2023年3月16日
土木学会 月面建設技術シンポジウム「宇宙開発における土木の役割」（※本研究はJST ムーンショット型研究開発事業（課題番号JPMJMS2032-14）の支援を受けたものです）

はじめに｜これからの月探査と利用について•

国際宇宙探査協働グループ（ISECG）•••

各国宇宙機関での月～火星探査シナリオ検討
Global Exploration Roadmap（GER）

海外動向•

米国：アルテミス計画
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2024年 有人月面探査
2028年 月面拠点建設
CLPS（民間による商業月輸送）

欧州：ESA主導での構想
中国：月南極に拠点構築

国内動向
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Image courtesy: NASA

月探査関連：SLIM，LUPEXなど．
将来月拠点構想，有人与圧ローバ
スターダストプログラム，宇宙産業ビジョン，など

今後さらに月探査・利用が高まる機運にあり，月面インフラ構築が必要となる．
小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(2)はじめに｜月面インフラ構築

Uncrewed scientificexploration(water ice)

Crewed mission
w/ lunar gateway(Precursors)

Image courtesy: JAXACrewed mission
w/ pressurized rovers

ISRU, industrialization,& commercialization

月面のインフラ構築はフェーズアップの基軸

着陸地点

輸送路

格納・居住

エネルギー

通信

環境制御・生命維持システム

月面インフラ構築シナリオのOpen issue「いつ・何を・どのような順で，どのように構築するか？」※アルテミス計画文書，ISECG/GERなどにも”Construction”の文言が明記されていない．

まずは，月面着陸拠点が必要ではないだろうか？
小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(3)

なぜ着陸拠点か？
着陸成功率の飛躍的な向上•

重力天体着陸は多くの失敗事例がある（成功率は4割）．
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斜面や凹凸地形，岩石乗り上げ，航法誘導系，推進系の誤作動，構造系の不具合など

月着陸の高精度化•センサ・処理・制御課題が複合的に関連している．
•着陸機高機能化➔重量増によってペイロード（輸送量）が制限されるのは好ましくない．

高頻度の月面輸送の実現•••

月の科学＆月を利用した科学，月利用，将来の月面居住構築・有人探査などを促進する．
月面への大量輸送時代が到来するという時代背景ニーズに即したシナリオとなる．
着陸拠点構築を進めることは，日本のプレゼンス獲得においても肝要である．

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(4)

月面着陸拠点構築｜いつ・どのように？

Uncrewed scientificexploration(water ice)

月面特有の制約

輸送コスト

Crewed mission
w/ lunar gateway(Precursors)

Crewed mission
w/ pressurized rovers

Image courtesy: JAXAISRU, industrialization,& commercialization

小型軽量ロボットによる未踏地域での土工作業
小型軽量ロボット

調査（cf. 地球＝数トンの建機）

土質の不確定性
低重力エネルギー
極限環境

現地調査戦略の構築（cf. 地球＝経験則）

ｖ

低重力環境での小型ロボットによる作業
高効率・レジリエント
な土工作業
小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）

設計
施工

(5)

小型土工ロボットによる作業シナリオ

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(7)

小型土工ロボットプラットフォーム試作機

約50～70 kg, アクティブサスペンション，計12自由度
スマートモータの活用により，計算機は搭載していない．
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上位層の制御は，クラウド（オペレータ）側で実行している．

本体中空構造：ツール搭載や輸送スペース•

土質調査や土工用のツールとロボットの機械電気結合機構として，RoTFaM (Robotic Tool Fasten Mechanism) も開発している．

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(8)小型土工ロボットによる作業｜土質調査• RFTと呼ばれる力学モデルに基づいて，土質の機械的パラメータ（ScalingFactor）をその場で同定する．
• SFが分かれば同地点での土工作業の見積もりが可能となる．
• 土質の不確定性を調査地点計画に反映させる手法（Informative path planning）も構築中である．

Experimental Field (ISAS/JAXA, Mar-2022)（Morita & Ishigami, ISTVS2022）
小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(9)

小型土工ロボットによる作業｜小型排土ロボット
約50 kg程度の小型ロボットによる排土作業➔排土抵抗による車両ピッチ角の大きな変動• 変動抑えるためのブレード高さの能動的な制御• 所望の土工量を得るための排土距離・排土回数の最適化• Sim2Realなどを用いた機械学習ベースでの制御ポリシーの獲得を検討中

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(10)小型土工ロボットによる作業｜小型転圧ロボット
小型軽量ロボットによる転圧作業＝十分な転圧荷重が得られない．
• 非平滑胴ローラによる転圧実験• 荷重コンプライアンス制御を転圧制御• Sim2Realなどを用いた機械学習ベースでの制御ポリシーの獲得を検討中

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(11)

小型土工ロボットによる作業｜レゴリス飛散解析
CFD-DEM連成解析を用いたレゴリス飛散シミュレーション• 月レゴリスの圧密目標値の取得を最終目的としている．
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レゴリス焼結に際してもレゴリスを事前に圧密させておく．

• 着陸機のスラスタによる飛散（粘性浸食）•

着陸スラスタ噴射によるレゴリスへのせん断応力＞レゴリスの内部せん断応力

Apollo LMDE•

Particle vel. 300 ~ 2000 m/s (Blownlee et al., 1972)•

Particle ejection angle 1 ~ 3° (Immer et al., 2011)

𝑧 [m]Velocity [m/s](ii) t = 15 ms

507503°15001°O𝑟 [m]15（Yamaguchi & Ishigami, to be submitted）

小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(12)

まとめ｜小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ

月面インフラ：いつ・何を・どのような順で，どのように構築するか？

➔「2030年代初頭・まずは着陸拠点を・小型ロボットで」小型軽量ロボットによる未踏地域での土工作業AIを駆使した低重力環境での高効率・レジリエントな土工作業

月面大型輸送機のより安全な着陸の実現
地球・月圏エコシステムの実現へのキー技術
小型土工ロボットによる月面着陸拠点構築シナリオ（慶應大・石上）(13)