東海大学海洋研究所研究報告第 38 号（2017）35 〜39 頁

原著論文（Original Article）

Bull Inst. Oceanic Res. & Develop., Tokai Univ.（2017）, 38, 35 ‑ 39

新たな宇宙技術者教育プログラム Fuji-sat の実践と評価
新田 英智 1 ）2 ）・織原 義明 1 ）3 ）・東郷 翔帆 1 ）2 ）・高橋 周作 1 ）2 ）・冨田 悠登 1 ）2 ）・稲崎 弘次 4 ）・藤原 博伸 5 ）・鴨川 仁 1 ）2 ）＊New Education Program for Space Science and Technology, Fuji-sat
Hidetoshi Nitta 1 ）2 ）, Yoshiaki Orihara 1 ）3 ）, Shoho Togo 1 ）2 ）, Shusaku Takahashi 1 ）2 ）,Yuto Tomida 1 ）2 ）, Koji Inazaki 4 ）, Hironobu Fujiwara 5 ）, and Masashi Kamogawa 1 ）2 ）＊Abstract
Can-sat, Balloon-sat, Cube-sat and Micro/Nano-satellite are popular education programs for spacescience and technology in the high school and university. Cube-sat and Micro/Nano-satellite are realsatellite in the space, while Can-sat and Balloon-sat are a simulated satellite operated in atmosphere.
There is a large gap of required skills between the real and simulated satellites. In order to ﬁll the gap,
we propose a Fuji-sat education program which is the long-term simulated satellite operation at thesummit of Mt Fuji.

In our observation of 2016, Fuji-sat is operating, using solar panel andtelecommunication. For our ﬁrst 4-months observation, our Fuji-sat operated well.

1 ）東京学芸大学教育学部物理科学分野 〒 184‑8501 東京都小金井市貫井北町 4‑1‑1
Department of Physics, Tokyo Gakugei University, 4‑1‑1 Nukuikitamachi, Koganei-shi, Tokyo 184‑8501, Japan2 ）NPO 富士山測候所を活用する会 〒 102‑0083 東京都千代田区麹町 1‑6‑9 DIK 麹町ビル 901
NPO Valid Utilization of Mt. Fuji Weather Station, DIK Koujimachi Building #901, 1‑6‑9 Koujimachi, Chiyoda-ku, Tokyo,102‑0083 Japan3 ）東海大学海洋研究所 〒 424‑8610 静岡市清水区折戸 3‑20‑1
Institute of Oceanic Research and Development, Tokai University, 3‑20‑1 Orido, Shimizu-ku, Shizuoka 424‑8610, Japan4 ）東山技研 〒 669‑1353 兵庫県三田市東山 222‑2Higashiyama Technical Research, 222‑2 Higashiyama, Sanda-shi, Hyogo, 669‑1353 Japan5 ）私立女子聖学院高等学校 〒 114‑8574 東京都北区中里 3‑12‑2
Joshiseigakuin High School, 3‑12‑2 Nakazato, Kita-ku, Tokyo 114‑8574, Japan＊ Corresponding author : Masashi Kamogawa（ kamogawa@u-gakugei.ac.jp ）（ 2017 年 1 月 25 日受付／ 2017 年 2 月 3 日受理）36

新田 英智・織原 義明・東郷 翔帆・高橋 周作・冨田 悠登・稲崎 弘次・藤原 博伸・鴨川 仁緒

sat や balloon-sat と，Cube-sat や Micro/Nano-satellite と の 間 に 大 き な 隔 た り が あ る．Cube-sat や言Micro/Nano-satellite は実際に宇宙空間に衛星を上高校生および大学生のための衛星製作・運用の教げることから，実衛星教育プログラムということが育・学習課程として，学生らのレベルに合わせたできる．一方 Can-sat，balloon-sat は，実際に衛星Can-sat や Cube-sat などの教育プログラムが用意さを宇宙空間に上げないので，模擬衛星教育プログラれている（宮崎，2011 ）．しかし既存の教育プログムと呼ぶことができる．
そこで我々は，Can-sat や Balloon-sat と，Cube-ラム間には，難易度の点において隔たりがあると指sat や Micro/Nano-satellite の隔たりを埋めるよう摘されている（ Togo et al., 2017 ）．

Can-sat とは，1998 年にスタンフォード大学宇宙な教育プログラムが必要であると考えた．その教育開発研究所の Bob Twiggs 教授が提案した教育プロプログラムには，太陽パネルによる給電方式を用いグラムで，350 ml 缶の中に機器を搭載し，落下中にた長期間運用実験であることが求められる．
我々は，NPO 富士山測候所を活用する会の一員科学観測などを行うものである．運用期間が数秒〜数分であり，太陽パネル等は必要ない（大学宇宙工として，富士山測候所での越冬観測を 2013 年から学コンソーシアム編，中須賀他，2014 ）．Balloon-行っている．中学，高校の授業で使えるような安価

sat とは，運用期間が数時間であり，こちらも太陽で扱いやすいロガーの開発を目的とし，2013 年 8 月

パネル等は必要ない．運用空間は Can-sat よりも宇から 2014 年 6 月に越冬観測を行った．富士山測候所

宙 に 近 い 環 境 で 観 測 を 行 う． こ れ ら に 対 し て，は，閉鎖環境で電源が確保できず，冬には室内でCube-sat は，実際に宇宙空間に打ち上げられる衛あっても−20 度近くまで気温が下がる．この環境星であり，科学データの取得や技術実証を行う．運で，太陽パネルの電圧，気温，自身のバッテリ電圧

用期間は，運用される軌道によるが，おおよそ 30を測定し，安定して信頼できるデータを取得できて日前後である．同様に，宇宙空間に打ち上げられるいることを確かめた（新田他，2016 ）．この試みをMicro/Nano-satellite は，運用期間が数か月〜数年通して，我々は，太陽パネルによる充電システムにとなるので，いずれも太陽パネルによる給電が必要

よって，富士山測候所の越冬観測が十分に行えるこになる（大学宇宙工学コンソーシアム編，中須賀とを確認した．そこで，Can-sat や Balloon-sat と，他，2014 ）．この二つは，それ自体がすでに衛星開Cube-sat や Micro/Nano-satellite の間を埋める試み

発とそん色ないため，宇宙技術者教育としては非常として，富士山測候所を利用することが有効と考に有効であるが，それができる学生は限られていえ，その教育プログラムの研究として NPO 富士山る． Table 1 に Can-sat ， balloon-sat ， Cube-sat ，測候所を活用する会の学生公募研究に応募し，これMicro/Nano-satellite の特徴をそれぞれまとめた．

を Fuji-sat プロジェクトと名付けた．本稿では，Fu-

この表を見ると，運用期間と給電方式の面で，Can-ji-sat プロジェクトの結果の報告と評価を行う．

Table 1 Comparison between simulated satellite education program and real satellite education program
Balloon-sat

Cubu-sat ＆Micro/Nano-sattelite

Observation period A few minite

A few hour

Several month to several year

Observation site

TroposphereTroposphere and stratosphere SpacePower supply

Battery

Battery

Comunication

Radiocommunication Radiocommunication（ Down-link ）（ Down-link ）Can-satSolar panel and battery
Radiocommunication（ Down-link and up-link ）37

模擬衛星訓練 Fuji-sat3 の実践と評価

このようなモチベーションで，Fuji-sat プロジェ

富士山山頂の環境を生かした
Fuji-sat プロジェクトの概要

らを Fuji-sat1，Fuji-sat2 とする．この観測は，東Fuji-sat は，富士山の閉鎖環境を利用した長期

京学芸大学，創価大学，芝浦工業大学，東海大学のデータ取得の訓練であり，Can-sat や Balloon-sat な学生らによって行われた．この観測では，機器をよどと比べて，運用期間が長くなるという特徴があり衛星環境に近づけるため，無線通信によるデータる．非常に有効な教育プログラムとして確立されたのダウンリンクと，アップリンクによる電源オンオ

Can-sat や Balloon-sat に加えて，Fuji-sat を導入すフをする仕様とした．しかし，これらの技術は学生

クトは 2014 年の夏と 2015 年の夏に行われた．これることによって，いままでの模擬衛星教育プログラには難易度が高く，また，無線資格取得などの困難ムだけでは経験できなかった部分を補うことができがあり，いずれもデータ取得には失敗している（東る．

郷他，2014 ）．

2013 年の越冬観測では，富士山山頂が東京都市部などに比べ，晴天率が高いことが示されている

Fuji-sat3 の仕様（新田他，2016 ）．したがって，電力計算などがしやすく，富士山山頂では，実衛星により近い太陽パネルによる運用が可能であるといえる．

Fuji-sat1，2，では，三つある Fuji-sat プロジェク
ト の 目 的 を い ず れ も 達 成 で き な か っ た． そ こ で

閉鎖環境は，例えば冷蔵庫に入れたり，屋上を立2016 年度の Fuji-sat3 では，1 ）長期観測に加え，2 ）ち入り禁止にしたりすることで再現できるが，得ら無線によるデータのやり取りを SMS 通信によるれる観測データの価値といった面では富士山山頂はデ ー タ ダ ウ ン リ ン ク に 機 能 を 絞 り，3 ）放 射 線 の非常に優れた場所であるといえる．富士山で取得さデータを取得し，大気圧との関係を調べることとしれるデータは，大気化学や大気電気の研究をはじた．

め，科学的に非常に価値が高い．富士山は孤立峯で雷雲と放射線の関係は近年注目され，第三の自然遮蔽物がなく，人工ノイズも少ない．頂上は自由対放射線として研究がすすめられている．まだ発生メ流圏にあるため，自然に立つ灯台のように様々な観カニズムなど未解明な点が多いが，雷雲接近に伴う測に適している．例として，国立環境研究所によっ強い電場が，放射線を生み出す可能性が考えられてて数年にわたり実施された CO2 濃度の連続計測は，いる（ Gurevich et al., 2005 ）．また，片倉他（ 2012 ）地球温暖化研究のための世界第一級データとなってによれば，富士山山頂での夏季約 1 ヶ月の観測で，おり，測候所における観測研究はいずれも学術的価

大気圧と放射線全カウント数は逆相関であるとして．したがっ値が極めて高い（ Nomura et al., 2016 ）いる．これらの研究の一環として，2016 年夏から富て，Fuji-sat で取得されたデータは二次的活用も期

士山頂では，落雷と放射線との関係を探るための観待できる．Can-sat や Balloon-sat は，運用期間で得測が行われている．この研究には 1 秒サンプリングられるデータよりも，その機器が動くかどうかに重以下の分解能を持つ計測が必要である．しかし，点が置かれるが，Cube-sat や Micro/Nano-satellite

Fuji-sat3 の通信能力では，全データをダウンリンは，得られるデータにも重点が置かれる．Fuji-sat

クすることは困難である．富士山頂における大気圧は得られたデータの活用という面においても，これデータは気象庁のホームページから取得することがまでの模擬衛星教育プログラムより，実衛星教育プできる．また，大気圧と放射線カウント数の関係をログラムに近いといえる．

調べるには日ごとの総カウント数で十分確かめられ

そこで，Fuji-sat プロジェクトの目的は，1 ）現在る．そこで，本研究では日ごとの総カウント数をダ

短期的な観測や運用に偏っている模擬衛星教育プロ

ウンリンクし，大気圧との関係を調べることとしグラムに，長期観測を導入すること，2 ）無線によた．また参考データとして，日ごとの落雷数もダウるデータのダウンリンクやアップリンクといった工ンリンクすることとした．

学的な学習活動を行うこと，さらに 3 ）取得された

本研究では，放射線の総カウント数の計測にガイデータ自体を対象とする理学的な学習活動を付け加ガーカウンター（ CPI‑SR002 ）を用いた．データロえることである．

ガーは自作のものを使用し，マイコンは ATOM-

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新田 英智・織原 義明・東郷 翔帆・高橋 周作・冨田 悠登・稲崎 弘次・藤原 博伸・鴨川 仁

ジュールを使用し，逆流を防ぐため，ソーラー充電コントローラー（ CM042.1 ）を使用した．2013 年のデータ（新田他，2016 ）より，日照時間を見積もり，太陽パネル 2 枚，蓄電池 3 個が必要であると判断した．蓄電池は，冬季の過酷な環境に耐えうるものを選ぶ必要があるため，国立環境研が山頂で使用しているサイクロン G42EP をお借りした．設置状況をFig. 1 に示す．

中間評価
Fig. 1 Observation system of Fuji-sat3 in the
Mount Fuji Reserch Station

観測を開始した 2016 年 8 月 30 日から同年 12 月31 日までの約 4 ヶ月間の Fuji-sat3 の動作について評価を行った．SMS 送信されたデータは，受信用の携帯端末で受信され，自動的に mail に添付されEGA1294 を使った．計測されているデータは放射線て転送される．そのメールにより，日ごとのデータカウント数と，電源電圧である．放射線カウント数

取得状況が確認できる．4 ヶ月間のうち，通信によは 1 秒間にガイガー管に侵入した放射線の数を数えるデータ取得率は 82 パーセントであった．月ごとにている．電源電圧は離散的に 1 秒ごとに記録されて見てみると，5 日前後通信によるデータ取得に失敗いる．また，時刻データは他の研究データとの比較している．今回のシステムでは，毎日 0 時に一度通などで活用しやすくするため，開始時に GPS 時刻信を行うが，これに失敗してしまうとデータが送信

同 期 を 行 う． そ の 後 は リ ア ル タ イ ム ク ロ ッ ク モ

されない．これは 3GIM 送信機と，基地局と通信がジュールによって時刻を取得する．さらに本研究のうまくいかなかったことが原因と考えられる．デー

ために，1 日に 1 回集計したデータを，3GIM 通信機タ取得率を上げるためには，失敗した場合のリトラを使って SMS 送信する．送信されるデータは各日イ機能を付ける必要がある事が判明した．また，長のデータで，放射線カウント数は最大値，最小値，期観測については，12 月 31 日まで良好なデータが平均値，および 1 日の総量，電源電圧は 1 日の平均継続して取得されているので，おおむね成功してい値である．
太陽パネルは，SY‑M30W‑12 太陽電池モるといえる．

Fig. 2 Four-month variation of total amount of radiation, battery voltage and atmospheric pressure（ JMA ）

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模擬衛星訓練 Fuji-sat3 の実践と評価

Fig. 2 は，2016 年 9 月 1 日 か ら 2016 年 12 月 31日までの電源電圧と，一日の放射線総量，気象庁が謝提供している一日ごとの平均大気圧（ http://www.

辞data.jma.go.jp/obd/stats/etrn/index.php ）で あ る．

本研究は文部科学省科学研究費挑戦的萌芽研究

これを見ると，11 月後半ごろから電源電圧が下がっ「富士山頂の宇宙環境類似性を活用した模擬衛星製ていることがわかる．考えられる原因として，雪が作・運用の宇宙科学技術教育プログラム」，平成 28太陽パネルを設置した窓に付着している，又は山頂年度地球環境基金助成金による援助を受けたものでで日が当たらない日が続いている可能性が考えられある．また，NPO 法人「富士山測候所を活用する会」

る．12 月中旬ごろに一度電源電圧が 11.5 V ほどまが富士山頂の測候所施設の一部を気象庁から借用管で上昇していることから，給電システムに異常はな理運営している期間に行なわれた．

いと考えられる．大気圧と放射線量に注目すると，Fig. 2 の時系列では逆相関があるように見える．し引用文献

かし，相関係数を取ると−0.2 であり相関係数からは相関性が高いとは言えない．電源電圧と気圧に注目するとどちらも右肩下がりで，相関係数を取ると0.5 であった．これは，太陽パネルに日が当たらないような天気の悪い日が，気圧が低い傾向があるた

Gurevich, A. V. , and K. P. Zybin（ 2005 ）Runaway breakdown
and the mysteries of lightning, Physics Today, 58, 37­43.
Kamogawa, M., Y. Suzuki, R. Sakai, H. Fujiwara, T. Torii, Y. Kakinami, Y. Watanabe, R. Sato, S. Hashimoto, H. Okochi, K. Miura, H. Yasuda, Y. Orihara, and T. Suzuki（ 2015 ）Diurnal
variation of atmospheric electric field at the summit ofめと考えられる．

12 月 15 日から放射線量が 4000 個を超える日が 3日続いており，これは大気圧が最も低い 3 日間と同じ期間である．この三日間は雷雲の接近による気圧の降下で，それに伴う放射線量の増加も考えられるが，現時点では断定できない．

Mount Fuji, Japan, distinctly different from the Carnegie
curve in the summertime, Geophys. Res. Lett., 42, 3019­3023,
doi:10.1002/2015GL063677.
片倉翔・鳥居建男・杉田武志・保田浩志・鴨川仁（ 2012 ）富士山
山頂における雷雲発生時における高エネルギー放射線の観測 , 大気電気学会誌 , 80, 105­106.
宮崎康行（ 2011 ）人工衛星をつくる：設計から打ち上げまで，
オーム社，東京，232p.

結論

今回の実験で，富士山山頂の環境を利用して，長期データ取得，太陽パネルによる給電，SMS 通信によるデータダウンリンク，さらに取得データの活用といった面において，balloon-sat や Can-sat と，Cubu-sat や Micro/Nano-satellite の隔たりを埋められることが確認できた．2017 年 1 月現在も順調にデータ取得と送信が行われている．今後の展望として，富士山山頂では，電気的に特異な現象が起こる場所として知られているため（ Kamogawa et al.,2015 ），電場計などを導入することにより，さらに大学宇宙工学コンソーシアム編，中須賀真一他著（ 2014 ）CanSat：
超小型模擬人工衛星，オーム社，東京 , 240p.
新田英智・織原義明・東郷翔帆・須藤雄志・鈴木裕子・藤原博伸・
稲崎弘次・鴨川仁（ 2016 ）学校教育に導入可能な小型測定機器を用いた富士山頂における長期測定実証実験，東海大学海洋研究所研究報告，37, 15­20.

Nomura, S., H. Mukai, Y. Terao, T. Machida, and Y. Nojiri（ 2016 ）Recent six-year atmospheric CO2 concentration at the summit of Mt. Fuji observed by a battery-powered CO2 measurement system, Atmos. Meas. Tech. Discuss., doi:10.5194/amt2016­284.
Togo, S., H. Nitta, Y. Tomida, K. Inazaki, Y. Orihara, H. Fujiwara,E. Arakawa, and M. Kamogawa（ 2017 ）GachaSat Space Education Program for Elementary Schools, UNISEC Space Takumi J., submitted.

価値のあるデータが取得できると考えている．ま東郷翔帆・須藤雄志・門倉美幸・松井一吹・川本直樹・菊池優太・

た，教育的な面では，データアップリンクの機能を枝灯里・郭哲也・熊川遼太郎・山田明美・石垣健介・梅澤洋輝・導入することによって，Fuji-sat は，balloon-sat やCan-sat と，Cubu-sat や Micro/Nano-satellite の 隔たりを埋める教育プログラムとして，さらに充実すると考えられる．

松島祐将・栗原健人・師岡幹雄・相羽亮・伊藤有紀・阿由葉翔・平山亮・新田英智・伊与田健敏・鴨川仁（ 2014 ）富士山山頂の極地高所環境および気球を利用した模擬衛星のミッション
データ解析，第 59 回宇宙科学技術連合大会予稿集，1N17.