TMT/IRISの経験を通じて出てきた課題と、２０３０年代に向けた装置開発体制への私見
Gopira2022/9/20
鈴木竜二（国立天文台）

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1

はじめにMOIRCS
学生がメインの装置開発

HiCIAO
技術者と研究者の混在で進めた国際プロジェクト

IRIS
技術者がメインの国際大型プロジェクト

これまでとこれから装置開発体制
人材育成
コミュニティの参画

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2

IRISの紹介

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副鏡
第三鏡
高度角ベアリング
補償光学系

観測装置

観測装置
主鏡
ナスミス台

ナスミス台
基礎

方位角ベアリングTMT.INS.PRE.16.219.DRF01

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副鏡
第三鏡
高度角ベアリング
補償光学系観測装置

観測装置
主鏡
ナスミス台

ナスミス台
基礎

方位角ベアリングTMT.INS.PRE.16.219.DRF01

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InfraRed Imaging Spectrometer(IRIS) Quick Facts
TMT第一期観測装置の一つ（IRIS, WFOS, IRMS）
AOを用いた近赤外域での撮像と面分光
波長域：0.84 – 2.40ミクロン
ストレール比：0.41(J), 0.60(H), 0.75(K)

撮像モード
ピクセルスケール：4ミリ秒/ピクセル
視野：34 x 34秒角

面分光モードLenslet IFSとImage slicer IFSを選択可
波長分解能：4,000 – 10,000
ピクセルスケール：4, 9, 25, 50ミリ秒/スパクセル

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TMT.INS.PRE.16.219.DRF017IRIS Layout
赤外波面センサー
NRC-H,Canada

撮像系
NAOJ, Japan
UCLA, USA
Caltech, USA

面分光系

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IRIS Layout

Pick-off for slicer IFS

Pick-off for lenslet IFS

Imagerdetectors

To slicer IFS
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To lenslet IFS
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Lenslet versus slicer technique!

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IRIS Focal Plane
Imager 16”.4x16”.4
HAWAII4-RG

Slicer field(4”.4x2”.25)

34”
Lenslet field(1”.01x1”.15)

1”.2
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11

11

IRISの現状
サブシステムのFinal Design Reviewが2021年に終了。
システムレベルのFinal Design Reviewが2024年に予定。
2017

2018

2019

2020

2021

FDP-1

2022

2023

FDP-2
FDR-1

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2024

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2025

2026

FAB
FDR-2

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IRIS Layout
赤外波面センサー
NRC-H,Canada

撮像系
NAOJ, Japan
UCLA, USA
Caltech, USA

面分光系

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IRISの現状
サブシステムのFinal Design Reviewが2021年に終了。
システムレベルのFinal Design Reviewが2024年に予定。
201720182019

2020

2021

FDP-1

2022

2023

FDP-2
FDR-1

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2024

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2025

2026

FAB
FDR-2

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これまでの振り返り

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プロジェクト規模の比較

MOIRCS

HiCIAO

IRIS

予算規模

数億円

数億円？

40億円

開発年月

5年

5年？

>26年

参加機関数

2

3

7

参加国

日（米）

日米

日米加中

研究者

2

3

9

技術者

3

5

37

学生／PD

7

5

6

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MOIRCS, HiCIAOの経験
開発期間が ~5年
学生、PDの経験の場として最適
失敗する場
成果が早く出るSEの手法を必要としなかった
ユーザ、仕様を作る人、作る人、組み上げる人、評価する人が全て同じ人全員が複数の分野をカバーしていた。

SEの手法を用いていない見落としが多い設計／アーキテクチャが最適であったか？
後付で対応することが多々結果的になんとかなっていたこともある
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IRISの経験
IRISではSEが求められていた。
QAの観点から必要。
技術者は彼らが分かる言語での要求仕様が欲しい。
ユーザは彼らの言葉で性能を記述する。
ユーザはもちろん、「できる限り良い性能がほしい」という。
ユーザと技術者の間に入り、性能と技術の言葉の関係を通訳する。
システムが満たすべき要求仕様を定義する。

TMTのSEは、Gemini（NRC-H）の手法を踏襲しているが、確立している手法というよりは、手探りで勉強しながら進めている感じだった。
TMTもIRISも最初はSEが全然ダメだった。
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（TMTにおける）Systems Engineering（私見）Systems Engineeringは「失敗をしないための知識体系」
要求仕様の導出、Traceabilityの確保
インターフェースの定義
スタンダード文書の作成
コンセプト、アーキテクチャ文書の作成
開発フェーズの定義
必要な納入物の定義扱っているシステムの技術的な責任者
複数の分野にまたがる作業の交通整理
誰もやる人がいない作業。。

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人材育成
ATCの技術者
2013年にATCでIRIS撮像系チームを立ち上げた時、ATCには冷却駆動系、冷却光学系の技術がなかった。
長い年月をかけ、多くのプロトタイプを通じて技術を獲得。
他のプロジェクトとの技術の共有。

プロジェクト研究員、学生
性能に関わる部分のシミュレーション、仕様作成、プロトタイプ
astrometry, sensitivity

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IRIS開発を通じたプロトタイプ成果
ベアリング、ギア、リニアガイドの低温使用
モーターのトルクと発熱測定モーターの電流と負荷と位置精度ホール素子を用いた位置決め方法
冷却下での耐久試験
ケーブル、熱パスの屈曲試験
高精度非球面鏡の製作と形状測定方法の確立
ボンドパッドを用いた冷却下での支持機構の確立
ボンドパッドの破壊試験と破壊力学解析
冷却下における波面誤差測定方法の確立
PrototypingとFE modelのcorrelationを通じた冷却光学系のオプトメカ設計
方法の確立
高反射率コーティング
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IRIS開発を通じたプロトタイプ成果

0.65
1.0E+00

0.66

0.94 0.950.96
1.05 1.10
0.840.92
1.03
1.17

0.61
0.82
0.77

1.0E-01

0.97
0.89

0.40

1.40

1.93 1.94

1.09
1.08
0.99

1.91

0.93
1.29

Probability of Failure

1.0E-02#320 Shear#320 Tensile

1.0E-03#600 Shear#600 Tensile

1.0E-04

Poli shed Tensile

1.0E-05

1.0E-06
0.2

0.4

0.6

0.8

11.2

1.4

1.6

1.8

2

Pull Force [kN]

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人材育成
ATCの技術者
2013年にATCでIRIS撮像系チームを立ち上げた時、ATCには冷却駆動系、冷却光学系の技術がなかった。
長い年月をかけ、多くのプロトタイプを通じて技術を獲得。
他のプロジェクトとの技術の共有。

プロジェクト研究員、学生
性能に関わる部分のシミュレーション、仕様作成、プロトタイプ
astrometry, sensitivity

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コミュニテイの参画例
UCSD
データリダクションパイプラインの開発
シミュレータ作成
仕様の作成
性能評価
ETCの作成UCLA/CIT
IR Labがある
Heritageがある
サブシステムを担当
学生／PDの参加はない

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コミュニテイの参画例
東京大学
Astrometryのシミュレーション
高反射率低波面誤差鏡のプロトタイプ

Science teamWorking group members
Astrometry working group
UCLA GC group

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コミュニティの参画
NAOJ
学生、PDのタイムスケールと合わない。
適当なサイズのWork packageを作成
Astrometry検討
Phase diversity検討
Alignment plan作成
高反射率低波面誤差鏡のプロトタイプ
検出器の駆動（ODGW）
検出器の性能評価
組み上げ／性能評価／性能出しInformation Restricted Per Cover Page

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IRIS開発を通じて思うことATCのエンジニアの方の能力は素晴らしい。
IRISの設計／プロトタイプを通じて、近赤外線観測装置の開発に必要な技術を残せた。
SEの育成／人員拡充が必要
SEの所で作業が止まってしまうことが多い。
仕様作成、アーキテクチャの設計、設計の評価／判断

PMの育成が必要
スケジュール／進捗管理が明確でない。
PMは実務能力、人柄、相性、雰囲気
プロジェクトが遅れる原因？

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IRIS開発を通じて思うこと声が大きい人が勝つ。。が、Scientific/technicalな定量的な成果は万国共通。
長期間に渡る開発で、モチベーションを保つのが大変。
何を得たいのかを明確にしないと、無為に時間がすぎる。
得たいものが得られたら（得られないなら）去るのもあり。
小型プロジェクトを並行して進めることの重要性。

レビューが大変。
国際プロジェクトは楽しい。
議論の進め方、仕事の仕方、家族を優先する文化、優秀な人材、多くの出会い、海外生活、、、

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これから

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開発体制
装置のサイズ、波長域、予算による可視の装置は外注が可能。
赤外の装置は冷却が必要なため外注が難しい。
赤外の装置でも、サイズが大きくなると内製は難しいかもしれない。

国際大型プロジェクトで内製もしくは内製と外注の組み合わせの場合を考える

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開発体制
大型国際プロジェクトでは、QAの観点から、SEの手法を採用し、技術者と研究者と学生の役割を明確にしたほうがいい。
PMはリソースに余裕があれば研究者である必要はない。
SEはプロジェクト特有の性能／技術を理解した方と、基幹技術とSEツールを管理できる方の２人体制。

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開発体制
ATCのリソースは是非活用してください。
コミュニティからのサポートが不可欠。
要素技術のR&D
サイエンスに近い開発要素
リダクションパイプライン
シミュレータETC
組み上げ／性能評価

プロジェクトPMとSE及び足りないリソースを補充
チーム内外のハブの役割

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開発体制

大学
PS PD
Sci Stu

ATCSE ME OE
SW EE DET

プロジ
ェクトPM SE

国際チーム

VendorInformation Restricted Per Cover Page

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大学
PD SciStu
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海外の研究機関の例
NRC-H (Canada)
電波部門と光赤外部門がある
ALMA, SKA, Gemini, TMT, CFHT等に貢献
ME, OE, EE, SW, DETグループ
専属のPMとSEを雇用。SEは一時7人在籍。TMT本部にも出向。
SEのバックグラウンドは技術者、研究者。外部からの雇用と内部の育成。

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コミュニティの参画
実現性概念

基本

プロジェ
クト定義

詳細

製造組み上げFL/ComScience team members
Working group members
仕様作成
データリダクションパイプライン開発
シミュレータ作成
検出器駆動／性能評価
要素技術R&D
組み上げ／性能評価／性能出しInformation Restricted Per Cover Page

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Technical teamへのお誘い
撮像系の組み上げ／性能評価が2024年以降に開始。
CIT、NRC-Hでの試験、観測所でのAIV, FL, commissioning
観測装置の仕組みを理解する絶好の機会
TMTのデータに触れ、性能を出していく貴重な機会
興味がある方は鈴木まで。

2020

2021

2022

FDP-1

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2023

FDP-2

2024

2025

2026
FAB

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2027

2028

2029
INT

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Science teamへのお誘い
TMT観測装置のScience teamへの参加をお願いします。
興味がある方は鈴木まで。
Management
実現解コスト
スケジュール装置への要求

実現解
Technicalteam

Science team
装置への要求Information Restricted Per Cover Page

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Acknowledgments
The TMT Project gratefully acknowledges the support of the TMT
collaborating institutions. They are the California Institute ofTechnology, the University of California, the National AstronomicalObservatory of Japan, the National Astronomical Observatories ofChina and their consortium partners, the Department of Science andTechnology of India and their supported institutes, and the National
Research Council of Canada. This work was supported as well by theGordon and Betty Moore Foundation, the Canada Foundation for
Innovation, the Ontario Ministry of Research and Innovation, theNatural Sciences and Engineering Research Council of Canada, theBritish Columbia Knowledge Development Fund, the Association ofCanadian Universities for Research in Astronomy (ACURA), theAssociation of Universities for Research in Astronomy (AURA), theU.S. National Science Foundation, the National Institutes of Natural
Sciences of Japan, and the Department of Atomic Energy of India.
Information Restricted Per Cover PageTMT.INS.PRE.16.219.DRF0138