SIC 有人宇宙学研究センター
NewsLetter 2023 年５月号 No.17
鹿島建設 presents 火星に住もう︕SEASON3 開講
2023 年 4 月 16 日（日）よみうり文化センター主催学ント 鹿島建設 presents 火星に住もう︕
SEASON3 が開講しました。第 1 回は「有人宇宙活動」というタイトルで土井隆雄特定教授が講演を行いました。
第１部では、これまで世界中で行われた有人宇宙ミッションの歴史や講師の経験した２回の宇宙飛行について解説があり、スペースシャトル・エンデバー号の打ち上げと着陸の様子が実際の動画や映像を使用して紹介されました。2 回目のミッション STS-123 のクルー7 名の名前や仕事の内容の紹介もありました。1 年半の訓練を通して仲間同士の信頼感、や「僕は君に僕の命を預けることができるか、 君は僕に君の命を預けることができるか」というレベルでの強いチームワークを培うことが大切であるとの お話もありました。2011 年に完成した国際宇宙ステーションは、実際の大きさがサッカーフィールドほど大き さであることが紹介されると、会場からは驚きの声も聞かれました。その他国際宇宙ステーション内で の無重力空間での生活の様子やライフサイエンス実験の様子、1 回目のミッション STS-87 での船外活動の様子も紹介されました。特に宇宙空間をさまよう「スパルタン衛星」を 2 人の宇宙飛行士が手掴みするシーンは圧巻でした。
第２部では、京都大学で講師が行っている研究教育活動や有人宇宙学研究センターで の活動内容、世界初の木造人工衛星の開発状況などが紹介されました。なぜ宇宙で木を使う必要があり、なぜそれを研究しているのかについても詳しく解説されました。木造キューブサットの利点としては、宇宙・成層圏・海洋の汚染防止や電磁波を遮蔽しないことによる新たなバスシステムの開発可能性、優れた断熱性などがあります。また京都大学で行われている低圧下における樹木育成実験についても紹介が あり、将来は火星環境での樹木の育成 を めざしており、最終的には宇宙植林を目 標 としていることが紹介され、盛り沢山の内容の講演会でした。
会場からは、若い方から年配の方まで多く方から質問が寄せられ、宇宙で の活 動に伴う恐怖感の克服方法や、地球上 で暮 らす私達が協力し合い紛争などが起 こらな いようにするためには何を心がければ良いの か
宇宙飛行士としての訓練やミッションでの経-1-験を通じてのアドバイスが欲しいなどの質問もありました。
なお、来月から本シリーズは 5 月 14 日「火星に必要なコアバイオーム（核心生態系）とは︖(山敷庸亮(京大))」、6 月 18 日「宇宙飛行士を宇宙線被ばくから適切に守る～有人火星探査の被ばくリス
クはどのくらい︖～(佐藤達彦(JAEA))」、7 月 9 日「たかが木材、されど木材～どうなる木造人工衛星～︖(仲村匡司(京大))」、8 月 2０日「宇宙居住のための人工重力施設研究(大野琢也(鹿島建設))」、9 月 3 日「月そして火星での長期的活動に向けて(稲富裕光(JAXA))」と続きます。以下のサイトから申し込み受付中です。
https://www.ync.ne.jp/osaka/mananto/kouza/202304-18010304.htm（辻廣智子 記）2023 年度 京カレッジリカレント教育プログラム特別講演
土井隆雄宇宙飛行士に聞く有人宇宙活動 開催報告
2023 年 4 月 22 日（土）キャンパスプラザ京都にて 2023 年度京カレッジリカレント教育プログラ
ム特別講演が開催され、土井隆雄特定教授が講演を行いました。
第１部では、アメリカ、ロシア、中国を中心に世界中で行われた有人宇宙ミッションの歴史、日本で行われた有人宇宙活動に関しては初期の毛利宇宙飛行士、向井宇宙飛行士、若田宇宙飛行士、土井宇宙飛行士の宇宙ミッションで宇宙ステーションの建設が始まったこと、2008 年以降第二期からは長期ミッションや若い宇宙飛行士が活躍していることなどが特徴的であることなどが説明されました。講師の経験した２回の宇宙飛行に関しては、スペースシャトルの着陸では、NASA は自動運転を使用せず、パイロットに手動で操縦させ、最後は人を信じるという NASA の姿勢が現れていることが説明され、会場からは驚きの声が上がりました。宇宙飛行士
訓練を通して仲間同士の信頼、チー ムワ ークを構築し、国際協力として目標を共有し、活動する国や言葉や文化の壁を乗り越えて一緒に活動することができるというこ とを学 んだとのお話がありました。世界で初 めて 宇宙に行ったユーリガガーリンは、人間が宇宙で地上と同じように生活できるのか分 か らずに宇宙へ行ったのだが、それから 60 年 経過し、私たちは宇宙空間でも生活でき る ということを経験したのだとの説明がありました。
第 2 部では、京都大学で講師が行っている教育活動、「有人宇宙学」について、有人宇宙学とは、人間-時間-宇宙を繋ぐ学問で、今、私たちが地球で学んでいる学問は有人宇宙学の地球版 であ ることや、500 万年前に人類の祖先が森の中からサバンナに出て進化したのと同じように、地球か ら宇宙へ出ようとしている私たちは今、進化の分かれ道にいるのだということが説明されました。また、宇 宙で恒久的に発展していくためには社会を作らなければならない、人間社会の宇宙での存在条件を見つ けようと-2-いうのが有人宇宙学の究極の目的であることが説明されました。有人宇宙学の講義においては、様々な異なる学術分野を融合し、宇宙における持続可能な社会形成をめざして探求していることも解説され、火星とタイタンでの生活などを探求した受講学生の研究成果のポスターなどが紹介されました。講演後は会場から多くの質問や感動の言葉が寄せられました。（辻廣智子 記）

SIC 有人宇宙学研究センター主催
JAXA 尾崎直哉准教授による宇宙軌道設計入門開催記
2023 年 4 月 21 日 22 日、JAXA の尾崎准教授を迎えて、「宇宙軌道計算入門」を開催しました。本セミナーは、SIC 有人宇宙学研究センターが主催している「宇宙居住研究会」「木造人工衛星製作チーム」および、主催教員の担当 ILAS セミナー参加者や研究会の希望者の参加を募り開催し、11 名の学生が２日間の実習を行いました。
セミナーではまず、尾崎先生の軌道計算に携わられた実績の紹介から、特に世界初の超小型深宇宙探査衛星 PROCYON 製作からミッション成功に至る実績の経験をはなされ、次に目的地としての軌道(Orbit)と経路としての軌道 (Trajectory) の違いの理解、ツィオルコフスキーのロケット方程式の理解から始まり、地球周回軌道、そして二体問題の計算を経て、これらの数式を Python によってコーディングすることで、数値シミュレーションおよび図示を伴っての理解が進みました。特に Python の強力な微分方程式・行列ライブラリにより、通常では考えられないほどのスピードで計算の実装ができるようになりました。また、効率的に速度増分を得るためのスイングバイを利用するテクニックを学びました。
また講義２日目は、三体問題、ランベール問題、そしてマルチスイングバイの応用についても説明がありました。正直これだけの内容を２日間で理解、というのはかなり厳しいスケジュールではありましたが、参加した学生はそれぞれ今後の応用研究も進めていこうという意気込みのある学生ばかりで、非常に 楽しみです。
我々の手で深宇宙を探査する人工衛星を開発できる日が来るまでがんばっていきたいと思います。
（山敷庸亮 記）「有人宇宙学ー宇宙移住のための三つのコアコンセプト」
書籍出版について
SIC 有人宇宙学研究センターでは、「有人宇宙学」そして、「コアバイオーム・コアテクノロジー・コアソサ
エティ」という、宇宙移住のための三つのコアコンセプトを基幹として様々な活動を展開しておりますが、それらをまとめた書籍「有人宇宙学ー宇宙移住のための三つのコアコンセプト」(山敷庸亮 編)が、京都大学学術出版会から７月に出版されることが正式に決まりました。
本書の執筆者として、SIC 有人宇宙学研究センターの土井特定教授(有人宇宙学)、稲富祐光 S
IC 特任教授(宇宙居住)、山崎直子特任准教授(宇宙観光)、大野琢也 SIC 特任准教授(人工重力)の他、農学研究科村田功二准教授(宇宙森林)、理学研究科佐々木貴教助教(惑星科学)、宇宙ユニットの寺田昌弘特定准教授(宇宙医療)、東京海洋大学の遠藤雅人准教授、慶應 大学の青-3-

木節子教授(宇宙法)、JAXA の桜井雅人研究領域主幹(生命環境維持装置)、徳島大学の仁川健教授(宇宙食)らその他多数の執筆者により、三つのコアコンセプトそれぞれについて詳細な内容が記された、文字通り日本初の「宇宙移住」をコンセプトとした「教科書」です。また大学院生らによる宇 宙に関するコラムも散りばめています。書籍の申し込み用紙は 5 月中旬に用意されます（書籍の予定価格2,900 円（税抜））。
それに先立って、今年度も、大学コンソーシアム京都で連続講義「宇宙移住に向けた最先 端技術と企業技術」が開催されますが、本連続講義では本書の内容を詳しく紹介した講義が細かく実施 されます(5 月 11 日まで申し込みが延長されています)
https://www.consortium.or.jp/project/sg/recurrent

また、5 月 20-25 日に幕張メッセで開催される日本地球惑星科学連合大会にて、SIC 有人宇宙学研究センターは京都大学の他部局との合同ブース「京都大学地球惑星科学連合」に出展 いたしますが、同ブースでは同センターの活動紹介や模擬講義のほか、上記書籍の申込書を展示する予定です。
また、同コンセプトを JpGU-AGU 合同セッション「Continental Oceanic Mutual Interaction - Planetary Scale Material Circulation」にて開催する予定です。
https://www.jpgu.org/meeting_j2023/sessionlist_jp/detail/A-OS14.html
このように、SIC 有人宇宙学研究センターでは、「有人宇宙学ー宇宙移住のための三つのコア コンセプト」書籍を中核として、様々な活動を展開してまいります。（山敷庸亮 記）-4-5・６月のイベント予定
日時

内容
大阪よみうり文化センター 学ント
鹿島建設 presents 火星に住もう︕ Season3

5 月 14 日 (日）
13:00 - 14:30

講師

山敷 庸亮

開催方法
受講料︓1 回 1,000円～6 回 6,000 円

題名︓「火星に必要なコアバイオーム（核心生態系）とは︖」

会場︓読売京 都 ビ ル

申込先︓

もしくはオンデマンド

https://www.ync.ne.jp/osaka /mananto/kouza /202
304-18010304.htm
2023 年度 京（みやこ）カレッジリカレント教育プログラム
前半プログラム１/5
6 月 1 日 (木）18:30 - 20:00

受 講 料 ︓5000 円（前半プログラム）講師 山敷 庸亮
題名︓「宇宙移住のための「コアバイオームコンセプト」」
申込先︓

定員 100 名
会場︓オンライン

https://www.consortium.or.jp/project/sg/recurrent※詳細は随時 Web ページ（ https://space.innovationkyoto.org/news/）で公開します。（辻廣 智子 記）

COMM 班九州工業大学研修
LignoSat COMM 班
COMM 班では 4 月 20 から 23 日の 4 日間、九州工業大学の電波暗室にてアンテナ特性評価を行いました。電波暗室は外部からの電磁波侵入を防ぐとともに電波吸収体を床や壁に敷き詰める ことで、内部で発生した電磁波も吸収し宇宙空間を再現することができる実験施設であり、今回は EM 構体を用いてアンテナ長決定試験、アンテナ放射指向性試験、通信感度試験を実施しました。

図 1︓電波暗室の様子
アンテナ長決定試験では、LignoSat に割り当てられた周波数において、アンテナのリターンロスを意味
する S11 値が基準値以下になるよう長めに用意したアンテナエレメントを切り進めていきます。アンテナ基板から伸ばした SMA ケーブルと VNA(ネットワークアナライザ)を接続し得られたデータを以下に示します。
-5-図 2︓アンテナ長決定試験における S パラメータの結果
通信セキュリティ上、横軸は削除しておりますが割り当て周波数近傍で極小をとり基準値の-10dB を下回っていることがわかります。
アンテナ放射指向性試験では、LignoSat に搭載するダイポールアンテナの指向性が一般に知られる理想的なダイポールアンテナのパターンになるかを確認することを目的としています。標準アンテナにシグナルジェネレータを接続して電波を発射し、LignoSat が受信した信号を接続したスペクトルアナライザーで観察します。
このとき求めたい衛星のアンテナの利得GANTの値は
GANT = PRX − PTX + L1 + L2 + Lpath − G1(1)で表されます。ここで PTX はシグナルジェネレータの出力、 PRX はスペクトルアナライザでの受信、 L1 はシグナルジェネレータとダイポールアンテナ間の消費、L2 は衛星とスペクトルアナライザ間の消費、Lpath はダイポールアンテナから衛星までのロスです。
PRX 以外は事前に求められる値であり(2)GANT = PRX + (定数)となるので、スペクトルアナライザの測定値から衛星のアンテナの利得を求める事ができます。以下に得られた水平面と垂直面のチャートを示します。図 3 では、綺麗なダイポールの 8 の字特性が出ていることが確認できます。

図 3︓水平面のチャート

図 4︓垂直面の指向性-6-

通信感度試験は、どのくらい微弱な電波まで LignoSat が受信できるかを確認する試験です。地上局から LignoSat にアップリンクコマンドを送信し、LignoSat がアップリンクを受信することができると 1 パケット分のダウンリンクが地上局に向け送信されるようにセットアップされています。地上局でダウンリン クを受信できたことは、つまり LignoSat がその弱さのアップリンクを受信できたことを意味します。地上局とアンテナの間に接続する電波を減衰するためのアッテネータを少しずつ増やしアップリンクの電波を 弱めていきながら 10 回のアップリンクのうち 6 回ダウンリンクの受信に成功する電波の強さを探索します。地道な作業でしたが、BIRDS と比較して妥当な値を得ることができました。
今回の試験では上記 3 つのアンテナ特性評価を行いました。宇宙で得たひずみをはじめとする各種データを受信したり、地上から LignoSat に指令を出したりする上で通信系は必要不可欠であり、その盤石性が要求されます。今回、九州工業大学の担当者の方や各班の協力のもと LignoSat の通信系の性能を確認できたのは運用に向け大きな一歩でした。今後このデータをもとに FM のアンテナ作成な どに取り組んでいく予定です。（野間隆寛 記）

低圧下樹木育成プロジェクト紹介
樹木育成学生チーム
1. はじめにポプラ育成実験＃１９の結果を報告します。低圧区（0.3 気圧）と対照区（1.0 気圧）それぞれポプラ（Populus alba）さし木苗１個体について２２日間育成実験を（3 月 20 日開始、4 月1２日終了）行いました。両区の間で成長量に違いは認められませんでしたが、複数の測定項目 では興味深い結果が得られました。
2. 光合成活性︓クロロフィル蛍光のパラメータ Fv / Fm
クロロフィル蛍光について
光合成反応は葉緑体を構成するチラコイドとストロマで起こる連続した二つの反応系からなり、それぞれをチラコイド反応（明反応）、ストロマ反応（暗反応）と呼びます。前者は光エネルギーを 化学エネルギーに変換する電子伝達系で、ATP と NADPH が生成されます。これらが後者のストロマで起こる同化反応へのエネルギー供給と還元作用として機能しています。植物が健全であれば光化学系 II が吸収した光エネルギーのうち 80～83％を化学エネルギーに変換（最大光量子収率、Fv / Fm は 0.80～0.83）しますが、植物が何らかのストレス（水不足、病気など）を受けると、この値が低下し ます。本
実験ではこのパラメータを測定することで、低圧が植物の光合成にとってストレス要因か否かを検討し ました。
結果︓低圧区、対照区とも Fv / Fm は 0.81 前後で両区の間で差は認められなかったことから、0.3 気圧の低圧は光合成にとってストレスではないだろうと考えられます。
3. LMA（葉の乾燥重量/葉面積）
LMA は植物成長の主役であるの葉（光合成器官）の重要な特性であり、植物の生存戦 略にとっ-7-

て重要な指標です。一般に水不足下で生育した植物ではこの値が大きくなります。
結果︓0.3 気圧下で生育したポプラの葉の LMA は対照区のそれより大きくなりました。
４. T/R 比
T/R 比は植物の地上部乾燥重量/地下部乾燥重量の比を表します。一般に植物は水不足下で生育すると T/R 比は小さくなります（相対的に地下部が多くなる）。これは、葉で作った光合成産物を葉や幹などの地上部の成長よりも地下部の根の成長に多くを配分し、よりたくさんの水を吸収するこ とを優先する乾燥に対する適応戦略と考えられています。
結果︓0.3 気圧下で生育したポプラの T/R 比は対照区のそれより小さくなりました。
５．おわりに３、４の結果は、0.3 気圧下で育ったポプラの LMA と T/R 比は乾燥等水不足下で生育する植物に見られる反応と類似していました。水耕栽培で育成したポプラでも水不足の状態だったのか、ある いは低圧それ自体、または低圧が他の環境要因を変化させることで、植物の形態形成に影響を及ぼしたのか、興味は尽きません。
本研究で使用している実験装置の正式名称は以下のとおりとします︓
低圧下樹木育成実験装置 Low Pressure Tree Growth Experiment Apparatus (LPTGEA)（池田武文 記）研究紹介
LignoSat のミッション系開発の現状と展望
MISSION 班 伊藤駿冶
1. LignoSat ミッションの全体像
木造人工衛星開発学生チームでは、宇宙での木材利用の可能性を探究するとともに、宇 宙の複合的な環境因子が木材へ及ぼす影響を調査することを目的として、木造人工衛星 LignoSat を開発しています。メインミッションとして掲げているのは、①木造構体内部のひずみの経時的測定、②木造構体内部の多点温度計測、③地磁気測定、④人工衛星内部の Single-Event Upset のカウント、⑤独自の双方向アマチュア無線通信サービス の 5 つです。ここではこのうち①-③について説明します。
2. 各ミッションの内容(1) ひずみ測定
まずはひずみ測定ミッションについてです。図１に示したような二軸ひずみゲージを衛星の-X,-Z 面に貼り付け、１分当たり 1 回の測定の 1 年間行います。この測定結果から、宇宙での木材の熱膨張率を推定するとともに、地上での熱サイクル試験の結果などと比較して、宇宙環境因子が木材に及ぼす影響について調査します。

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図１ 2 軸ひずみゲージ (東京測器株式会社製)

図２ LignoSat 衛星構体

ひずみと温度データから熱膨張率の推定は本当に可能なのかを調べるため、ひずみゲージを張 り付けたホオノキ試験体と温度センサを温度制御チャンバーに置き、宇宙環境を想定して-40℃から 50℃までの範囲で 1 分あたり２℃ずつ温度を上昇させ、ひずみの変化を計測しました。下の図 3 に示したのが温度とひずみのグラフです。このように温度の上昇に伴ってひずみの値が一様に増加しており、温度変 化による木材のひずみをしっかりと測定できていることがわかります。

図３ 温度と木材繊維直行方向のひずみの関係
図４は-39℃～52℃の範囲において、5 分間の温度のひずみの関係から熱膨張率を求めたもので、その平均値は 1.95×10^-5/K となりました。この値は、ホオノキと組織構造が似ている Yellowpoplar の繊維直行方向の熱膨張率 2.78×10^-5/K と近い値となっており、宇宙空間においてひずみゲージを使った熱膨張率の推定は可能であると考えられます。

図４ 温度と熱膨張率の関係-9-(2) 温度計測
木材の熱膨張率を測定するために、ひずみ測定面において木造構体の表面温度を計測する必要があります。そのため、ひずみ測定面 2 面に温度センサを張り付けるほか、５つある太陽電池パネル用基板やアンテナ展開機構の内側、バッテリーなどの近傍に計 11 個の温度センサを用いて、衛星内部の温度分布とその 時間変化をモニタリングします。センサを直接木造構体に貼り付けるため、センサを搭載した温度センサ基板を設計しました。セ ンサ 単体
では木材との接触面積が小さいため、温度センサ基板によ って接触部分の表面積を広げ、宇宙実績のある絶縁性接着 剤で木材と接着しています。
図５ 温度センサ基板(3) 地磁気測定
LignoSat1 号機が搭載しているアンテナは、衛星運用まで折りたたまれており、ISS からの放出後に固定用のひもを焼き切ることによって展開されるという仕組みになっています。この方式の問題点としては、アンテナの展開不備があった際に衛星との交信ができなくなってしまうということが挙げられます。そこで、木材の磁気透過率が高いことを利用し、LignoSat2 号機では衛星の内部に搭載できるパッチアンテナの運用を予定しています。ところがパッチアンテナは指向性が強く、その運用のためには衛星の姿勢制御が不可欠です。したがって、木造構体の磁気透過率を推定し、金属交代の場合と比較することで、パッチアンテナ搭載へ向けて地磁気による姿勢制御系の導入の可能性を調べることをこのミッションの目標 としています。
地磁気センサについては、現在測定精度を保証するための校正試験を行っている段階であり、今までに基板単体での精度評価を終えました。これは、外部磁場を除いた状態でセンサに一定の磁場を与え続けて絶対値を補正する試験、特定方向に磁場の値を連続的に変化させながら測定値の連続性と線形性を確かめる試験、強度を固定し向きを円形に変化させて値の連続性を見る試験の 3 つから構成
されています。例として以下に絶対値の補正の様子を示します。解析した結果、絶対値の誤差は 1%以下に収まっていることが確認され、センサの正確性が保証されました。

図６ センサ Y 軸方向に+250[mG]の磁場をかけたときの磁場の値- 10 -

3. 今後の展望
最後に、今後の展望についてです。ひずみ計測に関しては、今後ミッションボード ver2 を作成し、ノイズ除去フィルターの搭載などを行う予定です。温度計測については、熱真空試験による温度センサの制度の評価とその補正、地磁気測定についてはセンサの感度軸のずれの補正や、衛星内部の基板や通信などの影響によるノイズの補正などを予定しています。

京都大学 SIC 有人宇宙学研究センター
https://space.innovationkyoto.org/〒606-8501 京都市左京区吉田本町 吉田キャンパス本部構内 総合研究 16 号館 208 号室
編集人︓宇宙木材研究室 三本勇貴、豊西悟大、山本陽大
Tel＆Fax: 075-753-5129 Email: spacewood@mail2.adm.kyoto-u.ac.jp
SIC 有人宇宙学研究センター NewsLetter No.17
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