革新的衛星技術実証2号機 実証テーマ

衛星の形状変化により高速かつ効率的な姿勢変更を実現する

東京工業大学

工学院 機械系 松永 三郎 教授

太陽電池パネルなど衛星構造の形状の一部分を変化させることで姿勢を変える可変形状機能の実証を行う東京工業大学の超小型衛星「ひばり」。これまで例のない技術であり、今後新たな利用につながることが期待される。形状変化する宇宙機の出発点ともなる今回の実証について、松永三郎教授にお話を伺った。

- 先生の研究内容についてお聞かせください。

世界の宇宙工学に革新を促す宇宙システム工学の研究をしています。中でも超小型の宇宙機に関連する研究開発に注力しています。

最近は、衛星の姿勢制御に「可変形状」という機能を取り入れ、実際に地球周回軌道上に打ち上げることで、その利点や欠点を解明し、いかに信頼性の高い統合技術を作りあげるか、理論と実践の両方から追及しています。

- 今回、革新的衛星技術実証2号機に応募されたテーマの概要と今回の実証を通じて期待する成果を教えてください。

私たちが開発しているのは可変形状姿勢制御実証衛星「ひばり」です。可変形状姿勢制御の有効性を理論的に示していますが、その技術を超小型衛星で宇宙空間にて実証することを目的としています。

可変形状姿勢制御とは、太陽電池パドルなどの衛星構造の形状の一部分を変化させ、その反動によって姿勢を変更するという技術であり、これが宇宙システムとして実証確立されれば、衛星のセンサをある方向に素早く向けたいときなど、効率的に姿勢を制御することが可能になります。また、従来の姿勢制御アクチュエータを併用することでさらに高精度な姿勢指向制御なども可能になります。

形を変えることで物体が動く、ということは非常に汎用的です。

可変形状姿勢制御が可能になれば、衛星だけでなく将来の宇宙機などすべての移動体に対して可変形状機能を利用した新たな機能を付加する、あるいは性能を向上させるということが当たり前になってくるでしょう。

形状を変えて動くものは生物そのもの。私は可変形状技術で「宇宙生物」のような宇宙機を作っていきたいと考えています。今回の実証はそれに繋がっていくはずです。

また、「ひばり」では、サブミッションも予定されており、そのひとつに搭載した複数の小さなカメラで地球の陸地の形などを観測し、衛星の姿勢がどちらの方向を向いているのかを判断する、というミッションがあります。

東京工業大学が開発し、革新的衛星技術実証1号機に搭載された地球センサ・スタートラッカー「DLAS」は、AIを使って雲間から見える陸地、海、地球の輪郭(地平線)をリアルタイムで観測・識別し、オンボード・コンピュータにあらかじめ保持しておいた世界地図の情報と比較することで、現在の衛星の姿勢を推定することを世界で初めて実証しました。

「ひばり」ではその精度をさらに上げ、雲が多く陸地が観測しにくいときでも、雲を順次観測することで衛星がどちらを向いているのかを判断する実証を行います。

さらに理学ミッションとして、電磁波天文学においてはほとんど未開拓の波長域である紫外線を観測する計画があります。本衛星ではそのパスファインダーとして小型の紫外線カメラを搭載し、紫外線帯域におけるバックグラウンド計測や、オーロラの観測等を予定しています。

- 革新的衛星技術実証プログラムへの応募動機を教えてください。

「ひばり」の開発時期と打上げ時期がマッチしていたということが大きな理由のひとつです。また我々の提案を適切に審査し意義のあるミッションと認めていただいて衛星の打ち上げをしていただけるという点が非常に魅力的でした。

宇宙工学研究者にとって重要なのは、目的を遂行するために自分たちで作ったものを宇宙の現場で動作させ、何が起きるのかをしっかりと見ることです。

開発に携わっている学生にとっても非常に刺激的で、この機会がなければ衛星を作ろうというモチベーションは今ほど上がらなかったでしょう。

- ほかの実証機会と比較して、「革新的衛星技術実証プログラム」を選ばれた理由がありましたら教えてください。

革新プログラムが外国での打上げの機会と比較して良いところは、第一に日本語でコミュニケーションできるところです。

国際化の時代と言われていますが、単なる知識の伝達ではなく、少しでも不安な点や懸念があったらただちに表明できることが重要です。そのためにはもっとも得意な言語で表現できる必要があります。

それに加え、日本独特の配慮の行き届いた丁寧な対応も重要な点です。

さらに、日本のロケットによる打上げでは、国外に輸出するための安全保障輸出管理に係る書類作業等を行わなくてもよいことは大きな利点です。

- 開発において苦労した点、克服するための工夫などあれば教えてください。

「ひばり」は、購入できるものについては民生品を多く取り入れています。個々の製品で実績があっても、組み上げた状態でうまく動くかは試験をしてみないとわからないところがありますが、購入できないものはすべて我々が設計して開発しており、そこがすごく大変なところです。その反面、自分たちで修正や改良ができるので、時間がかかるように思えてもすぐに解決できるという利点もあります。

このようなやり方ができるのも、研究室の学生たちの持続的な集中力と開発への意欲によるものです。学生には、自分たちが今何をしているのかを把握し、次に何をするのかを自分たちの判断で最終決定してもらうようにしています。

「うまくいかない」ということをあたりまえに話せるような環境を作り、すぐさま共有し、どう解決していくかをみんなで考えていくのが、成功するためにもっとも大事なことです。

- これまで、同プログラムに参加する中で、JAXAのサポートはいかがだったでしょうか。ご感想、ご要望等お聞かせください。

何かトラブルがあった際にも、意思の疎通がしやすく、丁寧で手厚いサポートをいただいています。仮に誤解等があったとしても最終的に議論や事情説明することでおたがいに理解し合えるような信頼感を持てるように心がけていただいているので、安心感を持って進めることができています。

- 革新的衛星技術実証2号機での実証後の展望についてお聞かせください。

現在、再構成可変形状宇宙機、いわゆるトランスフォーマーのような形状変化する宇宙機を開発しようと考えています。

「ひばり」の技術はその出発点になり、将来の可変形状宇宙機に繋げていきたいと思います。可変形状機能を使うことで、姿勢と軌道の両方を同時に高度に制御できる可能性を秘めています。

具体的には、ソーラーセイル(宇宙空間で超薄膜の帆を広げ、太陽光の圧力を受けて進む宇宙船)への利用です。ソーラーセイルは大きな膜を展開させ太陽からの光の圧力を利用して加速・減速ができますが、可変形状技術を利用することで姿勢と軌道を同時に精密に制御できる可能性があります。

もう一つの応用として、この技術により多数の衛星による編隊飛行である「フォーメーションフライング」においても、位置や姿勢を精密に制御することで、単一の宇宙機では実現が困難な天体観測等を行うことが可能になります。これらを実証するような衛星、宇宙機を世界に先駆けて開発したいと考えています。

また、「ひばり」のバス技術は、革新的衛星技術実証3号機に搭載される「マルチスペクトルカメラを搭載した陸・海観測超小型衛星計画」である超小型衛星「うみつばめ」に活かされます。大学と民間企業の協力によってこの衛星の運用・データ利用サービスが行われ、水産養殖業分野や農業分野などの宇宙ビジネスにつながる宇宙システムの実証が行われます。

さらに、「ひばり」のバス機器の多くは、キューブサットに搭載できるようなサイズで構成していますので、今後の多様なキューブサットに適用可能です。

- 最後にJAXAのホームページ等をご覧になっている方へのメッセージがあればお願いいたします。

今回宇宙実証しようとしている可変形状姿勢制御は非常にリスクが大きい挑戦的な技術ですが、成功すれば大きな効果を生み出すと信じて、失敗を恐れずに挑戦したいと思っています。今後とも皆様のご支援とご協力をお願いします。

» 可変形状姿勢制御実証衛星 ひばり

Interview 1 1号機に関わる人々