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2020年5月21日 (木)

H-IIBロケットはどれぐらいの重量まで宇宙に運べるか

「H-IIBロケット」と「こうのとり」最後の打ち上げ成功

 2020年5月21日午前2時31分、国際宇宙ステーション(IIS)に物資を運ぶ無人補給機「こうのとり(HTV, H-II Transfer Vehicle)」9号を搭載したH-IIB(H2B)ロケットが鹿児島県の種子島宇宙センターから打ち上げられました。約15分後に、H-IIBロケットから切り離されたHTVは予定通りの軌道に投入され、打ち上げは成功しました。HTVは25日午後9時頃にIISに到着する予定です。H-IIBロケットとHTVは今回の打ち上げをもって退役となり、最後の打ち上げに有終の美を飾ることができました。

H2b

 下記のJaxaの映像で30分のところが打ち上げ10秒前です。

「こうのとり」9号機/H-IIBロケット9号機打上げライブ中継

 今回の打ち上げは新型コロナウイルスの感染防止のため種子島島内の見学場が全て閉鎖されたなか実施されました。

 自分はずいぶん前にH-IAロケットの打ち上げを見学するために種子島を訪問したことがあります。残念ながら打ち上げが延期となってしまいました。いつか見学しに行きたいと思っています。

ロケットはどれぐらいの重量を打ち上げられるのか?

 実は宇宙ロケットは非常に効率の悪い乗り物です。地上から打ち上げたロケットが地球の引力を振り切って宇宙空間に脱出するためには毎秒11.2 km(40,320 km/h = マッハ33)の速度が必要となります。ロケットがこの速度を出すためには膨大な推進力を必要とします。

 ロケットの推進力を大きくするためには燃焼ガスの噴射速度を大きくする必要があるため、大量の燃料を必要とします。そのため、普通のロケットは総質量のほとんどを燃料が占めています。H-IIBロケットの場合、総質量531トンに対して86%の458.2トンが燃料となります。

 ロケットが運べる貨物の質量をペイロードといいます。H-IIBロケットのペイロードは人工衛星を打ち上げるのに必要な高度で8トン(高度36,000 km以上)から19トン(高度350~1,400 km)です。打ち上げの時のH-IIBの総重量は531トン+ペイロードとなります。

 ISSは高度約400 kmの起動を回っています。「こうのとり(HTV)」は全長9.8 m、直径4.4 mの円筒形をしています。質量は補給品を搭載していない状態で10.5トンで、積載可能最大質量は6トンです。高度350〜460 kmまでの軌道に対応しています。実際には棚など内部に設置されている構造物の質量を除いた輸送能力は4トンぐらいのようです。

 積載可能な質量まで満載したHTVを搭載したエンジンを点火する前のH-IIBの総質量は531トン+16.5トン=537.5トンぐらいになります。

H-IIIロケットとHTV-X

 H-IIBロケットの後継はH-III(H3)ロケットとなり、2020年ど後半に試験機の1号機が打ち上げを予定しているようです。H-IIIロケットは世界のロケット市場で活躍できるように、柔軟性、高信頼性、低価格を実現し、使いやすいロケットとなることをめざしています。

 一方のHTVの後継はHTV-Xとなり、21年度以降に運用開始となる予定です。HTVはISSのロボットアームでISSとドッキングするようになっていますが、HTV-Xは自動ドッキング機能を備えています。これにより、米国NASAが計画している月周回宇宙ステーションにもドッキングできるようになります。

 ペイロードを含まないH-IIIロケットの総質量は571トン、HTV-Xの棚など内部に設置されている構造物を除いた輸送力は5.85トンになるようです。

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2020年5月16日 (土)

雷の正体見たり静電気 雷の仕組み

雷の正体を探る

 大音響とともに鋭い光の筋が空を切り裂く雷。古代の人々は雷は雲の中にいる神様が光と音を出していると考えていました。たとえば、ギリシャ神話の全知全能の神であるゼウスは雷を司る天空神です。日本では、古くから雷神が雷をおこすと考えられていました。日本語の雷の語源は神鳴りと考えられています.

雷神(俵屋宗達)

 雷の正体は18世紀の半ばには電気であることが予想されていました。雷の正体を初めて実験で確かめたのは、アメリカの政治家・科学者のベンジャミン・フランクリンです。フランクリンは静電気の実験に使われていたライデン瓶に蓄電すると、電気火花が発生するのを見て、この電気火花と稲妻は同じものではないかと考えたのです。

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 ライデン瓶は1746年にオランダのライデン大学の物理学者ピーテル・ファン・ミュッセンブルークが発明した蓄電装置です。実際には数ヶ月ほど前にドイツのエヴァルト・ゲオルク・フォン・クライストも同じ仕組みのものを発明しています。ライデン瓶の上部の金属球に静電気を帯びたものを触れると、金属箔に電気が蓄えられます。電気が蓄えられた状態で、内側と外側の金属箔を短絡(ショート)するとライデン瓶の中で放電が起こり、電気火花が発生します。

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フランクリンの凧あげ実験

 1752年6月、フランクリンは雷の正体を調べるため、自分の息子とともに雷雲をめがけて凧あげの実験を行いました。 彼は凧に針金を取り付け、凧糸には水に濡れやすい麻糸を使いました。そして、麻糸に金属の鍵を取り付けました。金属の鍵から手元までは感電防止のため濡れにくい絹糸を使いました。雷で麻糸が帯電して逆立ったとき、彼は息子に金属の鍵の先にライデン瓶を近づけるように言いました。息子がライデン瓶を鍵に近づけると、雷の電気がライデン瓶に蓄電されていきました。そして、ライデン瓶を短絡させると、ライデン瓶の中で電気火花が生じました。一瞬の出来事でしたが、雷の正体が電気であることが確かめられた瞬間でした。

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※フランクリンの凧あげ実験は非常に危険ななので、絶対にやってはいけません。

雷雲が発生するしくみ

 空に浮かぶ雲は細かい水滴や氷の粒でできています。これらの水滴や氷の粒は地上や海上で蒸発した水です。空気は気温が高いほど水蒸気をたくさん含むことができます。暖かい空気は軽いので上空へ昇っていきますが、上空は気圧が低いので膨張します。このとき、空気は外部から熱を与えられない状態で膨張します。空気自身が持つ熱が膨張に使われるので、空気の温度が下がります。空気に含まれる水蒸気は冷やされると気体のままでは存在できなくなり、凝結して細かい水滴や氷の粒になります。これが雲の正体です。
 雷がよく起きるのは、夏に空高くまで発達した積乱雲の中です。積乱雲の中では、強い上昇気流のために、氷同士が激しく衝突します。このとき、氷の表面の水や衝突で融けた水が負の電荷を持ち、それが成長する氷に移動します。そのため、大きい氷の粒がマイナス、小さい粒がプラスの電気を帯びます。小さい粒は、軽いために雲の上の方へ、大きい粒は重いため雲の下の方へ移動します。その結果、雷雲は、ちょうどプラスとマイナスが向かい合った形となり、そこに高い電圧がかかるというわけです。また雷雲が大地に近づくと、その下の地面はプラスに帯電していきます。これを静電誘導といいます。

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 雷雲が発生すると、雲の中で静電気がたまります。この静電気が、雲と地上の間の大気の絶縁性で支えきれないほど大きくなると、雲から地上へ対地放電が起こります。これが落雷です。また、放電は落雷よりも雲の中で頻繁に起こります。このとき、雲が青白く光って見えます。ひとつの雷雲の中で起こる場合を雲内放電、複数の雷雲の間で起こる場合を雲間放電といいます。

<h4>稲妻が光るしくみ</h4>


 内部を真空にしたライデン瓶で放電の実験を行うと、電気火花が生じなくなります。つまり、電気火花の発生には空気が関係しています。本来、空気は絶縁体で電流は流れません。しかし、強い電圧をかけると、瞬間的に電気絶縁性が失われ大電流が流れます。すると、大きなエネルギーを持った電子が、空気中の窒素や酸素に衝突します。窒素や酸素は電子のエネルギーを受け取り、自分自身も電子を放出してイオン化して高エネルギー状態になります。高エネルギー状態になった窒素や酸素は、すぐに元のエネルギー状態に戻ります。このとき、余分なエネルギーが光となって出てくるわけです。これを放電現象といいますが、稲妻の光もこれと同じ現象です。なお、放電が起こると、火花の周囲の温度が急激に上昇し、空気が瞬間的に膨張します。そして、膨張した空気はすぐに冷えるため収縮します。この空気の膨張と収縮が振動となって音となります。

 雷の放電は、大気の絶縁性のために、いっきに地面には届きません。何度も小きざみに放電を繰り返し、電気の通り道を作りながら、地面へと近づきます。稲妻がジグザグに見えるのはこのためです。これを先駆放電といいます。稲妻が地面に届くと、今度は逆に地面から雲に向かって放電が起こります。これを帰還雷撃といい、このとき強い光と大きな音を出します。これが落雷です。

 落雷をハイスピードカメラで撮影して映像がYouTubeにあがっています。

 Slow Motion Lightning

落雷の威力は凄いです。

Close-Up Lightning strike Compilation with Horrifying Sound and Destruction |Thunder strikes

 

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2020年4月23日 (木)

レンチキュラーレンズで光学迷彩?(1) 手品と物体の見え方

レンチキュラーレンズを使った手品

 レンチキュラーレンズという板状のレンズを通して物体を見えると、物体が消えて見えなくなる現象が起こります。この現象は手品でも利用されています。まずは次の手品の動画をご覧ください(BGMがかかっているので音量に注意してから再生してください)。

4D surprise + joke - Tenyo

 背面が横縞模様の壁になっている台の上に透明な箱を被せます。箱の向こうに背面の壁がしっかり見えていますが、この箱を開けると、なんと台の上に自由の女神が現れます。

レンチキュラーレンズを通して物体を見てみると

 つづいて、次の映像をご覧ください。解説は英語ですが、映像を見ると、レンチキュラーレンズを通して物体を見ると、どんな見え方になるかわかります。

A Real Invisibility Shield | How Does It Work?

横向きの2本の棒にプライヤーが立てかけられています。それらの前にレンチキュラーレンズを置くと、プライヤーが消え、横向きの2本の棒だけが見えます。しかも、2本の棒はプライヤーの後ろにあるのに、前面にあるように見えています。また、2分25秒ぐらいからになりますが、レンチキュラーレンズを棒の先端の方へ移動すると、棒が伸びて見えます。

なぜ、このような現象が生じるのかについては、後日、記事をアップします。

また、この現象は光学迷彩と言えるのでしょうか。

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2014年1月14日 (火)

床と壁がわからなくなる錯覚をさせる? スパイダーキャット

レーザーポインタの光の点を追いかける黒猫です。猫がごく普通にじゃれているように見えますが、実はこの猫の正体はスパイダーキャットだったのです。

Cat1

その正体は次の影像を見るとわかります。

Poobs the cat a laser pen and carpet wall.

これだけ見事だと、錯覚で床と壁がわからなくなりますw

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2013年11月23日 (土)

秀逸 森にありがとう 1枚のティッシュで作られた折り紙の動物が次々と変化 ネピアのCM

ネピアが制作したティッシュペーパーのコマーシャル映像です。
1枚のティッシュペーパーが次々と様々な動物に変化していきます。

Nepia

最初はティッシュケースから取り出された1枚のティッシュペーパーが木の形に変化します。そう、紙の原料は木であることを示しているのでしょうか。そして、ティッシュペーパーは小鳥、カエル、カンガルー、犬、水面と魚、その魚を狙うクマ、ヘビ、テナガザル、シカ、人間と変化します。

最後はティッシュペーパーが種に変化し、その種から芽が出て、双葉となり、木となります。そして、1枚のティッシュペーパーにメッセージが浮かびあがり、映像が締めくくられます。

「いい紙づくりは、いい森づくりから。森にありがとう。nepia」

Tissue Animals

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2013年11月22日 (金)

アインシュタインの肉声 The Common Language of Science

アインシュタインの肉声を聞いたことがある人はそう多くないかもしれません。

Alberteinstein1947

このYouTubeの映像は、1941年秋に英国科学振興協会のラジオ演説において、アインシュタインが自身の論文「The Common Language of Science(科学の共通言語)」を朗読した音声を録音したものです。

Einstein speech : The common language of science

下記がこのスピーチの全文です。

The Common Language of Science
Essay by Albert Einstein

     The First Step towards language was to link acoustically or otherwise commutable signs to sense-impressions. Most likely all sociable animals have arrived at this primitive kind of communication---at least to a certain degree. A higher development is reached when further signs are introduced and understood which establish relations between those other signs designating sense-impressions. At this stage it is already possible to report somewhat complex series of impressions; we can say that language has come to existence. If language is to lead at all to understanding, there must be rules concerning the relations between the signs on the one hand and on the other hand there must be a stable correspondence between sings and impressions. In their childhood individuals connected by the same language grasp these rules and relations mainly by intuition. When man becomes conscious of the rules concerning the relations between sings the so-called grammar of language is established.

     In an early stage the words may correspond directly to impressions. At a later stage this direct connection is lost insofar as some words convey relations to perceptions only if used in connection with other words (for instance such words as: “is,”“or,”“thing,”). Then word-groups rather than single words refer to perceptions. When language becomes thus partially independent from the background of impressions a greater inner coherence is gained.

     Only at this further development where frequent use is made of so-called abstract concepts, language becomes an instrument of reasoning in the true sense of the word. But it is also this development which turns language into a dangerous source of error and deception. Every-combinations correspond to the world of impressions.

     What is it that brings about such an intimate connection between language and thinking? Is there no thinking without the use of language, namely in concepts and concept-combinations for which words need not necessarily come to mind? Has not everyone of us struggled for words although the connection between “things” was already clear?

    We might be inclined to attribute to the act of thinking complete independence from language if the individual formed or were able to form his concepts without the verbal guidance of his environment. Yet most likely the mental shape of an individual, growing up under such conditions, would be very poor. Thus we may conclude that the mental development of the individual and his way of forming concepts depend to a high degree upon language. This makes us realize to what extent the same language means the same mentality. In this sense thinking and language are linked together.

    What distinguishes the language of science from language as we ordinarily understand the word? How is it that scientific language is international? What science strives for is an utmost acuteness and clarity of concepts as regards their mutual relation and their correspondence to sensory data. As an illustration let us take the language of euclidian geometry and algebra. They manipulate with a small number of independently introduced concepts, respectively symbols, such as the integral number, the straight line, the point, as well as with signs which designate the fundamental operations, that is the connections between those fundamental concepts. This is the basis for the construction, respectively definition of all other statements and concepts. The connection between concepts and statements on the one hand and the sensory data on the other hand is established through acts of counting and measuring whose performance is sufficiently well determined.

     The super-national character of scientific concepts and scientific language is due to the fact that they have been ser up by the best brains of all countries and all times. In solitude and yet in cooperative effort as regards the final effect they created the spiritual tools for the technical revolutions which have transformer the life of mankind in the last centuries. Their system of concepts have served as a guide in the bewildering chaos of perceptions so that we learned to grasp general truths from particular observations.
What hopes and fears does the scientific method imply for mankind? I do not think that this is the right way to put the question. Whatever this tool in the hand of man will produce depends entirely on the nature of the goals alive in this mankind. Once these goals exist, the scientific method furnished means to realize them. Yet is cannot furnish the very goals. The scientific method itself would not have led anywhere, it would not even have been born without a passionate striving for clear understanding.

     Perfections of means and confusion of goals seem-in my opinion-to characterize our age. If we desire sincerely and passionately the safety, the welfare and the free development of the talents of all men, we shall not be in want of the means to approach such a state. Even if only a small part of mankind strives for such goals, their superiority will prove itself in the long run.

Albert Einstein
"The Theory of Relativity and Other Essays"
MJF Books
New York, NY

 

 

 

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2013年11月 7日 (木)

もし月が国際宇宙ステーションと同じ距離にあったら

国際宇宙ステーションISSは地上から高度約400 kmの熱圏を約7.7 km/sec の速さで飛行し、90分で地球を1周しています。一方、月は地球から約38万キロメートルの位置で、約29.5日で地球を1周しています。

もし、月が国債宇宙ステーションと同じ距離にあったら、地球から月はどのように見えるでしょうか。次の映像のように見えるそうです。
月が大きく見えるだけでなく、毎日が大スケールの皆既月食です(^^ゞ

Moon_at_iss

If the Moon were at the same distance as the ISS

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2013年10月25日 (金)

パラパラ漫画から飛び出した? ハロウィンパーティー子ども用 光る服 

パラパラ漫画などによく出てくる人の絵が登場。これがリアルな世界で動き出します。

Photo

その様子を撮影した映像がこちらなのだそうです。漫画がちょこちょことと動き回ります。

Baby LED light suit halloween costume preview

 

これはハロウィンパーティ用に作られたLEDライトで作られた光る服だそうです。

正体は女の子でした。

ハロウィンパーティでは大人気となること間違いないでしょう。

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2013年10月21日 (月)

錯視を利用したHONDAのCM

HONDAが錯視を利用したディーゼル車CR-V 1.6のCM映像を作成しました。

杭に突っ込んでいく自動車、果たして、その運命は?

Hondacrv16

こちらの映像を見ると一目瞭然です。

Honda Illusions, An Impossible Made Possible New CR-V 1.6 Diesel Video

 

錯視を利用した画像というと、だいたいが静止画ですが、これはその様々な静止画の中を現実の自動車が走り抜ける動画です。

錯視の静止画に平面を走る動く自動車を組み込み、躍動感と驚き、そして意外性のある映像を作り上げています。このアイデア凄いです。

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2013年10月17日 (木)

踊るペンキ! カラー・スピーカー

スピーカーのコーンに赤色、黄色、緑色、青色のペンキを注いで、音を鳴らします。その様子を、超高速撮影した映像です。

音楽を鳴らすと、ペンキが涌き立ちます。まるで踊っているかのようです。

Paint on a Speaker at 2500fps - The Slow Mo Guys

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