Transcript QSATの開発状況 - 有限会社QPS研究所

平成20年度 QSAT開発状況
宇宙機ダイナミクス研究室
修士2年生 大西俊輔
&
QSAT Project Team
発表内容
• QSAT概要
• QSAT開発状況
– 地上局
– 分離機構
• QSAT今後の展望
• まとめ
2009.05.09
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日本における小型衛星プロジェクト
QSAT(九大)
SOHLA1
大樹(北海道)
SOHLA2
50kg級(大阪工業大)
SPRITE-SAT
鳳龍(九工大)
CubeSat(創価大)
PRISM
UNITEC(UNISEC)
KSAT(鹿児島大)
STARS-1
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かがやき
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SEEDS 2
Cute-1.7 2
KKS-1
2
50kg級低コスト小型衛星
オーロラ帯磁化プラズマ観測衛星QSAT概要
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QSAT主要諸言
ミッション機器
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･プラズマプローブ [九州工業大学(KIT)]
- 高周波プローブ
- Langmuirプローブ
･磁力計 [九大・宙空環境研究センター (SERC)]
外形寸法
480×480×302 mm
重量
50 kg以内
発生電力
平均 14 W, 最大 30 W
姿勢制御方式
3軸安定
通信バンド
アマチュア無線周波数帯
(Uplink: VHF, Downlink: UHF)
運用期間
1 year
軌道
軌道高度 : 700-800 km
太陽同期軌道
打上
H-IIA Piggy back
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QSAT概観
Solar Cell
Extension Boom
Downlink
Antenna
Velocity
Vector
Ram Side
Wake Side
Separation
Mechanism
Flange
High Frequency
Resonance Probe
[ KIT ]
Uplink
Antenna
Sun Sensor
(-X,-Y, -Z)
Nadir
Solar Cell
Langmuir Probe
[ KIT ]
Multi-Layer
Insulator
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Sun Sensor
(+X,+Y, +Z)
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Magnetometer
[ SERC ]
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ミッション主目的
• 宇宙機災害の要因となる衛星帯電現象をよりよく理
解するために，特に衛星が帯電しやすいオーロラ帯
に着目し，
1) オーロラ帯を通過する衛星の帯電状況を観測
すると同時に，オーロラ帯を通過する際の磁場
及びプラズマ密度の変動も観測し，衛星帯電
現象のメカニズムを解明すること
2) 九州大学宙空環境研究センターが地上に配置
した磁場観測網を用いて予測しているオーロラ
帯沿磁力線電流を上記の観測により検証する
こと
対象・ユーザ
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九州大学・宙空環境研究センター (SERC)
九州工業大学・宇宙環境技術研究センター (KIT)
JAXA，国内外研究機関へのデータ提供
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QSAT Mission概要
(1) Magnetic field disturbances caused by FACs
FACs
J [A/m2]
(2) Satellite Potential induced by FACs
Potential Difference
Earth
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V [V]
V [V]  J [A/m2]
Better understanding spacecraft charging
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機器配置コンセプト
Y Body
ベースライン
・熱解析
・構造解析
の出発点
ミッション要求か
ら，高周波プロ
ーブは衛星進
行方向逆側に
配置される
SU-A
SERC
Payload
KIT
Payload
通 信 機 は FM 送
信時，高温にな
るので熱制御を
考慮した配置に
したい
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組立後-打上時までのデータ取得を行う
External
Connector
MCU
Boom
Battery
TCU
SU-B
MTQ X
MMU
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動作温度範囲がもっともシ
ビアで，特に日陰時のヒー
タ使用が最小になるような
配置を選択したい
X Body
AU
MTQ Y
Transceiver
SU-A/Bは衛星のコーナの
いづれかに，対角に来るよ
うに配置される
MTQ Z
Velocity
Vector
定常時進行方向
は機体固定X軸
に一致
フライトモデル構造
試作版の開発をスタート
・アルミ板＆ポリカ板
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組織図
福岡工業大学
九州大学
（有川　節夫）
九州工業大学
宙空環境研究センター
（湯元 清文）
（有）QPS研究所
（船越 国弘）
情報工学部
工学研究院
（末岡 淳男）
宇宙環境技術研究センター
（趙 孟佑）
情報工学科
航空宇宙工学部門
（宇田 暢秀）
田中 卓史
Jozef C. van der Ha
八坂 哲雄
花田 俊也
櫻井 晃
平山 寛
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実施体制・支援企業
実施責任者
構造系主任
有川 節夫
幸節 雄二
熱制御系主任
八坂 哲雄
実施主任
電源系主任
花田 俊也
平山 寛
通信系主任
田中 卓史
データ処理系主任
桜井 晃
姿勢制御系主任
Jozef C. van der Ha
ミッション機器
湯元 清文，趙 孟佑
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オムロン直方（株）
カースル（株）
（株）エルポート
（株）黒木工業所
（株）コムハーツジャパン
（株）坂本電機製作所
（株）昭和電気研究所
（株）中島田鉄工所
（株）テクノサポート九州
（株）渕上ミクロ
（株）北斗電子
（株）メイホー
（株）ロジカルプロダクト
ナカヤマ精密（株）
長崎菱電テクニカ（株）
マイクロラボ
（有）合瀬製作所
（有）QPS研究所
菱計装（株）
菱算（株）
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エレクトロニクスユニット開発状況
ユニット名
製作企業
MCU
メイン
(株)昭和電気
研究所
MMU
ミッション
管理
TCU
通信
AU
トルカ駆動
ブーム駆動
SU-A/B
センサ
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要素
開発状況
課題
・電源制御基板
・電力分配基板
・CAN ハブ
検討・設計段階
製造未着手
○EM 電源制御ユニット機能確認
・太陽電池を接続しての電源制御
・ユニットへの電力配分試験
北斗電子
(有)QPS研究所
・拡張メモリ基板
リプログラミング
ソフトウエア
開発完了
○リプログラミング利用の詳細検討
○EEPROM機能の利用の詳細検討
(株)コム・ハー
ツジャパン
・通信モデム基板
・拡張メモリ基板
TBD
・トルカ制御基板
・モータ制御基板
菱計装(株)
・太陽センサ(PSD)
・磁気センサ
・ジャイロセンサ
検討・設計段階
製造未着手
検討段階
製造未着手
設計と平行して
製造を実施中
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○EM通信ユニット機能確認
・GMSK9600 bps試験
○ローカル基板回路設計
○磁気トルカ駆動回路の再検討
・電流出力範囲の余裕不足
○ブーム用超音波モータ回路の検討
○EMセンサユニット機能確認
・PSDの原理検証，非線形性
・ジャイロセンサの非線形性
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要素開発状況
要素名
製作企業
主構造
(株)中島田鉄工所
カースル産業(株)
(株)黒木工業所
分離機構
(株)中島田鉄工所
(株)合瀬製作所
(株)坂本電機製作所
伸展ブーム
菱計装(株)
(有)QPS研究所
開発状況
EM構造による
振動試験完了
課題
○フライトモデルの検討・設計
○機器配置の検討
・ブームユニットの取付方法検討
・太陽電池セルユニットの取付方法検討
原理・機能検証完了
○バンド，フランジの改良
・適切な張力での結合
・作業性の向上
○フライトモデルの検討・設計
原理・機能検証完了
○超音波モータの選定
・トルクの大きいもの
○振動試験
○フライトモデルの検討・設計
アンテナ
TBD
概念設計完了
EMの製作中
○衛星全体で電波試験を実施する必要性
・衛星ジンバルの設計・製作
○大型電波暗室の選定
○アンテナ展開・固定機構の検討・設計
磁気トルカ
TBD
機能検証完了
○EM製造
○発生磁気モーメントの評価方法の検討
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QSAT開発状況
地上局
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地上局
• 開発状況
• 地上局ネットワーク関連
– 他大学による相互利用のプログラムの導入
– GROWS(GSN Remote Operation Web Service)
• 東京大学PRISMの運用で使用中
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• 他大学衛星の運用協力
地上局
Polar Satellite Launch Vehicle
(PSLV)
・Cute-1.7+APD II 東京工業大学
・SEEDS
GOSAT
日本大学
・PRISM
・STARS
東京大学
香川大学
・KKS-1
都立航空高専
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QSAT開発状況
分離機構
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ばね部コンポーネント(1)
• 現在のばねの取り付け方
衛星射出方向
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ばね部コンポーネント(2)
• 分離機構の組み立て時の問題
 フ ランジ 同士を 523N(53.3kgf)の 力で押 さ
えつけた状態で組み立てる必要性がある
→組み立てに複数人を要する
→繰り返し試験に向かない
• 分離機構解放後の問題
ばねを機軸方向に固定していないため分離後
デブリになる
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ばね部コンポーネント(3)
• ばね部コンポーネントとフランジ取り付け図
• ばねを個別に圧縮
• 圧縮状態を保持できる
一人での組み立てが可能に
→繰り返し試験が容易に
}
• ばねがデブリとならない
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フックの改良(1)
• 現状のフックの問題
押さえつけ荷重が大きい
バンドの影響により締が
解放されない
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フックの改良(2)
• フックに羽を解放機構にレールを取り付けた
バンドの曲げの影響を受けない
歯の傾斜角を0degにできる
→押さえつけ荷重が小さくできる
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その他進捗
• モータの真空試験を実行
→運用に耐えることを確認
• 初期姿勢の簡易シミュレーション
→射出試験の結果,射出方向の予想にズレ
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今後の課題
•
•
•
•
•
バンドの強度試験
フックの強度試験
分離機構全体の防振対策
初期姿勢シミュレーターの向上
ハザード解析・ハザードの除去
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QSAT今後の展望
Missions & Clients
KU-SERC & KIT
JAXA
JAXA / IHI
Polar Plasma Observation
Electro-Dynamic Tether
In-situ Debris Measurement
Individual System Operation
Individual System Operation
Individual System Operation
Universal System
Low-Cost Small Satellite System
System Design & System Safety
•Technical
Support
•Manufacturing
•Supplying
Unit Development
Electronics
C&DH
Tele-comm.
Power
Mech. Development
Structure
Separation Mech.
Extension Boom
Antenna Extension
Analysis
Structure
Thermal
Power
ADCS
Tele-comm.
•Student
Projects
•Research
Students
Local Industries
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Operation
Ground Station
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まとめ
• ２０１１年夏期の打上げに向けたQSATの開発の継続
– 開発体制の強化
– ユニット単位から衛星全体へ
• ハザードを防止するためのシステム安全を考慮した開発
– 分離機構
– 伸展ブーム機構
– アンテナ展開機構
– リチウムイオンバッテリ
– メインスイッチ，展開検出スイッチ，リレー回路
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