宇宙開発委員会 推進部会(第6回)議事録・配付資料 [推進6-1-2]

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1 推進 JAXA における衛星用ホイールに関する信頼性向上活動について 平成 18 年 8 月 31 日 宇宙航空研究開発機構 執行役 ( 信頼性統括 ) 北原弘志 1

2 ホイール信頼性向上タスクフォースについて ホイール信頼性向上タスクフォース設置の目的新型ホイール開発等の業務を通して ホイールの信頼性向上に取り組んできたが 平成 12 年以降 国内外のホイールの軌道上及び地上における性能劣化 / 不具合が発生し 更なる信頼性向上が必要とされた そのために ホイール信頼性向上タスクフォース を 平成 17 年 12 月に設置した ホイールの不具合発生状況 国産従来型ホイール きく7 号はるか 平成 12 年 1 月,3 月 平成 15 年 1 月,10 月 オイル潤滑不良によるピッチ軸 / ヨー軸駆動信号増大 ミッション終了後ロストルク増大 ( 吸湿等による潤滑不良 ) きらり 平成 17 年 11 月 約 5 日周期で生じる微少なロストルク増加 (RW1 のみ ) 国産新型 GOSAT ( 開発中 ) ベアリング歩留まり悪化 等 国外ホイール はやぶさ 平成 17 年 7 月,10 月 ロストルクの増大 リアクションホイール停止 (RW-X:7 月 RW-Y:10 月 ) ( 参考 ) ロストルク 摩擦抵抗等によりホイールの角運動量を減少させるトルク RW リアクションホイール (Reaction Wheel ) 2

3 ホイール信頼性向上タスクフォースについて ( つづき ) ホイール信頼性向上タスクフォースの作業内容 1 現在発生している不具合の原因を特定し 直近の衛星の打上げ (SELENE PLANET-C 等 ) に影響が無いかを明らかにする また改善すべき事項があれば提案する 2 現ホイールの開発 ( 海外からの調達含む ) に内在する信頼性劣化要因を洗い出し 信頼性を向上するための方策及び体制を明らかにする ホイール信頼性向上タスクフォースの体制 JAXA 総合技術研究本部誘導 制御技術グループ長鈴木秀人をリーダとし JAXA 内外の専門家を集め 親委員会および以下の3ワーキンググループ (WG) を設置した ホイール信頼性向上タスクフォース親委員会 国産従来型ホイール WG 国産従来型ホイール不具合解析結果のレビュー 国産新型ホイール設計への提案 国産ホイール新型設計への提案 ホイール軌道上運用への提案 国産従来ホイールを使用している衛星 : こだま きらり あかり 国産新型ホイール WG 国産新型ホイール設計 試験データ のレビュー 国産新型ホイールの信頼性向上のための改善策提案 国産新型ホイールを使用する衛星 : GOSAT 国外ホイール WG はやぶさホイール不具合原因の特定 輸入ホイールに対する信頼性向上のための改善策提案 Ithaco 社製ホイールを使用している又は使用する予定の衛星 : はやぶさ (Type-A) だいち (Type-E) SELENE(Type-B) Planet-C(Type-A) 3

4 はやぶさ ホイール概要と軌道上不具合状況 はやぶさ ホイールは Ithaco 社 ( 米 ) の Type-A ホイール標準仕様を はやぶさ の高振動環境に対応させるために はやぶさ 固有の設計変更 (1 アキシャルスナハ ー 2 ラシ アルスナハ ー 3 メタルキャッフ 4 メタルライナーの追加 ) を実施したものである はやぶさ の打上げ ( 平成 15 年 5 月打上げ ) の約 2 年後に 搭載されているホイール 3 台のうち 2 台が相次いで軌道上で停止する不具合が発生した ( 平成 17 年 7 月及び10 月 ) Ithaco 社 Type-A ホイール 1アキシャルスナハ ー標準仕様 ねじ止め固定 はやぶさ ホイール NEAR, SMART-1, Deep Impact など 100 台以上の軌道上実績 はやぶさ 固有の設計変更 ( 高振動環境に対応 ) ロータ 隙間磁石鉄輪 ホイールハウジング ベアリング 2 ラシ アルスナハ ー ヘ アリンク に組込み 類似ホイールで軌道上実績あり (Ithaco 社 Type-A 標準仕様 直径 :20cm 最大角運動量 :4Nms 最大トルク :35Nm 重量 : 約 3kg( 駆動回路込み ) はやぶさ固有の設計変更の部分 3 メタルキャップ 接着と機械的はめ込みによる固定 ステータ ( コイル等 ) 4 メタルライナー 接着のみによる固定 円周状に巻いた薄いアルミ箔 4

5 はやぶさ ホイール不具合原因究明結果 原因究明作業 (1) 軌道上データ評価解析 (FTA) FTA を実施した結果 ホイール不具合発生時に軌道上で得られたホイール摩擦トルクの変化は 設計変更部位であるメタルライナーの剥離以外の可能性が否定された (2) 有限要素法 (FEM) による応力解析 メタルライナーの剥離は 接着層が薄い場合に ホイール使用温度範囲内でも生じる可能性があることが判明した (3)EMホイールを用いたメタルライナーの引き剥がし試験メタルライナーの一部剥離が発生していることをEMホイールの引き剥がし試験により確認した ( 接着層が薄い部分で剥離が発生していた ) 原因究明結果 はやぶさ固有設計変更部位であるメタルライナーが剥がれたことにより ステータと接触し 最終的にロータとステータとの間の隙間に噛み込み ホイールの停止に至った 問題点と対応方針 < 基本方針 > ホイール搭載位置の振動環境が厳しく 実績のある標準品が使えないので ホイールに対し高振動対策の設計変更を実施した 標準品が使える振動環境となるよう 衛星システムの設計をする < 設計変更時の対応策 > (1) 設計変更に対する信頼性解析評価が不十分 ( メタルライナーが剥離し 隙間に噛み込む故障モードが事前に識別できなかった ) 信頼性解析評価の強化 ( 詳細 FMEA FEMの実施 ) (2) 設計上 致命的なリスクの内在 ( メタルライナーのみ 接着剤だけで固定する設計とした ) 今後メタルライナーは使用しない 高振動に割れない接着剤を使用し 十分な解析 試験を実施する (3) 接着工程の不備 接着工程の改善 (4)ITARの制約 TAAの取得 第三者検証の実施によりJAXAで設計変更の妥当性を確認する 5

6 今後の小型ホイールの開発に関わる計画 平成 20 年度から 国産小型ホイールの開発を開始することを検討している ただし当面 Ithaco 社製 Type-A ホイールの高振動対応型が必要になる場合を想定し 前頁の対応方針に基づき 下記のスケジュールで 技術評価および技術実証等を進めている 高振動対応ホイールの設計確定のための作業項目 ~8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 (1) (2) 設計変更に対する信頼性解析評価の強化 ( 詳細 FMEA FEMの実施 ) 高振動対応の試験 検証 評価用フライホイール製作 評価試験( 振動 温度サイクル 接着力評価 ) 高振動対応ホイールのの設計確定 長時間評価試験 ( 温度サイクル (700 サイクル )) (3) 接着工程の改善 (4) TAA の取得 第 3 者検証の活用 6

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