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観測の可能性を無限に広げるイオンエンジン 次世代ロケットを宇宙に打ち上げたい!観測の可能性を無限に広げるイオンエンジン 次世代ロケットを宇宙に打ち上げたい! 総合理工学研究院エネルギー科学部門 教授 山本 直嗣

総合理工学研究院エネルギー科学部門 教授

山本 直嗣

時代のニーズを先読みした次世代ロケットエンジンの研究開発に挑み、日本の航空宇宙工学分野をけん引する若手リーダー。持ち前の好奇心と行動力で何事にも全力で突き進むその素顔は、柔和な笑顔が印象的な関西人。モットーは大学時代の師匠の言葉、“工学部は使われてこそ”。

時代のニーズを先読みした次世代ロケットエンジンの研究開発に挑み、日本の航空宇宙工学分野をけん引する若手リーダー。持ち前の好奇心と行動力で何事にも全力で突き進むその素顔は、柔和な笑顔が印象的な関西人。モットーは大学時代の師匠の言葉、“工学部は使われてこそ”。

プロフィール

大阪府出身。日が沈むまで野球やサッカーに夢中な日々を過ごした少年時代、漠然と「パイロットって格好いいな」と思い始める。好奇心旺盛で、中高時代は宇宙科学をはじめ生物学に考古学、とあらゆる学問に興味を持ち進路を悩むが、「一人暮らしをしたい」、「航空宇宙工学を学びたい」という思いが高じて、東京大学理科一類に入学、1999年工学部航空宇宙工学科卒業。大学4年から始めた研究のテーマにイオンエンジンを選んだのは、宇宙空間でイオンエンジンが動作するところを見てみたいと思ったから。2004年同大学院工学系研究科航空宇宙工学専攻修了、博士号(工学)取得。同年九州大学大学院総合理工学研究院エネルギー理工科学部門助手に就任。2007年~2009年、客室研究員としてコロラド州立大学機械工学科に留学、2017年より現職。2009年、第19回日本航空宇宙学会奨励賞、2011年度科学技術分野の文部科学大臣表彰「若手科学者賞」等数々の賞を受賞。2019年5月、小型イオンエンジンを大学や企業等対外に販売する、産学連携のベンチャー企業を立ち上げたばかりで業界内外の注目を浴びている。

何を研究してるの?

イオンエンジンについて楽しそうに語ってくれた山本先生は、実年齢より若々しい印象。

研究室の中央に鎮座する実験装置は九州大学工学部エネルギー科学科(正式にはエネルギー量子の工場)の技官の方に作ってもらったもの。溶接・研磨などのすべての工程がなんと手作業で作られていて、誤差はマイクロメートルオーダーというから技術力の高さがうかがえる。

山本先生が指している30cm四方の物体もロケット。ロケットのミニ化・低コスト化が進んでおり、個人がロケットを当たり前に買う時代も来るかもしれない。

イオンエンジンについて楽しそうに語ってくれた山本先生は、実年齢より若々しい印象。

人工衛星や宇宙探査機に搭載するロケットエンジンは、今までは酸素と水素などの化学反応を利用したものが主流でした。私は小惑星探査機「はやぶさ」でも有名になったイオンエンジン、つまりプラズマを利用したエンジンを研究するとともに、実際に製作も手がけています。

研究室の中央に鎮座する実験装置は九州大学工学部エネルギー科学科(正式にはエネルギー量子の工場)の技官の方に作ってもらったもの。溶接・研磨などのすべての工程がなんと手作業で作られていて、誤差はマイクロメートルオーダーというから技術力の高さがうかがえる。

イオンエンジンの研究は1960年代から始まり、1970年代には実用化されています。しかし、今までは国レベルのプロジェクトでしか遂行できず、20年前は軍事衛星の一部や試験機などでしか利用されていませんでした。この10年で一気に研究と実用化が進み、現在では世界で200以上の人工衛星や探査機で使われています。

山本先生が指している30cm四方の物体もロケット。ロケットのミニ化・低コスト化が進んでおり、個人がロケットを当たり前に買う時代も来るかもしれない。

プラズマとは、ガスの温度をどんどん上げていくと原子と電子がバラバラになり、イオンと電子が自由に動きまわることができる状態のことをいいます。その状態だと静電力が働き、電場や磁場を利用して力がイオンと電子に与えられ、簡単に高エネルギーの状態をつくり出すことができます。イオンエンジンは電気の力を利用していますが、一番の利点は燃費が良いこと。例えば2トンの人工衛星を打ち上げるには1トンの燃料が必要です。しかし、イオンエンジンだとその5~10倍は燃費が良いので、その分人工衛星に乗せる燃料が軽くなり、他の観測機器も搭載することができます。人工衛星も小型化することで今まで1機で行っていたミッションを2機同時でできるようになるわけです。

実際に2019年5月、アメリカのスペースX社がイオンエンジンを使った、小型の高速インターネット通信衛星を60機打ち上げることに成功しました。軌道変更、軌道維持、軌道離脱用に使い、現在550kmを回っています。まるでドローンのようなイメージに近いですよね。イオンエンジンは衛星が高度を維持する推力も担っています。これまで地上から400㎞地点が限界だったのが、300㎞まで維持が可能になったことでアフリカのような発展途上国でも、宇宙からアプローチすることによって容易にインターネットに接続することが可能になりました。このように、衛星が小型化すれば、今まで観測できなかったことができるようになり、複数機飛ばしての宇宙探索もできるようになりました。

現在は主に重力波を検出する人工衛星の性能に見合う、イオンエンジンの研究を行っています。レーザー計測や数値解析によってエンジン内部を観測し、得た知見を製作側にフィードバック…その作業を延々と繰り返して、とにかくより良い次世代エンジンをつくることで世の中に貢献したいと考えています。観測ニーズに見合ったイオンエンジンの研究・開発・製作が私の使命ですが、世界中で研究・実用化のスピードが速まっている今、常にあっぷあっぷしながらも時代を先読みするよう努力しています。

研究科目の「魅力」はココ!研究科目の「魅力」はココ!

最先端の次世代エンジン現場でのモノづくり 想像をカタチにするワクワクが止まらない!最先端の次世代エンジン現場でのモノづくり 想像をカタチにするワクワクが止まらない!

現在はベンチャー企業をはじめ、数々の民間企業が小型ロケットや人工衛星を打ち上げ、大学でもそのエンジンや人工衛星をつくれるようになりました。その最先端の現場にいること自体が魅力ですし、その現場を諸先輩たちから引き継ぎ、自分がつくっていくということにも責任を感じますが、好奇心や面白さが上回りますね。

研究は失敗と成功の繰り返し。実は3回に2回は失敗しています。しかし失敗から分析し、フィードバックが早く、必ず答えが出るのもこの研究の魅力です。エンジンとしてモノになるまでいろいろな実験を何十回も繰り返しながら、世の中に出るまで5~6年。長い時間がかかりますが、0から1を創り出すまでを想像している時、実際の想像を設計して試して上手くいった時、失敗からまた想像して改良にいたった時…どの段階でもこの研究には面白さがあります。まるで遠足の前の日、遠足当日の日々を延々と繰り返しているよう(笑)。毎日ワクワク感が続く…これこそがモノづくり、エンジンづくりの醍醐味だと感じています。

九大での学びについてひとこと!九大での学びについてひとこと!

魅力を一言でいうと“横のつながりの強さ”。特に筑紫キャンパスでは最先端の研究機関が集まっているので、一見、自分の研究に関係ない分野だとしても、情報を共有することで刺激になり、そして後で必ず気づきとなり、お互いの研究にリンクしてくるんです。留学生の受け入れや、釜山大学校、上海交通大学とともに、次世代の人材養成のための『キャンパスアジアプログラム』の取り組み等に積極的なところも特長ですね。バックボーンが違う人と触れ合うことでアイデアは生まれてきますから。欲を言えば、筑紫キャンパスは理系オンリーなので文系の生徒たちとも交流できたら、もっと面白いでしょうね。

DAILY SCHEDULEDAILY SCHEDULE


OFFの1コマ

「大体が娘の気分で決まりますねえ」と笑う山本先生。オフの日曜日には、家族3人で必ず出かけ、一時は『マリンワールド海の中道』のアシカのショーにハマって、しょっちゅう観賞しに行っていたそう。最近ではブルーベリー狩りが印象に残っていて、「キャンプとか行きたいんですけど、娘がどんな反応を示すかな…」と、娘さんにメロメロなご様子。

「大体が娘の気分で決まりますねえ」と笑う山本先生。オフの日曜日には、家族3人で必ず出かけ、一時は『マリンワールド海の中道』のアシカのショーにハマって、しょっちゅう観賞しに行っていたそう。最近ではブルーベリー狩りが印象に残っていて、「キャンプとか行きたいんですけど、娘がどんな反応を示すかな…」と、娘さんにメロメロなご様子。

先生の必須アイテムはコレ!

ボールドライバー(六角棒スパナ・アレンキー)

正六角形の穴を持つ特殊なネジを締めたり緩めたりする工具。これを使って、実験に使う機械を微調整する。よく使うサイズのものは印刷された商品名が薄くなって年季が入っている。

カリマー製のリュックサック

通勤、出張、娘さんとのお散歩など、公私ともに大活躍の大容量リュック。防水機能あり、PC用のクッションあり、背中側は風が通る仕様で夏でも快適、と機能性抜群!でも3年使い倒して少しくたびれ気味…「そろそろ新しいリュックを買おうかな」と先生。

A4のツバメノート(無地)・電卓・ハンドスピナー代わりにもなるマーカーペン

ノートはアイデアやメモを書きつけるために(絵や図を書くため罫線なしの無地)、電卓はちょっとした計算用、マーカーペンは考え事をする時に手遊びするために携行。かわいらしい花型のマーカーペンはマレーシア製で義理のお父様の遺品。考え事をしながら机の上でくるくる回すそう。

学生へのメッセージ

あなたは“普通な人”なんてことは絶対にない!
“自分なり”に頑張ればいいんです。

大学や大学院に入ると、高校時代とは違った景色が広がっています。今まで会ったことのない人と出会えるし、刺激もたくさん。自分の好奇心や想像力を追求し、カタチにできる可能性にあふれています。でも、この頃の学生さんは「自分には特長がない、自分って普通だ」と思い込んでいる人が多いように感じます。また行動においても、周りと同じ流れに乗っている人が多い気がしますね。実際は、自分が思っているほど“普通な人”なんてことは絶対にないんです。つまり、あなたは意外とトンガっている、変わっているんです!今、そこにピンと来ていない人は、気がついていないだけ、ということを知ってほしいですね。自分の事が分かるのは、様々な人との出会いがあり、時間を自分でコントロールしやすい大学時代ならでは。自分の個性を在学中に見つけてほしい。そして見つけたら、“自分なり”に大事にして、育ててほしいですね。頑張り方は人それぞれですから。自分を信じて、自分のペースで自分の道を開拓するのはとても楽しいことですよ。

取材日(2019.7)

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