PRELUDE
Precursory electric field observation
CubeSat Demonstrator

NPO法人大学宇宙工学コンソーシアム 山﨑政彦

「地震先行電離圏変動現象検知のための CubeSat のフラ イト・モデル製作に向けて：衛星バス・サブシステムの 打ち上げ環境および宇宙環境適応試験」
１．衛星概要と設計の変更点
２．衛星のエンジニアリングモデル構体と試験準備
３．太陽電池セルのITO加工と発電試験
４．統合試験：ミッション部・バス部
５．スケジュール・資金計画

PRELUDEの検知目標とする先行現象する先行現象【メインミッション】：電離圏(D領域)におけるVLF波帯電磁波強度の観測【バイプロダクトミッション】：電離圏(F領域)における全電子数(TEC)の観測【観測原理】：D領域の変動を導出できる近隣雷の自然電波及び航行用電波を衛星が受信することで，地震に先行したVLF帯電磁波電場強度減少の検知から，地震準備過程起因とみられるD領域電子密度上昇を調べる．

6Uサイズ（約30cm x 20cm x 10cm）2電場・プラズマハイブリット観測用3Uサイズのペイロード開発
電場センサは磁場センサに比べ，電磁波計測に対し高感度であり，静電場の計測もできるので，数多くの衛星に搭載されているが，CubeSatへの搭載事例は今までになかった．そこで，電場センサとプラズマセンサをハイブリット化し，3Uサイズ化した．
3U化により，超小型衛星の搭載可能性を高め，地球電磁気観測の敷居を下げる．
4つ折り多段(Zホールド)伸展ブームを2つ導入し，先端にそれぞれセンサを取り付ける．
背景電場の検知が可能となるようなセンサ間を確保するために，双方向に1.5mずつ伸展する．（CFRPの巻取り式から，多段式展開ブームへ変更）

3U size

電場・プラズマセンサ
ハーネス

伸展バネ
伸展前

外部

内部

伸展後

ペイロード全体イメージと評価モデル

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6U キューブサット PRELUDE (超小型人工衛星)
DEMETERの観測結果から報告された，VLF帯の電磁波強度の変動現象の観測に特化したW6Uサイズ(100mm x 226.3mm x 366.0mm)のCubeSat．

変動現象の観測及び現象解明を低コストかつ短期間で実現する.
将来的に複数機でのコンステレーションによる常時広域観測ネットの構築を視野に入れている．

1. ブームを双方に1.5mずつ伸展
2. ブームの先端にハイブリッドセンサ
Electric Field and PlasmaHybrid Sensor ProbeS-band Patch
Antenna226.3mm100.0mm
Y366.0mm
Deployment
Solar PanelZ

X

3U部開口
シールド処理（ハーネス，コーティング，ITO）

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衛星のエンジニアリングモデル構体と試験準備
構造CADから製造，ロケット打ち上げ時の振動環境試験準備
ハーネスの経路、締結箇所、その他部材との干渉の確認

CAD作成

モックアップにて設計確認

衛星構造の表面処理

構体組み立て確認

熱や劣化防止の導電性の観点より表面処理
アロジン処理振動試験用の構造確認モデルの製造

黒色導電性アルマイト

設計確認を行うために組み立て試験を実施

リアクションホイール BOX
組立確認

主構造と内部搭載機器の組立確認
ブームユニット-X外面パネル
メインフレーム

硬質アルマイト

RW_L+Z外面パネル

5衛星のエンジニアリングモデル構体と試験準備
振動試験治具振動試験にて衛星放出機構を模擬する試験治具を開発，製造を行った．

振動試験機インターフェース治具

試筐体と振動試験治具外観図

チャタリング検知基板

振動試験時の衛星電源のON/OFFを検知する
チャタリング検知用の基板を作成．
非押下時(異常時)押下時(正常時)

試筐体保持治具

ハーネス経路確認
リアクションホイールとBUS基板ユニットとのハーネ
ス経路の確認RW ユニット

リアクションホ
イールハーネス

BUS基板ユニット

基板設計・開発
素子選定

検証基板作成システムに必要な素子を選定・購入

素子の周辺回路の単体検証

LTC3119

TQ2SA-L2-5V

エンジニアリング基板製作

単体検証結果を元に設計開発中の基板

回路図

基板図

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太陽電池セルの発電試験
発電試験

テスター

太陽電池セルの発電性能を計測．
発電の最大電力点を追従する制御が行えているかを確認
太陽セル(CTJ-30SCA)

ハロゲンライト

制御IC

ITO加工（透明導電性膜加工）
太陽電池セルが電場・プラズマセンサに電気的影響を及ぼさないように表面加工を実施．
加工後の太陽電池表面が同電位であることを確認．

加工イメージ
ITO加工後の太陽電池

8統合試験：バス開発
電気統合試験

PEM基板を使用した電気統合試験を実施
姿勢系
リアクションホイール

電気統合外観ヒンジの性能確認を
衛星バス外観

通信系
CDH系
&GNSS
電源系

統合用コード

実行結果

GNSS受信機動作検証

GNSS衛星からデータをを取得できることを確認
GNSDS ユニット

CDH MPU

GNSSレシーバ
GNSSレシーバとアンテナユニットの外観

取得データ

PC
野外実験時の様子

緯度・経度・高度を取得確認

統合試験：バス開発
通信機動作検証

通信機-マイクロコンピュータ間の通信を確認．通信機にコマンドを送信し，正常な返答がきていることを確認．
RS-422
変換素子

通信機(Xlink-S)

SPI_MOSI

OBC

ヒンジの性能確認を

現在，地上局-衛星間通信を模擬するために，モデム-通信機間でのデータ送受信の検証を行なっている．

統合試験：バス開発
HRM（保持開放機構）展開試験
HRM、ヒンジの性能確認を行うために実機を用いて行う
テグス

EPS基板ヒンジ

バッテリ
バッテリ基板

放出検知スイッチ

張力管理ボルトニクロム線締結ボルト(いもねじ)
太陽電池パネル保持開放機構（HRM）

展開パネル

HRM
溶断機構

５V DCDC

構体モック
大気下でのパネル保持・展開試験の様子

真空環境下における温度評価
熱解析結果との比較しコンポーネント（DCDCコンバータ）仕様決定
バッテリ
バッテリ基板

真空槽外観

温度センサ基板

真空槽内の機器配置とコンポーネント用熱電対

熱電対

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スケジュールと資金計画
ご支援いただいておりました研究提案内容のキューブサットが、宇宙航空研究開発機
構（JAXA）様の革新的衛星技術実証プログラム４号機に選定．
革新的衛星技術実証４号機 実証テーマ
https://www.kenkai.jaxa.jp/research/innovative/theme04.html
宇宙基本計画上の「産業・科学技術基盤を始めとする宇宙活動を支える総合的な基盤の強化」の一環として、大学や研究機関、民間企業等が開発した部品や機器、超小型衛星、キューブサットに宇宙実証の機会を提供するプログラム
打ち上げ機の決定に伴う軌道が変更のため，従来の設計からの変更箇所を洗い出し設計に反映させた．来年度の衛星引き渡し向けスケジュールを調整．5月26日に設計レビュー会（PDR）を実施．
WNI国内助成，東大地震研究所，学内の運営交付金および日本大学の理工学研究所プロジェクト研究費のご支援により，衛星搭載機器の開発を実施．

STM
振動
EM
振動

FM
振動

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