再突入カプセル空力試験技術

我が国の将来の有人宇宙活動における安全確実な回収帰還技術として、揚力を持った大気圏再突入カプセルの検討を進めています。
カプセル形態の大気圏再突入機の開発では、再突入時の各状態に沿って空力特性の予測や評価を行う必要があります。本研究では、大気圏再突入カプセルの研究を支援するため、再突入時の各状態でのさまざまな空力特性を予測するために必要な試験能力等を獲得します。

まず、再突入カプセルにおけるRCS（姿勢制御用ガスジェット装置）の空力干渉特性の実機条件における予測能力（図1）及び超音速域における支持干渉力補正技術や、遷音速・亜音速領域におけるレイノルズ（Re）数補正手法の提案・検証（図2）を実現すること、超音速領域における模型支持装置の空力干渉を得ることを目標とします。

図1: RCS干渉場計測技術を使ってCFD検証、実機特性予測能力向上につなげる

図2: 高レイノルズ数における実機空力特性評価を高精度化するための遷音速風洞試験。このデータを基に補正手法の提案・検証を行う

第二には、再突入カプセルの遷音速領域で生じやすい動的な空力不安定性を把握し、それを改善することを目指します。静的には安定な姿勢となる形状であっても、振動し始めると止まらなくなり、ひっくり返ってしまうこともあります（動的な不安定性と呼ぶ）。従って、早く回収パラシュートを開きたいところですが、超音速でのパラシュート開傘には、さまざまな困難が伴います。また、対称軸上に重心を持たない揚力カプセルとした場合、遷音速領域でも飛行制御を行います。よって、遷音速領域における動安定特性を推定することが重要となります。動安定特性の推定には、各種風洞試験法の他、バリスティックレンジを用いた自由飛行試験や非定常CFDも試みられています。そして、各手法の長短所を相互補完する取り組みがなされています。

大気圏再突入カプセル動安定風洞試験