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革新的衛星技術実証３号機 実証テーマ
金属3Dプリンタで作った「ネジゼロ」衛星の実証を行う
早稲田大学
理工学術院 宇宙探査ロボティクス研究所長 宮下朋之 教授
学生主体でキューブサットを開発し、実証を行ってきた早稲田大学の人工衛星開発プロジェクト「WASEDA-SAT」。今回は金属3Dプリンタで作った筐体を採用したネジゼロ衛星「WASEDA-SAT-ZERO」で膜面を展開するなどの軌道上実証を行う。開発を進める同大学の宮下朋之教授にお話を伺った。
－ ご自身の研究内容について教えてください。
早稲田大学創造理工学研究科教授として材料力学・構造力学の教育・研究をしています。
－ 今回、革新的衛星技術実証３号機に応募されたテーマの概要と今回の実証を通じて期待する成果を教えてください。
一体成型技術実証衛星「WASEDA-SAT-ZERO」は、近年注目されている金属3Dプリンタの積層技術を活用し、管理に手間のかかるネジやボルトといった締結要素をなるべくなくす構造をしています。ねじ留め箇所は振動などで緩んでしまう可能性がありますし、ねじ留め箇所が多いということは、組立てに手間がかかるということでもあります。衛星名の「ZERO」には「主構造のネジが0本」という意味が込められており、締結物がない構造にすることによってそれらの問題を解決し、衛星の設計全体もより簡単にすることを目指しています。
また、この技術により衛星筐体の軽量化も期待されます。キューブサットで金属3Dプリンタ製の筐体を採用するのは世界初のことです。今回の実証は、その特性及び開発に関する知見を蓄えることを第一の目的としています。
一体成型技術実証衛星 WASEDA-SAT-ZERO衛星筐体
さらに衛星には宇宙空間で折り畳まれたプラスチック製の膜を搭載しており、軌道上で展開し、その膜に投影された画像の形状をカメラで測定して地上で確認するというミッションを予定しています。
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WASEDA-SAT-ZERO 軌道上予想図
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展開後予想図
－ 革新的衛星技術実証プログラムへの応募動機を教えてください。
我々はこれまでにH-ⅡAロケット相乗りでの打上げ、国際宇宙ステーションからの放出といった実証機会を経験してきました。革新的衛星技術実証プログラムはほかの実証機会と比べ、特に技術面の革新性が応募条件として前面に出ている点が大きなきっかけになりました。今回の「WASEDA-SAT-ZERO」は3回目の打上げ機会になりますが、衛星開発は、学生への教育効果が非常に高く、このようなプロジェクトを通して学生教育に貢献したいと考え応募しました。コロナ禍で閉塞感が漂う中、それを打開する前向きなプロジェクトと捉えています。
－ 開発において苦労した点、克服するための工夫などあれば教えてください。
以前に開発したキューブサット2機は提案段階、ミッションの設計段階から学生が主体的にやっていました。今回はコロナ禍の影響もあって提案の段階は比較的私が主導して実施しましたが、その後の設計からは学生が主導して実施しています。 コロナ禍で大学の授業はオンラインで行われるようになりましたが、実験研究については学生が大学で作業することができましたので、それほど大きな影響はありませんでした。 その一方で、前の「WASEDA-SAT」プロジェクトから一定の時間が過ぎていますので、学生間の引き継ぎという点ではある意味ゼロからのスタートということになってしまい、先輩が残していったドキュメント等を活用して開発を進めていました。そのためやり直しが少なからず生じることを想定し、時間的な余裕を持ってプロジェクトを計画していたのですが、それでもスケジュールが押してきてしまい心配しました。
開発風景
－ これまで、同プログラムに参加する中で、JAXAのサポートはいかがだったでしょうか。
革新的衛星技術実証プログラムでは、非常に柔軟に対応していただいているといった印象を強く持っています。
学生もJAXAからご指導いただくことで、自分たちがやっていることが開発全体の流れの中でどういう位置にあるかということを理解し、取り組めています。
－ 革新的衛星技術実証３号機での実証後の展望についてお聞かせください。
打上げ後、一定の期間運用して軌道上の機体の温度などの状況をモニタリングし、地上で行った試験や設計時のデータとの照合をしていきたいと思います。さらには金属3Dプリンタで作った筐体の設計試験など各種試験をする中で生じた問題点、トラブル、困難を整理して知見として論文等にまとめて公開していきたいと思っています。
今回作ったもののデータが将来的に超小型衛星開発等のビジネスと結びつく可能性もあるのではないかと考えています。
衛星の筐体を金属3Dプリンタで作ることで、宇宙空間で起きうる熱や振動の問題については計算どおりの性能を発揮できるのではないかと思っています。また、金属3Dプリンタを使うことでバラツキが少なく製造できるようになり、開発期間も短くなるという効果も期待されます。その一方で、やってみてわかったのは、最初から組み立てる際にドライバーなどを差し込むスペースを想定して筐体の設計をしないと、無線機や電気回路などを筐体の奥のほうに組み込む場合、ドライバーを差し込めず組み立てることができないということです。筐体を作り直すとなると1個数百万円もしますので、あらかじめ治具・工具などの使用を踏まえて設計・製造することが求められます。３Dプリンタを適用することによる効果、課題について今後比較検討していきたいと思っています。
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膜面の製作の様子
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膜面を折りたたんだところ
－ JAXAのホームページ等をご覧になっている方へのメッセージがあればお願いいたします。
我々「WASEDA-SAT」は学生を含めて十数名程度の規模で衛星開発を行っているプロジェクトです。皆様に良いニュースを届けられるように頑張っていきますので、応援をどうぞよろしくお願いいたします。 最近ではUNISEC（University Space Engineering Consortium：大学宇宙工学コンソーシアム）などの活動が、宇宙ビジネスの発展や月探査計画などに関連して活発になっている印象があります。我々も、何らかの形で総合的に日本の技術力を高めることに貢献できればと思っています。
Interview 3 ３号機に関わる人々
