2F12 宇宙機自動診断システム ISACS-DOC について○高木亮治，本田秀之，橋本正之（宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究本部），
野村和哉，小坂隆征（富士通）
ISACS-DOC: Automatic Monitoring and Diagnostic System for Spacecraft
Ryoji TAKAKI, Hideyuki HONDA, Masashi HASHIMOTO(ISAS/JAXA),
Kazuya NOMURA, Takayuki KOSAKA(Fujitsu)
Key Words: Monitoring and diagnostic system, spacecraft abnormalities
Abstract
Automatic monitoring and diagnostic system for spacecraft has been developed and operated at Institute of Space andAstronautical Science of Japan Aerospace Exploration Agency (ISAS/JAXA). This system is called ISACS-DOC(Intelligent Satellite Control Software-DOCtor) and three systems have been constructed for the features of deep orsemi-deep space missions. Development of the next generation system for low earth orbit satellite has just started. This
paper presents overview of the next generation system as well as what we learned through the previous experiences ofdevelopment and operation of the systems.

１．はじめにされている。そのため宇宙航空研究開発機構宇宙科

現在，科学衛星は高度な観測要求を満足させるた

学研究本部（以下，ISAS/JAXA）では 1992 年よりめに，１つの衛星に搭載する装置数の増加，ソフト

AI 技術を用いた衛星の状態監視と異常時診断を行うウェア化による機能の複雑化および高度化，衛星運地上システムの研究・開発を行ってきた。

用設備の充実にともなう運用局の増加などが進んで本論文ではこれまで研究・開発そして実際の衛星いる。それにともない，衛星の正確かつ安全な運用運用に適用されてきた，衛星異常監視・診断システを実現するに際して，以下の様な問題が生じている。

ムの概略および運用で得られた知見についてまとめ，

1) 各コンポーネントは異常を検出して報告する機能

同時に次期システムへの課題および展望について述を有するが，異常報告の種類が多くなり，目視確認べる。

は事実上不可能である。2) 限られた時間内で複数の異常から真の異常を識別し，それに対して適切な対２．異常監視・診断システムの概略処を決定することが困難である。3) コンポーネント

ISAS/JAXAでは磁気圏観測衛星「GEOTAIL」，火星単位では問題ないが，コンポーネント間で影響しあ探査機「のぞみ」および小惑星探査機「はやぶさ」

うことで異常となるような現象を見つけることが困の運用において導入された衛星異常監視・診断シス難である。4) 明確に判断できる異常は装置で検出可

テ ム を ISACS-DOC (Intelligent Satellite Control

能であるが，総合的な判断は異常情報以外の複数のSoftware-DOCtor)1-3) と呼んでいる。ISACS-DOCのシトレンド情報などを総合して状況を判断しなければステム構成を図 1 に示す。本システムでは 2 台のコならないが，情報量が多く人間の直感では異常の兆ンピュータでシステムの根幹をなす以下の 2 つの機候を見つけるのは困難である。5) 訓練された専門家能を実現している。

なら経験と直感で不具合の兆候を見つけられるかも1)

データ収集機能しれないが，定時運用時の運用担当者ではその様なISAS/JAXA の地上管制システムの各種データ分配兆候を発見することは期待できない。以上の様な状装置から異常監視・診断に必要なデータをネットワ

況において，衛星設計・製造，衛星運用計画，追跡ーク経由でリアルタイムに自動的に取得し，診断に管制，データ処理などを連携して柔軟に運用できる，必要な診断情報ファイルを作成する。この時に取得

衛星運用のための異常監視・診断システムが必要とするデータは，軌道データ，リアルタイムの最新テレメトリデータ，姿勢データ，地上局の状態データ

この計算機に転送される。この計算機上には診断をと多岐に渡る。

行うのに必要な衛星に関する知識データベースが格2)納されており，転送された診断情報ファイルの内容

異常監視・診断実施機能
実診断作業はもう一台の計算機(PC)上で実行されるため，1)で作成された診断情報ファイルは自動的に

はこの知識データベースを元に診断され，様々な情報がディスプレイに表示される。

(c),(e) /SDTP

R E AL L AN

WS

DATA STORAGE

REAL TIM E
DATA SERVER

ADS/ADQL

STATIONCONTROLI SACS-DOC(DATA COL L E CTI ON )(d) /rsh(b) /FTP

Router
ORBIT DETERM INATIONPC- DATA FLOW (a) Predictive Orbit Data(b) SIB File, Predictive Orbit Data(c) Real Time Telemetry Data(d) Real Time Determined Attitude Data(e) Ground Operation System's Status /Data(f) Diagnostic Information Files(f) /rcp

I SACS-DOC(DI AG NOSI S)

NON-R EALL ANAbbreviations
ADS/ADQL: Attitude Determination System/Attitude Data Quick Look
SDTP: Space Data Transfer Protocol
rsh: remote shell
rcp: remote copy
FTP: File Transfer Protocol(a) /FTP

図 1 「のぞみ」用 ISACS-DOC のシステム構成
最初のシステムである「GEOTAIL」用 ISACS-DOC

して一般的な FTA (Fault Tree Analysis) を実施するたでは診断型エキスパートシステム構築ツール（パッめの深い階層構造を持つ決定木 (Decision Tree) を採ケージソフトウェア「まなでしくん」）を用いてシス用した。その後，運用の経験より故障診断から異常テム構築を行った。その後「のぞみ」，「はやぶさ」

監視へとシステムの性格が変化したため，従来の深用 ISACS-DOC の開発・運用を経て現在に至っている。

い階層構造から異常監視に適したフラットな診断木へと変更し，これが有効であることが判明した。

２－１

故障診断から異常監視に

２－3 会話型処理からリアルタイム自動処理へ

当初 ISACS-DOC はエキスパートシステムを用い

ISACS-DOC は当初，故障診断を目的に開発したた

た故障診断システムとして開発され，そのため複数め，会話型システムを使った手入力診断システムとの故障原因がその可能性と同時に示されるものであして実現された。その後データの自動入力へと変更った。しかしながら実際に運用を行ってみたところされた。繰り返しになるが，システムの性格が故障可能性のある複数の故障原因を提示すると，反って診断から異常監視に変わってきたため，全データを運用者に混乱を招き，早急な対応を妨げる結果となリアルタイムで自動処理し，可能な限り早急に異常った。そのため故障診断ではなく信頼度の高い異常レポートを運用者に提示することが必要であると考察知と関連する情報および対処法の提示が有効であえている。

ることが判明した。運用時には確実な事，つまり「何２－4 診断データが異常である」，という情報と「できる事」を示すこ

現在診断に用いるデータはISACS-DOC独自に取得とが重要である。もちろん，異常原因を高い確信度および保管している。これは開発当初において，で特定できる場合には故障診断も実施し，その結果EDISON（工学データベース）4) などの基盤が整備さを提示することも有効である。

れておらずISACS-DOC独自にデータの取得，変換お２－２よび保管する必要があった。現在ではこれらの基盤診断木の構造

当初は前述したように故障診断を主目的としたた整備が進んでいるため，それぞれの基盤との連携がめ，診断システムとしての知識構造は，故障診断と必要となる。また診断データ自身も衛星テレメトリ

データに加えて地上局の情報も必要となるため，衛常に重要である。そのため，従来からの方針である，星から地上まで各種情報を総合的に扱うことでより設計・製造・検証を繰り返してシステムの改良を行確実な異常監視を実現することが効果的であると考うスパイラル開発が今後も必要と考えている。

えている。
２－5 シミュレータとの連携

３．本システムの意義

単なるステータス情報や測定値のリミットチエッ

これまでの経験を基に，改めて本システムの目的クだけでなく，シミュレーションデータとの比較をおよび意義について検討する。まず，ISACS-DOC の行い，異常を検出する手法が非常に有効であること

目的は衛星運用の安全性向上を図るため，特に衛星が分った。しかしながらシミュレータの開発は色々管制室に専門家が常駐しない定常運用時に，重大なと困難を伴うため，それだけに依存することは危険変化や異常の兆候をより確実に捉えることである。

であり，ISACS-DOC 内にシミュレータを作り込むの異常の兆候を捉えた場合，その原因を特定できない

ではなく，シミュレータ等への外部モジュールに対場合には関連情報，連絡先等を提示し専門家の指示する I/F を有し，必要に応じて外部モジュールを切りを仰ぎ，異常原因を高い確信度で特定できる場合に換えることが可能となるシステムにすべきであるとは診断結果や対処法を提示することが望ましい。そ考えている。のためには，衛星から地上設備までの情報を統合し２－6 運用者への通知て情報可視化を行う必要があり，定常時には運用者

現在，異常監視・診断結果は，モニタ画面上でのの異常監視を支援するシステム，異常時には専門家異常表示およびアラーム音を通じて運用者へ即時通の異常診断を支援するシステムと位置付けられる。

知する機能を実現している。電子メイルでの異常通衛星管制システム全体から考えると，ISACS-DOC知機能も試験運用しているが，結果の表示法，更には通常の衛星管制システムを補完するシステムと考はアラームを何時消すかなどに関して更なる検討がえている。これは本システムが異常認識の確率を向必要であると考えている。

上させるのが主目的であり，そのためには既存の衛２－7 知識化技術

星管制システムとは独立し，既存設備による運用に現在一般には様々な知識化技術が提案，利用され影響を及ぼさないものであるべきと考える。既存設ている。主なものとして，本システムでも採用して備と独立することで，打ち上げ後のチューニング，いる診断木を用いたルールベースの他に，データマ

新しい異常監視・診断手法の試行等が容易に行え，イニング，自動学習，半自動学習，意味付モデル診

より確度の高い異常監視を目指すことが可能となる。

断などがある。これらの手法に関する調査を行った

特に本システムで実証された異常監視・診断手法はが，衛星の異常監視・診断というある種特殊事情（一次の衛星管制システム自体に取り込んでいくことで，番のポイントはサンプル数が非常に少ないという衛星運用技術の継続的な向上に貢献できると考えて点）のため，現在採用しているルールベースが最もいる。

有効であると考えている。
２－8 システム開発
現在，ISACS-DOC は全部で３台運用されているが，4．次期システムでの課題
次期 ISACS-DOC は 2005 年夏に打ち上げ予定の一番古い「GEOTAIL」用 ISACS-DOC は既に 10 年を

ASTRO-F を タ ー ゲ ッ ト に 開 発 を 行 っ て い る 。

越えている。今後も衛星本体が活動を止めるまで引ASTRO-F は低高度地球周回衛星であり，これまでき続き運用されるため，この先更に 10 年程度の運用

ISACS-DOC を開発してきた深宇宙機とは様々な点が期待されている。そのため下手をすると衛星本体で異なっており，当然異常監視・診断システムにもよりも地上設備の寿命が問題となる場合があり，シ新規検討項目が存在する。また従来の運用経験からステム開発においてはハードウェア，OS，開発言語の改善項目も次期システムの課題として考えられる。の選択に十分注意する必要がある。10 年，20 年とい4－1

地球周回衛星対応

う比較的長期間に渡って安定した運用およびメンテ

ISACS-DOC から見た場合の最も大きな違いは高可能なシステムを開発することが重要と考えている。

速なデータ処理能力が求められるという点である。

また，本システムは衛星の実運用で使われるシス

これは可視時間が短い（深宇宙機である「はやぶさ」テムを目指している。運用者にとって使い難いシス

では 8 時間に対して，ASTRO-F では 10 分/1 パス，4テムは結局使われなくなるため，運用者の意見は非パス/日）ことと，データ転送速度が速い（「はやぶさ」では 16Kbps に対して ASTRO-F では 4Mbps）こる知識のテンプレート化を行うことを考えている。とが原因である。つまり，短い時間に大量のデータ従来多くの知識ベースを専門家や経験者がほとんどを処理する必要がある。高速なデータ処理が必要な手作業で集めて来て，システムに組み込む作業を行ため，システムの処理能力の高性能化（例えば並列っていたものを，ある程度機械的に取り組むことを処理を導入する）や監視項目の厳選化と優先順位の考えている。そのために，これまでの知識を整理し設定などが必要と考えられる。特にシステムの処理共通に使われるものはテンプレートとしてまとめる能力の高性能化には並列処理を導入するとか，優先ことで診断ルールの多くを自動的にシステムに取り順位の設定に関しては，最優先の項目はリアルタイ込む事を考えている。

ムで処理し可能なら同じパス内で対処する。一方そうでないものはオフラインで処理を行い，次のパス5．おわりにで対処するといった事も考えられる。短い時間に大これまで ISAS/JAXA で開発・運用してきた衛星異量のデータを処理する必要があることはシステムに常監視・診断システム ISACS-DOC について，特に対して高速処理を要求すると同時に，運用へのイン開発・運用で得られた知見について紹介した。同時パクトも大きいと考える。何故なら，本システムがにそれらを踏まえた次期システムの構想について紹異常を警告できたとしても，運用者が判断して対処介した。地球周回衛星への対応は本システムにとっ法を実施するための時間的余裕が少ないことを意味ては初めての試みであり，様々な課題が発生するとするからである。そのためシステム側でできること考えられるが，より良いシステムを目指して研究・として，単に警告を提示するだけでなく，緊急対処開発を行っていきたい。

コマンドの自動準備など衛星管制システムとの連携強化が必要と考えている。
4－2

システム整理次期システム開発に当って，データ処理方式の階層化とシステムのモジュール化を計画している。図参考文献[1] Hashimoto, M., Nishigori, N., and Mizutani, M. :Operating Status of Monitoring and Diagnostic Expert

2 にデータ処理方式の階層化を示す。テレメトリデSystem for Geomagnetic Observation Satelliteータから各種変換，データ処理などに関して階層をGEOTAIL, Proceedings of the 2nd International

設けてそれぞれの階層でのデータを定義することでSymposium on Reducing the Cost of Spacecraft

システム内モジュールの役割分担の明確化を行い，共通基盤モジュールの活用を通じて他システムとの連携を強化する。

Ground Systems and Operations, RAL.GS2.73,
pp.73.1-73.8, July 1997.
[2] 橋本正之，長木明成，西郡直実，水谷光恵：火星探査機 PLANET-B（のぞみ）に向けての状態監視

0次データ（生テレメデータなど）/診断システムの構築(3)，第 44 回宇宙科学技術連合講演会，2000 年 10 月

1次データ（物理量、ステータス変数）[3] Hashimoto, M., Honda, H., Kosaka, T., Mizutani, M.,
and Nomura, K. : Operating Status of Monitoring and2次データ（推定値、シミュレーションデータ）

Diagnostic Expert System for Sample-Return Probe
HAYABUSA, Proceedings of the 24th International

3次データ（統計値、トレンド）
図 2

データ処理方式の階層化

Symposium on Space Technology and Science, ISTS
2004-f-22, 2004.
[4] 本田秀之，橋本正之，小坂隆征，野村和哉，横溝

4－3

知識化技術

また本システムのキーポイントである知識収集/知識化に関して，その効率化が求められている。そのためにこれまでの経験を活用して，科学衛星に関す

正人：衛星運用工学データベースシステム(EDISON)，第 47 回宇宙科学技術連合講演会，2003
年 11 月