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E. 共通基盤分野宇宙システム・モデリング
技術研究

現在、世界の宇宙開発ではMBSE(Model-Based Systems Engineering)、MBD(Model-Based Development)などのデジタル技術を活用した開発サイクルの高速化、開発期間の短縮、宇宙機の量産化が進んでおり、開発・製造プロセスが大きく変わりつつあります。また、宇宙システムの規模も拡大し複雑化する中で、国際的な競争力を維持するためには、従来の考え方や方法では優位性の確保が難しくなっています。

本来、衛星やロケットなどの宇宙システムは機体・地上設備・ソフトウェアなど非常に多くの要素から構成されるため、全体の設計が適切でなければ、勝ち筋となりうる高性能な要素も活かすことはできません。そこで私たちは、これまでに培った世界水準の情報・計算工学に基づく論理・物理モデリング技術とシステムズエンジニアリングを活用し、宇宙システム全体をモデル化することで価値の評価と向上を図り、ハードウェアづくりに主眼を置いた活動から価値やサービス創出に主眼を置いた活動へと重点を移していきます。さらに、宇宙機のシステム開発・要素技術開発の現場の課題をデジタル技術(MBSE、MBD、AI等)を適用することにより解決するメソドロジストとしての活動を推進し、宇宙システムの設計・開発から運用までのライフサイクル全体を対象として、その効率化と迅速化を目指します。

デジタル技術を活用したメソドロジスト活動

研究の意義価値

世界的に宇宙開発のスピードと規模が増すなか、本研究はMBSE/MBD/AI等のデジタル技術を活用し、モデル中心の開発プロセスを通じて宇宙開発全般で迅速で価値あるミッション創出と、短期・低コストでの開発・運用を実現します。また、これにより宇宙利用サービスの革新と産業競争力の強化に貢献します。

研究の目標

具体的には、下記4つのデジタル技術の研究開発に取り組んでいます:

(1) 開発プロセスの変革に向けたアーキテクチャ検討・モデル利用技術

上流工程においてシステムのアーキテクチャを効果的に探索するための検討プロセス、顧客/サービスなどシステムの価値を高めるための検討プロセスを確立する。またミッション初期検討などにおいて、デジタル技術(MBSE、MBD等)を活用し、システム担当や複数のドメイン担当が必要な情報に速やかにアクセスでき、システム全体のアーキテクチャトレードオフや最適解探索を迅速かつ容易に可能とするための技術(方法論、ツール)の確立を進めています。

アーキテクチャ検討・モデル利用技術の全体像
ミッション初期検討プロセスの改善

(2) デジタル開発実現のための多領域統合シミュレーション技術

これまで以上に複雑・大規模な宇宙システムである宇宙探査機、再使用・有人輸送システム、軌道間輸送ネットワーク等を対象としたデジタル開発(特にMBD)を実現するために、“モデル”に基づくシステム全系の多領域統合シミュレーション技術の獲得を進めています。

多領域統合シミュレーション技術の活用事例

(3) デジタル開発実現のための詳細物理シミュレーション技術

流体、熱、燃焼、構造、機構等の物理領域を対象として、デジタル開発(特にMBD)を実現するために必要不可欠な「物理現象・メカニズム理解」とそれに基づく「物理数学モデル」を構築しています。数値シミュレーションには、JAXA Supercomputer System(JSS)を使用しています。

ロケットエンジン燃焼器全系解析(LES)
ロケットインデューサキャビテーション解析(LES)

(4) 高度な情報抽出・分析のためのAI技術

情報のセキュリティを確保しながら、生成AI等の技術を活用し、専門家の知識や過去の経験といった先人の知恵を形式知化するとともに、システム設計情報等から、ユーザの問いに対して的確に情報抽出し回答を可能とし、開発の効率性向上を可能とするプラットフォーム構築を進めています。

セキュリティーを確保したローカルAIプラットホーム概念図