宇宙は科学を代表する大きなテーマの一つで、多くの人たちに夢を与えてくれます。宇宙の話を聞くと目を輝かせる学生たちもたくさんいます。本学の理工学部は7つの学科で構成されていて、数学や物理学などの理学から社会科学の視点を持つ経営システム工学まで、幅広い学問分野を学ぶことができます。その中の物理科学科と機械創造工学科の2つの学科で宇宙や航空の研究に取り組んでいる教員や学生がいます。

宇宙は物理学の中でも大きなテーマの一つで、物理科学科では3人の教員が理論や観測をもとに研究を進めています。一方、機械創造工学科は、ものをつくったり、制御したりすることを主軸にしています。ものづくりはさまざまな産業を支える基盤となるものです。航空宇宙分野でも、航空機や宇宙機をつくる際には、機械工学の知識が必要となります。機械創造工学科では、機械力学や材料工学などの研究をしている教員が、航空宇宙分野にも関わっています。

ひと口に航空宇宙分野と言っても、アプローチの方法は多様にあります。本学の場合は、宇宙そのものの研究をしている物理科学科だけでなく、機械や材料を通しても宇宙や航空に関する研究をすることができます。それぞれの学生の興味に合わせて関わることができるので、幅広いラインナップがあることは、理工学部の大きな強みです。

「連携大学院方式」 制度概要
（宇宙航空研究開発機構『新しい JAXAの学生受入制度』より）

物理学は理論と観測・実験の研究に大きく分かれていて、お互いに影響を与えながら学問を発展させていきます。物理科学科には宇宙物理学に関連する研究室が3つあり、理論的研究も観測的研究も、どちらも選ぶことができます。

理論的研究は、自分で構築した理論モデルを用いて、天体などから観測される現象を予測します。一方、観測的研究は、新しい観測装置を開発したり、実際に天体を観測し、得られたデータを解析することで、理論予測を制限したりして、新しい知見を積み重ねていきます。

私はX線やγ（ガンマ）線という波長の短い電磁波を使って天体を観測することを専門としています。JAXAとの連携大学院制度では、私の研究室と、同じように観測的研究を行っている吉田篤正先生の研究室から、JAXAの吉田哲也先生の研究室に1人ずつ学生を派遣しています。吉田哲也先生は宇宙を満たしていると考えられているダークマターなどを起源とする宇宙線中の反粒子・反物質探索を目的とした国際共同南極周回気球実験を推進しています。

現在、私は超小型速報実証衛星ARICAを打ち上げ、運用していますが、この衛星のアイデアは、吉田哲也先生の大気球の実験で、民間の通信機器を使っているという話を聞いて思いついたものです。連携大学院制度は、学生自身の研究分野を広げるだけでなく、教員である私の視野も広がり、新しいアイデアを生み出すきっかけとなっています。

MOVIE

宇宙誕生の謎を解き明かす第一歩に。
2021年11月9日（火） ARICA宇宙へ！

宇宙遠方での明るい光源として利用する事で、宇宙初期の様子が探査できるγ線バースト。「ARICA Project」は新しいγ線バースト速報システムの実証を目指して、坂本研究室の学生が主体となって取り組んでいるプロジェクトです。
ロケット打ち上げ直前から当日までの、坂本教授や研究室メンバーの軌跡を収めたドキュメンタリー動画です。

私の研究室では、宇宙で活用するロボットアームの高精度な制御方法の開発、惑星着陸機の着陸システムの開発などの研究を行っています。宇宙環境でさまざまな動作をさせる宇宙機は、事前に宇宙と同じ環境で試験をすることが困難です。

特に、私の専門である機械力学分野は、重力の影響を大きく受けます。重力がほとんどない宇宙空間でのものの動きは、重力のある地上での動きとは全く違います。地上では、数秒間の落下実験などで部分的に宇宙空間を模擬する実験しかできません。

そこで重要になるのがシミュレーションによる検証です。コンピュータ上に宇宙空間を再現し、そこで機械を動かすとどのような運動をするのか調べることで、地上での実験や試験を効率的に実施することができ、宇宙機の開発費用を抑え、しかも、短期間で開発することが可能になります。

シミュレーションで機械の運動をより正確に再現するには、その様子を数式で表現した数学モデルをつくる必要があります。数学モデルは機械を希望通りに動かすための制御のしかたを考える際にもとても重要になります。そのため、運動学や動力学を基礎に数学モデルの構築、シミュレーションでの解析、制御方法の開発などを行っています。

航空機も宇宙機も機体をつくるためには、いろいろな材料が必要となります。材料の進歩によって、より軽く、より強い機体をつくることができます。実際の社会では、航空機や宇宙機はつくるだけでは終わりません。つくった機体を安全に運用する必要があります。私の専門である材料強度学は、材料の強度や破壊、変形の過程を研究し、航空機や宇宙機をはじめ、さまざまな機械の事故を未然に防ぐための知見を積み重ねています。

私の研究室では、材料強度学を研究しており、前任者の時代を含めると20年以上、JAXAの研究室と連携しています。理工学部は現在の相模原キャンパスに移る前は、世田谷にキャンパスがありました。JAXAの前身の一つである航空宇宙技術研究所（現在の「JAXA調布航空宇宙センター」）が近くにあったことから、研究者同士の個人的なつながりで連携するようになったのだと思います。

材料強度学研究室だけでなく、理工学部内の複数の研究室で航空宇宙技術研究所の研究員とつながりを持っていたことが、JAXAとの連携大学院にもつながっています。相模原キャンパスはJAXA宇宙科学研究所が近いので、JAXA調布航空宇宙センターだけでなく、JAXA宇宙科学研究所の研究者とも交流を深めています。大学院の機械創造コースでは、JAXAの研究員が非常勤講師として「宇宙構造材料工学特論」「航空宇宙工学特論」といった講義を受け持っています。