ひろがり Project

2021年上期打ち上げ予定!!衛星局コールサイン：JL3ZKS

人工衛星”ひろがり”

　 “ひろがり” は，2U (10 ✕ 10 ✕ 20 cm) サイズの CubeSat です。バスシステムは前号機の OPUSAT の設計を基に開発しています。本プロジェクトでは学生による超小型人工衛星開発に適した新しいシステムモデリング手法と開発体制を導入しています。また、2021年上期に打ち上げとISSからの放出が予定されています。

“ひろがり”は室蘭工業大学航空宇宙機システム研究センターと共同で開発を行っています。

2020年10月までに，大阪府立大学の学生49名，室蘭工業大学の学生9名がこのプロジェクトに参加し，開発を行いました．

宇宙での姿

ひろがり　FMモデル

ひろがりの仕様

“ひろがり”の2つのメインミッション

“ひろがり”には達成すべき2つのメインミッションがあります。

アマチュア無線帯における高速通信技術実証
軌道上形状計測システムの実証

ミッション①：アマチュア無線帯における高速通信技術実証
～アマチュア無線の幅を”ひろげる”！～

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。

実証予定の通信方式

ミッション②：軌道上計測システムの実証
～展開構造物を”ひろげる”～

近年、より高度なミッションを行うために、人工衛星には太陽電池パネルやパラボラアンテナなど大面積構造物搭載の必要性が増しています。この大面積構造物には輸送手段の制約上、高い収納性が求められます。また、無重力・真空・急激な温度変化・放射線など厳しい宇宙環境下で、大面積構造物の形状が要求を満たしているかどうかを計測する必要があります。

そこで、「ひろがり」ではミウラ折りを発展させた二次元展開構造物を搭載し、宇宙空間でこれを展開します。また、二次元格子を利用した光学的な表面形状計測システムを搭載し、有用性を実証します。本衛星ではこの展開構造物と計測手法との両方を世界で初めて宇宙空間で実証します。

ミッションフロー

① ミウラ折り二次元展開構造のパネルを展開

② ミウラ折り二次元展開構造のパネル形状を計測

③ ミウラ折り二次元展開構造のパネル形状の時刻歴変化を計測

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．

厚板二次元展開構造の展開の様子

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．

表面形状計測概要

アマチュア無線ミッション

アマチュア無線での交流を”ひろげる”べく、2つのアマチュア無線サービスを提供します。

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させていただきます。

メッセージの一般募集

衛星を使って世界中に発信したいメッセージをアマチュア無線家ではない人から募集します．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．

OPUSAT-KIT の利用

ひろがりでは、軌道上での動作が確認された、OPUSAT の設計を基に開発されたOPUSAT-KIT バスシステムを利用します。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．