テレメトリ装置の開発と伊豆大島打ち上げ結果
神奈川大学高野研究室/宇宙ロケット部
神奈川大学工学部機械工科B3
島崎拓己

目次
1. はじめに
2. テレメトリ装置開発
2.1装置概要
2.2機能・性能
2.3電気的性能
2.4機械的性能
3. 試験
4. 打ち上げ結果
5. 結論

はじめに
神奈川大学高野研究室/宇宙ロケット部• 設立：高野研究室2014年4月
宇宙ロケット部2014年9月• 超小型人工衛星を超小型ロケットで打ち上げるためにハイブリットロケットの研究・開発・打ち上げ実験を行っている。
• 打ち上げ機体数：計9機• 打ち上げ場所：伊豆大島、秋田県能代市• 最高到達高度：4779m（研究室）

背景• 2016年12月に伊豆大島にて打ち上げた機体がロストした際にフライトデータが非常に少なくなってしまった。
• この状況を打開すべく、たとえ機体が回収できなかったとしてもフライトデータは回収できるようにテレメトリ装置の開発を行った。

• 機体回収が行いやすいようにGPS座標の取得にも試みる。

テレメトリ装置開発概要
目的

機体回収ができない場合でも、高度等計測したフライトデータを回収する

概要

計測した下記に二つのデータを無線送信している・大気圧センサー（高度計測用）
・GPSによる座標

特徴

・変調方式にLoRaを用いた無線モジュールを採用
・障害物が無ければ100km以上の通信が可能
・特定小電力のため免許不要
・920MHz帯の周波数を使用

機能・性能取得するデータ

データの保存方法

データの送信方法

搭載機数•

GPS座標（緯度・経度・海 受信したデータを 受信機をパソコ面からの高さ）
パソコンに保存ンに接続し、搭受信感度載機器から送信電源投入からの時間
する

1個

•

受信したデータを 受信機をパソコ
高度ンに接続し、搭（大気圧と温度から算出） パソコンに保存
載機器から送信大気圧する
受信感度
電源投入からの時間

3個

テレメトリ装置•（GPS） •テレメトリ •装置•
（大気圧） •電気的性能使用するバッテ
リーの種類
テレメトリ
装置
（GPS）

サンプ
連続使用
リング
時間レート

二酸化マンガン
27時間
リチウム電池3分42秒(容量1200mAh) (電池2個)

37時間
テレメトリ 二酸化マンガン装置
リチウム電池(容 9分46秒
量1200mAh)(電池2個)(大気圧)

ソフトウェア機能

備考

マイコンにarduino
データが取れていを使用。通信が途絶
1.0Hzないときは“NOえないように定期的DATA”を送信するに再起動している。
マイコンにarduino 取得したデータかを使用。通信が途絶 ら高度を算出した
0.9Hz
えないように定期的 値ととも大気圧の値を送信するに再起動している電池を二個使用している理由
・打ち上げが早朝のため射場作業および当日の早朝作業を回避できるよう前日に電源投入を可能となるように連続使用時間を長くするため・片方の電池が断線しても動作するようにするため

機械的性能
重量

寸法

耐環境性

テレメトリ装置 機器単体：49.0g（GPS）
実装重量：135g

機器単体：65x35x47.5 防水性・耐振動
実装寸法：90x66x42 性・水に浮く

テレメトリ装置 機器単体：38.5g（大気圧）
実装重量：126g

機器単体：
47.5x47.5x16.5
実装寸法：90x66x42

防水性・耐振動性・水に浮く

試験
実施日

実験内容
小田原城・江の島間長距離（30㎞）
6月3日
通信実験
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）

6月3日は通信モジュール単体のみの試験で、長距離(30㎞)通信が可能かを確認した。
射場の状況を模擬し、複数台同時に電源投入及び通信を行う最終コンフィギュレーション試験の際に混 信が 発生 したため 、トラブルシュートを行った。

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開始
8月23日 混信発生/トラブルシュート開始
8月24日 トラブルシュート
8月25日 最終コンフィギュレーション試験再開
8月25日 江の島辻堂間（4.7㎞）通信試験

8月25日の試験は最終コンフィギュレーション試験での混信を受けて、確認のためフライト時と同じ状態で試験を行い、長距離通信が可能であることを確認した。

江の島・辻堂間通信試験

受信局は江の島の展望台中腹（海抜37m）、発信側は小和田浜公園(海抜10m)に設置し、通信試験を行った。通信距離は約4.7㎞。

江の島辻堂間通信試験
・送信側
計測モジュールをフライト状態と同じように組む。
組んだ後モジュールを手で持ち上げることで、歩道橋の手すり、ベンチや防風林が通信に影響を及ぼさないようにした。

・受信側
受信棒の近くに電源の入れたフライト時と同じ状態の計測モジュールを設置し、受信する際に正常に通信ができるか確認する。

江の島・辻堂間通信試験結果
宇宙ロケット部機体

研究室機体

大気圧の受信〇（-110～-115dBm）〇（-110～-120dBm）

GPSの受信〇（-110～-120dBm）〇（-110～-123dBm）※通信モジュールは-138dBmまで受信可能

備考

データの抜けなし

データの抜けなし

受信局で受信した大気圧の値

実際の発信側の位置受信したGPS
座標

打ち上げ可能伊豆大島打ち上げ実験2017年9月3,4日に研究室1機、宇宙ロケット部1機打ち上げた

受信局

受信機

受信局には受信機を3台用意し、機体に搭載されているテレメトリ装置の大気圧2つ、GPS1つを受信する。

宇宙ロケット部打ち上げ結果（大気圧）サンプリングレート
データの抜け0.91Hz

ほぼなし

最高高度（速報値）

1085m・1064m

フライト時間43秒

最高高度到達時刻10秒

宇宙ロケット部打ち上げ結果（加速度）
大気圧データと加速度データの比較

150

1050

100

1000

50950

0900-50850-1000

1020

30
時間[S]
大気圧 X Y Z

4050

加速度[G]

大気圧[hPa]1100

宇宙ロケット部打ち上げ結果
・右図のように機体の気圧が急激に上昇している原因として以下の二つが考えられる。

機体が音速を超えたことで衝撃波が発生し、圧力の上昇した気体を測定した

1100

150

1050

100

1000

509500900-50850

01020時間[S]大気圧
X3040YZ

大気圧データと加速度データの比較

50

加速度[G]

２．音速を超えたことにより衝撃波が発生しセンサが圧力の上昇した気体を測っている．
→取得した加速度データから最高速度を求め、その値を用いて圧力を算出したところ圧力上昇時の値と比べ妥当な値を示した。

大気圧データ

大気圧[hPa]

１．機体に空いているカメラ用の穴や隙間から気体が流入しセンサがよどみ点を測定してしまっている．
→加速度データや搭載方法から考えにくい-100

宇宙ロケット部機体打ち上げ結果
最高到達高度

1073.5m（2つのデータの平均）

最高到達時間約10秒

フライト時間約43秒

宇宙ロケット部機体高度
1,200

高度[m]

1,000
800
600
400
200
00

1020

時間[s]

304050

宇宙ロケット部打ち上げ結果（GPS）
フライト中にGPS座標を追えたことで着水後すぐに回収船が着水地点に向かうことができ、すばやく機体を回収することができた。

着水地点

800m

回収地点

研究室機体打ち上げ結果
最高到達高度4779.3m（2つのデータの平均）

最高到達時間約34秒

フライト時間約100秒

研究室機体高度
6,000

高度[m]

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

10

20

30

40

50 60
時間[s]

70

80

90

100 110

結論

テレメトリ装置開発の成果• 機体がたとえ回収できなかったとしても、打ち上げ高度や大気圧等のフライトデータを得ることができた• GPSを搭載することで機体回収にかかる時間が大幅に短縮することができたご清聴ありがとうございました