10th UNISEC Space Takumi Conference
2020年7月15日（水）Zoom会議超小型ロケット用独立搭載型テレメトリ装置の開発
神奈川大学

宇宙ロケット部・航空宇宙構造研究室○星拓磨，高野敦
株式会社フルハートジャパン
国廣愛彦，三宅真

1目次➡１．はじめに
２．目的・経緯
３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善
５．装置概要６．機能・性能
７．結論
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１．はじめに概要• 神奈川大学宇宙ロケット部は航空宇宙構造研究室と共同で超小型衛星を安価で迅速に打ち上げるためのハイブリッドロケットの設計・開発、打ち上げ試験を行っています。
• 2017年度にテレメトリ装置とデータロガーを開発し、2017年度及び2018年度の打ち上げでは高度及びGPSデータの伝送に成功し、その結果機体の回収にも成功しました。
• 2019年度は開発されたテレメトリ装置とデータロガーの機能を統合し，将来の製品化を見据え信頼性の向上と既存プログラムの見直しによる性能向上と同時にさらなる小型化を行いました。

１．はじめに神奈川大学

宇宙ロケット部• 神奈川大学宇宙ロケット部は航空宇宙構造研究室と共同で超小型衛星を安価で迅速に打ち上げるためのハイブリッドロケットの設計・開発、打ち上げ試験を行っています。
• 宇宙ロケット部では主にテレメトリ装置の設計・製作・開発や機体の製作、広報活動を中心に行っています。

テレメトリとは測定データを離れた場所で確認するための装置衛星やロケット・航空機に用いられます。

１．はじめに• 計測制御を主軸とした制御機器の設計開発を行っている企業です。
• 加工技術として組立配線、メカトロ組立、基板実装、計装配管、板金加工、塗装処理、それらすべての加工技術に関するソフト／ハード設計を行い一貫生産を強みとしてモノづくりをしている企業です。
• モノづくりの社会貢献活動として下町ボブスレーにも深くかかわっています。

2019年度 テレメトリ装置

5目次
１．はじめに➡２．目的・経緯
３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善
５．装置概要６．機能・性能
７．結論
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２．目的・経緯

開発経緯

目的

宇宙ロケット部では、2016年12月からテレメトリ装置の開発に着手した。これは2016年12月に伊豆大島での打ち上げ試験にて機体を片方をロストしてしまい、機体搭載のデータロガーに記録されていた、フライトデータの大部分を得ることができなかった。このような事象を受け、機体が回収できなかった場合に得られるフライトデータが非常に少なくなってしまうことを避けるためテレメトリ装置を開発した。
機体回収ができない場合でも、高度等を計測したデータを回収する。
装置回収を円滑に進めるために位置情報の取得を行う。

独立した電源を有した装置として開発され、外部からの電源供給を必要とせず、万一機体が着水時に破損しても回収可能なように水に独立搭載型とは 浮くように設計した。さらに電源スイッチなどを省略することでロケット機体内部への配線も不要であり、ロケット機体への組み込みが非常に容易である。
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２．目的・経緯
テレメトリ装置の実績

2017年度

2018年度開発
内容

大気圧（高度）・GPSを送るテレメトリの開発に成功

2017年度と比較して気圧センサを高性能なものに変更
強制分離・電圧モニタの開発に着手

実績

伊豆大島打ち上げ試験
到達高度：4779ｍ

能代打ち上げ試験
到達高度：6204ｍ装置

２．目的・経緯
水上丸高度
6,000

高度[m]

5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
00

10203040506070

8090100

110

時間[s]

2017年度伊豆大島打ち上げ試験

2018年度能代打ち上げ試験

上記は2017年度及び2018年度打ち上げ試験での高度とGPSデータになります。
開発してきた装置はロケット打ち上げ環境下でも正常に動作することが確認できた。

目次
１．はじめに
２．目的・経緯➡３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善
５．装置概要６．機能・性能
７．結論
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３．従来装置の課題
信頼性上の課題••••

学生の手はんだにより作成されるため，出来栄えが個々の技量に依存する。
電気・電子を専門とする教員が在籍していない。
電子回路の設計信頼性
電源設計の信頼性

通信設定・プログラムの見直し• さらなる測定精度向上のために高速サンプリングの実現

開発リソースの確保•

すでに開発済みの装置をリピートで製作することは技量向上にはなるが、新たな開発に取りくみづらくなる。

11目次
１．はじめに
２．目的・経緯
３．従来装置の課題➡４．今回の開発における改善
５．装置概要６．機能・性能
７．結論
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４．今回の開発における改善
信頼性上の課題••

プリント基板化により品質の向上と均一化
専門の設計者により電子回路と電源回路の見直しによって信頼性の向上

通信設定・プログラムの見直し• 通信データの整理・見直し• 大気圧センサのサンプリングが向上• 省電力化に伴い性能が低下、プログラムの見直しを行うことで改善開発リソースの確保•

すでに開発済みの装置を製品化することで新たな開発に取り組むことが可能
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目次
１．はじめに
２．目的・経緯
３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善➡５．装置概要
６．機能・性能
７．結論
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５．装置概要

2017年度GPS
実績のあるセンサや回路の組み合わせなどはそのまま

2019年度テレメトリ試作機

主に行われた改良のまとめ

2017年度大気圧

2017年度データロガー

••
•
•
•
•

プリント基板化・表面実装
回路設計・電源設計の見直し
機能集約
小型化・軽量化
省電力化
プログラムの見直し
15目次
１．はじめに
２．目的・経緯
３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善
５．装置概要➡６．機能・性能
７．結論
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６．機能・性能～装置外観～

気圧・温度センサ（MS5607）

マイコン（ATmega328P）

高加速度センサ
ADXL375

通信モジュール（RM-92A）

９軸加速度センサ（ICM20948）
GPSモジュール
（AE-GYSFDMAXB）

機器寸法：57mm×45mm ×10mm（35mm）
実装重量：108.3g

17６．機能・性能～装置重量・耐環境性～

装置重量[g]49.0

防水性・耐振動性・水に浮く

2017大気圧38.5

防水性・耐振動性・水に浮く2017
データロガー29.6

防水性・耐振動性・水に浮く

2019
テレメトリ

24.8

防水性・耐振動性・水に浮く*1

2017GPS

耐環境性*1 試験検証は未実施

機能統合とバッテリーサイズの小型化によって軽量化を達成

独立搭載型の実現に向けて• 独立搭載型の要件である。防水性と水に浮く設計を行った。

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６．機能・性能 ～テレメトリ機能～
装置名
2017
GPS
2017
大気圧
2017
データロガー
2019
GPS
2019
大気圧

サンプリング
レート
0.8Hz
0.9Hz
7.9Hz
0.5Hz
1.0Hz(地上局)
12.7Hz(SDカード)

2019
7.5Hz
データロガー （プログラム見直しで向上の見込み）

ソフトウェア機能
位置情報を緯度経度に直し、地上局に送信定期的に再起動
気圧データを高度に変換し、地上局に送信定期的に再起動
常にSDカードにデータ保存
NMEAデータのみ地上局に送信
地上局側では位置情報表示ソフトを利用可能
再起動せずリセット回路を使用
気圧データを高度に変換し、地上局に送信通信できなくてもSDカードにデータ記録可
再起動せずリセット回路を使用
常にSDカードにデータを保存
三軸高加速度±200G，三軸低加速度±16G
角加速度±2000dps，コンパス4900µT• GPSは通信時に合わせてNMEAデータをサンプリングし周期性を持たせたことで通信が安定するようになった。
• 大気圧は通信していなくてもはSDカードに記録するように変更• 大気圧のサンプリングレートが向上
19• データロガーはセンサの生データのみを記録

６．機能・性能～GPS機能～• 従来は座標数値データをダウンリンクしていた為、地上では地図表示するには手打ちで座標を入力しなければならず不便だった。
• 座標データをNMEA形式でダウンリンクすることで、位置情報ソフト側で座標を自動変換し地図への直接プロットが可能になったことで利便性が向上した。

【ターミナル】
テレメトリGPSからの受信データ（NMEA形式）

リアルタイムでの現在位置の表示

GPSを使ったマップへの位置表示

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６．機能・性能
装置名
2017
GPS
2017
大気圧
2017
データロガー
2019
GPS
2019
大気圧
2019
データロガー～バッテリー機能～

使用バッテリー
二酸化マンガンリチウム電池（1200mAh）

リチウムイオンポリマー電池（400mAh）

独立搭載型の実現に向けて電池サイズ・重量が減少した。
連続使用時間は12時間以上確保した。
外部接続の配線類を失くし、独立した電源を確保するように設計した。
• 従来は一次電池を使用していたが、二次電リチウムイオン池に変更。充電回路を追加し、繰り返し使21ポリマー電池（9ｇ） 用できるようになった。
•••

二酸化マンガンリチウム電池（32ｇ）

連続使用時間
実測値：27時間（電池2個，64g）
実測値：37時間（電池2個，64g）
データなし（電池1個，32g）
実測値：13.5時間（電池2個，18g）
実測値：16時間（電池2個，18g）
計算値：37時間（電池2個，18g）

目次
１．はじめに
２．目的・経緯
３．従来装置の課題
４．今回の開発における改善
５．装置概要６．機能・性能
➡７．結論
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７．結論
ハイブリッドロケット搭載用の小型軽量なテレメトリ装置の開発に成功した。
信頼性上の課題•••

専門の設計者により電子回路と電源回路の見直しにより信頼性が改善された。
プリント基板化することで品質向上と品質の均一化に成功した。
バッテリーサイズが小型低容量になったが、12時間以上の連続稼働時間は確保できた通信設定・プログラムの見直し••••

通信データの整理・見直しを行った。
大気圧テレメトリのサンプリングレートが向上した。
省電力化に伴い、性能低下をプログラムの見直しを行うことで改善した。
位置情報表示ソフトを利用できるようになり、地図に位置をプロットし数値データより見やすくなった。これによって打ち上げ試験での利便性が向上した。

開発リソースの確保•

すでに開発済みの装置を製品化することで、新たな開発に取り組むことができる。

独立搭載型の実現に向けて•••防水性・水に浮くように設計を行った。
電源スイッチなどを載せず、外部接続の配線類を不要としたことで、扱いやすくロケットへの組み込みなどが容易となった。
外部電源を用意せずに12時間以上の連続動作時間の確保に成功した。
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終わりに今後の予定• 各種動作試験（振動・浸水・通信等）• 今年度の打ち上げ試験に向けてソフトウェアの更なる見直し• 今年度ハイブリッドロケットに搭載し打ち上げ、検証予定• 汎用性の強化• 受信側UIの改善• 来年度一般に向け株式会社フルハートジャパンより販売予定
評価用の貸し出しも可能ですので、興味があれば連絡ください24

付録
最終長距離通信試験（2018）11.82km25

付録
小田原城ー江の島間通信実験（2017）
実施日 実験内容
小田原城江の島間長距離（30㎞）通
6月3日
信実験
7月24日 振動試験（データロガー）
8月7日 燃焼試験時に電波通信実験
GPS,大気圧振動試験（電池が足りなく8月7日て失敗）
8月8日 GPS、大気圧振動試験（8月8日）

実施日 実験内容
8月22日 最終コンフィギュレーション試験
8月23日 最終コンフィギュレーション試験
一機ずつの最終コンフィギュレーション
8月24日
試験
2機同時の最終コンフィギュレーション
8月25日
試験
8月25日 江の島辻堂間（4.7㎞）通信試験

6月3日は通信モジュール単体のみの通信試験で、通信モジュール単体が正常に通信できるかを確認した。

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付録

RM-92Aデータシートより通信距離• 見通し通信距離：約100km• 実績： SS-520 Tricom-1Rでの使用実績有
7th UNISEC Space Takumi Conferenceより

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2018年

付録

テレメトリ振動実験

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2018年

付録

能代打ち上げ試験フライトデータ

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