ギコ教授のなんでも講義70時限目

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|　「はやぶさ」講義第6回。1ヶ月あまりの沈黙から、
|　ようやく通信が回復した「はやぶさ」。
|　スタッフの帰還に向けた奮闘が始まります。
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　　　　　　小惑星探査機「はやぶさ」・第6回
　　　　　　　　　〜SAVE OUR SHIP〜
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　　 　 |　確か、帰還のスケジュールを3年延期したんだっけ。
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　　　　　　　　　　|　3億kmも離れたところに、修理しに行くわけにもいかないしな。
　　　　　　　　　　|　「はやぶさ」復旧は、気の遠くなるような長期戦でもあったんだ。
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2/16
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|　2006年1月23日、通信途絶していた「はやぶさ」からの電波を再びキャッチした
|　…というところまでが、前回の講義でした。
|　しかし、電波の受信はできるものの、地球からの指令はとてもできない状況でした。
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　　「はやぶさ」からの電波が20秒間隔で極端に弱くなっていたことから、
　　この時点で、「はやぶさ」はアンテナの軸が地球に対して傾いた状態で
　　高速スピンしていたと考えられる。（傾きは約70度と推定される）

　　これは逆に言えば、地球からの指令も20秒以内に終えないと
　　「はやぶさ」が受け取ってもらえないということを意味する。
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　　 　 |　こっちから命令ができないんじゃ、どうしようもないな。
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　　　　　　　　　　|　どうも、太陽電池パネルが20秒おきにアンテナの邪魔に
　　　　　　　　　　|　なってたらしいんだ。
　　　　　　　　　　|　おかげで一週間地球から指令が送信できなかった。
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3/16
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|　と言っても、状況がわからなければ対処のしようがありません。
|　そこでまず、「１ビット運用」と呼ばれる通信方法で、
|　「はやぶさ」のいわば「健康チェック」が行われました。
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　　１ビット運用
　　　地球から「はやぶさ」に一部の機器が無事かどうか判定させる指令を発信し
　　　「はやぶさ」に0か1、つまり「yes」か「no」かだけを返答させる方式。

　　　　ｺｺｲﾀｸﾅｲ？　　 ＿ ＿,＿　　＿
　　　→→→→→→→/_/ヽ　 ノ　 /_/
　○　←←←←←← /_/=|･∀･ |=/_/
　↑　　　no！　　　　/_/　 ~][￣ /_/
地球
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　　 　 |　電波の往復だけで30分以上かかるんだっけ。しかも1回のやりとりでは
　　 　 |　ほんの一部分しかわからない。気が遠くなるな。
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　　　　　　　　　　|　この１ビット運用は、火星探査機「のぞみ」の時に発案された
　　　　　　　　　　|　ものなんだが…まあ、詳しいことは割愛。
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4/16
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|　こうして少しずつ「はやぶさ」の状況がわかるようになってきましたが…
|　はっきり言って、それはとても厳しいものでした。
|　まず、内蔵していたリチウムイオンバッテリーは、放電しきった状態の上に
|　4基が死亡。化学ロケットの燃料・酸化剤はどちらも機内へ漏れ出して空っぽ。
|　頼みの綱は、イオンエンジン用のキセノンガスだけでした。
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　　・太陽電池の発電量低下により、電源が一時的に完全ストップ
　　・リチウムイオンバッテリーの完全放電
　　・バッテリー11基中4基使用不能
　　・化学ロケット用燃料・酸化剤完全喪失
　　・イオンエンジン用推進剤の残量は42〜44kgと推定
　　・再突入カプセルの蓋が閉まっていないことが判明
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　　 　 |　まさに、満身創痍…
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　　　　　　　　　　|　イオンエンジンと通信機能が無事だったのは、不幸中の幸いだ。
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5/16
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|　とにかく、地球に対して傾いたままでは交信もままなりません。
|　そこでスタッフは、キセノンガスの直接噴射で「はやぶさ」の姿勢変更を試みます。
|　1日あたり2度という、まさに這うようなスピードで姿勢制御を行い、徐々に「はやぶさ」との
|　通信が回復します。
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　　2月6日　　新しい姿勢制御プログラムをインプット。1日に2度の速度で姿勢変更開始
　　2月25日　低利得アンテナでのデータ取得復旧（毎秒8ビット）
　　3月1日　　距離計測が可能になる
　　3月4日　　アンテナ軸の角度が14度まで縮小。中利得アンテナでのデータ取得復旧
　　　　　　　　（毎秒32ビット）
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　　 　 |　まともに交信できるようになるまで、ざっと1ヶ月か。
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　　　　　　　　　　|　まさに這いずる感じ。
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6/16
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|　3月6日には、ようやく「はやぶさ」の位置と速度が正確に推定できるようになりました。
|　前年末に通信が途絶して以来、実に3ヶ月ぶりのことです。
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　　「はやぶさ」の位置・速度
　　　「イトカワ」から約1万3000km
　　　太陽から約1億9000万km
　　　地球から約3億3000万km
　　　「イトカワ」との相対速度3m/秒
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　　 　 |　どこにいるのかわからなきゃ、どう帰していいかわからないもんな。
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　　　　　　　　　　|　でも場所が分かったからといって、すぐに動き出せたわけじゃなかった。
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7/16
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|　この時点では、まだ機内に化学ロケットの燃料（ヒドラジン）と酸化剤が残っている
|　可能性がありました。
|　そこで、これらを機外へ追い出すための作業が始まりました。
|　これは「ベーキング」と呼ばれ、3月から4月にかけてじっくり時間をかけて行われました。
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　　ベーキング
　　　機内のヒーターで温度を上げてガスを追い出す作業。
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　　 　 |　何でこんなに時間がかかるの？
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　　　　　　　　　　|　いきなりやったら、また「はやぶさ」の姿勢が狂ったり、あらぬところに
　　　　　　　　　　|　飛んでったりしちゃうだろ？
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8/16
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|　ベーキングは4月中旬に完了。
|　5月31日には、イオンエンジン2基の起動試験が行われました。
|　「はやぶさ」は1度電源が完全に落ちているだけに、機器の凍結などが
|　心配されてたんですが…試験の結果は成功でした。
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　　5月31日　イオンエンジン（B・D）の起動試験に成功
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　　 　 |　おおっ、ついにエンジン復活！いよいよ帰ってくるのか？
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　　　　　　　　　　|　まだまだ。そんなすぐには動けるもんじゃないよ。
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9/16
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|　いつまでもキセノンガスの噴射で姿勢制御をしていれば、
|　いつかは尽きてしまう心配があります。
|　そこで7月には、太陽光圧力を利用したスピン安定状態での運用に切り替え、
|　キセノンガスを節約しました。
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　　１　キセノンガスの噴射で「はやぶさ」の姿勢を太陽に対して傾ける
　　２　「はやぶさ」の重心から離れた場所に太陽光が当たり、太陽光圧力が発生する
　　３　「はやぶさ」はその圧力で回転、安定した状態を保ち続ける

ﾃﾝｷﾘｮｸｴﾈﾙｷﾞｰﾉ　　　　　　　　 ＿ ＿,＿　　 ＿ ｱｻﾋｿｰﾗｰ
　　､　l　，　〜　〜　〜　〜　　　/_/ヽ　 ノ　　/_/ 　ｼﾞｬｹﾝ
　- (ﾟ∀ﾟ) -　　〜　〜　〜　〜　/_/=|･∀･ |=/_/
　　 '　l　｀　〜　〜　〜　〜　　/_/　 ~][￣　/_/
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　　 　 |　太陽光圧力？光に「はやぶさ」を押す力があるの？
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　　　　　　　　　　|　地球の位置ですら、1平方メートル当たり1mg。
　　　　　　　　　　|　微々たるもんだけど、無重力空間なら、それすら使える。
　　　　　　　　　　|　実際、太陽光で宇宙船を飛ばす計画があるくらいだ。
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10/16
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|　さて、さっきの板書でちらっと「再突入カプセルの蓋が閉まっていない」と
|　書きました。「イトカワ」の破片の回収容器はまだ再突入カプセルに
|　収納されていなかったんですよ。
|　ここで、バッテリーが完全放電、11基中4基死亡という問題が浮上します。
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　　サンプル回収容器は再突入カプセルに収納。
　　このカプセルが大気圏に再突入し、地表に帰還する予定だった。
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　　 　 |　容器を入れるための電気が足りなかったの？もう一回充電すればいいじゃん。
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　　　　　　　　　　|　リチウムイオンバッテリーは過放電と言って、一度放電しすぎると
　　　　　　　　　　|　再度の充電が難しいという欠点があるんだよ。
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11/16
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|　どうすれば、バッテリーに負担をかけることなく再充電ができるのか？
|　JAXAで「はやぶさ」の電源・電池系を担当していた、曽根理嗣准教授は
|　ある事実に思い至ります。
|　1月に「はやぶさ」との交信が復活したとき、バッテリー11基中4基は
|　死んでいたんですが、残りの7基はほぼ満タンに近い充電状況だったんですよ。
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　　「はやぶさ」のバッテリーには、過充電防止のための「充電保護回路」が
　　設けられていた。
　　これは供給しすぎた電流を迂回させる「バイパス回路」である。
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　　　　┌─┤太 陽 電 池 パ ネ ル.├─┐
　　　　↑　　￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 　　↓
　　　　│　　　　　↓バイパス回路　　　　.│
　　　　├───←──←──←───┤
　　　　│ ＿＿＿ 　 ＿＿＿ .　 ＿＿＿　.│
　　　　├┤電池 ├┤電池 ├┤電池..├┤
　　　　│ ￣￣￣←　￣￣￣←￣￣￣　..│
　　　　　　　　　　通常の充電電流
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　 iii■∧　 /
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　　 　 |　今度は過充電か。いろいろ扱いが難しいバッテリーなんだな。
　　　　＼＿＿＿＿　　　　　　　　　　　　　 ∧
　　　　　　　　　　／￣￣￣￣￣￣￣￣￣　 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　|　小型軽量が、リチウムイオンバッテリーの売りなんだがな。
　　　　　　　　　　|　過充電してしまうと下手すりゃ、発火、爆発だ。
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12/16
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|　通信が復旧したとき、通常非動作モードであるはずのバイパス回路が
|　動作モードになっていました。
|　なぜ回路のスイッチが入ったのかは不明ですが…ともあれスタッフは回路を
|　非動作モードに戻しました。
|　すると生きていた7基のバッテリーの電圧がどんどん低下。
|　ついに過放電状態となってしまいます。
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　　バイパス回路のモード切替は地上からの指令で行っている
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　　 　 |　さっきの満タンだった電気を使えばよかったんじゃない？
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　　　　　　　　　　|　それは結果論。スタッフは本来あるべきモードに戻しただけだ。
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13/16
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|　曽根准教授はこの現象の原因究明に当たります。
|　NTスペース社の吉田氏と連絡を取り合い、7基のバッテリーが勝手に
|　充電されていたのは「バイパス回路を動作モードにすると、バッテリーの
|　端子に微弱な電圧がかかるからだ」ということを突き止めます。
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　　　　　（太陽電池の発電量はほぼゼロ）

　　　　│　　　　　↓バイパス回路 　 　　.│
　　　　├───→──→──→───┤
　　　　│ ＿＿＿ 　 ＿＿＿ .　 ＿＿＿　.│
　　　　├┤電池 ├┤電池 ├┤電池..├┤
　　　　│ ￣￣￣←　￣￣￣←￣￣￣　 │
　　　　　　バイパス回路からの微弱電流
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　　 　 |　へぇ…こんなことが起こってたんだ…
　　　　＼＿＿＿＿　　　　　　　　　　　　　 ∧
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　　　　　　　　　　|　この微弱電流は、本来の充電電流に比べれば無視できる
　　　　　　　　　　|　くらいの小ささ。だけど、通信途絶中の長い時間をかけて
　　　　　　　　　　|　バッテリーを充電していたんだ。
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14/16
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|　曽根准教授は、このバイパス回路を利用した充電を「奥の手」として提案します。
|　しかし、微弱とはいえ既に死んでいる4基のバッテリーにまで電流を流して大丈夫なのか？
|　慎重に安全性を確認した上で、2006年7月、バイパス回路の動作（Enable）／非動作
|　（Disable）を繰り返しての再充電が始まりました。
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　　パイパス回路は一括で動作／非動作の切り替えを行うため、
　　健在な7基のバッテリーを選んで充電することができない。
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　　 　 |　もともと、充電のための回路じゃないもんな。
　　　　＼＿＿＿＿　　　　　　　　　　　　　 ∧
　　　　　　　　　　／￣￣￣￣￣￣￣￣￣　 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　|　そう、これは古河電池の協力の下、何度も地上で試験した上で実行された
　　　　　　　　　　|　裏技中の裏技。よい子はまねしちゃだめだ。
　　　　　　　　　　＼＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

15/16
／￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
|　何しろ微弱電流ですから、充電にかかる時間は通常とは比べ物になりません。
|　しかもバッテリーの状態を監視しながら、温度が上がれば即中止。
|　そんな根気のいる作業を3ヶ月延々と続け、同年9月には可能な限りの充電を
|　完了しました。
＼＿＿ 　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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　　2006年　9月　リチウムイオンバッテリー再充電完了
　　　　　　　　　 　 　 　 　 　 　 　 ,ｲ
￣　--　　=　＿　　　　　　　　 　 / |　　　　　　　　　　　　　 --'''''''
　　　　　　　　　　,,, 　 　 ,r‐､λノ　 ﾞi､_,､ﾉゝ　　　　　-　￣
　　　　　　　　　　　　　j´　＿ ＿,＿　　＿ .ﾐﾅｷﾞｯﾃ…ｷﾀ━━━!!
　　　─　　　＿　　─{　　/_/ヽ　 ノ　 /_/ /─　　　＿　　　　　─
　　　　　　　　　　　　 )　/_/=|ﾟ∀ﾟ |=/_/　,l~
　　　　　　　　　　　　´y/_/　 ~][￣ /_/ 　 <ﾊﾞﾁﾊﾞﾁ
　　,＿_　　　　　　　　※みなぎってません。
　 iii■∧　 /
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　　 　 |　3ヶ月…チビチビ充電するしかなかったとはいえ…
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　　　　　　　　　　／￣￣￣￣￣￣￣￣￣　 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　|　スタッフは、このあまりにもイレギュラーな運用を「バイパス・イネ」と
　　　　　　　　　　|　呼んでいたとか。バイパス回路をEnable（ｲﾈｰﾌﾞﾙ）にするという意味で。
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16/16
／￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
|　やっとサンプル容器格納の目処が立った…というところで今回はここまで。
|　次回「はやぶさ」帰還への旅路が佳境を迎えます。
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　　この講義作ってる間、「地上の星」が脳内をぐーるぐる♪
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　　 |　｀つ　　∇ 　 　 　 　 (ﾟДﾟ,,)　　　　　(ﾟДﾟ,,)
　　 | 　 |　|￣￣|　　　　 /⊂ 　 ヽ　　　 /⊂　　ヽ
　〜| 　 |　|　□ |　　　√￣(_＿_ﾉ〜　√￣(_＿_ﾉ〜
. 　 ∪∪　|　 　 |　　　||　　 ━┳┛　 ||　　 ━┳┛
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　　 　 |　板書は、中の人の心の声かね。また中島みゆき？
　　　　＼＿＿＿＿　　　　　　　　　　　　　 ∧
　　　　　　　　　　／￣￣￣￣￣￣￣￣￣　 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　|　別に、大ファンってほどじゃ無いらしいけど。
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糸売く…と言いたいけど明らかにスレ容量不足。こりゃまいったね

乙でした。
次回作が出来たら、ここで告知すれば良いと思う。
親切な人が新スレ立ててくれるかもしれないし。

／￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
| とりあえず投下出来るならば
| スレ立て依頼してみてはどうでしょう？
＼
　 ￣∨￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣
　　　ΛΛ
　　 (ﾟДﾟ,,)
　　φ　　 つ
√￣ (_＿_ﾉ〜
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| あくまで結果論なんですが、どうも酸化剤のタンクには
| かなりの量が残っていたらしい、
| と言う話です。
| もっとも、元バルブが開かないので
| 利用が出来なかったんですが。
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　　　ΛΛ
　　 (ﾟДﾟ,,)
　　φ　　 つ
√￣ (_＿_ﾉ〜
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燃料漏えいがわかった時点で、元バルブは
安全のために閉めちゃったんですよね。

1/5
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|　間違い指摘が相次いでしまったので、今回は講義というより
|　反省会です。
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　　　　　　　東京ギコ大懺悔室
　　　〜「ヨット」講義＆「はやぶさ」講義〜

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　　 　 |　教授、頭丸めたのか？
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　　　　　　　　　　|　ずっと前にも、頭丸めたこと無かったか？
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2/5
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|　まず、「横帆船は逆風でも進める」という点。
|　これは本当で、例えば江戸時代の弁才船は「間切り走り」という
|　航法で逆風帆走していたといいます。
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　　それでも風向きに対して進める角度は、60〜70度。
　　効率という面では、45度のヨットと比べ物になりません。

　　とは言え、いかにも「構造上できない」みたいな描き方をした
　　あのコマはまずかったですね。

　　ちなみに間切り走りの帆と風向きの関係はこちら。（とてもAAで描けない）
　　ttp://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00033/images/056_02.jpg
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　　 　 |　構造上できない、と効率が悪い、じゃ意味がまったく違うもんな。
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　　　　　　　　　　|　風待ちをしたとか、人が漕いだって言うのは、
　　　　　　　　　　|　もっと前の時代の話。
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3/5
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|　次に、「はやぶさの酸化剤は結構残っていた」という話。
|　あのコマは当時のJAXAのプレスリリースを基にしていますが、
|　その後の情報のフォローができてなかったのは、片手落ちだったと
|　言わざるをえません。
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　　プレスリリースによれば、指示上の残量はゼロ。
　　ただし、単にセンサーの故障という可能性があり、
　　酸化剤を噴射して姿勢制御…ということもありえた。（やらなかったけど）

　　なお、「はやぶさ」本体再突入時の爆発は、残っていたキセノンガスと
　　酸化剤と考えられている。

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　　 　 |　「指示上は」って書いときゃよかったんじゃない？
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　　　　　　　　　　|　何を今さら…
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4/5
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|　さて、スレ容量が足りないという問題ですが、
|　私（の中の人）からのスレ立て依頼は、あえてしないでおこうと思います。
|　ほとんど一人で講義している今の状況は、ぶっちゃけどうなのよ？
|　…とも思いますし。
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　　「はやぶさ」講義・第7回はほとんど完成してますけどね

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　　 |　｀つ　　∇ 　 　 　 　 (,,ﾟДﾟ)　　　　　(ДT,,)
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　　 　 |　新スレ立たなかったら、俺たち自動的に卒業？
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　　　　　　　　　　|　いや、どっちかって言うと廃校…
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5/5
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|　ま、あとは成り行き任せってことで。
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　　新スレよりコロッケが欲しい

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　　 |　｀つ　　∇ 　 　 　 　 (ﾟДﾟ#)　　　　　(ﾟДﾟ#)
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　　 　 |　　逝　　っ　　て　　よ　　し　　！！
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すばらしい講義なので文化的に残すべき

次スレ立ててみます。

次スレ
ギコ教授のなんでも講義71時限目
http://kamome.2ch.net/test/read.cgi/mona/1283092191/