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 QSSF研究発表会 1 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 2009.05.09 かがやき QSSF研究発表会 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 3 QSAT主要諸言ミッション機器 2009.05.09 ･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 QSSF研究発表会 4 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 2009.05.09 Sun Sensor (+X,+Y, +Z) QSSF研究発表会 Magnetometer [ SERC ] 5 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 2009.05.09 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 QSSF研究発表会 6 QSAT Mission概要 (1) Magnetic field disturbances caused by FACs FACs J [A/m2] (2) Satellite Potential induced by FACs Potential Difference Earth 2009.05.09 V [V] V [V]  J [A/m2] Better understanding spacecraft charging QSSF研究発表会 7 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 2009.05.09 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 QSSF研究発表会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 8 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 9 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 2009.05.09 QSSF研究発表会オムロン直方（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） 10 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 2009.05.09 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 QSSF研究発表会 ○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 11 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 12 QSAT開発状況地上局 2009.05.09 QSSF研究発表会 13 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 14 • 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 15 QSAT開発状況分離機構 2009.05.09 QSSF研究発表会 16 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 17 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 18 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 19 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 20 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 21 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 22 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 23 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 2009.05.09 Operation Ground Station QSSF研究発表会 24 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 2009.05.09 QSSF研究発表会 25