PROCYON ‘14

Hodoyoshi-1‘14
ハイブリッドロケット

世界で起こった100kgまでの衛星による宇宙開発革命！

超小型衛星革命超小型衛星の近況と研究室の活動
東京大学
中須賀真一
PRISM ‘09

CubeSat 03,05

Nano-JASMINE ‘17

新潮流：超小型衛星による“Game Change”• 超低コスト (>200M$  <5M$)

主として大学・ベンチャーがプレーヤー。ビジネス化のため民間ファンドが投資アメリカなどは国も大型投資でいっせいに技術開発し、一部は中大型の代替に超小型衛星（< 50kg）の数の拡大– これまでにない新しいビジネス・利用法を生む– 新規宇宙プレーヤー参入 (企業，県、研究所、新興国）– 教育ツールにも利用できる– 挑戦的ミッション・実験可能に（失敗の許容度増える)• 短期のライフサイクル (5 年以上  1-2 年以下)– 大学学生が研究室内で１サイクルを経験できる– 繰り返しが可能 (プロジェクトではなくプログラム化可能）– 投資回収までの時間が短期化 (ビジネスには有効)• 衛星システムがシンプルで透明（部品点数少ない）– 設計、運用、トラブルショートがしやすい– 開発メンバーは全体を見ながらサブシステムに集中

Now©SpaceWorksCOSPAR Symposium(’17.9 済州島）での世界の超小型衛星状況（科学探査分野）

東京大学の超小型衛星
8 衛星開発済み、7機打上げ済み、3機開発中
2003• アメリカ政府の超小型衛星への投資、発展すごい！
– CubeSatもハイエンド（３U、5kgで２億円～5億円）– 気象、地球・大気観測、宇宙天気、宇宙科学、深宇宙探査など、できるものはどんどんCubeSat化– バスだけでなく、超小型のセンサーが多数できつつある– NASA＋大学、ベンチャーの組み合わせ多数– 標準化、規格化によってやがては安価な世界を期待

04

教育、バス実証、カメラ[1]

CubeSat XI-IV（ROCKOT） 2003/6• 日本はCubeSatは今一、ﾏｲｸﾛｻｯﾄでは世界トップ– 東大が健闘。数は多いが成果問題。打上げ支援大きい

1415

地球観測, S&F

HODOYOSHI-1,3,4(DNEPR) 2014/6,11

HGA (25dBi)

SAP
RCS (Xe cold gas)

最接近距離数10km

太陽13[8] ﾏｲｸﾛｻｲｽﾞ深宇宙探査
PROCYON(H-IIA) 2014/12

打ち上げ

External View of PROCYON＜⼩惑星に対する超近接・⾼速フライバイ観測の概要＞

フェーズI

12[4] 宇宙科学（位置天文学）
NANOJASMINE(CYCLONE）
PRISM(H-IIA) 2009/1 2015/12

現在、3機の衛星を開発中
TriCom-1：S&F衛星、 MicroDragon：ベトナム教育衛星
EQUULEUS：深宇宙探査開発（PRoximate Object Close flYby with Optical Navigation)
2014.1２ 打上げ（H-IIA、はやぶさ２と相乗り）

視線制御

11

30m分解能のリモセン実験

CubeSat XI-V
（COSMOS) 2005/10

世界初の超小型深宇宙探査機「PROCYON」(58kg)

超近接距離でフライバイし，駆動鏡を⽤いた機上の画像フィードバック視線追尾制御により⾼分解能画像を取得する。

[3]09 10

[5][6][7]太陽電池実証– メリットが見出し得ていない。大学・ベンチャーも育てていない。打ち上げ支援もない。教育目的から脱していない

⼩惑星フライバイ(2016/01~)

世界初の1kg衛星[2] 教育、カメラ• ヨーロッパはとてもHesitate

フェーズII05 06 07 08

1.5 m

LGA (CMD)

1.5 m

+Z

LGA (TLM)

RCS (Xe cold gas)+Y

RCS (Xe cold gas)
Telescope+X
地球スイングバイ(2015/12)

フライバイ相対速度>数km/s

ミッションシーケンス
2014年11⽉： 打上げ
各種技術実証ミッションの実施
2015年12⽉： 地球スイングバイ
2016年1⽉以降：⼩惑星フライバイミッションの実施

視線制御

MGA(14dBi)

0.55 m

Ion thruster (Xe)
StarTracker

打ち上げ(2014/11/30)

1. 50kg級超⼩型深宇宙探査機バス
技術実証 （ノミナルミッション）
a.深宇宙での発電・熱制御・姿勢制御・通信・軌道決定
b.超⼩型電気推進系による深宇宙での軌道操作

Geocorona Imager(LAICA)

2. 深宇宙探査技術の実証（アドバンストなミッション：加点対象ミッション）
c.窒化ガリウムを⽤いた⾼効率X帯パワーアンプによる通信
d.深宇宙での超⻑基線電波⼲渉法による航法
e.⼩惑星に対する電波・光学複合フライバイ航法
f.視線追尾制御による⼩惑星の超近接・⾼速フライバイ観測

3. サイエンス観測

g.ジオコロナ（地球コロナ）撮像

RCS (Xe cold gas)

+Y +Z
+X

LGA (CMD)LGA (TLM)

RCS (Xe cold gas)

8

67P/Churyumov–Gerasimenko（チュルモフ・ゲラシメンコ彗星）からの⽔素放出の撮影に成功（2015年9⽉13⽇）

Lunar flyby sequences
Earth-Moon
L2
OneCubeSats
DV2of 13 EM-1
libration orbit
LGA3
onboadNASA’s SLS-rocket

EQUULEUS

EQUilibriUm Lunar-Earth point 6U Spacecraft (6kg nano-satellite)
１年後、地球にもどってきたときに、近づきながら撮った地球の写真

Sun
DV1
Insertion to EML2
libration orbit using
Sun-Earth week stability
reagions

LGA1

LGA2

DV3

Earth

10cm
20cm

30cm

深宇宙での各種の技術取得に成功- 航法（今いる場所を知る。精度は100km程度）- 非常に長距離の通信（60,000,000kmからGaN(>30%)を使ったSSPAにより)- 姿勢制御（磁気を使えない深宇宙での制御：安定度0.01度以上）

Mission to Earth Moon Lagrange PointIntelligent Space Systems Laboratory, 2016/08/01

EQUULEUS Spacecraft Overview
Space Science Missions
Solar Array Paddles

Inside of EQUULEUS

Solar ArrayPaddleswith gimbal

Ultra-stable Oscillator
Propellant (water) Tank

Sun Sensor

Transponder

Extra Ultra Violet
Plasma Imager
Lunar Impact
Flash Camera

ZThrusters
Star Tracker
Low Gain Antenna

X

X-Band MGA

6U size =6 x CubeSat
Y

DELPHINUS(DLP)
Lunar Impact
Flash Observation
20cm
10cm
Y

Solar Array Panel(Before deployed)

30cm

Z

６Uのサイズに如何に詰め込むか！
（推進系、通信系+アンテナ、姿勢制御系----)X

PHOENIX
ExtremeUltra-Violet
Camera toObserve
Plasmasphere

X-Band LGA

X-Band LGA

20cm

Water resistojet
thrusters

Battery
CDH &EPS

30cm

Attitude control unit
PHOENIX (plasma-sphereobservation)

DELPHINUS (lunar impact flashesobservation)

マイクロ火星探査計画（ｵｰﾋﾞﾀｰ＋ﾗﾝﾀﾞｰ）

超小型衛星でイノベーションを目指す道

インフレータブル Aeroshellsによる周回軌道投入と大気突入② エアロシェル展開① 深宇宙航行

必要リソース(予算、サイズ、期間等）

NO innovation
SLOW innovation(limitation of cost, weight, etc)
More!

③-1火星周回軌道投入③-2火星大気突入と降下

More!
More functions,
More advanced mission!

④ エアバッグ等による減速で軟着陸

BIG innovation⑥ 直接あるいは火星周回機を介した地上への通信

Highly advanced
mission enabledwith Lower cost !
アメリカなどはこの展開を期待している

Innovation of miniaturization(by introducing cutting-edge technology)⑤ THz センサー計測達成できるレベル(衛星利用成果）
酸素分子の存在・分布

14

ほどよしプロジェクトのその後世界トップ水準の超小型衛星（50ｋｇクラス）を低コスト（3億円以下）、短期間（2年以内）で開発・運用できる土台を構築
し、世界に先駆けてその効果的な利用を開拓すること
１．超小型衛星に適した「ほどよし信頼性工学」や試験手法を含めた開発プロセスの構築（サブテーマ１，６）
２．開発を支える国内のサプライチェーンネットワークの構築と人材育成（サブテーマ２，７）３．サイズ比の性能が世界レベルの要素機器や先進的地上局の研究開発（サブテーマ３，４，５）
４．従来にない新しい宇宙利用法と利用コミュニティを開拓し、衛星開発・利用産業につなげる（サブテーマ１，８）
技術開発等の成果を搭載した「ほどよし１，３，４号機」が２０１４年打ち上げられ軌道上実証が進み、「実用化元年」。政府の認識も進む。
2017年は次のステップである「超小型衛星ビジネス化元年」

完成したほどよし３号(左）および4号のフライトモデル（FM)企業開発した機器・要素技術リスト（#1,2,3)• 放射線に強い超小型高機能オンボード計算機 7台すでに打ち上げ• 再利用可能・開発容易なｿﾌﾄｳｴｱｱｰｷﾃｸﾁｬ 4衛星＋博士論文に“C2A”• 2.5～200ｍ分解能の小型高機能光学系（カメラ） 2.5mまで技術獲得– 50kg級衛星搭載用としては世界最高性能(2.5m)– 高精度光学系の標準化： 2.5m～5mは共通設計

••
•
•
•

ミッション系の高速データ処理装置
高速（最大500Mbps)省消費電力Xバンド送信機 510Mbpsまで成功
Neutralizer
ストア＆フォワード微弱電波受信機 20mW改造型がTriCOM-1Rで実証予定
超小型電気推進器（イオンエンジン） PROCYON深宇宙機で利用
超小型姿勢制御用機器 放射線でやられ、強化。MDGで実証20台軌道上実証ずみ– 光ファイバジャイロ、リアクションホイール、磁気トルカー

Chiba（６ｍ GSD)

開発技術例１：省電力500MbpsのXバンド送信機
・大型衛星並みの300 Mbpsを超える高速で観測データをダウンリンクできる、省電力な小型送信機と地上受信システムを宇宙科学研究所と共同開発• デブリ化防止機構（膜展開方式）、など- ほぼすべての機器が国内で手に入る状況に- 低コストを維持し、販売し続けられるサプライチェーン実現

インフラの整備も完了し実利用中(#1,5,6)
打ち上げロケットの機会獲得

地上局・運用管制局• C/Xバンドパラボラ、UHF/Sバンド通信装置整備
H-IIA• 九州大学（２．４ｍ）、大樹町（３．８ｍ）アンテナ
Epsiron• 地上局をネットワーク化・運用手法の整備
DNEPR
ROCKOTPSLVSpace-X

・230Mbpsの通信実験が実証できた。今後、320Mbpsの通信実験を予定している。

地上局アレンジ会社設立(倉原）

地上試験施設左）ほどよし４号衛星から送信され、宇宙研3.8mアンテナで受信された230Mbps(100Msps),
16QAMコンステレーション．
右）1.3kg 120×120×73 20W

ImPACT即応型SAR衛星で２Gbps目指す。
2018年実証予定(革新実証プログラム）
SAR衛星のダウンリンクに利用予定

One Stop試験設備

九工大･早大に地上試験拠点化

国際標準化（ISO）

新たな試験手法の開発（超小型衛星試験標準化）
国際標準取得間際に破砕・リーク試験

シングルイベント試験 国際標準化ワークショップ

アクティブ・フェイズド・アレイ・アンテナを用いた
地上受信アンテナ (#5)
0.75λ

X軸

0.75λ

・世界初のAFA地上局・無人での安全運用・メインテナンスフリー

ほどよし
２号
○衛星
50cm立方55kgサイズ

Z軸

表0.75λアクティブ・フェイズド・アレイ・アンテナー地上受信アンテナ

Y軸

宇宙科学ミッション応用（#8)

裏
無指向性アンテナ素子

電子式地上局アンテナ会社設立(賀谷）○SpacePlug-andPlay Avio.
(汎用性と遠隔地間でのｲﾝﾀｰﾌｪｰｽ調整容易）
Multi-color
TunableFilter（100ﾊﾞﾝﾄﾞ）

８アンテナ素子・アレイの基板

アンテナ・ビーム制御

Store&Forward：地上からの情報を集める耳

FM完成、
H-IIAでの打上げ待ち

2018年エプシロン打上げ TriTel – 3D Dosimeter
国際公募による搭載(Hungary)
決定（革新実証プログラム）
機器（7ペイロード）
High Precision Meteor counter- DOTCamTelescope- HPT(Taiwan/Vietnam) (Taiwan(NCKU))TIMEPIX – Particle counter(Czech)

Ocean Observation Camera - OOC(Tohoku University)
SDTM – MEMS Magnetometer(Sweden)

Tunable Filter（Hokkaido Univ)
CameraInstruments

Sensor
Instruments

3U CubeSat “TriCom-1R”- Weak signal receiver from ground -ほどよし２、３，４号機に搭載• 地上や海上、車などに置いたセンサーが地上で何らかのものを計測し、そのデータを衛星が集めて、地上局にダウンリンクする方式• 世界中で同じ方式でデータ収集可能。地上ｲﾝﾌﾗによらない。
– 水質、水位、土壌、環境（CO2、ガス等）等のセンサ、車の移動履歴（渋滞が分かる）、船の航路（海流がわかる）、GPSと組み合わせて地面の移動（地震予知）、等– 携帯電話の通らないところ、危険地域など優位性高い

Items

ValuesMiscellaneous

Size
Weight10x10x30cm< 3kg

3U size

OBC"Bocchan"board

Internal madePower(average)
Battery4W

AZUR GaAs cell

Li-Ion 41 wh

LIBM

Downlink(H/K&data)

W 1.2kbps

460MHz AFSK"U-TRx"Uplink(H/K)

50W 9600bps

401MHzAttitude

Simple 3 axis

20mW RFRF Receiver power fromground

S&F: M2M technology for IoT

B-dot law only

920MHzno license
requiredActuators

magnet torquer
despun wheel

"MTQ"
"RW"

CameraGSD 314 m VGA@180km"CAM"

Sub-Camera

GSD 67 m@600kmFive "Sub-CAM"

ほどよしPJ発の国際貢献・連携（#7)
SS520-4
2017年
1月15日
8:33 am
内之浦で打ち上げ
ロケットは１段で終了
でも衛星は動作確認

プロジェクト

4回にわたり実施。
カンサット・リー
ダートレーニング 24か国から41名の参加者
プログラム(CLTP)

16のUNISEC－xxx(LocalChapter) ができる
- 技術・経験の交流- 大きなビジネスの広がり可能性
国連のPermanent Observerのポジションを獲得（2017.6)
http://unisec-global.org/

2014.4以降の展開
CLTP5を北大で実施(2014.8)
CLTP8まで開催（2017夏）文科省PJでカンサット教材（テキスト・キット）作成・各国で教育ミッションアイディ 1st : 62 件（24カ国）(2011) 第3回 開催(2014.11)
MIC4最終審査会ﾌﾞﾙｶﾞﾘｱにて開
2nd: 74 件（29カ国）(2012) 超小型衛星分野でのﾐｯｼｮﾝｱｲﾃﾞアコンテスト
催、デブリ除去ｺﾝﾃｽﾄも(2016.10)
33ｶ国 Regional Coordinator ｱ掘り起こしとして継続実施決定。
（MIC）
スペースタクミジャーナル

4回のカンファレンスを開催 2014.12第5回開催予定。引き続中須賀が編集長引き継いで実施中
し、5号（9編）まで発行。
きオンラインジャーナル発行

学術発信・コミュ
ニティ形成(大学のコミュニティとしてのUNISECの活動の国際化）

UNISECのような宇宙工学 UNISEC Local Chapter相次ぐを学ぶ国際的な大学連合 （Turkey,Tunisia,Egypt,Nigeria
設立を海外に提案。2013 Germany,Lituania,Mexico,Rus
UNISEC-GLOBAL
15 Local Chapter
年11月にUNISEC-Globalsia,South Africa)認定(2014.11)
12月にローマで第五回会合の設立宣言（31か国からHQを日本におき、中須賀が初国連のPermanentObserverに112名の参加を得た第1回
代Chairpersonに。日本が超小UNISEC世界大会にて）型衛星分野ではリーダーシップ

超小型衛星シンポジウム

6回：ISTS神戸にて、7回トルコ（2016.10）
5回のシンポジウム開催
第6回日本(2015.7)、第７:トルコ
8回：ISTS松山（2017.6)、9回キャンベラ(2018)
第5回47カ国260名参加(2016)、第８:日本（2017)決定“MicroDragon” プロジェクト“UNISEC-Global” 活動
３９カ国がUNISEC活動に興味を持つ
South Africa/Angola/Namibia, Egypt, Ghana, Kenya,Nigeria, Tunisia, Bangladesh, Korea, Mongolia, thePhilippines, Singapore, Taiwan, Thailand, Turkey,Australia, Indonesia, Saudi Arabia, Canada, USA,Guatemala, Mexico, Peru, Brazil, Bulgaria, Italy, Samara(Russia), Switzerland, Germany, Slovenia, Lithuania, andJapan.

ほどよし成果(ベトナムの技術者の教育をかねた50kg級地球観測衛星）-

VNSCの36名の技術者を5大学で教育（修士課程）
共同で１衛星を開発（MDG)
ミッション：ベトナムの海岸の複数バンドによる観測

2018
エプシロンで打ち上げ

教育支援とあわせた衛星開発のノウハウと実績を獲得・候補国多数（ﾌｨﾘﾋﾟﾝ,ｶｻﾞﾌ､ﾀｲ､ﾁﾘ--）

海外展開において大学ﾚﾍﾞﾙの連携は効果的• 衛星作りを勉強したい新興国は多数• 研究/教育レベルでまず大学がつながり、そこで信頼を勝ち取って、連携の展開（ビジネス化等）を目指す。
– 共同研究･教育した学生が現地で中心的に動くのが重要– マーケットサーベイやアンケートも大学だとしやすい– その国の重要人物や地域の企業につないでくれる– その人材はやがては国の宇宙の中核に– ただ大学は零細企業なので継続して資金を入れてくれる仕組みが必要→継続できる体制・仕組みを構築中• UNISECや東大の海外ネットワークは重要– UNISEC-GLOBALは40カ国程度と連携。日本は「長」まとめ• 超小型衛星（<100kg）によるGame Change– 何でもできるわけでない、できるのであれば、超小型衛星でやるべし。
– このサイズで技術が伸びれば、やがて中大型並に• 衛星バスはやがてはコモディティ化– 勝負はミッションとそれを実現するセンサー等技術– 利用のアイデア、データへの付加価値が決め手• 大学から始まる国際連携発展への期待大– 大学レベルでの教育支援：Variety, Step-upが重要• 超小型衛星ビジネス「萌芽期」– ここ数年で大きな構図が見えてくる