宇宙航空研究開発機構特別資料
JAXA Special Publication
環境試験技術報告
第8回試験技術ワークショップ開催報告
Proceedings of the Eighth Workshop on Environmental Testing
2011年2月
February 2011
宇宙航空研究開発機構
Japan Aerospace Exploration Agency
目 次
1. 開催概要 ...1
2. 開催目的 ...1
3. 講演プログラム及び概要 ...1
4. キャッチコピー及び宣伝ポスター ...1
5. 講演内容 ...7
5.1. 開会挨拶 ...7
5.2. 九州工業大学超小型衛星試験センターの紹介 ...9
5.3. 光ファイバセンサによる大型CFRP構造体の成形モニタリング ...35
5.4. The Resonik method – A new way of measuring rigid body inertia properties（剛体特性の完全同時全自動高精度同定法システム） ...47
5.5. 全球降水観測/二周波降水レーダ（GPM/DPR）における試験検証 ...73
5.6. 長寿命化キセノンランプ及びソーラシミュレータ用光源のニーズ ...97
5.7. 衝撃試験時の加速度センサの挙動（零シフトの発生と計測衝撃レベル） ... 111
5.8. 衛星一般試験標準の改訂・維持計画について ...129
5.9. 閉会挨拶 ...155
6. ポスターセッション ...157
1.
開催概要開催日時：平成22年11月12日（金）13:05～17:45 場所：筑波宇宙センター 総合開発推進棟 大会議室(1F) 主催：宇宙航空研究開発機構 環境試験技術センター
2.
開催目的本ワークショップは、
y 環境試験技術に関する動向等を含む研究開発成果を報告する y 環境試験技術の問題点等に関する意見交換
を目的として開催するものである。
3.
講演プログラム及び概要講演プログラム及び概要を表1に示す。
また、ポスターセッションの発表内容及び概要を表2に示す。
4.
キャッチコピー及び宣伝ポスター今回よりキャッチコピーを設け、以下とした。
�環境試験���、�����。」
また、宣伝用に配布したポスターを図1に示す。
宇宙航空研究開発機構特別資料 JAXA-SP-10-008 2
環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告 3
表
1
（1/ 2
） 講演プログラム及び概要 予定時間題名及び概要講演者 13:05～13:10開会挨拶（宇宙航空研究開発機構理事本間正修） 13:10～13:40�九州工業大学超小型衛星試験センターの��」 50cm・50kg以下の超小型衛星について、一連の環境試験を実施可能な試験装置群を、2010年末を目処に九 州工業大学に整備中である。同試験センターの狙いと、新たに導入した超小型衛星用熱真空チャンバー等の 概要について述べる。
九州工業大学 宇宙環境技術ラボラトリー教授 趙孟佑氏 13:40～14:10
�����バセンサに�る大型CFRP構造体の成形モニタリング」 大型CFRP構造体は重量やコスト削減の観点から一体で熱成形することが望ましいが、残留歪み・応力に起 因するゆがみや強度低下の問題がある。このためCFRP成形中の熱歪み挙動をモニタリングすることが重要 である。本研究では、衛星用大型セントラルシリンダを一体熱成形するときの熱歪み挙動をFBGセンサで計 測した。この結果、製品の残留熱歪みはFEM解析値と良く一致しており、計測の妥当性が確認できた。
三菱電機株式会社 先端技術総合研究所 マテリアル技術部 関根一史氏 14:10～14:40休憩、ポスターセッション（後述） 14:40～15:10
䇸㪫㪿㪼㩷㪩㪼㫊㫆㫅㫀㫂㩷㫄㪼㫋㪿㫆㪻㩷㵨㩷㪘㩷㫅㪼㫎㩷㫎㪸㫐㩷㫆㪽㩷㫄㪼㪸㫊㫌㫉㫀㫅㪾㩷㫉㫀㪾㫀㪻㩷㪹㫆㪻㫐㩷㫀㫅㪼㫉㫋㫀㪸㩷㫇㫉㫆㫇㪼㫉㫋㫀㪼㫊䇹㩷 （�体特性の�全同時全�動��度同定法システム）」 This presentation introduces an inexpensive but highly accurate device for measurements of rigid body properties. The test object is placed onto a horizontal platform that is supported by elastic wires. Next, free oscillations are excited in a random fashion for the purpose of measuring the six natural frequencies of the rigid body modes. The device then modifies the suspension stiffness and repeats the measurement. Finally, the rigid body properties are derived from the sets of measured natural frequencies.
東京工業大学大学院 理工学研究科 機械宇宙システム専攻研究員 Robert J. Kloepper氏 15:10～15:40
�全球降水観測/二周波降水レーダ（GPM/DPR）にお�る試験��」 日米の共同ミッションである全球降水観測 (GPM) 計画のもとで開発を進めている二周波降水レーダ （DPR）について、その概要、試験計画、及び日米での試験要求の違いについて報告する。レーダー特有の 試験要求、コンポーネント試験中の不具合やその対処方法についても言及する。
宇宙航空研究開発機構 宇宙利用ミッション本部 GPM/DPRプロジェクトチーム 百束泰俊氏
環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告 4
表
1
（2/ 2
） 講演プログラム及び概要 予定時間題名及び概要講演者 :40～16:10「長寿命化キセノンランプ及びソーラシミュレータ用��の�ー�」 ウシオ電機製30kWキセノンランプは13mΦ、8mΦのスペースチャンバにソーラシミュレータ用として各 19灯使用されている。現在このランプの長寿命化を目的とした開発を行っており、この状況及び成果につい て説明する。また、各国ソーラシミュレータの市場規模及び開発トレンドについて紹介する。
ウシオ電機株式会社 第二事業部ライフ・サイエンス BUサイエンス技術部 美安勝置氏 :10～16:40休憩、ポスターセッション（後述） :40～17:10
「衝撃試験時の加速度センサの��（零シフトの発生と計�衝撃レベル）」 宇宙機の衝撃試験では、加速度時系列波形の平衡点が衝撃負荷後にシフトし零ではなくなる「ゼロシフト」 と呼ばれる現象が散見される。本報告では、機械環境試験において最も多く利用されているエンデブコ社製 の加速度センサ型式2222Cと、高衝撃加速度に対応した加速度センサ型式2225に関して過去の衝撃試験デ ータを整理し、ゼロシフトの発生傾向の違いについて調査した結果を報告する。
株式会社エイ･イー･エス 宇宙技術部 小野智行氏 :10～17:40
「衛星一般試験標準の改訂・維持計画について」 衛星一般試験標準はNASDA時代から12年間の間改訂されていない。標準とは、ある時点の技術・知識レベ ルで制定し使い続けるのではなく、継続的に技術・知見の進歩を踏まえて更新されるべきものである。平成 21年度までに、試験標準の技術的根拠を裏付ける試験ハンドブックが一通り制定され、平成22年度から有 識者による試験標準本体の改訂・維持を目指したWGが発足した。本発表では、この試験標準の改訂・維持 計画を紹介する。
宇宙航空研究開発機構 環境試験技術センター 内川英明氏 :40～17:45閉会挨拶（環境試験技術センター長西田隆） :50～19:50意見交換会（会費2000円、筑波宇宙センター厚生棟）
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環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告 5
番号題名及び概要 WS8-P01「熱真空試験における熱的不確定性マージンの評価」 熱真空試験で与える温度条件は、宇宙機の軌道上予測温度に熱的不確定性マージンを考慮して定められる。環境試験技術センターでは宇宙機の軌道上実測温度と 予測温度の比較に基づき熱的不確性マージンの評価を行ってきた。その評価方法と結果について紹介する。 WS8-P02「ジョイントアクセプタンスを用いた宇宙機パネル上搭載機器の簡易音響振動解析」 宇宙機パネル上ランダム振動環境条件の算出方法として、構造振動応答の予測が可能な，ジョイントアクセプタンスを用いた簡易音響振動解析の方法を紹介する。 また、本手法をJANETの低周波域における補完手法として，宇宙機パネルの拡散音場加振に適用した結果を示す。 WS8-P03「ソーラシミュレータの均一度向上検討」 8mΦスペースチャンバはソーラシミュレータを有しており、宇宙機に均一なソーラ光を照射することができる。ソーラシミュレータを構成する光学機器配置を変更するこ とで容易かつ安易にソーラシミュレータの均一度を向上することができた。その概要と結果について示す。 WS8-P04「熱真空検証装置の紹介」 ベーキング効果を検証するために整備した熱真空検証装置の機能・性能を紹介する。 WS8-P05「�波宇宙センター環境試験設備の利用について」 環境試験技術センターで保有している環境試験設備は、外部の方にも有償で利用いただける。宇宙/航空分野に関係している方や、学術研究、科学技術に関する研 究開発を行っている民間企業、大学、研究機関などの方の利用が可能である。ここでは、利用可能な環境試験設備の概要及び利用の手続きについて紹介する。 WS8-P06「30kWXeランプの長寿命化及び30kWXeランプ電源の開発状況」 JAXA環境試験技術センターでは、13mφスペースチェンバで使用されている30kWキセノンランプの長寿命化検討、及び高安定型30kWキセノンランプ電源の開発 を進めている。ここでは、本検討・開発の状況及び予定を紹介する。 WS8-P07「ロケット－衛星分離時におけるVバンドクランプ衝撃源��の衝撃レベル簡易計算法」 ロケット－衛星分離時に火工品によって生じる衝撃応答は高負荷・高周波振動であり、人工衛星の設計初期段階においてこれらの衝撃レベルを精度良く予測するこ とは重要である。環境試験技術センターでは、詳細な数値解析モデルを必要としない衝撃レベル簡易計算法を検討しており、その概要について紹介する。 WS8-P08「CLA効率化手法の検証」 米国JPL（Jet PropulsionLaboratory）が提案した効率的な部分構造合成法について、簡易モデルにて検証を行った結果を紹介する。本手法では、ロケット側よりロ ケットの①モードパラメータと②衛星非搭載時の搭載部加速度を得れば、衛星側が独自でCLA解析を行うことが可能となる。 WS8-P09「��手法「フォースリミット振動試験」の適用例」 環境試験技術センターでは振動試験時の過負荷防止法として「フォースリミット振動試験法」の実用化開発を行ってきた。安信部の試験標準WG審議によりJAXA公 認手法としてハンドブックが制定され、今後の衛星開発において本格運用を開始する。その概要と適用例を示す。
表
2
ポスターセッションの発表内容及び概要 （発表者：環境試験技術センター職員） にソーラシミュレータの均一度を向上することができた。その概要と結果について示す。図1 宣伝ポスター
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 7 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
5. ����
5.1. 開���
宇宙航空研究開発機構
本間 正修 理事
JAXA の本間です。環境試験技術センターを担当しております。本日は第 8 回のワーク ショップにご参加頂き、どうもありがとうございます。特にご講演していただく方々につ いてはJAXAの外部からお越しいただき、どうもありがとうございます。
このワークショップのタイトル「環境試験が導く、確かな未来。」というのは、私から見 ても非常にいいキャッチフレーズであると思っております。衛星をはじめ、ロケットにせ よ宇宙ステーションにせよ、宇宙に飛んで行くものは、その目的を達成することが、もち ろん至上命題でありますが、着実に動作してなおかつ設計寿命を全うして、社会貢献する ということがますます強く求められております。
一方で、新しい技術をどんどん取り込んでいくことも、我々、宇宙開発に携わっている 者たちにとっては非常に重要なことです。従いまして、宇宙機の設計方法や製作方法が宇 宙空間で確実に動作するかは永遠のテーマでもありますが、ますます重要性が高まってき ていると認識しております。
今日のご講演タイトルを見ても、そういう新しい時代への取組みが報告されるのではな いかと期待しております。本日、夕方まで、本ワークショップをよろしくお願いします。
ワークショップ会場
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 9 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
5.2. 九州工業大学
�����試験���ー���
九州工業大学
宇宙環境技術ラボラトリー教授
趙 孟佑 氏
1
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
2
九州工業大学
宇宙環境技術ラボラトリーの概要
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 11 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
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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
惑星探査
地球観測・災害監視
大容量通信
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
©NASA
©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
4
研究内容
5
超高速衝突
材料劣化 帯電・放電
宇宙環境試験システム
宇宙環境要因による材料の劣化
超小型衛星環境試験
6
世界の衛星帯電・放電試験設備
九工大の強み
•軌道(静止軌道・極軌道・低軌道）別に3つの装置を用意
•高度なデータ取得系
•若いスタッフ
•大学であることの優位性（圧倒的に低い人件費と豊富な学生）
GEO PEO LEO
KIT, Japan ONERA
France NASA Glenn
USA
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 13 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
7
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)
8
衛星搭載太陽電池アレイの帯電・放電試験法の ISO 標準化プロジェクト
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
9
なぜ超小型衛星か？
10
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/
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 15 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
11
4000
人の減少12
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
13
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14
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
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 17 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
15
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
16
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
17
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
18
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
鹿児島大学
日本文理大学 高知工科大学
大阪府立大学 大阪工業大学 和歌山大学
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 電気通信大学 東京電機大学 早稲田大学 工学院大学 東京理科大学 香川大学
• 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
H2Aロケット相乗り中の小型衛星群
©JAXA
環境試験技術報告 第 8 回試験技術ワークショップ開催報告 19 環境試験技術報告 第8回試験技術ワークショップ開催報告
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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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