【Pythonでみる科学ニュース】民間ロケット「カイロス」初号機失敗から学ぶ、モデルと現実の乖離

民間ロケット「カイロス」初号機失敗から学ぶ、モデルと現実の乖離

3月13日、民間ロケット「カイロス」初号機の打ち上げは、残念ながら失敗に終わりました。原因は現在調査中ですが、報道によると「推進力の予測に問題があった」可能性が指摘されています。このニュースは、宇宙開発の難しさを改めて感じさせるとともに、モデルと現実の間に存在するギャップについて、私たちに重要な示唆を与えてくれます。

ロケット開発は、膨大な計算とシミュレーションに基づいています。設計段階で、ロケットの構造、燃料の燃焼、空気抵抗など、あらゆる要素をモデル化し、飛行経路や到達高度を予測します。しかし、どんなに精密なモデルを作っても、現実世界はより複雑です。気温、風向き、燃料の微妙な組成の違いなど、予測しきれない要素が、ロケットの挙動に影響を与える可能性があります。

今回のカイロスの失敗は、まさに、モデルと現実の間に存在するギャップが表面化した事例と言えるでしょう。「推進力の予測に問題があった」ということは、シミュレーションで想定した推進力と、実際の推進力にずれが生じたことを意味します。このずれが、ロケットの軌道制御を狂わせ、最終的な失敗につながった可能性があります。

この教訓は、宇宙開発に限らず、様々な分野に応用できます。例えば、経済予測モデル、気象予測モデル、あるいは機械学習モデルなど、様々な分野でモデルが活用されていますが、モデルはあくまで現実の近似に過ぎません。モデルを過信せず、常に現実とのずれを意識し、モデルを改善していく姿勢が重要です。

今回のカイロスの失敗は、日本の宇宙開発にとって大きな痛手ではありますが、同時に、貴重な学びの機会でもあります。この経験を活かし、より信頼性の高いロケット開発につなげていくことが期待されます。

簡単なロケットシミュレーション（Python）

今回のニュースにちなんで、非常に単純化されたロケットのシミュレーションをPythonで記述してみました。あくまで概念を理解するためのもので、実際のロケットの挙動を正確に再現するものではありません。

import math

def calculate_trajectory(initial_velocity, launch_angle, gravity=9.8, time_step=0.1, duration=10):
    """Calculate the trajectory of a projectile."""
    angle_rad = math.radians(launch_angle)
    x_velocity = initial_velocity * math.cos(angle_rad)
    y_velocity = initial_velocity * math.sin(angle_rad)

    x_positions = []
    y_positions = []
    time = 0

    while time <= duration and y_velocity >= 0:
        x_position = x_velocity * time
        y_position = y_velocity * time - 0.5 * gravity * time**2
        x_positions.append(x_position)
        y_positions.append(y_position)
        time += time_step

    return x_positions, y_positions

def main():
    """Main function to run the simulation."""
    initial_velocity = 50  # m/s
    launch_angle = 45  # degrees
    x_positions, y_positions = calculate_trajectory(initial_velocity, launch_angle)

    print("Trajectory Simulation:")
    for i in range(len(x_positions)):
        print(f"Time: {i*0.1:.1f}s, X: {x_positions[i]:.2f}m, Y: {y_positions[i]:.2f}m")


if __name__ == "__main__":
    main()

このスクリプトは、初期速度と打ち上げ角度を与えると、重力の影響下での物体の軌道を計算します。実際には、空気抵抗や推進力など、様々な要素がロケットの軌道に影響を与えますが、ここでは単純化のために省略しています。

この簡単なシミュレーションでも、初期速度や打ち上げ角度をわずかに変更するだけで、軌道が大きく変わることがわかります。実際のロケット開発では、このような様々な要素を考慮し、精密なシミュレーションを行う必要があります。そして、そのシミュレーション結果と現実の挙動とのずれを最小限に抑える努力が、ロケット開発の成功につながるのです。