技術は一方向には進歩しない - Space Shuttle

科学や技術は絶対のものではない。正しいものは存在せず、必要条件（コスト、運用期間、使える技術）などのバランスを考慮して最適点が決まり、それは変わってゆく。。

それは、Computerの発展史にも見られる。一旦作られた分かりやすいグラフィック入力が、一時消滅し、また戻ってきている。以下に書いた。

2012年3月3日土曜日:  Computer History Museumにいってきた

その点で、技術の発展史を学ぶことは参考になる。もちろん、激しく昔の技術にまで戻る必要が必ずしも有るわけではない。が、特にComputer Scienceでは、歴史や古典を学ぶこととは、特に米国ではおざなりになっている。

Space shuttleとその後)

Space Shuttleは、再利用可能な宇宙船を目指した。が、以下の

 

STS-133　(最後のDiscovery打ち上げ) の映像であるが、14:56秒のところ、T=+3:53で、外部燃料タンクの断熱材とおぼしき、かなり大きな破片が剥がれて落ちるのが写っている。以下の写真の黄色の丸の部分である。

シャトルのタイルは結構危ういシステムだったので、次のConstellation/Orion http://bit.ly/LVOk6H では、アポロのような指令船+一体成形の耐熱シールドに戻す。指令船は再利用する。

wikiでの解析などから）

wiki　http://bit.ly/IriYE3　iの「甘すぎた予測と膨らんだ費用と危険性」の章にもあるように、あまりつかわない翼を宇宙に持って行くのは効率が悪く。打ち上げ可能なペイロードはかなり小さい。

以下、Project Constellation by Tim McElyea (APOGEE BOOKS) $9.95 : http://amzn.to/MdMgKD
より、2つの図を引用する。

まず、p.18の図である。


シャトルは、打ち上げ従量4.5Mlbs (2,041トン）に対して、LEO(Low Earth Orbit: 低高度衛星軌道への）打ち上げ重量が56klbs (24.9トン）である。つまり、打ち上げ重量の1.2%の重量の衛星しか、低軌道衛星軌道に打ち上げられない。

一方、それよりも古い設計である、Saturn Vは、打ち上げ重量が、6.5Mlbs (2,948トン)に対して、LEOが262klbs (110トン)である。つまり、打ち上げ重量の3.7%の重量の衛星を、低軌道衛星軌道に送り込める。

現在、凍結されているが、Shuttleの次期宇宙計画であるConstellation計画では月や火星への宇宙船をAres IVで先に打ち上げておいて、あとでAres Iで乗員と指令船であるOrionカプセルを送り込む方式である。


Ares I 　は、打ち上げ重量2.0M lbs (907トン)に対して、48k lbs (21.8トン)　であり、これは2.4%にあたる。
Ares IV　は、打ち上げ重量7.3M lbs (3,311トン)に対して、200k lbs (90.7トン)　であり、これは2.7%にあたる。

AresでもSaturn Vより、打ち上げ時の重量で、LEOを割った比率が悪いのは、燃費（比推力http://bit.ly/NAdsTr　）が小さいが、低コストの固体燃料ロケット(シャトルで固体燃料ブースタに使われたものの増力型）を使い、これを再利用しているためであると思われる。が、Space shuttleに比べると、はるかに比率は良い。


再帰還のシールドもアポロ形式なら打ち上げ時には、前段ロケットとの間で保護されているが、むき出しなので、これが破損して、コロンビア号の事故につながっている。上記写真でも一歩間違えば事故になる。

なにしろ、ずっと技術が未熟であった、アポロ計画では、打ち上げ後には一人の死者もだしていない。もっとも17号までしかなく、135回打ち上げたシャトルにはかわいそうであるが、製造された6機のうち2機を打ち上げ後の事故で失い、どちらも乗員全員が死亡している。

これには、まだまだ安全が確認されていない宇宙船を、あたかも商業ベースのように利用しようとし、打ち上げ日程を優先したという、組織運営の問題も指摘されている。

また、wikiには、

スペースシャトルの最終飛行も終了し、総決算の計算をしてみると、なんと135回の打ち上げで2,090億ドルもの費用がかかってしまっていた。一回の飛行当たり、通常の使い捨て型ロケットを打ち上げるよりも、はるかに高くついてしまっていたのである。

とある。

Ares I ロケットの構造はSaturn Vに戻っている）
以下に、先のProject Constellation本の、p.22の図を引用する。

いくつかの点でSaturn Vに戻っている。以下に列挙する。

1. Space shuttleのメインエンジンSSMEをやめ、Staturn Vの2段め、3段目に使われた、J-2エンジンを改良したJ-2Xエンジンに戻っている。理由は、SSMEは効率向上を求めて複雑化し値段が上がりすぎたこと、軌道上で再点火できないことである。
2. 2段目の燃料タンクは、Saturn Vで開発された、軽量化に向いた統合隔壁に戻している。 http://bit.ly/MdOfhW の「将来的な利用」に説明がある。
3. 理由は分からないが、Space shuttleでは、重たい液体酸素は上側、液体水素は下側に配置されている。これも、Aresの2段目では、Saturn V同様に液体水素を上側に戻している。
4. 先に述べたように、Crew moduleの底にある再突入用の耐熱盤は、発射時はロケットの合間にあって保護されている。
5. 異常事にもApollo計画までと同様に、脱出ロケットで指令船を脱出させられる。
6. 一段目ロケットと、指令船のみ再利用する。ただし、指令船の耐熱シールド（シールドが一体整形で丸ごと交換）は頻繁に交換する。

このように大幅に設計をSaturn Vに戻している点を考えても、シャトルは、いろいろな面で一面だけを見過ぎて、失敗だったように思う。

松浦晋也『スペースシャトルの落日/失われた24年間の真実』に、実に幅広く徹底した批判が出ているらしい。殆ど全編が批判らしいが、

「第三章　そもそも間違っていた設計コンセプト」

「第四章　世界中が迷惑し、だまされた」

の章だけで100頁ある。

批判は多岐にわたるらしいが、再利用が間違った手段というのは（低コスト化のための手段として間違っていた）、主要なポイントになっている。それも、翼を持って飛行場に戻ってくるのは、余りに無駄、という批判がこれでもかと強調されているらしい。

液体水素ロケット)
Space shuttleのSSMEとは違うが、液体水素/液体酸素ロケット(以下LH2LO2と呼ぶ)を1段目に使うのは、メリットばかりではない。

Ares IVでは、１段目にJ-2Xよりは推力の大きな、RS-68を使う。まだ、補助の固体ロケットを使うので良いものの以下の欠点がある。

1. 燃費は良いが、液体水素の比重が小さいので燃料タンクが大きくなる。以前ざっと計算したところ、110mのSaturn Vの1段目をLH2LO2にすると、30mほど長くなるとなった。計算式を確認してから、再度掲載する。
2. 超低温なので扱いが難しい。

Ares I)

人を運ぶAres Iの1段目は、シャトルのSRBを改造した物を使う。これは回収再利用。
推力の方向は可変可能であるが、花火と同じ固体ロケットなので、燃料にあけられた空洞（グレイン形状) で計画された、推力変動パタンに固定された推力になる。

http://bit.ly/MdPlKr　を参照。

人が乗るロケットに、推力強度を状況に合わせて制御ができない固体ロケットだけを使うのは、かなりチャレンジングだと思う。

Orion計画がぶっ飛んでいるのは、月着陸船もLH2LO2であること。予算危機なので、space Xでお茶を濁す可能性もあるらしいとか。

燃料の長期保存が難しい。点火失敗すると帰って来られない。ということで、Apolloでも、点火失敗がゆるされない指令船と月着陸船には、自己着火型(N2O4とUDMH) の燃料をつかったのである。Shuttleの軌道上エンジンもこの燃料である。http://bit.ly/xnDZvI
（ちなみに、この推進剤は猛毒なので、Space shuttleは、地上に帰還してからも、この残燃料除去が確認されるまで、誰も近づけない。）

いくら燃費(比推力）がよいからと、ここにLH2LO2を使うのは、かなりチャレンジングである。

どうありたいか)
Space shuttleの引退を残念がるのもよい。Space shuttleを賛美するのもよい。
しかしやるべきコトは、良かった面を認め、成功を認めると同時に、失敗を反省して、次に繋げることである。成功ばかり褒めていたら、また次で失敗する。

なぜ、技術の往復がおきるのか）
検証したわけではない。が、以前やっていたCPU開発では、こういうことであった。

1. 2チームで開発することで、完成時期をずらし、開発時期を短縮する
2. 新しいアイディアを出すことが評価されがちであり、以前のものを再利用するよりは、新たなものを提案し、成果を出したがる。
3. 新たなチームは外から連れてくることが多く、様々な設計文化が違うので、なかなか意思疎通が難しい。

その結果、以前のやり方の問題を見付けて、否定することが起きやすかった。

本来は、冷静に良いところは、受け入れ、悪いところを改善すべきである。競争させるのは悪いことではない。が、負の側面が出ないようにするのは、マネージメントであって、マネージメントまでも2チームで競争してしまったり、一番上に最終利益を考えるトップマネージメントが居なければ、非効率が起きる。

Apolloまでは、NASAの一番トップに、堅実なドイツ人である　Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun　（フォン・ブラウン）http://bit.ly/NAekHF　がいたので、上手く回せていたのかもしれない。

神アプリ - Solar Walk

今朝入れた、SolarWalkには感動したのでこれをレポートする。末尾に他のアプリも少し書く。こういう神アプリをみると、iPadの偉大さが分かる。このアプリだけでも、iPadを買った意味を感じる。画面が小さくてよければ、iPod, iPhoneでも動くようである。

Solar Walk)

Apple TVでのベストアプリらしい。値段は2.99ドル、135MBもある理由は直ぐにわかる

赤青式の3Dメガネを掛ければ3D表示になるらしい。これが、3Dという名前の意味
赤青に色がついているのがわかるだろうか。数字や軌道の意味は後ほど解説する

銀河系における太陽系の位置。ピンチして拡大縮小もできる。ぐりぐり回せば、好きな角度から見られる

どんどん拡大すると太陽系が見えてくる。この辺では単位は ly (light year: 光年)

太陽系が表示される。星をクリックするとその星が拡大される。右上の時間での惑星系の様子を示している。右下のメニューボタンから、星の大きさを誇張したモード(Orrery：太陽系儀、 上記)と、原寸大(True to scale)が切り替えられる。原寸大にすると、当然ながら惑星や衛星は離れ離れに見える。以下、Orreryモードで解説する。

地球を表示すると。なにやら周回している。
ちょうど2011/12/10(PST)の皆既月食の後なので、月と太陽と地球の位置関係も分かる

月食の再現)

月食の時間に持って行ってみる。右上の日付のところをTapして選択し、右の目盛りのついたバーをドラッグして上下させると好きな時間に行ける。衛星も星も月も全部連動して動いていくのは感動する。さらにはこの目盛りは慣性を持っているので、フリックすると、月や衛星がぐるぐる回り続ける。視点の位置も慣性を持っているので、フリックすると動き続ける。周回軌道になるので、しばらくすると元の場所に戻ってくるようである。まさにロケットに乗って見ている気分になれる。
地球の回りをドラッグして見る角度を変えると、確かに月食の位置関係になる。地球と太陽が重なる位置関係にして月を動かしていくと、米国太平洋時間2011/12/10 朝5時に皆既月食になることが、確かに分かる。地球の大陸の位置から、北米西海岸が、夜明け直前であることも分かる。だが、影まではシミュレートしていない。もうちょっとなので、あとで改版をリクエストしておくことにする。月食や日食が再現できたら、それは見事である。

そう。これは主だった人工衛星の現在位置。この時間は、北海道の右側の点が、国際宇宙ステーション(ISS)だった。

ISS(国際宇宙ステーション)で検索すると、ISSの位置が。ちょうど日本の上を飛んでいた。この画面ではよく分からないが、衛星軌道は、ちゃんと高度も考慮されている。回転させて横から見れば軌道高度がわかる。他の衛星との高度の違いもわかる。地球の夜の部分は、都市の明かりも見えてリアル。雲がon/offできるともっとリアルではあるが、現状は雲は海洋上にしか表示されない。陸地上に表示しても邪魔なだけだからであろう。AM5:30には日本上空にいたISSがAM9:00には、一回りして、もう中国上空にいる。

適当な大きさに拡大すれば、軌道上をISSが動いていくのが観察できる。シャトルに乗って観察している気分になれる。動画でお見せできないのが残念である。恐るべし。

ISSを拡大すると説明も出る

月や火星を拡大すれば地名なども出る。もちろん地球の主だった都市名も出る

ビデオが7つ入っている。説明は英語のみだが、字幕も出せれる。

ビデオの一つは惑星の大きさの比較。スライドバーで、ビデオを送り戻しできる。

これは、朝夕と四季の原理の説明ビデオ

これは、黄道十二宮(12星座)の説明ビデオ

これは日食が最大でも年2度しか起きないことの説明のビデオ

Tabletの偉大さ)

2011年12月12日月曜日: これからはTableの時代だ

に考察した。

最近買ったiPad2に入れたアプリ)

1. SolarWalk - 2.99ドル
2. Flipboard - 無料 - これはとてもよい。iPadアプリオブザイヤーに輝いたらしい。新聞はなくなるかもと本当に思う。
3. Facebook, Evernote等は、iPad用に再デザインされているが、iPhone用のままのアプリも多い。
4. 音楽系アプリ


1. DJ Mixer Pro : たしか無料: タッチパッドで結構本格的にDJのMixerが遊べる

2. Songster++ : 有料 4ドルくらいだったか。。: ギターのtab譜が出ている - Fenderのアンプを買ったので、久々にエレキギターを思い出そうかと買ったのだが、手がついていない。tab譜は沢山無料でついてくる。演奏もしてくれるし、tab譜も、リードギター、リズムギター、ベース、ドラムなど

何を隠そう私は航空宇宙オタク

何を隠そう私は航空宇宙おたく である。小学校のときに、クラッカーや爆竹をばらして宇宙ロケットを作りかけたり、再突入カプセルを設計して溶けないか実験したり、危険なことをやっていた。そのころ宇宙ロケットの本を読み、比推力とか各種エンジン方式とか知っていた。やっぱりApollo計画に多大な影響を受けたのだと思う。
車も最近は相当凝っているので、自転車、電車、船以外の乗り物おたくともいえよう。それらもやり出すとはまるように思うが。

蔵書を紹介)
一部であるが宇宙関係の蔵書を紹介する。

 NASAという本は、Kennedy Space Centerで買ってきた。大方のNASAのプロジェクトはでているし、Space Shuttleの2度の事故も詳しく書かれている。

 この2冊が一番の情報源

はやぶさは、著者の一人が大学の同期。大分読んだのでそのうちレポートしたい。

Liquid Propellant Rocket Enginesは、Stanford大学工学部図書館から借りている物。日本のH-2用のロケットエンジンなど各国のエンジンの詳細が全部でている。

Stanford大の図書館には、Apollo計画のミッションレポート本もある。これには全Apollo計画の詳細なテレメータログが掲載されている。これを読んで、Apollo 13の映画が、大分脚色されていることが分かった。

APOGEEという$9.95の小冊子。

右は、ロシアの宇宙計画　-N1(ロシアの有人月ロケット)やEnergia/Buranが出ている。

左は、 Constellation - Space Shuttleの次の有人計画。2020年に6人を月に送り、火星にも行く予定でしたが、予算難で実行は怪しい。2011/7月には、予算が少し戻ったとNASAは歓迎していた。そのうちblogで紹介します。

プラモを紹介)
プラモを飾ってある。面倒なので、戦闘機プラモに凝っていた長男に作らせた。長男は全く興味がなかったようであるが。エアブラシとか道具も買い与えた。

左から、A-10, LM(月着陸船), Space Shuttle, Saturn Vである。詳細は、
Revell model "First Lunar Landing" 1/48
Revell model "Space Shuttle Discovery & Booster Rockets" 1/144 - デカールが間違っている、USAとUnited Statesの文字は実機では赤
Revell model "Apollo Saturn V Rocket" 1/144 - 高さ75cm
左に半分写っているのが、1/48のA10 WARTHOG戦闘機である。月着陸船はShuttleやSaturn Vの3倍のスケールになる。

左からF15K, A-10, 月着陸船である。写真では良く分からないが、戦闘機は息子の趣味なので、塗装やデカールに気合いが入っている。同じスケールなので月着陸船との大きさの関係が分かる。

Apollo指令船のプラモ(Revell)も買ったが、プラモから自動車の運転、パソコンと趣味が移った子供に「自分で作れ」と見放され放置してある。「NASAに行く前に」と以前は慌てていたが、いまや、あわてて作る気もない。これも指令船が金色だが、実機は銀色のホイルが貼ってある。

blogを紹介) 
オレンジ部分をクリックするとリンク先にいけます。

2011年6月20日月曜日:ロシアのロケット技術は立派。日本のロケット技術。ISSについて。きぼう

上記では、比推力とかも解説しました。Space Shuttleは、実は一部失敗で、また、使い捨てロケットに戻ることも解説しました。日本のISS計画も解説し、最後にすこし宇宙報道のありかた(これは報道全般に言えますが。。）にも疑問をなげかけました。

2011年6月18日土曜日:自作ジェットエンジンとかジェットカー

2011年5月31日火曜日: 最後のスペースシャトルSTS-135の見学予約が始まりました。

2011年5月21日土曜日: STS-134でもまたタイルが破損 - シャトルの次は未定

2011年5月17日火曜日: スペースシャトル　エンデバーがとうとう打ち上げられましたね

2011年5月7日土曜日: STS-134はとうとう打ち上げです - NASA TV, Ustramについて(2011/5/16に追記)

2011年4月25日月曜日:スペースシャトルは今年6月で終わり - 巨大宇宙ミッションの終焉

映画も結構見た)

• Apollo18 (2011/10公開 - これも論理が破綻している。NASAが組織ぐるみで隠蔽した秘密実写映像の公開という作りに徹しているところは興味深かった。そのおかげで、広報に協力を惜しまないNASAが協力しなかったといういわくつきの映画である。米国では一足先に公開されて見てきたが、日本公開前なので詳細は割愛する)
• Apollo13 (これは、VideoもDVDも持っている。大分脚色されているのは、前述の通り)
• Space Camp (レンタルだった。これも論理がおかしい。Space shuttleには飛行中のアボート、着陸システムがあるし、だいたい発射台でSSMEの噴射テストはやらない。噴射テストだから短距離無線と酸素を一部しか搭載してないのはおかしい。さらには、それなのになぜ燃料だけ満載で普通に宇宙に出られるのか。とか。)
• Deep Impact (これもよく考えると論理がかなりおかしい。巨大隕石を2つに分割し、ともに地球に衝突する軌道に乗せるのは、運動量保存の法則からすると意図してやっても相当困難、なぜ地球ぎりぎりまで、小惑星破壊を思いつかなかったのか、、など。)
• アルマゲドン (この筋が、おかしいことは子供でも分かる)
• 2001年宇宙の旅 (コンピュータの暴走時に、それを止める安全機構がないなら、人が起きて監視している意味が無い。アンテナの故障が自己診断できる技術があるのに、なぜ人が直しに行くのか。など、良く出来ていたが、おかしいところはやはりある)
• マイノリティレポート (光彩移植が判別できる高度な認識技術がありながら、なんで死んだ目玉でドアが空くのか。昨日まで良いシステムだった悪事検索が、なぜ急に悪いシステムとされるのか。など)
• 宇宙へ
• Era of Space the space shuttle
• NASAのIMAX 3本
• Star Wars全作 (宇宙人が異形なのに、全部なにかの地球生命に似ていたり。フォースとか、ファンタジーに徹しているのが明白なので明快で良いが。。)
• 劇場版Star trek (なぜ宇宙船の形に上下があるのか。。)
• その他cableでやっていた、Space shuttle,宇宙番組など
• NASA TV

など。映画もドラマも絶対にあり得ないような偶然の出合いが起き続けたり、時限爆弾でもないのに、ある時間の1秒前なら駄目で、1秒でもすぎればOKになったりと、ハリウッド映画は、大体にして論理破綻していますが。。娯楽として楽しむと割り切って楽しんでいますが。。

昔から航空宇宙おたく)
大学時代、進級の時に宇宙工学科に進もうと、教授に相談しにいった。「航空宇宙ねぇ。今は、全部コンピュータで制御されているから、そっちのほうが面白いんじゃ無いの。就職もいいし。」といわれ、趣味でもあったコンピュータに進んだのだが、やっぱり宇宙はあきらめきれない。というところか。でも、航空宇宙は、数式が沢山でてくるので、厄介だなとは思っている。

もちろん、航空機も相当好きである。米国の有人がセスナのライセンスを持っており、ちょっとだけ操縦させてもらったこともある。いつも窓側に座って、フラップの上げ下げとか、離着陸の姿勢を見ている。航空力学も大分わかってきた。

当然MicrosoftのFlight simulatorやジョイスティック等も持っている。が最近は飽きてやらない。N64の「JetでGo」とかPS2の戦闘ゲームもいくつか持っている。

コンピュータやガジェットも相当おたくだが)
コンピュータに進んだおかげで、並列マシンは設計したし、いくつかの商用マイクロプロセッサの設計にも参加したし、研究試作プロセッサとして、設計検証環境の立ち上げから論理設計、チップ試作、評価までやった。結果、コンピュータは、全部自分で作れる知識を得たと思う。汎用機を自分で作って家に置きたいというのも、子供の頃の夢だったので、それはかなったわけである。大学にも会社にも大変感謝はしている。

8bit CPUの時代に始まり、相当多数のパーソナルコンピュータを触ってきた。
今は、notePCを2台、Desktopを1台(日本の自宅にはあと2台ある)、MacbookをPro/Airと2台、iPad2 (まだ到着していない), Nook Touch, iPod mini, iPod touch (4世代), iPhone3GS, iPhone4と、PCを5台, tabletを2台, スマホ系を4台個人で所有している。

他には, プリンタ3台(うち1台が複合機、日本にさらに1台), デジカメ3台,  HDDカムコーダ1台,  VRメガネ,  ポケットプロジェクタ,  SmartPen,  Landisk(NAS) 2台、UPS 2台,  MicroCell, BBrouter 4台(使っているのは1台),  Ethernet switch多数、などがある。家族もあきれている。

大体、高校生のときに、「つくるコンピュータ」という本を買いこんで、秋葉原までいってパーツをあつめ、uPD751というNECの4bitマイコンを自作し、CMOS SRAMで電池バックアップして、ラッチアップを起こして、SRAMがちんちんになったりした。拾ってきたカラーテレビを直すために、夏に行きつけのパーツ屋でバイトしたお金でケンウッドのオシロスコープを買いこんでいたので、これで解析したが、ロジアナじゃなければ、あまり役にはたたなかっただろう。

大学教養時代には、MC6809でパソコンを完全自作し、dip switchでのboot loader入力から始め、アセンブラ、ディスアセンブラを自作し、PROM Writerを作り、FDDをつけ、DOSを作り、最後には、FM-7を持っていた友達からFBASICをもらい移植して、「信長の野望」をやった。メタステーブルを知らなかったのだが、モトローラ系の8bitマイコンは同期設計だったので、割と動いた。時々誤動作したように覚えているが、どこかに同期が必要な部分があったのだろうか。

そうとうなオタクだったと思うが、こうやって基礎からComputerを理解するのは重要だと思う。最近は、ブロック図が書けない論理設計者すらいる。

最近のおたく状況)
カリフォルニアのAMES宇宙センターは、新旧両博物館に行った。内部見学会にも行き、巨大な実験風洞の中も見学した。前回の赴任ではヒューストンや、スミソニアンにもいった。日本では、大学の頃に、内之浦と種子島のロケット打ち上げ場を見学に行った。横浜宇宙博とかに行った。さらに昔だが、旧ソ連の宇宙博物館にも行ったことがある。日本はトランジスタTVの時代に、ソ連はTVが全真空管だった。

Blogにも書いた通り、最近、最後のSpace Shuttle STS-135の打ち上げも予約して見に行ってきた。残念ながら、抽選が始まった時点で予約した打ち上げは旅行より2週間近く先になっていた。NASAの年間パスを買って、Kennedy Space Centerに3日も通ったので家族はあきれていた。3日目は家族にも見放された。