�����試験���ー��� 5.2. 九州工業大学

5.2.

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九州工業大学

宇宙環境技術ラボラトリー教授 趙 孟佑 氏

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九州工業大学超小型衛星試験センターの紹介

趙孟佑 九州工業大学

宇宙環境技術ラボラトリー

2010年11月12日 第８回試験技術ワークショップ

九州工業大学

宇宙環境技術ラボラトリーの概要

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宇宙環境技術ラボラトリー

Laboratory of Spacecraft Environment INteraction Engineering (LaSEINE)

• 2004年12月

– 国立大学独法化に伴う学内重点プロジェクトとして設置

• 宇宙環境技術研究センター

• 2010年7月7日

– 宇宙環境技術ラボラトリーに名称変更

• 超��衛星試験センター

• 衛星帯電・材料試験センター

• 超高速衝突試験センター

• 2010年8月現在の研究スタッフ – 教授x2,准教授x1,助教x2,研究員x3 – 大学院生（博士・修士）約30人

• 九工大戸畑地区に1,200m²を超える実験室面積

• 年間研究予算 約１億円

• 年間見学者 約500人

Mission

大容量通信 惑星探査

http://tcc.nifty.com/cs/catalog/tcc_schedule/cata log_080901192852_1.htm

宇宙旅行

月面基地

©JAXA

エネルギー利用

©JAXA

次世代の宇宙利用を達成するた めに必要な耐宇宙環境技術の研 究開発を行う。それらの活動を 通じて宇宙活動の発展に寄与し、

人類社会に貢献する。

©JAXA

©JAXA

©JAXA

宇宙科学

研究内容

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超高速衝突

材料劣化 帯電・放電

宇宙環境要因による材料の劣化

超小型衛星環境試験

世界の衛星帯電・放電試験設備

九工大の強み

GEO PEO LEO

KIT, Japan ONERA

France NASA Glenn

USA

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九工大の帯電放電試験実績

きく8号(2006) きずな(2008)

だいち(2006)

ひまわり7号(2006) はやぶさ(2003)

きらり(2005) みどり2(2003)

原因究明作業 GOSAT(2008)

GCOM(2010) ©ISRO http://www.ssloral.com/html/satexp/telstar.html

http://www.spacechina.com/cpyjs_wx yhtq_Details.shtml?recno=48130

インド アメリカ 中国

世界中の衛星の試験を実施

INSAT

ASTRO-G(2012)

衛星搭載太陽電池アレイの帯電・放電試験法の

ISO

日・欧・米の3カ国・11機関・13人による国際共同研究を主導

2010年5月

ISO-11221「衛星搭載太陽電池パネルの帯電放電試験方法」の成立

2006年11月の北九州国際ワークショップでのデモ実験・見学会

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なぜ超小型衛星か？

UK-DMC 60x60x60cm³

100kg

きく8号 2.5x2.5x8m²

40x40x20m³ 2800kg いぶき

2x2x4m³ 3x12x4m³

1750kg ASNARO

1x1x3m³ 3x3x3m³ 450kg XI-IV

10x10x10cm³ 1kg PCBSat

10x10x2cm³ 200g

まいど1号 50x50x50cm³

50kg

中型 大型 超小型 小型

衛星サイズ

Large Medium

Small Mini

Nano Pico

Femto

300億円 100億円

10億円 1億円

0.1億円

衛星価格

http://www.space.t.u-tokyo.ac.ｊｐ http://space.skyrocket.de

http://www2.theiet.org http://www.sorae.jp http://www.usef.or.jp/

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4000人の減少

衰退の一途

欧米に遅れ 未成熟

健闘

日本の宇宙のすそ野の現状

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希望と現実のミスマッチ

• 最近、大学では宇宙工学関連学科が乱立

– 受験生の人気が高い – 受験生に人気の高い分野

• ロボット、自動車、宇宙、エネルギー

• 格好いいもの

• 「モノづくり」のキーワード

• 学生の不満

– 宇宙関連産業の求人は減る一方 – 「名ばかり」宇宙工学科が多い

• 「本当の宇宙」にふれられない

• 「宇宙」に携わりたい人は多いのに、社会が応え切れていない

なぜ日本の宇宙は衰退しているのか？

• 値段が高すぎる

• 時間がかかりすぎる

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宇宙を高くする負のフィードバック

信頼度をあげよう

宇宙用の部品を使おう しっかり検証しよう

もっと試験 もっと文書 もっとレビュー

コストアッ�

失敗が許されない 何回も打上げられない

多機能にしよう システムが大型化・複雑化

小型 vs 大型

大型衛星 小型衛星

多機能 ○ ×

高機能 ○ ○

部品 宇宙部品 地上民生部品

信頼度 ○ △

システム開発 大人数 少人数

検証 念入り 簡潔

開発期間 × ◎

コスト × ◎

多数の衛星で補う

軌道上スペアか代替機の 迅速な打上げで補う

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小型・超小型衛星は挽回の切り札 ?

• 日本の製造業は宇宙をやりたがらない

– 儲からない割にうるさいことを色々と言われる – 撤退が相次ぐ

• でも宇宙をやりたいと思う人は多い

– 面白いから

– 宣伝になる⇒若者（人材）が集まる – 技術水準が上がる

• 小型・超小型衛星は宇宙をやったことのない企業 が宇宙参入を果たすのに格好の入り口

北海道工業大学 北海道大学

九州大学 九州工業大学

東北大学 秋田大学

筑波大学

東海大学 慶應義塾大学 山口大学

安田女子大学 津山工業高等専門学校

兵庫県立大学 京都大学

東京大学 日本大学 東京工業大学 創価大学 青山学院大学 首都大学東京 都立航空高専 武蔵工業大学

• UNISEC(大学宇宙工学コンソーシアム）を中心として、幅広

いネットワークが形成

– 34大学・高専から44研究室が参加

– 少なくとも22大学・高専が小型衛星を開発 – 多くの場合、地元中小企業が支援

• 大学を核とした地域中小企業による宇宙開発ネットワーク – 北海道、浜松、大阪、福岡、鹿児島

超小型衛星開発マップ

©JAXA

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日本の超小型衛星研究開発の現状

• 超小型衛星の産業としての発展は今が正念場

– 技術の信頼性をあげるための宇宙環境試験が必須

打ち上げる ことが目的

超小型衛星技術の 確立に向けた模索

商業利用 (単基運用)

商業利用 衛星群運用

大学等が 教育利用 教育研究 目的で参入

地域企業連合体 による宇宙参入目的

超小型衛星利用に よるビジネス展開 を目論む企業 超小型衛星システム開発を

行なうベンチャー企業

超小型衛星用機器を 開発製造する

中小企業

2002 2005 2009 2010 2012 2015

現在

東京大学

東京工業大学 千葉工業大学

北海道工業大学

SOHLA ソラン

航空高専 気象予測

極地航路探索

100基超の衛星群 による定点観測 超小型衛星用13GHz無線機

超小型衛星試験センター

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超小型衛星の拡大加速に向けた課題

• 超小型衛星の利点

– 低コスト

– 機動性（短納期）

• 簡単なマネージメント

• 簡単なシステム

• 多様な打ち上げ機会

• 問題点

– これらの利点を生かしたままで、信頼性を維持するには? – 「安かろう悪かろう」では駄目

低コスト・短納期と高信頼度のバランスをとった 超小型衛星にとって最適な検証手法が必要

小型衛星は第二の``Faster Better Cheaper’’か？

Faster Better Cheaper路線 従来手法による開発

(Flagship路線)

成功率%

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超小型衛星も信頼性は大事

• 超小型衛星は第２の``Faster, Better and Cheaper’’(FBC)か？

– スペースシャトルコロンビアの事故を最後にFBCは放棄

• 失敗の原因

– 開発チームの人員を絞り込みすぎた – 非常に不十分な検証

• システムとサブシステムの検証はサブコントラクタに任された

• 上(システム）から下（部品）に至るまで、全体の検証システム を見渡すことができなかった

• 超小型衛星開発の特徴 – 少人数による開発 – 非宇宙部品の使用 – 非宇宙企業への製作発注

• 異なったシステム工学の文化

• 効果的な検証方法が必要

超小型衛星の中身

宇宙用の部品ではない

九州工業大学100周年衛星「鳳龍」

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試験へのニーズ

• 小型衛星開発者

– しばしば「宇宙」への新規参入者

• 大学や地域による衛星開発 – 不十分な試験インフラ

– 宇宙機関の施設を利用するために個人的コネに頼る

• 利点

–安い（現状。将来的には不明）

• 欠点

–施設が中型・大型衛星用に作られている –国家プロジェクト優先

–誰もがコネをもつわけではない

宇宙機関のものを使えば ?

http://stage.tksc.jaxa.jp/aerospacebiz/facility/facility/tsukuba/images/13m_space_chamber_large.jpghttp://stage.tksc.jaxa.jp/aerospacebiz/facility/facility/tsukuba/images/vibration_large

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サブコントラクタ サブコントラクタ

システム開発者

試験相談 発注

B社

（近畿） C試験所

（九州）

A大 (関東）

D社

（東海）

E大

試験依頼・ （東北）

試験立ち合い

試験結果

試験結果 コンポーネント 試験依頼

煩雑な事務処理 人的資源のひっ迫 試験結果の散逸

現状

北海道工業試験場 植松電機

筑波宇宙センター

東京大学 東京理科大

相模原試験場 東大阪

ニッシン株式会社

愛知工大 九大

九工大 マイクロラボ

種子島 09 7/27~7/31 09 8/9~8/14 09 11/27~12/2 09 12/21

09 8/29~8/31 10 3/2~3/3

09 7/18~7/22 09 8/3~8/8 09 9/12~9/14 09 9/28~10/2 09 11/19 09 12/25~2/17 10 3/8~4/14 09 9/14~9/18

09 10/5~10/9 09 10/26~10/27

09 12/7~12/11 09 12/24 10 2/18~2/20 10 3/19 10 4/15~4/16

10 4/26~5/18

全国行脚

UNITEC-1 (2010.5.21打ち上げ）

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超小型衛星試験センターの提案

• 超小型衛星の環境試験に特化したセンター

• 環境試験を完全にアウトソーシングしてしまう

– 上（システム）から下(部品）に至るまで統一的な検証 手法を保証

– 試験結果のトレーサビリティ

– システム開発者と試験機関とのチャンネルの一本化

• 管理運営コストの低減 – 全ての試験を一箇所で

• 出張時間と経費の軽減

– システム開発と環境試験の分離

– 試験インフラを持たない衛星開発ベンチャーが可能

�小企業・大学の������を��し�

���て��に試�る��を提�

サブコントラクタ サブコントラクタ

システム開発者

試験引き受け企業 環境試験相談

試験依頼

環境試験相談・

コンポーネント試験依頼

試験結果

共同研究 試験立ち合い

発注

試験センターができると

…

超小型衛星試験センター

50cm・50kgより小さな衛星について放射線を除く全 ての試験を実施可能にする

電波試験

振動試験

衝撃試験

熱光学測定 熱真空試験

〜2kHz、 Ｍax16G

‐150^oC~+150^oC, 1日15回

‐150^oC~+150^oC, 1x10^‐5Torr 以下

©JAXA

熱真空衝撃試験 熱サイクル試験

アウトガス測定

©JAXA

Ｍax4000G ASTM E-595

液体窒素タンク

• ランニングコスト低減のため、5トンの液体窒素タンク を屋外に設置

熱真空試験装置

• チャンバー 内径1.7m、長さ1.7m

• 液体窒素シュラウド 内径1.5m、長さ1.5m

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熱サイクル試験装置

• Despatch LAC2-12

熱真空衝撃試験装置

• 直径0.3mx奥行き1.0m

• 液体窒素シュラウドと赤外線ヒーターによる加熱

• -200^oC~+500^oC

• 搬送機構＋ゲートバルブ付き ³⁵

振動試験装置

• 加振力:35kN（正弦波）、28kN(ランダム）

• 66kg（治具含む）に15.5Grmsを120%で印加可能

写真はデモ実験機

電波試験装置

• 電波吸収体内寸：6.0mx5.2mx5.0m

• シールド性能：100dB(5GHz) ₃₇

アウトガス試験装置

• ASTM-E-595準拠

熱光学特性

• αとεの測定

• Varian 660-IR

• Varian Cary-5000

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簡易クリーンルーム

• FM品の試験、保管を可能に

コントロールルーム

• 試験の遠隔モニタ・操作を可能

• 快適な環境をユーザーに提供 41

圧力・リーク・衝突試験装置

Coming soon

場所

• 北九州市戸畑区

• 新幹線小倉駅から車で15分

• 北九州空港から車で35分

ゲストハウス

（1泊1600円）

タクシー 1500円

新幹線 ココ

九州工業大学超小型衛星試験センター

開所式

2011 年 1 月 18 日 ( 火 ) 午後 2 時半

記念講演と施設見学

利用方法 ( 九工大）

• 下記まで連絡ください

– 九州工業大学超小型衛星試験センター – Tel 093-884-3292 河野（かわの）

– [email protected]

– URL http://cent.ele.kyutech.ac.jp/

または

– MUSCATスペースエンジニアリング株式会社

– 093-883-5767

– [email protected]

質���

質問者①

素晴らしいご講演ありがとうございます。大変システマティックに準備をしてらっしゃ るという印象ですが、導入する設備の種類はどのように判断したのでしょうか。

発表者

基本的には要求される項目を網羅できるようにしましたが、放射線試験についてはやめ ました。また、質量特性も投資するお金に対して試験は最終確認のみですので、宇宙研で 行えばいいと判断して導入していません。

それ以外については揃っていると思います。衝撃試験設備についてはMUSCATスペース エンジニアリングと共同開発するつもりです。不足がある場合は、ご提案いただけるとあ りがたいです。

質問者②

小型衛星試験に対する標準文書等のルール作りやその体制について、お考えをお聞かせ ください。また、JAXA やJAXA 環境試験技術センターに求めることはありますでしょう か。

発表者

大学としてどう研究していくかですが、ユーザーが3種類あってそれによって違います。

1つ目はJAXA で相乗りを考えている大学衛星で、これはJAXAの要求に基づいて現状通 りに試験を行うしかないです。2つ目は「ほどよし信頼性工学」プロジェクトによる衛星で、

これは JAXA の信頼性プログラムに準拠する必要はありません。そこである程度、実験的 なことをやります。最初は厳しめな試験を行い、試験コストと打ち上げ後の成果について 判断していきたいと思っています。3つ目は企業さんの衛星で、これは厳しめの試験をする しかないと思っています。そういった中で、試験と成果の関係をデータベース化して、結 論を導いていくことになると思います。例えば10機やってみたところで整理をして、経験 値を蓄積していくということになると思います。理論的に出るものではありませんので、

打ち上げてみてどうかということを見ていかなければならないと思います。

JAXAに対する要望ですが、今整備されている標準やハンドブックの内容がどこから出て いるのか、その基準について議論をしていただきたいと思っています。本当に小型衛星に 必要かどうかというところをオープンに話し合いたいと思っています。その中で、必要で あれば、ダミー衛星を用いた試験を研究として、是非、行いたいと考えています。

熱試験について、設備も多数お持ちとのことですが、それらの精度保証についてはどの ようになっているかお聞かせください。

発表者

精度についてはユーザーさんと考えながら行っていくので、今のところは精度保証とい うところまではいっていません。装置の熱モデルについては今後構築していくことになり ます。衛星を数基試験すれば整備状況もだいぶ改善していくと思います。

質問者④

衛星のサイズによって楽になる試験項目というのはあるでしょうか。例えば、熱は衛星 の大小には関係ない気がします。帯電放電は大きい衛星は高い電圧を持つので危険ですが 小さい衛星ではそうでもない気がします。小型衛星で楽になる試験項目とはどのようなも のでしょうか。

発表者

個人的には質量特性はそこまで重要でないと考えています。相乗りする際に、大型衛星 に比べて50kg級衛星の重心精度というのはそこまで重要ではない可能性が高いです。熱試 験はサイズには関係ないという認識です。また機械環境も楽になると思います。帯電放電 はおっしゃる通り楽になると思いますが、電磁適合性については素人が作りますので、か なり厳しいという認識です。DC-DCコンバータなど市販の部品を多用することになるので 大変です。

質問者⑤

九工大さんの設備の使用料はどの程度でしょうか。ちなみに JAXA の場合の金額はポス ターセッションに展示してありまして、かなり高額です。

発表者

JAXAさんの額については後ほど見てみたいです。3年半は「ほどよし」プロジェクトの 支援を受けているので、大学関係者については液体窒素代や治具代といった、実費のみで 使用していただく予定です。企業さんについてもミニマムな料金で行いたいと思います。