号の事故は外部燃料タンクが原因で、このどちらの事故もスペースシャトル特有の設計に起因しており従来のロケットであれば起こらなかった可能性が高いのです。 スペースシャトルのコスト また打ち上げコストを下げるために再利用可能なことが優先されたためスペースシャトルのエンジンは複雑でメンテナンス性が非常に悪い設計となりました。 これが、アポロ計画で使われたサターンVロケットのエンジンを作るよりも高コストになってしまい、かえってスペースシャトルの打ち上げコストは上昇しました。 使い捨てのロケットよりも高価な宇宙船になってしまったのです。 また当初は1機当たり年間50回の打ち上げが可能になることを想定していましたが、帰還したスペースシャトルのメンテナンスは複雑で数カ月の期間を要するため、NASAの全スペースシャトルを使っても年間4回しか打ち上げられませんでした。 費用は一回の打ち上げが10から15億ドルで、当初の計算より20倍も高い金額です。 それでも、スペースシャトルは国際宇宙ステーションの建設に不可欠だったため、NASAには打ち上げを継続する以外に選択肢はありませんでした。 さらにスペースシャトルの開発費用こそ50億ドルと予定通りに収まりましたが、スペースシャトル計画全体で使われた費用は2000億ドルにもなり、巨額の費用がNASAをスペースシャトル計画に縛り付けて間接的に他の計画を妨げる原因にもなってしまいました。 つまり数十年間にわたって月での様々な実験や活動を行う機会を逃したというのです。 そして、有人火星飛行も今日までに既に達成できていたはずだと付け加えています。 たしかに今になって歴史を振り返り総括をすれば、スペースシャトルは失敗作だったという見方もあるのかもしれません。 しかし、これから始まる民間の宇宙開発時代に先立ってスペースシャトルは貴重な教訓をたくさん残しました。 次はスペースシャトルを見て育った世代が、NASAのエンジニアが目指していたSTSのコンセプト実現に挑戦する番です。 その時、人々は成功面も失敗面も含めてスペースシャトルが作った宇宙開発の土台にきっと感謝するのではないでしょうか。

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