静粛性は、摩擦抵抗の低減（燃費の向上）とともに、次世代航空機に求められる主要な技術課題です。ここでは、流れから発生する空力音の発生メカニズムの解明とその制御について、風洞実験と高精度数値シミュレーションの両面から調べています。

角柱後流から放射される空力音

航空宇宙工学に関わる流体現象の数値シミュレーションや流れ場と電磁場の相互作用に関する研究を行います。
対象は、電磁流体、外部磁場下における気液二層流、温度場や濃度場における自然対流、回転場における流体現象など様々です。

ミルククラウン現象の数値シミュレーション

先端的宇宙ロケットや極超音速航空宇宙機など次世代の推進・空力技術や、地球に降り注ぐ流星の空力現象など理工学における極超音速分野を対象としています。電磁波を使ったロケットの開発、スクラムジェットエンジン用の極超音速風洞研究、土星や木星を目指す深宇宙機熱空力設計、流星・火球の地上試験などをテーマとして扱っています。

マイクロ波ロケットのコンセプト図

人工衛星などの宇宙機に搭載するための小型のロケットエンジンを研究しています。具体的には、プラズマを利用する電気推進と、液体や固体推進剤を利用した化学推進の研究を行っています。また、小型ロケットエンジンの推力偏向の測定のため、6自由度の磁気浮上を利用した推力測定装置も研究しています。

真空チャンバで作動中のアークジェット推進機

環境に優しい高性能ハイブリッドロケットエンジンの開発および工ンジン燃焼機構の解明、分散型発電システムや自立型ロボットの電源として有望視される超小型ガスタービン用燃焼器の開発研究、民生用低NOx水素燃焼器やデトネーション燃焼器における現象の解明および燃焼方式の確立、などに取り組んでおります。

旋回型ハイブリッドロケットエンジンの燃焼実験

宇宙機に搭載する推進機に 関して、電気推進と化学推進の両方を扱っています。特に 小型宇宙機への搭載を目指した新しい推進機の研究開発を進めています。また、最終的に宇宙で使用される推進機が地上試験時に受ける 影詈についで実験と数値シ ミュレーションを組み合わせた研究を行っています。

イオンエンジン地上試験の三次元Particle-In-Cellシミュレーション

航空宇宙分野で使用される軽金属（アルミニウム、チタン、マグネシウム）の強度、延性向上に関する研究を行っています。また、重力天体への着陸時の衝撃を吸収できるポーラス金属の開発に取り組んでいます。

衝撃吸収用の3D積層造形ポーラスアルミニウム合金

ソーラーセイルや太陽光発電システム等の、軽量で大型な宇宙構造物の構築に関する挙動解析および設計手法の研究や、これを使ったシステム化を手掛けています。近年では必須ハードとなるアンテナと衛星本体構造を設計段階から同時考慮するための研究にも目を向けています。

トランスフォーマ衛星の構造パネルからの反射によるアンテナパターンの検討

航空宇宙構造の軽量化を目的に、先進複合材料の利用が拡大していますが、さらなる軽量化・信頼性の向上が求められています。これらを背景に、損傷・破壊現象のメカニズムを精緻な実験により明らかにするとともに、数値解析によるシミュレーション技術の開発や強度予測手法の提案を行っています。

複合材接着構造の微視的損傷進展解析

最近問題になってきているスペースデブリを自律的に捕獲回収・除去することを目的としたフリーフライング宇宙ロボットおよび導電性テザーをはじめとする宇宙機について、その力学と制御方法に関する研究を理論的・実験的に行っています。

適応スキュー角ピラミッド配置コントロールモーメントジャイ ロ実験装置

衛星測位と航空通信・監視技術の発展により航空交通システムはこれから大きな変革を迎えます。洗練された航空交通管理手法を明らかにし、さらにそれを世界の空で実現する事が目標です。軌道最適化や運航データ分析に取り組んでいます。また、将来の宇宙システム（デブリ除去システム、宇宙エレベータ、太陽発電衛星等）の研究も行っています。

現在の本州上空の航空交通の様子

Sajjad does research in 
Aerospace Mechanisms Design, 
Attitude Determination and Control,
Tethered satellites,
Control Moment Gyroscopes.

Electrical Components integrated

航空宇宙機の設計において・設計問題の知識獲得を目的とし、大域的に設計空間を探索できる遺伝的アルゴリズムを用いています。
現在では解空間を近似する手法を取り入れ、計算量の低減を図ることのできる設計システムを提案しています。航空機等の性能評価には、コストの低いコンピュータシミュレーションを用いてきましたが、近似手法の導入によって、風洞試験模型への適用も行っています。

将来型2段式宇宙往還機分離時の数値計算結果

超小型衛星を始めとする革新的な宇宙システムについて、その要素・システム技術やそれらを用いた宇宙ミッションについて研究・開発を進め、また従来にはなかった新しい宇宙プロジェクトにも参画し、未来の宇宙を創造することを目指します。

バイナリブラックホール探査衛星「ORBIS」

航空宇宙領域で利用可能なセンシング基盤技術に関する研究や衛星データを利用する研究を行っています。宇宙空間で利用可能なセンシング基盤技術では、地球観測に資する衛星搭載センシング技術に関する研究、地球観測による貢献の研究、アルゴリズム開発などを推進しています。

衛星搭載ドップラー風ライダー（想像図）

衛星ー地上間を結ぶ空間光通信の研究を行っています。レーザを用いる空間光通信は、短時間で大量のデータを転送することができるため注目されています。衛星ー地上間光通信では大気を伝搬する必要があるため、大気を通過する際に発生する大気ゆらぎによる影響が問題となっています。そのため、大気ゆらぎを低減するための手法開発やアルゴリズム開発などを推進しています。

衛星ー地上間光通信（イメージ）

図　宇宙用ベアリングの打上げ振動実験（上図）
および超高真空-50～+100℃での潤滑性評価
実験（下図）．
このベアリングは，国際宇宙ステーションロシア
サービスモジュールに取り付けられた材料曝露実験
装置に使用されています．

宇宙トライボロジーとは，宇宙空間での摩擦摩耗現象や，ロケット，人工衛星，宇宙ステーションなどの潤滑技術を研究する分野です．宇宙空間で潤滑剤なしに金属材料を摩擦させると容易に固着します．これは潤滑不良が直ちにミッションの停止を招く可能性が高いことを意味しており，宇宙トライボロジーは宇宙機の高信頼性を支える重要な分野といえます．

宇宙機にはジャイロ，光学センサ，太陽電池パドル駆動機構といった高性能な機器が多数搭載されており，これらには打上げ時に大気から真空にわたって厳しい振動を受けた後に軌道上で長時間作動することが求められます．当研究室では，打上げ振動，10-7Paにおよぶ超高真空，-150～+100℃にわたる温度変化など，宇宙機器がさらされる特殊環境を模擬できる実験設備を使って，機構部品の摺動部に対する大気中振動と真空中振動の影響の評価や，超高真空における宇宙用潤滑剤の摩擦摩耗現象の解明に取り組んでいます．さらに，計測が困難な打上げ振動中の機構部品の挙動や無重力下での作動状態などについては，数値シミュレーションによる研究を行っています．

上図　高アスペクト比翼を用いた表面圧力場推定の風洞実験

昔も今も気象環境は飛行機の最大の不確定要因であり脅威です。特に気象レーダには映らない晴天乱気流に対する予測・検知・回避・動揺低減など事故防止技術は国内外機体メーカ、エアラインの強いニーズであります。従来慣性センサだけでなく、機体搭載ドップラーライダー、主翼圧力場センシング技術を融合させ、新しい動揺低減制御、突風荷重軽減制御を実現することを目指します。新しいアイデアの有効性実証のために大型模型を用いた風洞試験や飛行試験を実施します。

航空機が使用する通信・航法・監視システムに用いられる技術について研究を行っています。監視技術の研究では、マルチラテレーションシステム・ADS-B・レーダ等の実験システムを用いて実航空機からデータ収集分析し、実環境下で発生する様々な課題を抽出し、その解決方法についての検討を行います。また、通信・航法技術の研究では、IoTデバイス等を用いて実験システムを構築し、実験等によりデータを取得することで課題抽出・方法の検討します。

図１．マルチラテレーションシステム

マルチラテレーションは航空機からの電波を複数の地上局で受信することで、位置を検出するシステムです。測位精度の向上する技術やシステムのアーキテクチャの違いにより発生する問題の解決方法などについて検討します。

SSR(二次監視レーダ）は地上から質問を行い、航空機から応答を受信することで航空機の位置を検出します。応答には様々な情報が含まれており、これらの情報を用いて航空機運航の安全性や効率性を向上する方法などについて検討します。

図２．航空管制用レーダ（PSRおよびSSR)

電波と光の中間領域にあたる100GHz～10THzの周波数帯は、ミリ波・テラヘルツ波と呼ばれています。この周波数領域では、センシングや次世代の無線通信等での有用性が見いだされていますが、信号源を始めとする要素技術が未だ開発途上となっています。当研究室では、ミリ波・テラヘルツ波帯における信号発生・検出技術等の要素技術からセンシングや無線通信等への応用技術の研究開発を行っています。

図 テラヘルツ帯無線通信実験システム