推進系

　安静とは一体……
　普段から運動量の少ない生活だから、安静にしてようとしてまいと変わらないね。
　だいぶスッキリしてきた。まだ喉の痛みとか鼻水とか残ってるけど。

***

　久しぶりに水推進系の部品を並べて遊んでた。





　5軸マシニングでマニホールド作れば楽なのになぁ。部品点数20個弱くらい減らせそうな気がする。FAパーツだと痒いところに手が届かない。
　Haas Super Mini Mill 2とかほしいよね。3軸マシンだけど5万USDくらい。追加8千USDで5軸化。そう考えるとPocketNCの6千USDってのは破格なんだよなぁ。中華3軸? なんの話でしょうか……　冬季は暖房器具に場所を取られるので部屋にあまり物を置けない。件のCNCも押入れに追いやられてる。

　缶サット、というか、スペースプローブのレギュで考えてるけど、Φ150だと結構ギリギリ。詰めれば入らないことはないが。
　既存の圧力容器(ペットボトル)だとあんまりよろしくない。少なくとも500mlのボトルはあんまり適切ではない。が、選択肢がそう多くないのも事実。中途半端な容量の炭酸水とかも売ってるので、探せばいろいろありそうだけど。
　せいぜい1MPaくらいだろーって思って計算してみたけど、500mlでも3.5kNくらいになるのね。あつりょくこわい……　耐圧低めのバルブだとオリフィス大きく設定できるので、圧力下げて推力下げてミッション時間短くする方向もアリかなー。それでも0.5MPaくらいあるので2kN弱あるけど。
　流量は、カタログによると高圧(小オリフィス)で毎秒0.26L、低圧(大オリフィス)で0.28Lくらい。完全ブローダウンだとどんどん流量が減っていくけど、0.1L/sくらいとすると、流量2倍(PYRは同時2本、dVは同時4本吹き)で10秒なら2Lくらい消費するので、推薬量0.3Lとするとデューティー比15%くらいで吹かないと足りない。ちょっと足りない気もする。相乗りの工学ミッションをガリガリ削ってタンク容量を稼いだとしても30%行けるか行けないか、くらい。
　今の所、相乗りミッションは結構な数があって、このままだと全部ポシャるような気がする。(ΩΩΩ「「「某国の宇宙開発の悪口はヤメロー!!」」」)　とすると、推進系の飛行実証ひとつに専念(+場所を食わない小規模な相乗り)くらいがいいのかなぁ。
　今回のミッション設定は重力天体が相手とはいえ、動力着陸するわけじゃないので、あんまりシビアに考えなくていい。それでも結構苦労してるけど。SLIMとか、重力天体への動力着陸を目指してるミッションだと、設計もシビアだろうなぁ。微小重力天体への着陸(MMX等)も、逆に重力すくねぇ～って苦労してるみたいだけどね。

***

　久しぶりに衛星のスラスタ系の話を漁ってた。
　イプシロン(高度化以降かな?)の液体推進系は国産の衛星用を改造したものらしい。海外製品だと値段とか納期とか向こうの言いなりなので大変らしい。衛星用はバルブがシリーズに2個だけど、ロケット用は1個にしているらしい。衛星の推進系の図を見るとノズルの前にバルブが2個あるけど、物理的にちゃんと2個あるのね。

　衛星は運用期間が10年とか、動作回数が数十万回とか、とにかく信頼性最優先。オープン故障すると危険なのでシリーズで少なくとも片方は閉じるように、という思想。
　一方で、ロケットは運用期間が長くても数時間、動作回数も数千回、と、衛星用途と比べて数桁少ない。衛星用と全体を共通化したほうが量産しやすい気もするけど、衛星はスラスタがクローズ故障しても代替案を考える時間的余裕があるけど、ロケットの場合は短い運用時間のうちは確実に吹いてくれないと困るので、オープン故障の危険性よりクローズ故障を避ける方向なのかも。
　昔の固体ロケット(何かは忘れた)で、「経験的に推進剤はもっと減らしてもいいけど、そうするとオープン故障で足りなくなる」という記述があるので、1オープン故障は許容できる設計になっているんだろう。最近の精度要求に耐えられるかはわからないけど。1オープン故障に耐えれるなら1クローズ故障に耐える方向でも良さそうな気もするが。
　ロケット最上段で1kg稼げば衛星に1kg使えるので、信頼性はそのあたりとのトレードオフかも。クローズ故障の冗長系を考えるより、バルブを減らしてオープン故障に耐えられるように。ただ、そのための推進剤の量とか考えるとクローズ故障に耐えるほうが軽くなる気もするんだけど。
　あるいは、クローズ故障だとクローズしたバルブを除外する制御が必要だけど、オープン故障だと姿勢制御の中で勝手に他のスラスタに割り振られるので、特殊な制御が不要、という制御則の問題かもしれない。

***
追記
　少し変えてみた。



　ブラケット、こういう形状はFDMだとつらい。とはいえSLSを外注すると結構な値段になる。
　試しに手持ちのプリンタで作るとどうなるかスライスしてみたら、サポート込みで15m、5時間弱、くらい。意外と現実的な感じだなぁ。サポートの角度を変えて少し深めに寝てるところもサポート無しで作れば、10m弱、4時間弱になる。思ったよりマトモに部品作れそうだ。

　ついでなので、マテリアルをナイロンに設定してシミュ。



　噴射時のベクトルを設定するのが面倒だったのと推力を計算するのが面倒だったので加圧ラインだけ想定。
　このくらいの計算ならあっという間に終わる。Fusionのシミュって、そもそも3Dプリンタの物性が再現できないってのと、一度設定した条件を削除できないような気がして、いまいち乗り気じゃないんだよな。いちいち別のファイルにオブジェクトをコピーするのも面倒だし。

　Fusion360で法線ベクトルのXYZ値が得られれば便利だなーと思ったんだけど、そういう機能はないみたい。
　正規化しなくていいなら計測ツールを使えばできるっぽい。正規化が必要ならオフセット平面とかスケッチとか押出とか、手間を掛ければそれっぽい事はできる。機能としてはないけど、できなくはない、という感じか。


　スラスタAssy、結構まともに動きそうな気がしてきた。部品買い足して作ってみるかなぁ。バルブがそれなりに単価高いのと数が必要なのと、加工にそこそこ精度が必要なのが面倒。あと電装系作ったりも。ただ吹くだけならさほど大変ではないけど、制御して吹こうとすると3軸ジャイロセンサを載せたり、そのデータを取り出したり、積分して姿勢を求めたり、急に面倒になる。。。
　RasPiとかオンボードで乗せればテキトーなライブラリ切った張ったでそれなりに制御できるんだろうなぁ。