資料63‐2
科学技術・学術審議会
研究計画・評価分科会
宇宙開発利用部会（第63回）R3.12.13

小型技術刷新衛星研究開発
プログラムについて
2021年12月13日
国立研究開発法人

宇宙航空研究開発機構
理事 張替 正敏
研究戦略部 計画マネージャ 加藤 松明

本日の報告内容
1. 本プログラムの位置づけ
2. 目的・目標の設定
3. 研究課題の設定
4. 今後の予定

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１．本プログラムの位置づけ
背景l 課題1: 挑戦的な衛星技術の研究開発・採⽤機会の不⾜ü

政府における衛星開発においては、実利⽤が進むなか、成熟度の⾼い技術を活⽤した着実な開発が求められており、衛星システムの刷新や⺠間の競争⼒強化につながる挑戦的技術・先端技術を採⽤した研究開発・実証の機会が不⾜。

l 課題2: 衛星の開発・製造⽅式の刷新に取り組む機会の不⾜ü

欧⽶等で取組が進むなか、開発期間の短縮・低コスト化につながる新たな衛星開発・製造⽅式(開発プロセスのデジタル化や安全・信頼性の最適化等)の実現に取り組む機会が不⾜。
※宇宙基本計画「⼩型・超⼩型衛星によるアジャイル開発・実証を⾏う技術刷新衛星プログラムを新たに構築」 (令和2年度改定)に記載(内閣府)衛星開発・実証プラットフォーム 産学官の議論による戦略⽴案・開発テーマ(⽅針)の設定

⼩型技術刷新衛星研究開発プログラム① ⼩型・超⼩型衛星により、以下をアジャイルに開発・実証A) 官⺠で活⽤可能な⾰新的・基盤的技術を官⺠連
携で早いサイクルで実証（他分野の先端技術との融合）➡挑戦的な衛星技術による競争⼒向上や新たなユーザニーズ創出
B) 衛星の新たな開発・製造⽅式(ﾃﾞｼﾞﾀﾗｲｾﾞｰｼｮﾝ等)、設計開発に関する基準・標準（安全・信頼性等）の試⾏・実証（作り⽅プロセスの刷新）➡衛星の短期開発・低コスト化② 技術成熟度の低いものの国際競争⼒向上に貢献する
挑戦的な新規技術は、衛星での実証に向けて、地上での官⺠共同開発を実施し、アイデアから宇宙実証の間のギャップを解消し、シームレスに研究開発を推進

我が国の実⽤衛星への成果適⽤を図るとともに衛星開発の国際競争⼒向上に貢献【⺠間の宇宙活動】宇宙ビジネス拡⼤

宇宙産業振興l⺠間単独での開発が困難な挑戦的技術による競争⼒の⾼いビジネスの展開
l新開発・製造⽅式適⽤による低コスト化

競争⼒・売上向上

⼩型技術刷新衛星研究開発プログラム
⾰新的・基盤的技術の地上での官⺠共同研究開発

・⺠間宇宙ビジネスへの新技術・新開発⽅式の適⽤・宇宙ビジネスからの⾰新的技術ニーズの取込み
軌道上実証

・政府の衛星開発利⽤への新技術・新開発⽅式の適⽤・政府・公共利⽤ニーズの取込み【政府の宇宙活動】宇宙利⽤拡⼤

浮いたコストを他プロジェクト・技術開発へ

l挑戦的な新規技術の適⽤による価値創出
l新開発・製造⽅式適⽤による低コスト化➡政府利⽤の敷居低下・利⽤省庁主体の利⽤拡⼤

後継

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令和3年1月29日 第92回宇宙政策員会 資料1-2 文部科学省説明資料に追記

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２．目的・目標•

前頁に示す本プログラムの政策的な位置づけである「競争力向上や新たなユーザニーズ創出」、「衛星の短期開発・低コスト化」への貢献を目指し、昨今の宇宙事業を取り巻く環境（下記3つの視点）を踏まえて本プログラムの目的を以下のとおり設定。
宇宙市場の拡大、競争の激化

今後10年で大きな成長が見込
まれる地球観測分野を中心に、堅調に成長する宇宙産業に対し、 競争力のある技術・企業・サービスを産み出す

コンステレーションニーズの拡大
コンステレーション事業が政府・民生で検討され、 コンステレーションニーズが拡大 。
コンステレーションの能力を向上させる基盤技術 を獲得する。

デジタル化への期待

宇宙基本計画にも示されている、近年急速に進展が進む衛星のソフトウェア化、開発プロセスのデジタライゼーション（デジタル化）に貢献するプログラムの目的• 10年先に我国が世界トップレベルのコストパフォーマンスを持つ「衛星利用サービス」を享受。

• そのため、国際市場の中で競争力を持つ衛星技術を、新規企業の参入も促進して構築。
• 技術の対象領域は、衛星システムレベル技術＝「アーキテクチャ」、「設計・製造及び運用プロセス等」とし、これらの研究開発、実証及び成果の活用を促進。

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２．目的・目標
目標①：新たな衛星利用サービス構想の実現
a. 衛星サービスの拡大・進化の基盤となる機能（ネットワーク機能、サーバ機能、アプリケーション機能など）について、目標②で掲げる「ソフトウェア衛星」とともに連接する実証実験を将来発展・活用の意欲のある企業・組織とともに実施する。
b. 本プログラムで実証した技術を取り込んだ【新たな衛星利用サービス】を実施する国内企業が存在している状態を目指す。
衛星利用サービスの刷新のイメージ（SaaS on Space Cloud）

現状の衛星利用サービス（Satellite as a Service：SaaS）
拡張

計画・観測・計測・判断・伝送・・・③観測・計測②計画・送信

④伝送
設定・・・

①要求

⑤処理・配信⑥活用

活用
活用

既存のサービスのアーキテクチャ

サービスアーキテクチャの刷新

・ユーザニーズは大幅な変更はない前提でシステムがデザインされており、確定的・機能の変更・追加・拡張は想定していない。ユーザニー
ズの大幅な変更への対応は不可

・ユーザニーズに応じて、衛星と地上の役割をダイナミックに変更可能。
・新たな機能を持つ衛星（観測機能やサーバ機能など）を自由に拡張し、サービスの質をフレキシブルに変更可能
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２．目的・目標
目標②：ソフトウェア衛星を目指したアーキテクチャの構築
a. ソフトウェア衛星のアーキテクチャの原型を構築し、衛星間や地上との連携を自在に行う技術を軌道上実証する。
b. 2年毎の刷新衛星でMoore則に従う衛星搭載計算能力の確保と、それに見合う機能・性能の向上を可能とする衛星の開発手法を構築する。
従来の衛星アーキテクチャ

ソフトウェア衛星のアーキテクチャ

・打ち上げ後の変更が難しい・再利用性の低いソフトウェアアーキテクチャ
・ハードウェアに依存した設計・検証・運用、特に最終結合の試験は最後に実施（リスクの後ろ倒し）

・打ち上げ後も自在性の高い衛星の実現
・再利用性の高いソフトウェアアーキテクチャにより、衛星開発の効率化
・ソフトウェア（サイバー空間）と計算機（物理空間）を分離。設計・製造・検証・運用のプロセスを刷新し、開発を効率化

設計・検証・運用

大機能

大機能
機能

機能
小機能１

小機能2

小機能3

小機能１

小機能2

小機能3

サイバー空間での設計・検証・運用

ソフトウェア

実装
手段

実装
手段
アナログ回路アナログ回路計算機

設計・検証・運用

設計・検証・運用

設計・検証・運用

ソフトウェア（デジタル基盤技術：アーキテクチャ）
計算機（デジタル基盤技術：計算機）
物理空間での設計・検証・運用

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２．目的・目標
目標③：衛星開発へのデジタル（DX）開発手法の浸透・効用の顕在化
a. 2年で数十機程度（TBD）という我国の民生事業で構想されている小型衛星コンステレー
ションの開発・運用に対し、費用・期間並びに信頼性の要求を満足するDX開発・運用手法を実現する。
衛星利用サービス設計

機能設計

モノづくり
大機能機能
小機能１

小機能2

小機能3

衛星・コンポーネントの構造・熱・電力等の物理的設計解析

サイバー空間での設計・検証・運用

S/W

ソフトウェア（デジタル基盤技術：アーキテクチャ）

衛星・コンポーネント等の製造図面

衛星・コンポーネント等の製造

H/W

計算機
（デジタル基盤技術：計算機）

実装
手段

実機での設計・検証・運用

外部
環
境
情報

衛星・コンポーネント等の試験

設計情報と製造・試験に関する情報の連携によるモノづくり（衛星開発）の効率化

7３．研究課題の設定
本プログラム活動の構成
有識者検討委員会の構成
氏名

所属

役職

東京大学大学院工学系研究科航空 教授
宇宙工学専攻委員長
宇宙政策委員会衛星開発・実証小委 委員長
中須賀 真一 員会
大学宇宙工学コンソーシアム
理事（UNISEC）
慶應義塾大学大学院システムデザイ 教授
副委員長
ン・マネジメント研究科
白坂 成功
宇宙政策委員会衛星開発・実証小委 委員
員会
東京大学大学院工学系研究科航空 教授
岩崎 晃
宇宙工学専攻

中尾 彰宏

木村 真一

石田 真康

これまでの主な活動

オブザーバ

東京大学大学院情報学環・学際情報 教授
学府
Beyond 5G推進コンソーシアム国際委 委員長
員会
東京理科大学理工学部電気電子情 教授
報工学科
大学宇宙工学コンソーシアム
理事（UNISEC）
A.T.カーニー株式会社
プリンシ
パル
代表理事
一般社団法人SPACETIDE
兼CEO

宇宙政策委員会衛星開発・実証小委 委員
員会（財）衛星システム技術推進機構（ASTEC）
⽂部科学省

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３．研究課題の設定• 設定した目的、目標について事業者からの意見を収集すべく情報提供要請を2021年9月に実施。情報を提供いただいた事業者に補完的にヒアリングを実施。
意見カテゴリ

目標①

情報提供内容・ヒアリング結果

意見

研究課題設定の考え方• 地球観測データやIoTデータの情報化・知識化を進め、データ利用者がより使いやすい方向に進化することが必要。

• ミッションを対象に オンボード処理能力の向上は価値がある。
• 具体的なサービス実証（POC）のための場が必要• 地球観測事業と新たな民生事業との連携については 引き続き検討が必要• 地上処理を軌道上で行うことによるサービスの価値向上の可能性はある• 高頻度ではなく、データ鮮度等の観点で衛星間ネットワーク、オンボード処理の高度化が重要。そのためのシステムアーキテクチャ検討も重要

目標②• 衛星システムのソフトウェア化とこれをベースとした開発のDX化は重要。 • ソフトウェア化することで効果の高い領域の識別と、具体的な取り組み、• ソフトウェア化のアーキテクチャを定義するにあたり、「ソフトウェア開発実施体制について 引き続き検討がの効率化」、「衛星利用サービスのより高度な実現」など、目的の設定お必要
よびこれを維持する体制の構築が重要

目標③• （主に政府系衛星などでは）大規模、複雑な衛星システム開発において、 • 日本の宇宙システムのデジタル化
顧客－製造企業（企業内及び企業間）の認識・理解の齟齬に伴う課題（エコシステムの構築）について、がある。モデル化等の何らかの技術により、これらの情報の流れを整流
中・大型衛星も含む中期的な目標、化する取り組みは価値がある
具体的な取り組みについて 引き続き検討が必要• 上流設計から製造までの一貫したDigital化は重要。
• 競争が熾烈な業界での国際競争力• 敷居の高い開発のDXの敷居を下げる活動が重要。
強化に必要な衛星能力拡大、多品• 小型衛星コンステレーション事業では、標準化のような中長期の取り組種への対応等の具体的テーマ設定
みよりも事業競争力の強化に直結するような取り組みが重要。
が必要

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３．研究課題の設定•事業者からの意見を踏まえて研究課題を識別した。
研究課題のカテゴリ

具体的な研究課題の内容

関連
目標

研究課題（ア）• 観測能力（時間・領域等）の拡張に資するシミュレーション技術とモデルベースの観測運用技術の獲得（下記技術も活用）
小型衛星コンステレーショ
ンの観測能力の拡大と地
a. 軌道上エッジコンピューティングによるサービス環境の構築
球観測サービスの価値向b. 衛星のオンボード処理能力の拡張上に向けた取り組みc. 高発熱機器に対する新たな熱制御デバイス技術の獲得①②③

研究課題（イ）
小型衛星コンステレーショ•ン事業の多種多様なミッションへの対応力向上とデリバリータイムの縮減システム成立性/仕様検討のモデルベース化、シリーズ衛星開発におけるモデル再利用による開発効率の向上③

研究課題（ウ）※政府の地球観測事業や民生分野におけるコンステレーションの新たな民生事業及び事業 活用といった動向も踏まえ、新たな民生利用事業と事業者の発掘者の発掘に向けた検討を継続する。

①研究課題（エ）※中・大型衛星の開発に関係する様々なステークホルダと連携し、我が国の宇宙システム開 衛星のソフトウェア化、宇宙システム開発のデジタル化に向けた発のデジタル化に向けた 課題の識別、具体的な研究課題の設定について検討を進める。
取り組み

②
③10

３．研究課題の設定
研究課題（ア）小型衛星コンステレーションの観測能力の拡大と地球観測サービスの価値向上に向けた取り組みØ 熱、電力、姿勢などが複合的に関係する軌道上環境を必要な精度で模擬できるシミュレーション技術とこれを活用したモデルベースの観測運用技術の獲得を目指す。
BeforeAfter

各種設計解析の連携が固定的でマージンが大。実運用との連携も限定的。
軌道/姿勢
軌道解析
姿勢計画電⼒発⽣電⼒

a.
b.

c.

システムモデルをサイバー空間に構築し、解析データや試験データ等と連携。システムが持つ能力を最大限に引き出す
・・・
維持設計
After

・各種設計解析間の連携は⽂書ベースで固定的（マージン⼤）・実際の軌道上複合環境における実機（衛星）運⽤への反映は限定的
熱運⽤

軌道上データのフィードバック

概念検討

システムモデルをサイバー空間に構築し、これを中⼼に各種データと連携
システム
モデル

試験結果のフィードバック

構体各⾯の機器搭載
可能熱量

AI処理や自律化機能等、地球観測サービス事業の拡大を支えるソフトウェア開発について、容易にかつ新たなプレーヤが参画しやすい環境の構築（P12参照）。
上記、軌道上でのAI処理、観測運用のインテリジェント化など、高度な機能を軌道上で行うことによる地球観測サービス事業の競争力向上に向け、Mooreの法則で進展する地上民生部品技術も取り入れた軌
道上計算機の研究開発に取り組む（P13参照）
小型衛星の限られたリソース（搭載スペース等）の中で高性能化に伴う高発熱機器に対する新たな熱制
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御技術の獲得

３．研究課題の設定
研究課題（ア）-a： 軌道上エッジコンピューティングによるサービス環境の構築
ü 運用の自由度向上や新たな事業者によるサービス提供を容易に可能とするために、オープンな軌道上のエッジコンピューティングにおけるサービスアーキテク
チャ環境を構築
宇宙分野コミュニティ

宇宙分野以外コミュニティ

アイデアを持つ人が自由にサービスを開発

サービスアプリケーション

オープン
領域

監視
サービス

AI抽出
サービス

地上から搭載へ観測サービス

アプリケーション実行プラットフォーム

共通
プラット
フォーム
領域

アプリケーション実行サービス

通信
サービス

アプリ
管理
サービス

データ管理
サービス

OS仮想化

共通プラットフォーム
により、サービスアプリケーションを地上/搭載計算機で動作可能宇宙機メーカーが開発

OSの違いを吸収

オープンなサービスアーキテクチャ
サービスアプリケーション
監視
サービス

AI抽出
サービス

観測
サービス

アプリケーション実行プラットフォーム
アプリケーション実行サービス

通信
サービス

アプリ
管理
サービス

データ管理
サービス

OS仮想化

Windows / Linux

組み込みOS

地上計算機環境

搭載計算機環境12

３．研究課題の設定
研究課題（ア）-b: 衛星のオンボード処理能力の拡張
ü 民生部品等（MPU*を搭載したSOC* FPGA、メニーコアプロセッサ*など）を活用した高性能なオンボード計算機
ü オンボード計算機に搭載するボードを容易に拡張・取替が可能な構成の実現* MPU：Multi Processor Unit、 SOC：System on Chip、
メニーコアプロセッサ：１つのプロセッサ内に多数のコアが搭載されているプロセッサ

様々な計算機環境を発展的に試すことが可能な共通プラットフォーム（模式図）

MPU

FPGAコントローラ

信頼性が高い計算機ボードMPU

SOCボード

０1

2

3０2

I/F

吸吹
呁

456

7

1

45367

メニーコアボード
動作監視用
計算機ボードメモリアレーFPGA-MPUの協調動作により複数CPUコアをAI処理が動作、搭載することで軌道上書換可能なAI等の複数の高性能なSOCボード アプリケーションを並列に動作可能な
メニーコアボード

AIに必要な大容量データを保存できるストレージ

簡単にボードの抜き差し可能な標準I/F

13３．研究課題の設定
研究課題（イ）小型衛星コンステレーション事業の多種多様なミッションへの対応力向上とデリバリータイムの縮減に向けた取り組み
Ø 様々な顧客要求を分析し、実現性評価と衛星仕様設定を短縮する技術として、システ
ム成立性/仕様検討のモデルベース化と、シリーズ衛星開発におけるモデル再利用化に取り組み、顧客要求への対応力の向上とデリバリータイムを縮減を目指す。
Beforeシーケンシャルな設計による
単発開発
顧客
要求

After
顧客
顧客
顧客要求
要求
要求

過去設計情報（モデル・データ）を活用した開発

初号機開発
要求分析

成立性検討

仕様設定

２号機開発
要求
分析

初号機
開発

部品情報DB

２号機
開発

３号機
開発

成立性検討

仕様設定

３号機開発

モデル/データ再利用によるプロセス効率化
デリバリータイム縮減

要求
分析

仕様
設定

成立性検討

モデルDB

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４.まとめ• 2021年度より本格的に取り組みを開始した小型技術刷新衛星研究開発
プログラムについて、本プログラムを取り巻く環境や最新の動向を踏まえた目的・目標を設定した。
• JAXAとして設定した目的・目標について、2021年9月に情報提供要請を実施。20社以上の宇宙事業者/非宇宙事業者からご意見をいただいた。
• 研究開発課題設定に向け、頂いたご意見の分析および事業者への補完的なヒアリングを実施した。
• 2021年12月に有識者検討委員会を開催し、研究課題として4項目を設定した。このうち具体化が進んだ2項目について、具体的な研究及び実証に向け、パートナーとなる事業者の選定を行い研究開発を進める。残る2項目については、研究課題の具体化について更に検討を進める。
• 研究開発課題の技術実証について、FY2024より2年毎に打ち上げる刷新衛星に加え、よりアジャイルに実証を行うため、民間衛星への搭載、大学・民間企業のCubeSat等と連携し、タイムリーな実証を行う。
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（Blank）

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付録 政策文書における本プログラムの位置づけ
I.

宇宙基本計画（令和２年６月３０日）「進展の早い先端技術や開発期間の短縮、省エネや低コスト化につながる新たな開発方式を官民双方の衛星に随時取り入れるため、従来の技術試験衛星に加え、小型・超小型衛星によるアジャイル開発・実証を行う技術刷新衛星プログ
ラムを新たに構築するとともに、同プログラムを支えるAI やロボティクス、蓄電技術、半導体技術等の基盤技術開発を着実に実施する。(文部科学省等)」

II. 宇宙基本計画工程表改訂に向けた重点事項（令和３年６月２９日）
小型・超小型衛星によるアジャイル開発・実証を行う技術刷新衛星プログラムについて、 2020 年度に検討したプログラムの進め方計画に基づき、官民で活用可能な挑戦的な技術や新たな開発・製造方式等に関する技術開発の検討（新たな安全・信頼性基準の検討を含む）などに 2021 年度から着手する。特に、重点課題として、衛星システムのデジタル化を支える基盤技術や衛星システム開発プロセス刷新（デジタル化）に関する技術に取り組む。また、2024 年度の初号機打ち上げに向けたミッション検討に 2021 年度から着手する。
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付録 宇宙基本計画工程表
令和2年6月30日版より抜粋

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