藤田昂志 研究室

コウモリの翼は，高い空力性能に加えて収納性も兼ね備えており，火星飛行機に適しています．コウモリの翼面は膜状の筋肉でできており，これを伸縮させることでうまく飛行を制御しています．コウモリの翼をうまく工学的に模擬できれば，高性能な火星飛行機が実現できるかもしれません．

コウモリの翼のような膜面をうまく制御する方法として，我々は誘電エラストマアクチュエータ(Dielectric Elastomer Actuator: DEA)に着目しています．DEAは近年開発された新しいアクチュエータで，人工筋肉の一種としても知られています．DEAの構造は，電気を通さないエラストマ※の膜の両面に柔軟電極を設けたものになっています．このため，電極に高電圧をかけると，電極同士が静電気力によって引き合い，エラストマ膜が潰されて薄くなりながら広がります．これにより，膜の面積や張力を電気的に制御することが可能です．

そのため私の研究室では，DEAを活用した膜翼について研究を進めています．この研究により，コウモリのように自在に飛行できる新型の翼システムを実現することを目指しています．

※弾力のある高分子材料のこと．シリコンゴムなど

我々は，火星飛行機の実現に向けて，JAXAや他大学と協力しながら研究を進めています．
https://www.isas.jaxa.jp/topics/003468.html

この中で私の研究室では特に，飛行機の収納・展開技術についてフォーカスしています．飛行機の収納・展開技術は，火星で飛行機を飛ばすために重要な技術です．火星に飛行機を輸送するには飛行機をロケットに搭載する必要があります．さらに，火星の大気圏に突入していくためには，はやぶさカプセルやアポロのような大気圏突入カプセルを使用する必要があり，飛行機はこの大気圏突入カプセルに収まらなければなりません．これらにより，火星へと輸送可能な物体の形状や大きさには強い制約があります．一方で，火星の大気は非常に希薄であるため，火星飛行機には大きな翼が必要となります．この，「輸送時にはコンパクトにしたい」かつ「飛行時には翼を大きくしたい」という相反する要求を叶えるのが，飛行機の収納・展開技術です．

収納・展開の方法には，折り紙のように折りたたむものや，風船のように膨らむもの，昆虫・鳥・コウモリなどの生物の羽のようなものなど，様々なタイプが考えられます．私の研究室では，様々な収納・展開機構を，空力特性や展開の確実性など種々の評価基準で，風洞試験や飛行試験を通して評価していきます．そしてそれらを通じ，火星探査に適した収納・展開の方法を明らかにします．

火星の飛行探査への期待は年々高まっています．火星飛行機は現在，我々のグループも含めて様々なタイプが世界中で検討されています．また，2021年にはNASAが火星ヘリによる世界初の動力飛行に成功しました．

しかし，飛行機やヘリが活躍できる場は火星だけではありません．木星や土星，タイタンなど，大気の存在するあらゆる星で飛行探査が可能です．また，探査機の形式も飛行機やヘリに限ったことではなく，マルチコプタや飛行船，気球など，あらゆる航空機が選択肢となります．このような惑星探査航空機を検討する際，それらに共通項はあるのでしょうか？また，その星ごとに適した航空機の特徴とは何でしょうか？

本研究では，これらの疑問に答えるために，火星に限らず様々な星に対して，探査ミッションを検討し探査航空機を提案していきます．そして，それらの知見を比較・分類・体系化していくことで，今はまだどこにも無い「惑星探査航空機学」を確立していきます．