技術紹介

宇宙産業への民生品適用の検討
石川知良 *1

Ishikawa Tomoyoshi

これまで、宇宙開発利用は国主体で進められてきたが、近年はベンチャー企業などの新規プレーヤーの参入により、宇宙向け機器（以下、宇宙機）の低コスト化が進んでいる。このような状況を踏まえ、従来のように宇宙機を専用開発するのではなく、民生品を宇宙仕様に適用・採用することでコスト低減が求められている。本稿では、民生品の宇宙機への適用に必要な技術について紹介する。
キーワード：宇宙用電子機器、民生品適用実施した。

1. はじめに（1）実験装置

基本構成検討

当社では、国際宇宙ステーションの微小重力環各種実験装置に共通して利用できる制御装置

境を利用した科学実験に用いる各種小規模実験装の基本構成を検討し、民生品を適用する箇所を置を開発している。そこでは、開発費削減に向け決定する。て安価な民生品（一般産業向けの部品・製品）を積（2）採用民生品の選定極的に採用することが求められている。

（1）で決定した民生品適用箇所に対し、採用

しかしながら、民生品はすべての設計・製造情する民生品を選定する。

報が開示されていないブラックボックスであるた（3）内部基板品質評価

め、宇宙機搭載に必要な要件を評価（不適当な部採用決定した民生品に使用されている部品を品 の 有 無、 入 手 継 続 性、 基 板 品 質、 基 本 機 能、調査し、宇宙機への適用可否を評価する。

EMC 適正など）する必要がある。

（4）性能評価

実験装置は、その実験テーマに応じたセンサ／評価用に簡易的な装置を試作し、機能およびアクチュエータなどを搭載する必要があるが、電性能を評価する。

源や制御装置部分は共通化することができる。本以降に、各実施内容の詳細を説明する。

稿では、共通で使用可能な電源、制御装置部分に2.1

対し、民生品を選定し宇宙機への適用評価を実施したのでその内容を紹介する。

宇宙ステーションで使用する実験装置は、実験装置に必要な電力、通信インタフェース、冷却など

民生品の宇宙機への適用評価は、下記の流れで防衛・宇宙システム部

基本構成検討実験装置の標準的な基本構成を決定する。国際

2. 民生品の宇宙機への適用評価*1：制御システム事業部

実験装置のリソースを供給する実験装置用ラックに組み込

主幹

—

29—

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2.2

まれる。

採用民生品の選定

図 1 に、実験装置の標準的な基本構成を示す。

民生品選定にあたり、これまでに開発した実験基本構成の赤枠部が、各種実験装置で共通化でき装置のデータおよび要求性能に基づきに、各適用る箇所であり、当該箇所に民生品を適用すること箇所の仕様を決定した。適用箇所ごとに必要とさでコスト低減の効果が最も高くなる。

れる仕様を表 1 ～表 5 に示す。
表 1 ～表 5 を満たす民生品として、候補品を複民生品適用箇所は、下記のとおりとした。
① 電源基板数選定した。各候補品に対して価格、性能、品質② 制御 CPUなど、複数の評価項目について比較検討し、機器③ DIO ユニットを選定した。なお、電源基板については仕様を満④ A/D ユニット

たす民生品がなかったため、性能評価で実施する⑤ D/A ユニット

EMC 試験（電磁適合性試験）を考慮し専用設計とした。

上位装置側 実験装置側
実験装置
制御装置
Ethernet
コマンド→

地上支援装置
PC
GSE
ソフト
ウェア

Ethernet←テレメトリ

ON/OFF
信号②制御CPU

ON/OFF
信号

①電源基板

一次電源
(29VDC)

EMI
フィルタ

制御
ソフト
ウェア

電源

一次電源
(16VDC)
一次電源(12VDC)

Ether
CAT

ON/OFF
信号

電源
スイッチ
ング
回路
変換回路

ON/OFF
信号

ON/OFF
信号

DC/DC
Ether
CAT Ether
CAT

電源

EtherCAT
分岐ス
レーブ

民生品適用箇所

③
DIO
ユニット

I/F基板

Ether
CAT

⑤
D/A
ユニット

PWM
出力回路

カメラ
(電源)
電磁弁
リミット
スイッチ

照明
ファン

アナログ
信号
アナログ
信号

④
A/D
ユニット

変換回路

温度センサ
圧力センサ

電源
制御機器用電源EtherCAT

モーション
コントローラ

制御装置共通化部分 (DC/DC容量、ソフトウェアなどは実験装置要求仕様により異なる)

図1実験装置基本構成図
—30—

モータ
ドライバ

モータ

実験装置の目的、要求仕様により特化する部分

表1項目

No.

電源基板仕様
仕様

備考

1

入力電圧

29V

2

出力電圧

選定機器による3

保護機能コンポーネントの短絡時に、供給電力を遮断する機能を有すること。
表2制御 CPU 仕様

項目

No.

仕様

1CPU Clock

1.6GHz 以上

備考

2冷却

自然空冷または熱伝導

3OS

Windows10 IOT

4

起動デバイスSSD 32GB 以上

5

補助ストレージ追加可能なこと

6LAN

2Port 以上
1000/100/10 Base-T

外部接続、および内部接続を想定し、2Port 以上

7

USB3.0/2.0

計 4Port 以上

各種センサ、USB カメラを想定

8

ウォッチドックタイマ 対応

9

ハードウェアモニタ

CPU/ ボード / 電源温度

10

動作電圧

DC29V 以下
表3項目

No.

DIO ユニット仕様
仕様

備考

1入力

フォトカプラ（絶縁）2

入力 CH 数

12CH 以上

3入力仕様電圧：DC5V ～ DC36V

4出力

トランジスタ出力など

5出力 CH 数

12CH 以上

6出力仕様

電圧：DC5V ～ DC36V

7通信インタフェース

LAN（1000/100/10Base-T）または USB3.0/2.08電源

DC29V 以下
表4項目

No.

A/D ユニット仕様
仕様

備考

1入力

電圧 / 電流入力

2入力 CH 数

8CH 以上3入力仕様

電圧：±10V
電流：±20mA

4

分解能

16bit 以上

5通信インタフェース

LAN（1000/100/10Base-T）または USB3.0/2.06電源

DC29V 以下—

31—

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表5項目

No.

D/A ユニット仕様
仕様

備考

1出力電圧出力

2出力 CH 数

4CH 以上3出力仕様

電圧：±10V

4

分解能

16bit 以上

5通信インタフェース

LAN（1000/100/10Base-T）または USB3.0/2.06電源DC29V 以下

2.3

内部基板品質評価

性能評価は、下記の項目にて実施した。

電源基板を除く制御 CPU、DIO ユニット、A/D① 機能試験ユニットおよび D/A ユニットを入手し、内部基板② EMC 試験の品質を評価した。結論として、品質に大きな問③ バーンイン試験（1）機能試験

題はなかったが、宇宙機として使用するために若評価用装置に対し、下記の項目について機能干の修正が必要との結果であった。
表 6 に、各機器の評価結果を示す。

確認を実施し、要求仕様を満足することを確認した。

2.4

性能評価

① 絶縁・接地確認

選定した民生品の性能を評価するため、図 2 に② 電源基板機能確認③ 入出力ユニット IO 機能確認

示す評価用装置を試作した。実際の実験装置できょうは、各機器を金属製筐体に収納するが、試作品は④ 電気的特性計測構造に関わる性能評価は対象外としたためアルミ（2）EMC 試験プレートへの平置き構成とした。

EMC 試験とは、電磁波によって電気・電子機
表6

品質評価
対象機器名

使用不可部品の有無

各装置の評価結果
信頼性の低い部品の有無

半田付けの品質など

制御 CPU使用不可部品があり、当該部 使用あり。信頼性の高い部品 半田付け品質は問題ないが、品機能は今回の構成では不要 への換装が非常に困難である フラックスが残留しているので洗浄が必要。
ため、必要な処置を行う。
なので取り外す。

DIO ユニット使用あり。信頼性の高い部品 半田付け品質は問題ないが、使用不可部品は搭載されていへの換装が非常に困難である フラックスが残留しているのない。
で洗浄が必要。
ため、必要な処置を行う。

A/D ユニット使用あり。信頼性の高い部品 半田付け品質は問題ないが、使用不可部品は搭載されていへの換装が非常に困難である フラックスが残留しているのない。
で洗浄が必要。
ため、必要な処置を行う。

D/A ユニット使用あり。信頼性の高い部品 半田付け品質は問題ないが、使用不可部品は搭載されていへの換装が非常に困難である フラックスが残留しているのない。
で洗浄が必要。
ため、必要な処置を行う。
—32—

電源基板

EMI フィルタ

D/A ユニット

DIO ユニット

A/D ユニット

EtherCAT 分岐スレーブ

制御 CPU

過電流保護回路

図2

性能評価用装置（1）

器が誤動作しないかを確認する試験であり、試EMC 試験規格である SSP30237 の CE01、CE03、

験対象が出す電気的ノイズを計測するエミッCE07、RE02 を適用した。
EMC 試験の結果、上記要求を満足できることション試験と、外部からの規定の電気ノイズにを確認した。

より試験対象が誤動作しないことを確認する感（3）バーンイン試験

受性試験がある。さらに電気ノイズの伝わり方により、ケーブルやハーネスを経由して伝搬す国際宇宙ステーション搭載の民生品に対するる「伝導（Conducted）」と装置間の空間を伝わる要求事項である、初期故障スクリーニングのた「放射（Radiated）」の 2 つに分類される。

めの 240Hr 常温連続動作を実施した。常温連続選定した民生品の多くは、EMC 試験データを動作後、制御 CPU、DIO ユニット、A/D ユニッ

開示していないため EMC に対してどの程度のトおよび D/A ユニットの動作確認を実施し、初性能があるのか不明である。実験装置を実験装期故障がないことを確認した。

置用ラックに搭載するにあたり、周辺機器に影

3. まとめ響を及ぼさないことを確認するため下記の 2 つ

本稿では、宇宙機に民生品を適用する際の実施を目的として EMC 試験を実施した。
① 伝導および放射のエミッションのデータ項目を紹介した。今回の事例では、採用した民生を取得し、EMC 試験データを得ること。

品が問題なく宇宙機として使用できるレベルであることが確認できた。

② 要求される CE01、RE02 の規格を満足する

本稿では評価ポイントの概略を示すにとどまっ見通しを得ること（29V 電源供給系に対すたが、実際にはさらに詳細な評価項目があり、当る評価）。

社はこれに精通している。また今回は実験装置の試験要求としては国際宇宙ステーションの—33—

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共通的に使用できる部分を対象としたが、要求仕参考文献

様に応じて搭載するセンサ・アクチュエータのような装置に対しても同様に適切な民生品の選定、（1） EMC 試験規格 SSP30237：マサチューセッツ

評価により宇宙機に搭載可能な装置とすることが工 科 大 学 ホ ー ム ペ ー ジ（https://snebulos.mit.

できる。

edu/projects/reference/International-Space-Station/

宇宙分野での民生品の活用は、内閣府が掲げる

SSP30237RF.pdf）（2）

宇宙産業ビジョン 2030 でも重点ポイントとして（2） 内閣府ホームページ（宇宙産業ビジョン 2030

挙げられているように、今後一層進むものと考えについて）：https://www8.cao.go.jp/space/vision/

る。今後も民生品適用を積極的に進め、宇宙実験vision.htmlに貢献していく所存である。

制御システム事業部
防衛・宇宙システム部
主幹

石川 知良
TEL. 045-759-2488
FAX. 045-759-2491—

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