H3ロケット8号機の失敗、衛星搭載部の製造不備が原因か? 衛星側は問題なし

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2月25日、文部科学省の宇宙開発利用部会/調査・安全小委員会において、H3ロケット8号機の打ち上げ失敗に関する原因調査状況を報告した。まだ原因の特定には至っていないが、衛星側が問題を引き起こした可能性は排除。新たに、衛星搭載アダプタ(PSS)製造時の問題が見つかるなど、大きな進展があった。

• H3ロケット8号機。準天頂衛星システム「みちびき5号機」を搭載し、2025年12月22日に打ち上げられた (C)JAXA

衛星搭載アダプタのハニカムパネルで、剥離を発見

H3ロケット8号機については、すでに前回までの調査報告により、衛星搭載構造が何らかの原因によって壊れ、それによって衛星が想定外のタイミングで脱落したことが判明している。衛星搭載構造のどこが、どうやって壊れたかが大きな焦点になっていたが、今回さらに調査を進めた結果、より詳しい状況が明らかになってきた。

• 【参考】H3ロケット8号機の第2段、「みちびき」が脱落したまま飛んでいた?

衛星搭載構造は、土台となる衛星搭載アダプタ(PSS)の上に、衛星分離部(PAF)が乗る形になっている。壊れた場所については、テレメトリ信号やケーブル配線などの状況により、PAF側は排除。一方、破壊後もカメラの見え方が大きく変わっていないことから、壊れたのはカメラ設置位置より上側、つまりPSS上部であると結論づけた。

• 損傷した場所は、PSS上部(赤点線の枠)に絞り込んだ (C)JAXA

今回注目すべきは、このPSSで大きな問題が見つかったことだ。PSSは、軽量化のためにハニカムパネルを採用している。ハニカムパネルとは、蜂の巣状のコア材の両面にスキン(板)を貼り付けたもので、内部が空洞のため軽く、それでいて強度や剛性を確保することができる。人工衛星でもよく使われるものだ。

コア材もスキンもアルミ製である場合が多いが、より強さが求められるときなどは、スキンにCFRP(炭素繊維強化プラスチック)が使われ、H3ロケットのPSSでもそうなっていた。従来のH-IIAロケットも同様のサンドイッチ構造だったものの、CFRP材料は違うとのこと。

PSSはまず、4分割でパネルが製造され、それを結合して完成させる。H-IIAではボルトで固定する方式だったが、H3は軽量化と低コスト化のため、「スプライス」と呼ばれるCFRP製のシートを接着剤で貼り付ける方式に変更している。今回、問題が見つかったのは、まさにこの変更した部分だった。

• 打音検査により、スプライスの近くで剥離が見つかった (C)JAXA

JAXAによると、製造済みのPSSを調べたところ、打音検査で異音を確認。その部分を切除して内部を調査すると、CFRPスキンとアルミハニカムコアの間で、想定を超えるサイズの剥離が見つかった。それらは、強度が低下してもおかしくないレベルの大きさだったという。

調べたのは4台のPSSで、いずれも異音が確認されたため、8号機のPSSでも剥離があった状態で飛んだ可能性が高い。フライト中に、剥離がさらに広がるなどすれば、破壊の起点となった可能性がある。これが今回の原因かどうかはまだ分からないものの、もし違っていたとしても、対策が必要な問題であることは間違いない。

• H-IIAでは、スプライスをボルトで結合する方式だった (C)JAXA

剥離が広がり、瞬間的に破壊が進んだ?

H3ロケットのPSSでは、1枚の長いスプライスで上から下までカバーするのではなく、短い2枚のスプライスが上下に並んで使われている。スプライスが上下に分割されているのは、製造工程の中でサイズ的な制限があり、この1mより長いものが使えないためとのこと。剥離が見つかったのは、この2枚の間、つまりスプライスがない部分だった。

PSSのパネルは4分割で製造されたときに単体で検査し、結合したあとでスプライスの接着部の検査も行っていた。しかし、その周辺までは検査していなかったため、これまで剥離が起きていることに気づけなかった。

詳細な製造工程は“機微情報”として、一般には公開されなかったが、パネルの結合部にスプライスを置き、常圧でそこだけ加熱することで、接着しているという。そのときに周囲が温められた影響により、剥離が生じた可能性がある。

• スプライスの接着工程。“機微情報”にあたるとして、詳細は一般には公開されなかった (C)JAXA

気になるのは、この剥離がPSSの破壊につながる可能性があるのか、ということだ。このハニカムパネルは空気を逃がすような構造にはなっておらず、内部には最大1気圧の空気が残っていた可能性がある。JAXAでは、フライト時を模擬して外側を真空にしたところ、この気圧差によって剥離が進展することを確認した。

剥離が広がることで、パネルの強度が低下。フェアリング分離時の衝撃などによって、破壊が全周に広がり、PSS上部が衛星ごとロケット側に落ち込んだ可能性が考えられる。剥離があるのはPSSの中程なので、上部が壊れたという前述の推測にも整合する。

• PSS内部の剥離によって破壊が進むという仮定のシナリオ (C)JAXA

壊れたタイミングについては、ロケット各部のセンサーのデータをさらに詳細に調査。その結果、火工品のスイッチオンから遅くとも62ミリ秒までに発生したと絞り込んだ。かなり早く、瞬間的に壊れたことになるが、CFRPは延性材料ではなく脆性材料であるため、これほどの短時間で破壊が進展することはあり得るという。

• 破壊が発生したタイミング(ピンクの領域)を大幅に絞り込んだ (C)JAXA

JAXAが公開した5つの発生シナリオ

一方、そのほかの要因の調査についても、いくつか進展があった。

衛星の燃料が漏れ、火工品の作動によって爆発した可能性については、実際に燃料であるMMH(モノメチルヒドラジン)を使った試験で検証を行った。その結果、フェアリング分離時に生じる熱や衝撃程度では、PSSを壊すほどの爆発的な反応は起きないことが分かり、衛星側の問題である可能性は排除された。

• 衛星の燃料が漏れていたとしても、爆発は起きないと結論 (C)JAXA

フェアリングの分離が正常に行われず、それがPSSに衝突した可能性については、フェアリングの挙動を解析。ヒンジが壊れてフェアリング下端が内側に回転したとしても、接触するのは最も早くて約0.4秒後ということで、遅くとも62ミリ秒という前述のタイミングとは一致せず、この可能性については否定された。

• フェアリングのヒンジが壊れた場合だと、タイミングが合わない (C)JAXA

前回の報告時、故障の木解析(FTA)では、6項目が「△」で残っていたが、今回、フェアリングの接触の可能性が排除され、5項目まで絞り込んだ。爆発については、前述のように衛星側の可能性は排除されたものの、まだロケット側の漏洩の可能性が残っており、項目としては消えていない。

• FTAの状況。赤字が今回更新された部分だ (C)JAXA

原因はまだ絞り込めておらず、今回の報告では、JAXAから発生シナリオが5ケースも示されたが、有力視されるのは、やはり冒頭で説明した剥離の問題だ。FTAでの評価はほかと同じ「△」のままであるが、破壊に至るメカニズムが明確になれば「○」になり得る、との説明が書き込まれており、JAXAも注目していることが分かる。

• 今回示された5つの発生シナリオ。この5番目が剥離が原因のケースだ (C)JAXA

ただ、失敗原因として有力な情報が出てきたのは朗報だが、一方で注意したいのは、前のめりになりすぎてはいけない、ということだ。イプシロンSロケット第2段の燃焼試験で爆発が起きた問題では、原因を特定して対策したはずの再試験でも、同じような爆発が起きてしまったという、手痛い経験があったばかり。

• 【参考】イプシロンS第2段の燃焼試験が再び失敗、前回より低い圧力でなぜ爆発した?

JAXAは2026年度に、火星衛星探査計画(MMX)など、打ち上げ時期を延期できないミッションを抱えており、早期の飛行再開を実現しなければ、というプレッシャーが現場にはどうしても働いてしまう。しかし、原因を見誤って同じ失敗が繰り返されては、元も子もない。

まずは、あらゆる可能性に対して網を張り、真の原因を絶対に漏らさないようにすることが重要だ。今回報告が行われた委員会の中で、東京理科大学の木村真一教授が「シナリオに寄せて考えてしまい、見落とすことがないよう、注意しながら進めて欲しい」とコメントしたのは、それを心配してのことだろう。

MMXの打ち上げまでに対策は間に合うか

今回、PSS内の剥離という大きな問題が見つかったものの、仮にそれが失敗の原因だったとしても、なぜ前号機まではフライト時に異常が発生しなかったのか、という疑問が残る。剥離が拡大してPSSの破壊につながるメカニズムも明らかになっておらず、JAXAは今後、これらの評価を重点的に進めるという。

• 各号機の比較。新型宇宙ステーション補給機(HTV-X)を搭載した7号機を除き、同じPSSが使われていた (C)JAXA

多くの人が気になるのは、H3の飛行再開がいつになるのか、ということだろうが、まずは原因を特定する必要があり、現時点ではまだなんとも言えない。ただ、もしPSS内の剥離が原因であることが分かれば、製造済みのPSSに対策を施すか、改善して新しく作り直すことになるものの、それほどの長い時間はかからないはずだ。

30形態の初号機となる6号機は、3月末までに再CFT(実機型ステージ燃焼試験)の実施を予定しており、これが問題なく完了すれば、いよいよ打ち上げへの道が開ける。6号機はもともと試験機として、ダミーペイロードを搭載する機体だ。ここで対策を施したPSSを確認し、MMXなどの打ち上げに繋げるというのが、タイミングとしては理想的だろう。

• 今後の計画。再現試験や解析などにより、原因の特定を進める (C)JAXA