イプシロン打ち上げ中止は0.07秒の遅れが原因 - JAXAが調査結果を発表

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は8月30日、打ち上げを中止した新型ロケット「イプシロン」に関する記者会見を開催、これまでの原因調査状況について説明した。イプシロンは8月27日の打ち上げを予定していたが、打ち上げのわずか19秒前に異常が見つかり、打ち上げを中止していた。再打ち上げの日程は未定だ。

記者会見に出席したのは、JAXAの森田泰弘・イプシロンロケットプロジェクトマネージャと、長田弘幸・鹿児島宇宙センター射場技術開発室長(打上管制隊企画主任)。会見は内之浦宇宙空間観測所で開催され、JAXA東京事務所にも中継された。

なぜロール角がしきい値を超えたのか

まずは改めて、8月27日に発生した事象を確認しておこう。

イプシロンは打ち上げ70秒前(X-70秒)より、自動カウントダウンシーケンスを開始する。これ以降は、あらかじめ設定されている通りの手順が自動で進行。カウントゼロで点火し、ロケットは打ち上げられることになる。

今回、問題が発生したのは、X-19秒のことだ。上の図には記述がないが、X-20秒に地上の発射管制設備(LCS)からの信号により、ロケットの搭載計算機(OBC)が起動。その1秒後にOBCは姿勢の計算を開始して、LCSに計算結果(姿勢角)を送信するのだが、このときLCS側で姿勢角の異常が検知されたため、シーケンスが自動停止されてしまった。

現在までの調査で、「最も確からしい原因」(森田プロマネ)として浮かび上がってきたのが、LCSとOBCの間にあった信号の遅延だ。JAXAの検証によれば、LCSがOBCに起動信号を送ってから、それが伝わって実際に起動するまでに、0.07秒の遅れが見つかったという。

つまり、OBCはLCSと同じタイミングで動いているつもりでも、実際には0.07秒遅れで動作していることになる。ところが、LCS側の監視機能は、この遅れを考慮しておらず、X-19秒よりスタート。この時点では、当然ながらまだOBCの計算が始まっていないため、計算結果は届いておらず、LCSが「異常」と判断した模様だ。

この点について、もう少し詳しく解説しよう。LCSが異常と判断したのは、3軸ある姿勢角のうち、ロール角と呼ばれるものだった。ロール角は、ロール軸(ロケットの進行方向の軸)まわりの角度のことである。残りの2つは、ピッチ軸とヨー軸で、ここではあまり気にする必要はないが、これらの3軸はお互いに直角の関係にある。

姿勢角は、基準をどこに置くかによって変わってくるが、イプシロンが射点に立っている状態では、ロール角は2度、ピッチ角とヨー角は0度になる。LCSの監視機能は、これら姿勢角が±1度のしきい値の範囲に入っているかどうかで、異常か正常かを判断している。つまりロール角は、1～3度の間にあれば、正常と判断されるわけだ。

ところが、X-19秒の時点では、ロール角はまだOBCから届いていなかったので、初期値として入っていた「0度」が計算結果として判定に使われ、その結果、しきい値から外れ、異常と判断された模様だ。これはたまたま、ロール角の最初の位置が2度だったから見つかったのだが、ピッチ角とヨー角のように0度であったら、そのまま気付かずに打ち上げられていた可能性が高い(ただ、もし打ち上げられていても、飛行自体には影響がなかったと見られている)。

見逃されたシステム設計のミス

これをなぜ打ち上げ前に見抜けなかったのか、気になるのはそこだ。

この0.07秒の遅れは、JAXAの検証により、必ず発生することがすでに分かっている。にも関わらず、2度のリハーサルでも発見できなかったのはなぜなのか。

1回目のリハーサルは、8月20日に行われた。このときは、X-18秒まで、本番と同じようにシーケンスが動いている。本来であれば、少なくともここで発見できたはずだ。

しかしリハーサルの直前に、ロール角のしきい値の誤りが見つかったため、この修正が間に合わず、LCSの監視項目から外されたのだという。ロール角のしきい値は、正しくは1～3度であるが、間違ってピッチ角とヨー角と同じ-1～+1度になっていたとのことだ。これだと、正しいロール角(2度)でも異常と判定されてしまう。

修正の上、翌日に2回目のリハーサルが実施されたのだが、この日は天候が悪かったため、ランチャー旋回は行わず、ロケットを外に出さなかった。

イプシロンはランチャーの旋回によって射点に置かれるため、たとえばランチャーが180度旋回すれば、イプシロンのロール角も180度変化する。ランチャーを旋回しないと、ロール角が本番の状態と異なるため、やはり監視機能で異常と判定されてしまう。これを避けるため、ここでも実際の計算結果を使った監視は行われなかった。

そもそも、0.07秒の遅れはどこで発生したのか。イプシロンでは「モバイル管制」が実現され、射点から約2kmも離れた場所に管制センターがあり、そこに前述のLCSが置かれているのだが、この長くなった伝送経路による遅延は大きくないという。

LCSからの起動信号は、ロケットに搭載されている即応運用支援装置(ROSE)を経由してから、OBCへと伝えられる。このROSEは、イプシロンのキモとなる「自律点検」で使われる装置で、今回新開発された。CPUとしてはCyclone III(FPGA)が搭載されており、この上でリアルタイムOSが動いている。

遅延が大きかったのは、このROSEを経由するときと見られている。またOBC自体の処理にも遅れがあるため、この2つの合計で、大体0.07秒の遅れとなったようだ。ただ、問題は遅延時間そのものではなく、遅れを想定していなかったことだ。この遅延時間がたとえ半分だったとしても、同じ問題が起きただろう。

森田プロマネは、「遅れが有り得ると考えるべきだったが、それが抜けていた」と反省。今後、この遅延を前提として、監視のタイミングを遅らせるなど、ソフトウェアの改修で対処する考えだ。

気になる打ち上げ日はいつ?

さて、仕切り直しとなったイプシロンであるが、今後の見通しについて、森田プロマネは「JAXAの総力を挙げて、徹底的に再点検を行う。100%の自信を120%にしてから、しっかり打ち上げたい」とコメント。ソフトウェアの修正だけなら「1～2日あれば終わる」見込みだが、ほかに問題がないか、まずは点検を優先する構えだ。

そのために、JAXA内の各部門から有識者を集め、検証チームを結成するという。人数は10数人規模になると見られ、様々な観点からチェックを行っていく模様だ。

こういった対策に時間を要するため、現時点で、新しい打ち上げ日がいつになるかの見通しはまったく立っていないが、森田プロマネは「我々としては時間を無制限にするつもりはない。やるべきことをやった上で、ウィンドウ内には打てるようにしたい」と述べ、9月中の打ち上げを目指す意向を示した。

リハーサル時の悪天候という不運があったにしろ、このように100%再現性がある不具合を事前に発見できなかったというのは、事前の検証が不十分だったと言わざるを得ない。この延期によって、少なからず追加コストが発生するわけで、森田プロマネが述べているように、反省すべき点は反省し、改善すべき点は改善すべきだ。

だが一方で、このような本質とは別の場所で起きた1つだけのミスで、イプシロンの意義がなくなるわけでも、評価が下がるわけでもない。初号機というのは、本来、そういうミスを1つ1つ見つけて潰していくためのものであり、初号機のうちに見つけられたのは、ある意味、幸いだったとも言えるだろう。

さあ、あともう少しだ。頑張れイプシロン。