共同研究・競争的資金等の研究課題

2018年4月 - 2021年3月

応力波伝播条件の構造的制御によるスペースデブリ衝突損傷の制御・抑制

日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)
  • 川合 伸明

課題番号
18K04561
配分額
(総額)
4,420,000円
(直接経費)
3,400,000円
(間接経費)
1,020,000円

悪化し続けるスペースデブリ環境を背景に、宇宙機のデブリ衝突に対する損傷軽減化の重要性は増している。しかしながら、現状、デブリ衝突への耐性は構成材料の機械的性質に頼るのみである。そのような状況に対し、本研究計画では、応力波の多重反射に伴い進展する超高速突損傷に対して、応力波の反射条件を制御することにより、衝突損傷を制御・抑制する方法論を提案することを目的とし、研究を推進している。研究計画初年度である本年度においては、超高速衝突損傷機構の基礎的知見を得ることを目指し、超高速衝突にともない被衝突体内部に生じる応力波伝播過程および損傷形成・進展の実時間可視化計測手法を確立することを目標に研究を実施した。その結果、偏光シャドウグラフ法および透過シャドウグラフ法による超高速衝突現象の実時間同時撮影技術を確立することに成功した。透過シャドウグラフ画像からは衝突損傷形状の時間発展の情報を、偏光シャドウグラフ画像からは応力場形状の時間発展の情報を得ることができるため、両者の撮影結果を組み合わせることにより、損傷進展・形成と応力場形状の関係性を評価し、損傷形成・進展機構を検討することができる。本年度得られた結果からは、石英ガラス試料において、衝突点直下に円形上に形成する内部損傷の進展方向が、損傷に伝播してくる応力波の振幅モードの違いにより変化していく様子を明らかにすることができた。本年度確立された超高速衝突現象の実時間可視化技術を用い、来年度以降、引き続き超高速衝突損傷進展機構を解明していくとともに、被衝突体への異種界面導入による衝突誘起応力波の透過・反射挙動の変化と損傷進展挙動への影響の評価にも取り組んでいく予定である。