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宇宙システム解析検証（宇宙輸送・再突入機のシステム挙動統合シミュレーション技術の構築）

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)

報告書番号: R25JDG20155

利用分野: 研究開発

PDF(準備中)

  • 責任者: 清水太郎, 研究開発部門第三研究ユニット
  • 問い合せ先: 藤本圭一郎, JAXA研究開発部門第三研究ユニット(fujimoto.keiichiro@jaxa.jp)
  • メンバ: 藤本 圭一郎, 伊藤 孝行, 稲川 尚太, 村田 あかり,辻 真次郎, 椿 直人

事業概要

ロケット上段や宇宙機のリエントリ安全性評価（溶融残存デブリによるリスク評価）は, 宇宙開発の持続性確保の上で重要テーマであり, 革新的将来宇宙輸送システムのような複雑システムに対応できる総合システム設計, モデルベース設計・開発法の確立も重要である. 本事業ではこの2つの重要テーマの共通課題である『効率的なシステム挙動統合シミュレーション技術開発』を進めており, リエントリ溶融解析コード LS-DARC, 次期基幹ロケット等の新しい輸送システム検討や有人宇宙輸送における安全設計のための輸送システム打上げ・リエントリ統合解析ツール LS-LUCA により, 大規模な解析を JSS 上で効率的に実施できる手法の研究・開発を実施する.

参照URL

なし

JAXAスーパーコンピュータを使用する理由と利点

・JAXA職員であれば煩雑で時間を要する手続きなしでクイックに利用可能であること.

・JAXA内システムであるため, 同じJAXAイントラネット内で接続可能であり情報流出のリスクが少ないこと.

・秘匿性の高いロケット上段や宇宙機の設計情報のような機微情報をセキュアにJAXA内で閉じて扱えること.

・システム使用方法等について手厚いサポートが即座に受けられること.

今年度の成果

今年度は, 再突入時の熱・構造応答の高精度化と計算効率向上を目的として, 三次元伝熱解析を等価板厚モデルへ置き換える簡易伝熱手法の検討を進めるとともに, ロケット上段エンジンを対象とした高エンタルピ風洞試験との比較検証に基づき, LS-DARC における熱流束モデルの高度化を実施した. これにより, 複雑形状における干渉加熱・内部再循環流が支配する局所加熱の再現性が向上し, 大規模パラメトリック解析や確率論評価を JSS 上で効率的に実行するための基盤を整備できた. また, 有人宇宙輸送における安全設計の前倒し評価を目的として, 打上げアボートシステムの成立性評価および大型有人宇宙船のクラスター・パラシュート挙動の理解に必要な空力モデル・多体系ダイナミクスモデルを構築し, LS-LUCA に統合した. NASA 風洞試験に基づく三分力空力係数データベースを用い, 初期姿勢ばらつきや横風変動を考慮した確率論的挙動解析（Latin Hypercube Sampling）を 100 ケース規模で実施した結果, パラシュート系の揺動・整定過程, 落下分散領域の拡大特性, 着水時の姿勢安定性など, 設計要求抽出に不可欠な物理現象の把握が可能となった. これらの成果により, (1) LS-DARC の熱流束モデルの信頼性向上, (2) LS-LUCA による有人輸送システムの成立性評価機能の拡充, (3) 大規模確率論解析を可能とする計算ワークフローの強化が達成され, 次期基幹ロケット・有人宇宙輸送・再突入機などの設計検討における安全性評価とシステム成立性評価の高度化に寄与した.

Annual Report Figures for 2025

図1: ロケット上段エンジンLE‑5Bの3Dプリンタ製模型に対するHIEST試験とLS‑DARCによる熱流束分布の算出結果

 

Annual Report Figures for 2025

図2: 有人宇宙船のクラスタパラシュートモデルと確率論的挙動・落下分散評価

 

成果の公表

-査読付き論文

1) Fujimoto, K., Kawatsu, K., Amakawa, H., Multi-physics Simulation Code LS-LUCA for Innovative Space Transportation System Design, IEEE Aerospace Conference, 2026.

2) Fujimoto, K., Tsuji, S., Kamiya, T., Yatsuyanagi, S., Development and Validation Status of High-Fidelity Re-entry Analysis Tool LS-DARC, IEEE Aerospace Conference, 2026.

-口頭発表

1) 藤本 圭一郎, 河津 要, 雨川 洋章, 「有人宇宙輸送のための打上アボートシステムに関する定量的安全評価モデルの構築 – 第3報」, 第69回宇宙科学技術連合講演会, 2025.

JSS利用状況

計算情報

  • プロセス並列手法: MPI
  • スレッド並列手法: OpenMP
  • プロセス並列数: 1 - 216
  • 1ケースあたりの経過時間: 16 時間

JSS3利用量

 

総資源に占める利用割合※1(%): 0.04

 

内訳

JSS3のシステム構成や主要な仕様は、JSS3のシステム構成をご覧下さい。

計算資源
計算システム名 CPU利用量(コア・時) 資源の利用割合※2(%)
TOKI-SORA 0.00 0.00
TOKI-ST 321769.48 0.33
TOKI-GP 0.00 0.00
TOKI-XM 0.00 0.00
TOKI-LM 1740.47 0.13
TOKI-TST 0.00 0.00
TOKI-TGP 0.00 0.00
TOKI-TLM 0.00 0.00

 

ファイルシステム資源
ファイルシステム名 ストレージ割当量(GiB) 資源の利用割合※2(%)
/home 500.00 0.80
/data及び/data2 500.00 0.00
/ssd 30720.00 1.87

 

アーカイバ資源
アーカイバシステム名 利用量(TiB) 資源の利用割合※2(%)
J-SPACE 4.77 0.01

※1 総資源に占める利用割合：3つの資源(計算, ファイルシステム, アーカイバ)の利用割合の加重平均.

※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

 

ISV利用量

ISVソフトウェア資源
利用量(時) 資源の利用割合※2(%)
ISVソフトウェア(合計) 0.00 0.00

※2 資源の利用割合：対象資源一年間の総利用量に対する利用割合.

JAXAスーパーコンピュータシステム利用成果報告(2025年2月～2026年1月)