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藤田 和央 ふじた かずひさ/教授/基盤科学研究系
先端エネルギー工学専攻/宇宙エネルギーシステム講座/極限流体工学分野
http://www.k.u-tokyo.ac.jp/ae/res/ren01.html
http://www.aero.jaxa.jp/research/ryutai/ryu-atmos.html

略歴
1989年3月 東京大学工学部航空学科卒業
1995年3月 東京大学大学院工学系研究科航空宇宙工学博士課程修了(工学博士)
1995年4月〜9月 日本学術振興会特別研究員
1995年10月〜2003年9月 文部省宇宙科学研究所助手
1997年4月〜2004年9月 東京大学大学院工学系研究科 客員助手
2003年10月 独立行政法人宇宙航空研究開発機構主任研究員
2004年10月 東京大学大学院新領域創成科学研究科先端エネルギー工学専攻 客員准教授
2008年10月 独立行政法人宇宙航空研究開発機構主幹研究員(現職)
2012年4月 静岡大学客員教授(現職)
2013年4月 東京大学大学院新領域創成科学研究科先端エネルギー工学専攻 客員教授(現職)

教育活動
大学院:先端エネルギー工学特別講義T
研究活動
宇宙探査・惑星探査や宇宙輸送システムの実現に必要とされる極限流体現象の基礎研究を行うとともに,その応用研究を行っている.特に近年は,惑星探査のミッション検討へ積極的に参加するとともに,技術実証計画の策定を行っている.

1)極超音速飛行環境評価モデルの開発
 極超音速で大気中を飛行する飛翔体の前方には強い衝撃波が形成され,衝撃波背後では気体が極めて高温となり,複雑な熱的過程・化学反応を経て飛翔体表面を加熱する.機体を過酷な加熱環境から防御し,機体の空力特性を精度良く評価するためには,このような複雑な現象を正確に予測することが必要となる.本研究室では,実験的・理論的なアプローチで,飛行環境評価モデルの開発と改善を行っている(文献1-3).

2)先進的熱防御システムの開発と評価技術の改善
 極超音速飛翔体を過酷な加熱環境から防御するためには,上記の気相における物理過程のモデル化に加えて,気体と表面の相互作用を正確に評価し,かつ熱防御システムの熱化学的挙動を予測することが必要である.本研究室では,アーク風洞やプラズマ風洞を用いた加熱試験などの実験的アプローチと,流体−気体連成解析などの解析的アプローチにより,先進的な熱防御システムの開発を行うとともに,その評価技術の高度化の研究を行っている(文献4,5).

3)希薄気体解析・分子衝突解析技術の開発と応用
 宇宙空間や高高度などにおける希薄流体は,連続体とみなせる通常の流体現象とは異なる特異な特性を示すことが知られている.本研究室ではこのような問題に取り組むため,希薄流体解析技術の開発と工学応用の研究を行っている(文献6-8).また極超音速機・惑星探査カプセルの飛行環境評価モデルの改善のため,分子動力学法などを用いたシミュレーションにより微視的過程のモデル化を行なっている(文献9,10).

4)輻射輸送過程のモデリングと応用
 極めて高速の飛翔体周りの流れでは気体が高温となり電離する結果,輻射エネルギー輸送が顕著となり,場合によっては機体の加熱や衝撃波背後の物理現象に大きな影響を与えるようになる.本研究室では,特に真空紫外・紫外領域の高エネルギー輻射過程に注目して,その高精度モデル化を行なっている(文献2).また高温気体から観測される輻射スペクトルは,気体のさまざまな物理量を反映していることに注目して,輻射解析を併用した非接触の高温気体診断法の開発を行っている(文献11-14).

5)極限流体工学のミッション応用
 本研究室では上記の極限流体の基礎研究をもとづいて,これらを実際のミッション開発や将来ミッションの検討に応用し,ミッションデザインに積極的に参加している(文献15-18).特に近年は火星探査を中核として研究を進めており,図1に示す火星生命探査(MELOS=Mars Exploration for Life Organisms Search)や,図2に示す火星無着陸サンプルリターン(MASC = Mars Aeroflyby Sample Collection)の検討を進めている.


図1. 火星探査 MELOS (=Mars Exploration for Live Organism Search) のミッション概念図
図1. 火星探査 MELOS (=Mars Exploration for Live Organism Search) のミッション概念図



図2. 火星無着陸サンプルリターン MASC (=Mars Aeroflyby Sample Collection) 探査機の概念図
図2. 火星無着陸サンプルリターン MASC (=Mars Aeroflyby Sample Collection) 探査機の概念図


[文献]
1) Fujita, K., Otsu, H., Yamada, T., and Abe, T., "Assessment of Radiative Reentry Environment around MUSES-C Capsule," Journal of Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.51, No.595, pp.419-426, (2003).

2) Fujita, K., Sumi, T, Yamada, T., and Ishii, N., "Heating Environments of a Venus Entry Capsule in a Trail Balloon Mission," Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.20, No.3, pp.507-516, (2006).

3) Yamada, G., Suzuki, T., Takayanagi, H., and Fujita, K., “Development of a Shock Tube for Improvement of Reentry Flight Technology,” Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.54, No.183, pp.51-61, (2011).

4) Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T., ” Experimental Study of Graphite Ablation in Nitrogen Flow,” Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.22, No.3, pp.382-389, (2008).

5) Suzuki, T., Fujita, K., Sakai, T., Okuyama, K., Kato, S., and Nishio, S., “Thermal Response Analysis of Low-Density CFRP Ablator,” Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, Vol.10, No.ISTS28, pp. Pe_21-Pe_30, (2012).

6) Fujita, K., "Air Intake Performance of Air Breathing Ion Engines," Journal of Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.52, No.610, pp.514-521, (2004).

7) Fujita, K., Inatani, Y., and Hiraki, K., "Attitude Stability of Blunt-Body Capsules in Hypersonic Rarefied Regime," Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 41, No.6, pp.925-931, (2004).

8) Fujita, K., "Particle Simulation of Moderately-Sized Magnetic Sails," Journal of Space Technology and Science, Vol.20, No.2, pp.26-31, (2005).

9) Fujita, K., "Assessment of Molecular Internal Relaxation and Dissociation by DSMC-QCT Analysis," AIAA Paper 2007-4345, 39th AIAA Thermophysics Conference, (2003).

10) Fujita, K., "DSMC-QCT Analysis of CO Internal Relaxation and Dissociation by CO-O Collisions, " Journal of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol.57, No.669, pp. 405-414, (2009).

11) Fujita, K., Sato, S., Abe, T., and Ebinuma, Y., "Experimental Investigation of Air Radiation from behind a Strong Shock Wave," Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.16, No.1, pp.77-82, (2002).

12) Fujita, K., Sato, S., Abe, T., and Otsu, H., "Electron Density Measurements behind Strong Shock Waves by H Beta Profile Matching," Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.17, No.2, pp.210-216, (2003).

13) Fujita, K., Mizuno, M., Ishida, K., and Ito, T., “Spectroscopic Flow Evaluation in Inductively Coupled Plasma Wind Tunnel,” Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.22, No.4, pp.685-694, (2008).

14) Fujita, K., Suzuki, T., Mizuno, M., Fujii, K, “Comprehensive Flow Characterization in a 110-kW Inductively-Coupled-Plasma Heater,” Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol.23, No.4, pp. 840-843, (2009).

15) Fujita, K., Tachibana, S., Sugita, S., Miyamoto, H., Mikouchi, T., Suzuki, T., Takayanagi, H., Kawaguchi, J., “Feasibility Assessment of Nonstop Mars Sample Return System Using Aerocapture Technologies,” Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, Vol.8, No.ists (ISTS Special Issue: Selected papers from the 27th International Symposium on Space Technology and Science), pp. Pk_31-Pk_38, (2010).

16) Fujita, K., Tachibana, S., Sugita, S., Miyamoto, H., Mikouchi, T., Suzuki, T., Takayanagi, H., Kawaguchi, J., “Feasibility Assessment of Nonstop Mars Sample Return System Using Aerocapture Technologies,” Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan, Vol.8, No.ists (ISTS Special Issue: Selected papers from the 27th International Symposium on Space Technology and Science), pp. Pk_31-Pk_38, (2010).

17) Fujita, K., Yamamoto, M., Abe, S., Ishihara, Y., Iiyama, O., Kakinami, Y., Hiramatsu, Y., Furumoto, M., Takayanagi, H., Suzuki, T., Yanagisawa, T., Kurosaki, H., Shoemaker, M., Ueda, M., Shiba, Y., and Suzuki, M., “An Overview of JAXA's Ground Observation Activities for Hayabusa Reentry,” Publications of the Astronomical Society of Japan, Vol.63, No.5, pp.961-969, Oct. (2011).

18) Fujita, K., Ozawa, T., Okudaira, K., Mikouchi, T., Suzuki, T., Takayanagi, H., Tsuda, Y., Ogawa, N., Tachibana, S., and Satoh, T., “Conceptual Study and Key Technology Development for Mars Aeroflyby Sample Collection,” Acta Astronautica, Vol.93, pp.84-93, Jan. (2014).

その他
日本航空宇宙学会,AIAA(米国航空宇宙学会),日本流体力学会,日本機械学会会員,等。
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将来計画
現在継続的に取り組んでいる基礎研究や学術研究を発展させることはもちろんであるが,工学は実践されてこそ価値がある.研究の直近のゴールは,研究の成果を火星探査機で実現することであり,2020年頃までにこれを実現したいと考えている.
教員からのメッセージ
自らがおこなった研究の成果が実際に宇宙に飛んで行く,そのような経験はなににも勝る喜びであろう.本研究室では情熱を持った若い研究者にそのようなチャンスが与えられるよう,基礎的な研究はもちろんのこと,工学応用までを見通した研究を行っていく.情熱ある研究者にはぜひ参加していただきたい.
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