103日目:宇宙で花開く日本の工芸折り紙・織物・組紐・木組みは何を解決したのか

折り紙、織物、組紐、木組み。

こう並べると、博物館や古い町並みの話に見えます。
ところが、その先にあるのは人工衛星の巨大アンテナやロケットの燃焼器、果ては木造人工衛星です。

日本で育まれてきた「折る」「編む」「組む」という知恵は、なぜ宇宙開発で必要とされたのでしょうか。

今回は、実際に軌道上で使われたもの、地上試験まで進んだもの、残念ながら宇宙で完全には展開できなかったものを分けながら、昔ながらの技術が宇宙のどんな問題を解こうとしているのかを見ていきます。

【前提】宇宙開発は「大きく使い、小さく運ぶ」ところから始まる

宇宙へ物を運ぶには、ロケットの限られた空間へ収めなければなりません。

一方、宇宙へ着いた後は、大きな太陽電池やアンテナが欲しくなります。電気を多く作るにも、遠くと通信するにも、広い面積が役立つからです。

つまり宇宙開発では、地上で小さく畳み、宇宙で大きく広げる必要があります。
しかも、現地へ修理に行くのは簡単ではありません。

軽いこと。
小さく収納できること。
狙った形に一度で広がること。
極端な温度差や振動にも耐えること。

なかなか無茶な注文です。

ところが、よく考えると似た課題に人間は昔から向き合ってきました。

一枚の紙を折って形を変える。細い糸を編んで大きな面を作る。複数の繊維を組んで切れにくくする。釘を使わず木材同士をつなぐ。

材料も用途も違いますが、問題の形はどこか似ています。

【折る】ミウラ折りとIKAROS―折り紙は巨大な膜を宇宙へ運んだ

宇宙と日本の技術を結ぶ代表例が、折り紙です。

ただし、ここは少し整理が必要です。

【ミウラ折り】は古くから伝わる折り方の名前ではなく、宇宙構造物の研究から三浦公亮氏が考案した現代の工学技術だそうです。

平行四辺形が連なるように山折りと谷折りを配置し、一方向へ引くと全体が連動して開きます。

1995年に打ち上げられた宇宙実験・観測フリーフライヤー「SFU」では、このミウラ折りを使った二次元展開アレイの展開・収納実験が軌道上で行われ、完全展開と収納が確認されたそうです。

そして2010年には、小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」が、一辺14メートルの正方形の膜を宇宙で展開することに成功しているようです。

IKAROSまで何でも「ミウラ折り」と説明されることがありますが、JAXAの資料で紹介されている候補は、扇子折り、回転二重折り、らせん折りなどです。正確には、ミウラ折りの実証とIKAROSの膜面展開は、同じ【折り紙工学】の流れにある別の技術と考えた方がよさそうです。

鶴を折って、そのまま宇宙へ飛ばしたわけではありません。

紙を折って形を作る文化が、「平面をどの折り線で畳めば、狙った動きで開くのか」という幾何学と力学へ育ったのです。

【編む】織物の職人技が「きく8号」の巨大アンテナを花開かせた

2006年に打ち上げられた技術試験衛星「きく8号」には、最大約19メートル×17メートルの大型展開アンテナが2面搭載されたそうです。

打ち上げ時には、1面あたり直径約1メートル、長さ約4メートルに収納され、軌道上では折り畳み傘のように広がります。まさに、宇宙で花が開くような構造です。

アンテナの反射面に使われたのは、とても細い金属糸を編んだメッシュでだったそうです。

金属の糸は電波を反射できますが、細くなるほど編む途中で切れやすくなります。そこでJAXAのプロジェクトチームが協力を求めたのが、織物を専門とするメーカーでした。

着物をそのまま衛星へ貼ったわけではありません。
細い材料へ掛かる力を読み、均一な面へ編み上げる職人技が、宇宙用の金属メッシュへ置き換えられたそうです。

この流れは現在も続いています。2021年にはJAXAと企業4社が、ジルコニウム銅の細線をトリコット編みにした、軽く柔軟な衛星アンテナ用メッシュを共同開発したと発表しているようです。

伝統とは、完成品の形を守ることだけではありません。手の中に蓄積された「素材の扱い方」を、別の材料へ移すことでもあるのでしょうか。

【結ばない】漁網の技術は宇宙ごみ除去用テザーになった

編む技術の行き先は、アンテナだけではありません。

漁網メーカーの日東製網は、網目の交点へ結び目を作らない【無結節網】の技術を、JAXAと開発する導電性テザーへ応用しました。
アルミニウムやステンレスなどの細い線を網状にし、長くても切れにくく、電気を流せるひもを作る技術だそうです。

このテザーを宇宙ごみへ取り付けて電流を流すと、地球の磁場との相互作用で力が生まれ、燃料を大量に使わず軌道を下げられる可能性があります。

2016年に打ち上げられた「こうのとり」6号機では、KITEという軌道上実験が行われました。計画では約700メートルのテザーを伸ばす予定でしたが、先端の装置を放出する機構に不具合が起き、テザーの展開には至らなかったそうですが、一方、電子を安定して放出する技術は、ほぼ実証されているようです。

ここは、成功物語だけにしない方が面白いところです。

どれほど優れた網を作っても、収納し、放出し、計測し、制御する仕組み全体が動かなければ目的は達成できません。

技術は単体の性能だけでなく、システムの中で使えて初めて成果になる。なんともSEには馴染み深い話です。

【組む】組紐の構造が高温のロケット燃焼器へ姿を変えた

細いものを束ねて強くする知恵として、日本には組紐があります。

JAXA宇宙科学研究所が2014年に紹介したロケット燃焼器の研究では、直径11マイクロメートルの炭化ケイ素繊維を3方向へ交差させた【3軸組みひも】が使われていました。

この組み方は、日本古来の組紐に源流を持つと説明されています。

普通の布は、縦糸と横糸という2方向で作られます。そこへ斜め方向のつながりも加えることで、狙った立体形状に繊維を組み上げられます。その組紐を土台に、炭化ケイ素の複合材料でロケットエンジンの燃焼器を作ったわけです。

試作品は、内壁温度が約1600度に達する条件を想定した開発の中で、30秒間の燃焼試験を通過しました。

ただし、これは実際の宇宙飛行で使われた完成品ではなく、地上で行われた研究開発段階の試験です。

帯締めの組紐とロケットの燃焼器。完成した姿はまったく違います。

それでも「細い繊維を、どの方向へ、どんな順序で交差させれば、目的の形と強さを作れるか」という問いは同じなのです。

【継ぐ】釘も接着剤も使わない木組みが木造人工衛星へ

さらに宇宙へ向かったのが、日本の木組みです。

京都大学と住友林業が開発した木造人工衛星「LignoSat」は、一辺約10センチメートルの小さな立方体です。
外側にはホオノキの板が使われ、板同士は【留形隠し蟻組接ぎ】という伝統的な木組みでつながれたそうです。

釘も接着剤も使いません。

宇宙では、日なたと日陰を行き来するたびに大きな温度差が生まれます。
木と金属では熱による伸び縮みの大きさが違うため、金属製の留め具は割れの原因になり得ます。
そこで、木だけを精密にかみ合わせる古い接合方法に役割が生まれました。

開発前には、ホオノキ、ヤマザクラ、ダケカンバを国際宇宙ステーションの船外で約10か月間さらす実験も行われています。
目立った劣化の差は確認されず、加工性や寸法安定性、強度なども踏まえてホオノキが選ばれました。

LignoSatは2024年12月、国際宇宙ステーションから軌道へ放出されました。地上との通信には成功しなかったものの、木製構体が宇宙空間で形を保ち、約4か月のミッションを終えています。

千年以上残る木造建築を見てきた土地で、木を宇宙へ持っていく研究が始まる。

古いものを懐かしむだけでは生まれない、ずいぶん大胆な温故知新です。

【結び】技術の価値は「古いか新しいか」より「何を解くか」

今回見てきた技術には、共通点があります。

折り紙は、大きな面を小さく運ぶ問題を解きました。

織物は、軽くて広いアンテナを作る問題を解きました。

漁網は、長くて切れにくい導電性のひもを作ろうとしました。

組紐は、細い繊維から高温に耐える立体を作りました。

木組みは、性質の違う留め具を使わず、木の箱を組み立てました。

私は、温故知新とは、昔の答えをそのまま使うことではないと思います。

昔の人が何に困り、材料のどんな性質を見つけ、どう工夫したのか。その【考え方】を取り出し、今の問題へつなぎ直すことではないでしょうか。

もちろん、伝統技術なら何でも宇宙で通用するわけではありません。数値で確かめ、試験し、失敗すればシステム全体を見直す必要があります。伝統への敬意と、検証せず信じない姿勢は、両立します。

どんな技術を知っているかも大切です。

ですが、それ以上に「いま何を解決したいのか」と問い直すこと。

使い道を失って古く見える技術も、問いが変われば、まだ見たことのない場所で花開くのかもしれません。

今回も最後までご覧いただきありがとうございました٩( 'ω' )و

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