PFS の現状: 国際協力の観点から〜苦労話から今後役立ちそうなことが見えれば幸い〜

田村 直之
東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構
PFS プロジェクトマネージャー

光赤天連シンポジウム＠国立天文台三鷹、2017 年 7 月 24 日

The growing PFS collabora/on
Scien/sts & engineers in Japan & other 6 countries are coDec 2014, Taipei
working for instrument development & survey planning.
2016
Dec 2015, MarseilleDec 2016, Bal/more

2014

Another group is about to join!

2015

Nov 27 – Dec 1 2017
Kashiwa in Japan(Kavli IPMU)PFS is a perfect suite forPanoramas of the Evolving Cosmos
Hitoshi Murayama[Kavli IPMU director,PFS project PI]
Masahiro Takada[Kavli IPMU]

Richard Ellis[UCL/ESO]
Science working group co-chairs

Cosmology

Eiichiro Komatsu(MPA/IPMU)

Galaxy/AGN
evolu/on

Jenny Greene (Princeton)

Galac/cArchaeology

Masashi Chiba(Tohoku U.)

Structure for instrument development
PFS project oﬃce
(Kavli IPMU + NAOJ)
KamataShimonoIshizuka
Yabe

Moritani

Systems engineering

Prime focus, ﬁber
posi/oner system
Caltech- JPLASIAA(Taiwan)

Op/cal ﬁbersystem
Sao Paulo,
LNA(Brazil)

TamuraTakatoUeda
System integra/on & test

Management

Spectrograph & camera

Database

Pipeline, obs. planning
Johns
Princeton
Hopkins
Univ.
Univ (JHU)

LAM(France)Max
Planck(Germany)

NAOJ &JHU

Logis/cs for PFS system integra/onDewars & detectors

SpectrographsystemFiber positionersystem

Prime Focus
Instrument

Metrology
Camera System

Focal plane
fibersOn-telescope fiber
cable (“Cable B”)

Fiber slit••

Systems engineering is clearly the key.
Parts/components/subsystem will be validated at each site before their delivery
5to other places for higher-level integra/on & ﬁnally to Subaru.

offset [deg]

ファイバー光学性能測定・試作製作

061062
090
094
122
123
153
154
182
186
213
214
243
244
271
274
302
303
352
353
381
384
411
412
441
442
469
473
500
501
530
531
558
562
590
591
621
622
650

329.711327.551
329.085327.627329.591328.349
329.872331.425
328.255
328.270327.515328.561
330.767
328.014329.304
330.621327.258
326.997
330.169
330.286331.987
328.012327.594328.329328.728
329.326331.036
328.062328.181330.669
330.158
328.542330.254327.489328.477
327.457
330.263
326.012329.6140.006482
0.004629
0.006772
0.006041
0.004592
0.004433
0.005621
0.004781
0.007107
0.006284
0.004157
0.004721
0.004934
0.005257
0.007789
0.005611
0.0051710.004317
0.004503
0.004512
0.004526
0.005117
0.005019
0.005522
0.004714
0.004134
0.006855
0.005495
0.004213
0.005091
0.004560
0.006298
0.005257
0.005134
0.003691
0.005128
0.005282
0.005192
0.005531
0.00530.0010PFS 現状まとめ#fibreHorizontal dashed line:
green: sigFRD ~0.0084 (in 2016 [ref. 4])
blue: sigFRD ~ 0.053 (this time)• Technically:• Statics of 40 measured fibers
sigFRD = 0.0053 0.0010
sigTOT = 0.0085 0.0021• sigTOT and sigFRD are smaller than thosemeasured last year.
• Note: Cesar changed the algorithm for
FRD measurement (“sigma” in 2016 Mar.,and “sigTOT” now).

0.006482
0.008660
0.008490
0.013487
0.007056
0.006811
0.007046
0.005994
0.007107
0.011756
0.009279
0.008832
0.011014
0.011736
0.007789
0.007034
0.011543
0.009637
0.006919
0.008441
0.008468
0.011423
0.011204
0.010331
0.008818
0.006352
0.006855
0.005495
0.006472
0.005091
0.007006
0.009676
0.006590
0.007887
0.006906
0.006428
0.008116
0.011590
0.006933
0.00850.0021

コブラ全 2550 本調達完了– ハードウェア：製作、統合、試験が進むにつれ様々な問題に直面しつつも進捗を重ねている。
– ソフトウェア： ハードの進捗、観測計画立案のフェーズに合わせピッチを上げるよう努めている。
Average

0.0103 (ID 275)

0.00800.00860.0114 (ID 529)

[Ref.2]• Scien0ﬁcally:– すばる戦略枠観測提案に向け準備のピッチを上げている。
H4RG
5-6 月に観測計画現状をまとめレビューを行なった。8/7-10
検出器は全てに MPA で行われる会議で今後について詳しく議論する。
調達完了。
AMBIENT FIRST LIGHT;-)• Mutually:
1009590858075
70656055– 実際観測をどう進めていくか具体的なイメージを構築し共有できるようになるにはまだ時間がかかる。
5045403530252015
1050-5650

700

750

800

850

900

950

1,000

1,050

1,100

1,150

1,200

1,250

1,300

• ファイバー配置• データ品質管理・保証
デュワーの熱問題にも分光器スペクトル• 観測遂行、アーカイブサイエンス其々に必要なデータベースの開発
1009590858075

ダイクロイック
鏡調達も順調に進行中。

7065

1dot = 1 fiber

6055
50454035302520151050-5650

700

750

800

850

900

950

1,000

1,050

1,100

1,150

1,200

1,250

1,300

解決の目処が立ちそう。

画像解析進行中6

国際協力: PFS の前に FMOS
• 日本(京都、NAOJ, 東北)、イギリス(Oxford, RAL, Durham)、オーストラリア(AAO)の国際協力による。
• 日本が全体の統括と、PIR 機械系、分光器１台、Durham がファイバー、
Oxford+RAL が分光器もう１台、AAO が補正光学系とエキドナシステム。
• やり取りはほぼメール(MLは1つ2つ？)、時々文書、時々訪問(含長期滞在)。
• ポリコムはすでにあったが、スカイプはだいぶ後になってから。
•••

1999-2002: 京都大学にて大学院生をしながら FMOS 開発に携わる。
2002-5: イギリスダーラム大学へ異動し、ファイバーシステムの開発に携わる。
2005-12: ハワイ観測所へ異動し、コミッショニング及び運用安定化を担当。
–•

2011: PFS の仕事を始める。

2012: IPMU へ異動。

とにかく山頂でやらないといけない作業が多かった・・・。
••••••••

主焦点＋分光器２台で「１台」の装置！
「あとは山頂で！」的な、ノリ？
動作確認される前に山頂へ来ざるを得なくなったイギリスの分光器。
上位と下位がお互いを知らないまま作り込まれてしまったような制御系ソフト。
中途で開発が頓挫してしまった英・豪の解析パイプライン。
立ち上げ中次々に表面化する技術的課題:冷却、背景光、振動、などなど。
資料の発掘とまとめも作業をしながら。
スケジュールに追われつつ、立ち上げ、運用、安定化、メンテを並行して行うような状況。

前もってやっておけることがたくさんあったんではないか。
「先を見越しつつ全体を統括し開発を進める」ことの大切さ。

7

さて、PFS が始まりました。
(2014 年 12 月 PFS コラボ
レーション会議での村山さんのプレゼンから。)•••••

2009: Gemini WFMOS 中止。
2010: FIRST 承認。PFS サイ
エンス WS。
2011: SAC による PFS のendorsement。PFS コラボ
レーション、プロジェクトオ
フィス公式発足。
2012: 概念設計レビュー
2013: 基本設計レビュー

この時点で、con=ngency を含めると US$20M 不足していた。

早速、最後まで見通せてない。。。

8

PFS、かく始まりき。
• 海外のパートナーを集め、お金だけでなく装置開発のための人的リソース、exper/se も集めた。が・・・– 全体として US$20M の不足額。
– 装置開発の役割分担にそのまま発展していくが、• コンプリートではない or 過小評価が含まれている (e.g. ソフトウェア)。
• 技術的リスク(e.g. 複雑なインターフェース)や財政的リスク(e.g. コスト増)の面で最適化された形にはなってない。
• 担当部分にかかるコストと出資額が必ずしもコンシステントではない ! プロジェク
トにリスクがかかる仕組み。

「プロジェクトは軌道に乗ったし、私の役割は終わった。」と言って去ってしまった・・・。

••

資金調達、人材雇用。
Steering commioee 等との難しい折衝。
私のガス抜き。などなど・・・•「とりあえず始めたでしょ」疑惑。。。
•

大型(国際プロジェクト)の宿命？
• 始めるのも大変でしょうが、完了させるのも大変です！
– いかに、ゴールまでの道のりを見通した上で始められるか。
「コストダウンなんてトップダウンでやらなきゃ進まないよ。」「プロジェクトを中止することだって考えなきゃダメだ。」(By 小林副台長、2015 年 12 月@NAOJ-IPMU 懇談会)

• でも、始めてなかったら今の PFS は当然なかった。
• ぎちぎちに約束事で固めたり、一面的な見方でパートナーのモチベーションや特徴を無下に扱うような分担にしたら、そっぽ向かれて始まらなかっただろう。

バランスが大切。
始動にも、完了までの長丁場を考えた葛藤は不可欠。
最後までやり切る人材の確保。
10

収支の辻褄を合わせるために• コストを下げるため painful な議論は一通り尽くした。
– いくつかは実現• コストレビュー (Caltech/JPL; 含ポジショナの議論)• Work package transfer (Caltech/JPL ! ASIAA)• 安い業者を見つける(主にコーティング)• ソフトウェアはまずは少数精鋭で(e.g. 解析パイプライン)– 非効率すぎるなどの理由で断念• デスコープ・ダウンスペック• Deferral / Staged delivery (一時的なデスコープ)

検討の定石ではあるが、重い問題:• 中途半端な「完成」でサイエンスをやり切るだけの推進力・覚悟があるか。
• 設計初期から考えていれば必要な時確実にできるのか。
• 加入の動機になった部分をカットしては本末転倒。
11

収支の辻褄を合わせるために• 結局コストダウンで収支は合わせられなかった。
• そうこうしているうちにいよいよ資金が底をついてきた 2015 年 5 月 25 日、私から steering commioeeへ一通のメール:「このまま資金調達がないなら開発を遅らせるか止めるしかありません。」

12

積極的な新規パートナー発掘と、競争的資金の獲得努力を並行• 2015.09: 村山、高田、小松他による新学術領域科研費の獲得 ! 近赤外カメラの開発に５年間でUS$~1.8M相当.
• 2015.12: 高田、田村の働きかけをきっかけに中国コンソーシアムが参加を決める ! +US$5.45M.
• 2016.08: PFS US チームによる NSF MSIP の獲得• 2016.11: MPE の加入! +US$1.5M.
• 2017.04: 米北東部大学連合が参加を決定。現在
MOU 等を準備中 ! +US$3.2M• コスト増のリスクは依然としてある。
– 資金調達の努力は継続中。

13

総額はプラス！ただ当座の資金繰りには四苦八苦。
PFS
PROJECT
COST
VS
FUND
60M
(cash only, cumula/ve)
50M

54,799,922
資金繰り難
IPMU のカブリ寄附金を前借りしてしのいでいる(JHU からのローンも検討中)。

USD

40M

30M

20M

56,178,30855,553,341

COST: 現金分のみ。
FUND: 中国からの未入金分や、米北東部連合からの入金を 2017 Q3 以降に含む。

10M

0M

w/con/ngency
14実務でも、始めが肝心。
• 後手後手でリアクションでしのぐのは苦しい。
• いかにこの先起こりうることを盛り込んだ開発のロードマップを早い段階で構築できるか。
• 役割と進め方を決め、「きちんと」従う。
– 要求、仕様、インターフェース– 連絡の取り方、情報共有の仕方– 問題提起の仕方、検討の進め方、まとめ方– 報告義務、報告の仕方・頻度– 決断の下し方15

しかしここでも当然、始めに全てを見通せるわけがないジレンマ• 少なくとも進め方の「王道」を持ち合わせてなかった。
• 「できる人」が「模範」を示しつつ、小さな成功体験を積み重ねることが必要で、すごく実力と体力がいる。
• 常に付きまとう、「先んじたいけど機が熟さない」問題。
– 実際に「その時」が近くなってみないとわからない・決められない・進まないことも確かに多い。
• 想定外の事態に対し、「そう来たか」と(!?)受け止められる備え、柔軟性は(特に精神衛生上)不可欠。
おまえなんで最初からちゃんと考えとかなかったんだよ・・・

一番大事なのはこれからどうしていくかだよ！と、言うことにしている。
16

相談、相談、また相談。
• メールや文書は大切、でもやっぱり会話は重要。
• 毎週x2、隔週x7、毎月x2、不定期x3+状況に応じて。
– 人が集まらないと話にならない。開発の現場がまだまだ海外のパートナー機関にあるという実状ではなおさら。
– 時差・・・大半の会議は日本の深夜か(早)朝。

• 大変だけど、準備をしっかりする。
– 「ただ話せばいい」わけがない。なぜ今この話なのか。どこまでがそれぞれの裁量に任される範囲なのか。いつまでにどうする必要があるのか。問題意識の共有と、そのためのメッセージ性が重要。
– 英語という低くないハードルと、性格も専門も文化も違う人間の集まりという事実に真摯に向き合うということ。

17

多岐に渡る内容を、いかに共有し集約するか・・・PFS project oﬃce
(Kavli IPMU + NAOJ)
KamataShimonoIshizuka
Yabe

Moritani

Systems engineering

Prime focus, ﬁber
posi/oner system
Caltech- JPLASIAA(Taiwan)

Op/cal ﬁbersystem
Sao Paulo,
LNA(Brazil)

TamuraTakatoUeda
System integra/on & test

Management

Spectrograph & camera

Database

Pipeline, obs. planning
Johns
Princeton
Hopkins
Univ.
Univ (JHU)

LAM(France)Max
Planck(Germany)

NAOJ &JHU

うまくいってないこと。難しいこと。
• 海外の各機関でも「代表者」がいろいろな役割を兼任しているので、タイムリーに出てこない資料・情報がある。
• メール・テレコンでどんどん相談が進むのは良いが、結局のところどうなったのか、のまとめまでなかなか手が回らない– 良くない意味で「個人依存」になってしまう。
– 短期的には会議ごとに資料がまとまっていて、議事録があれば良いが、中・長期的には内容による系統付け・まとめが必要。
– プロジェクトステータスの可視化がうまくできない。
• 文書作成・整理・管理系の作業が後手に回っている(ので POの皆さんが急ピッチで作業を進めてくれています)。
– 日々の活動だけでなく、すばるへの納入を念頭に。
– 初心者でもわかる PFS 入門書。

19

時間はないが先はまだ長い• PFS は、野球の試合で言うとせいぜいまだ６回途中くらい。
• FMOS と同じ轍を踏まないためにも、これからギアを１段、２段上げていかないといけない。
– 「可」 ではなく 「良」、できれば「優」の装置を。でもここに大きな労力が必要になる。
• コミッショニング：山頂作業の計画の立案と遂行• 運用、メンテのために残すべき情報の集約と整理• ・・・などなど。

興味、やる気、根気(!)のある方は是非ご連絡を！
我々からアプローチがあるかもしれません、ご了承ください。

20

国際協力は今や全然珍しくない• 今回のシンポジウムのプログラムにはそれがよく反映されていると思います。
• やりたいことを実現するための一つのオプションとして積極的な有効活用を考えるべき。
• やはりボトムアップが大前提だと思います。

でも、発芽し育つのを待てばいいのだろうか。
21

体力のあるコミュニティとは• 限られたリソースの中で・・・• 大中小、複数のプロジェクトが同時に走っていて、いろんなタイミングでいろんなサイエンスが刈り取れる。
• その中で人材の登用・育成や、情報・成果の発信が効果的に行える。

過去の教訓を生かしつつ、連携が連携を生み発展していくための生産的な基盤の整備。
トップダウン・戦略的な視点。
22

横のつながり。大きな枠組み。
・・・
C project
B project

A project

個人・マーケットE.g.
• ALMA+TMT• NAOJ ATC横のつながり。大きな枠組み。
• 異なるプロジェクト間での蓄積等情報共有をもっと「普通に」できないか。
– FMOS ! PFS は当然ながら自然にできた。
• 私の他にも、高遠さん、森谷さん、矢部さん。

– もちろん、プロジェクトが違えば相当事情も異なるので、取捨選択が必要。
• 自分のところはそんなヘマはしない・もっとうまくいくと思っている、と思う。
• 反面教師にしてもらえれば良い• 関わり方の模索:– 提言書、レビュー会議への参加等から、インフォーマルな相談まで幅広い可能性がある。
– PFS ワークショップ(2015 年 7 月＠三鷹)では皆さんから色々なご意見を頂いた。
– PFS CoDR, PDR, subsystem CDR の国際レビューチームからのコメント共有？

昨年内に仕上げようと思ったのでしょうが、全然進んでないです。。。

情報発信でも連携をIPMU 一般公開 2016:
銀河進化と PFS についての講演

PFS oﬃcial web

PFS oﬃcial blog

日経新聞（HSC＋PFS）

村山さん、高田さんの講演も多数。

コミュニティが国際協力を有効活用して発展していくための基盤整備• 今回の国際協力だけでなく、2020年代、2030年代の天文学、地上とスペースとの関係、など、問題意識としては概ね共有されていると思う。
• あとは、具体的にどうアクションを取るべきかと、汗をかける人材の確保、でしょうか。
• その中で、光赤天連や国立天文台の役割は？
26

汗かき役でつながっている PFS
言うまでもなく、お世話になりっぱなしです！
実力、人脈、ノリの良さを兼ね備えたタレントは PFSを束ねるのに不可欠です。

“Coordina/on”＝泥をかぶる、汗にまみれる観測所と PFS のつなぎ役という難しい・重要な役割をこなしていただいています
汗をかくことくらいでしか貢献できません！
それも PO の皆さんの「汗かき」があってこそ。

まとめ• PFS は、まだ先は長いですが、進んでます。
– 財政面、ハードウェア・ソフトウェア開発、SSP 観測プラン、運用プラン。

• ゴールまでの長い道のりを見据えることは常に(初めから)大切。
でも状況の変化や後発の事象に対応出来る柔軟性も重要。
• 「対話」は重要。準備をしっかりしてやり通す。
• 国際協力を積極的に有効活用するための基盤整備は万全か？
– プロジェクト間の横のつながり。大きな枠組みの中での人材登用・育成。
– アクションの具体化、汗かき役の重要性・必要性。
– 光赤天連、国立天文台の役割？
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