衛星「おおすみ」

衛星「おおすみ」とは、日本初の国産人工衛星である。

概要

日本初でありながら、一大学の付属研究機関にすぎない東京大学航空宇宙研究所（駒場にあった付属研究所。のちの文部省宇宙科学研究所、ＪＡＸＡ研究本部へと発展する組織）の予算と人員で打ち上げられた、人工衛星。
諸外国における宇宙開発は「弾道ミサイル」の副産物であり、兵器として、国威を示すために行われていたため、兵器転用を視野に含めない「おおすみ」と打ち上げロケット「Ｌ－４Ｓ」はまったく異色の存在と言える。

1970年2月11日13時25分、内之浦から L-4Sロケット5号機にて打ち上げ。
1970年2月12日４時３０分、ヨハネスブルク局で観測された微弱な電波を最後に通信途絶、運用終了。

以降33年余り、地上から観測できる「流れ星」でありつづけた彼女（※１）は、2003年8月2日05時45分、大気圏に突入。消滅した。

わずか１５時間程度の運用で終わった彼女だが、その遺したデータは後継機開発のために利用された。

「おおすみ」の特徴

L-4Sロケットの最上段（4段目）である直径48cmの球形固体モーター＋円錐台状の計器部から構成された。

全長：約1m
質量：4段目（燃焼後質量）14.9kg＋計器部8.9kg

と小柄である（世界初の人工衛星スプートニクは質量84kg）。
搭載機器は

• 縦方向精密加速度計
• 縦方向加速度計
• ストレーンゲージ型温度計
• テレメータ送信機(295.6MHz)
  
• ビーコン送信機（136MHz帯）
  
• パイロット送信機(296.7MHz)
  

など。
これらの機器への電力供給のため、酸化銀 - 亜鉛電池（容量 5AH）を搭載。
３０時間の稼働を想定して設計されていたこの電池は、ロケットモーターの断熱が不十分であったため消耗。１５～１６時間程度の電力供給を行った（正確な時間は判っていない）。

計器部重量の軽減、あるいは日本宇宙開発の伝統

のちのＩＳＡＳ（文部省宇宙科学研究所）も各セクションでグラム単位の割り当て質量争奪戦を繰り広げていたが（質量が多い＝自分の機器がいっぱい積める、である　※３）、初代人工衛星の「おおすみ」も搭載計器質量に悩まされた一機である。

この点については、井上浩三郎氏の原文を引用しよう。

当時もミッション達成上，第４段計器部の重量に厳しい制限が加えられた。
マグネシウムを主材料とする軽合金を用い，金属ケースは最小限度にとどめ，わずかに高周波部と電池の気密保持にのみ使用された。テレメータ送信機の既製の筐体にドリルで多数の孔をあけて(１号機と２号機のみ)減量を図るなどポッテイング，コネクタ，ネジ１本に至るまで重量の管理を行う苦労もあった。衛星重量の軽量化はここから始まったと思う

・・・・・・軽量化への圧力は、「おおすみ」時代からの伝統だったわけである。

打ち上げロケット「ラムダ４Ｓ」

ラムダ（以降Ｌと略）ロケットは、観測用ロケットＬ－３Ｈをもとに開発された、後発機「ミュー（以降Ｍと略）」シリーズのための模擬実験機。
Ｍシリーズと同様、全段固体モーター（ロケットエンジン）で構成されていた。
そして世界的にも珍しい、誘導制御装置を持たない「無誘導方式」ロケットである。

こうなった理由は、当時の航空宇宙研に誘導装置の技術がなかったからではない。
社会党（のちの社民党）から「誘導ミサイルへの技術転用ができる」として物言いがついたためである（※２）。

ただロケットをまっすぐ打ち上げても、周回軌道への衛星投入はできない。
人工衛星を打ち上げる為には、どこかで法線方向への姿勢変更が必要となる。
そのために必要となる、姿勢制御装置という要素を封じられたのはつまり、手足を縛られたのも同然の事。

しかし航空宇宙研は、しかし諦めなかった。
「無いナイ尽くしで何とかする」日本技術者の底力は、この時点から発揮されていたのである。 

そして採用されたのは、姿勢安定を得る方法として：

• 第1段は尾翼による空力的効果で安定させる（大気が十分に濃いため可能となる）
• 第2段は尾翼＋スピンモーター（このモーターによるスピンで安定を保つ）
• 第3段はスピンモーターで姿勢を安定させる
• 第４弾は姿勢変更を行うためのデスピンモーター（いったんスピンを止める）、リスピンモーター（姿勢変更後にスピン再開し安定を得る）を搭載

また軌道投入については、慣性で放物線軌道に乗っている（＝上昇を続けている）第４段に対し

• デスピンモーターでスピン停止、姿勢制御可能とする
• 姿勢制御装置で水平姿勢へ変更
  （あくまでも『姿勢』の制御であり、『誘導』ではない）
• リスピンモーターを作動させ安定させる
• 放物線の頂点（＝重力方向への移動は停止）で燃焼開始

するという、非常に手の込んだ方法。これがいわゆる「無誘導重力ターン方式」である。

これほどまでに工夫を凝らし開発されたラムダ４Ｓであったが、しかし１～３号機は結合・切り離し機構の不具合や上段ロケットの不点火のため、４号機はまさかの追突事故のため、宇宙に飛び立つ事は出来なかった。

 しかしラムダシリーズが実験機である以上、失敗によるデータの積み重ねも重要であったと言えよう。
これらの失敗をもとに、５号機は

• 追突防止用の逆推進ロケット
  （第３段に取り付ける。切り離し後に第３段を逆進させないと、 第４段に追突するため）
• 切り離しの時の距離および速度計測を搭載
• 精密加速度計を搭載 

等、多くの改良が加えられた。

関連動画

（他に「おおすみ」タグのある動画が見当たりません。暫定的に以下の動画を貼っておりますが、良い動画があったら差し替えをお願いします）

 

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参考資料

ISASニュース・浩三郎の科学衛星秘話【日本初の人工衛星「おおすみ」誕生（前編）】
ISASニュース・浩三郎の科学衛星秘話【日本初の人工衛星「おおすみ」誕生（後編）】
WikiPediaの記事（おおすみ）

注

※１：
慣習で"She"の三人称が用いられることから、ここでは「彼女」の表記を用いた。

※２：
中国、朝鮮への配慮は常に求められる。発射場が内之浦へ移されたのもこれが理由の一つであった。

※３：
Ｍシリーズを擁したＩＳＡＳもまた、100gの搭載割り当てが奪い合いの対象となる世界であった。
日本の科学技術者の夢を全て載せて飛ぶためには、航空宇宙研やＩＳＡＳのロケットは小さかったのである。
もうちょっと大きいロケットがあればなあ・・・・・・は「おおすみ」以来、機器開発組に共通する夢であったと言えよう（ここは負け惜しみと言われようとも、不屈の技術者魂にとってこの小ささが開発圧力となり、 より良い機器開発へつながった点に着目すべきであろう）。