人工衛星”ひろがり”

アマチュア無線の幅を”ひろげる”！ ~アマチュア無線ミッション~

”ひろがり”では3つのアマチュア無線ミッションを掲げています．

1. 高速通信性能評価

ひろがりでは変調方式GMSK/FM 13600bps，4FSK/FM 19200bpsでデータダウンリンクを行います．プロトコルはAX.25プロトコルに加えて，畳み込み・リードソロモン符号を用いたプロトコルを用います．この変調方式の評価をすることによって，従来のアマチュア無線通信で主流となっている通信速度(1200~9600bps)に対して優位性を持っているかどうかを評価します．

 

2.メッセージボックスサービス

アマチュア無線家はひろがりに対してアップリンクを行うことができます．アマチュア無線家は任意の文字列が含まれているコマンドを送ると，ひろがりはその文字列を保持します．また，コマンドをアップリンクすることによって保持された文字列をダウンリンクさせることができます．アップリンクはAFSK/FM 1200bps AX.25プロトコルで行います．ダウンリンクテレメトリはコマンドによってAFSK/FM 1200bps，GMSK/FM 9600bps，GMSK/FM 13600bps，4FSK/FM 19200bpsの4つの変調方式の中から指定でき，プロトコルはAx.25プロトコル，畳み込み・リードソロモン符号を用いたプロトコル，リードソロモン符号のみを用いたプロトコルの3つから指定できます．アマチュア無線家が受信設備を簡単に構築できるように，SDRを用いた受信設備構成，ソフトウェアをインターネット上に公開します．アマチュア無線家がアップリンクできる時間帯もインターネット上に公開します．通信に成功したアマチュア無線家に対しては賞を授与します．

 

3.アマチュア無線での交流を”ひろげる”

アマチュア無線家ではない人からメッセージを募集します．募集したメッセージの中から選出したメッセージを私たちがアップリンクし，世界中のアマチュア無線家がそのメッセージをダウンリンクします．メッセージを受信したアマチュア無線家からコメントをもらい，インターネット上でそのコメントを公開します．このことによってアマチュア無線に興味を持ってくれる人とアマチュア無線家のつながりを作り，アマチュア無線に親しみを持ってもらおうと考えています．

 

メインミッション1：アマチュア無線帯での高速データ通信

実証予定の通信速度

これまで打ち上げられた多くの超小型衛星は UHF, VHF で 1200 bps, 9600 bps の通信速度を利用していました．ひろがりでは，従来から用いられている 1200 bps, 9600 bps の通信に加えて，より高速な13600 bps GMSK, 19200 bps 4FSKを採用します．
また，従来のアマチュア無線衛星では主にAX.25 プロトコルが用いられており，パケットロスが生じた際に地球局からの再送要求が必要となり，衛星運用のコストを大きくする要因になっていました．ひろがりでは誤り訂正能力を持つリードソロモン符号化・畳み込み処理を用いたプロトコルを実証します．それぞれのプロトコルについて通信実験を行い，超小型衛星の運用に適しているプロトコルを評価します．そして，これらの通信方式について有用性を評価する通信実験を行います．
この通信技術の有用性が示されれば，アマチュア無線帯を用いる衛星で，より高効率な通信が可能となります．
実験結果，実証した衛星内の通信システムと地球局システムの設計は Web 上で公開し，世界中のアマチュア無線家がこの高速通信技術を利用できるようにし，アマチュア無線衛星の通信技術の向上を目指します．

ミッション定義

① 厚板二次元展開構造のパネルを展開

② 厚板二次元展開構造のパネル形状を計測

③ 厚板二次元展開構造のパネル形状の時刻歴変化を計測

ミッション目的

次世代の大型宇宙構造物は輸送手段の制約から，収納性が高い展開構造物が主体になると考えられます．私たちは高収納の展開構造物の実現と展開後の構造を軌道上で計測するための研究を行っております．展開構造には折り紙工学におけるミウラ折りを発展させた厚板二次元展開構造を，計測には二次元格子を利用した光学的な表面形状計測手法を用います．本プロジェクトではこの展開構造と計測手法との両方を世界で初めて宇宙空間で実証することを目的としております．

展開構造

展開構造には厚板二次元展開構造を用います．ミウラ折りとは厚みの無視できる折り紙工学を利用したコンパクトな二次元収納展開方法のひとつであり，折り畳んだ構造物を対角方向に引くと全体が縦横に同期展開する利点があります．このミウラ折りの技術を厚みの無視できない実在の平板に応用したのが厚板二次元展開構造であり，厚みを考慮した折り紙工学の研究は世界的に注目されている課題です．私たちはすでに折り線部分の定式化に成功しており，本プロジェクトでこの展開構造の収納・展開性能を実証します．

計測手法

計測には二次元格子を利用した光学的な表面形状計測手法を用います．この計測手法は非接触に物体表面の三次元形状を得ることができ，計測時間が短く機器構成が簡単でありかつ高精度であるなどの特徴があります．対象物の表面に貼付または描画した二次元格子を2台のカメラで撮影し，格子模様のゆがみ方を解析することにより対象物表面の三次元形状が計算されます．

　ひろがり には通信用の展開アンテナが付いています．このアンテナは厚さ 0.1 mm で，長さが約 50 cm あり，非常に柔軟な構造となっており，展開後振動していると考えられます．地球上であれば空気による減衰で振動はすぐに収まりますが，軌道上では収まるまでに長い時間を要します．アンテナが振動していると，通信するための電波にも影響があるので，宇宙空間でアンテナがどのように振動しているかを知ることはとても大切です．そこで本ミッションでは，変形を測定するセンサをアンテナに貼り付け，アンテナの振動を軌道上で計測しようとしています．

　OPUSAT-KIT のバスシステムは衛星全体の内，高さ 7 cm 程度の範囲を占有します．ひろがり を高さ 20 cm の衛星とし，残りのスペースに構造物の収納・展開システムと計測システムを搭載します．

　2019年11月現在，フライトモデルの開発を行っており，2020年の打ち上げに向け，各種環境試験や模擬運用を行なっています．