JAXAが世界最小サイズの開発に成功、人工衛星に必須の姿勢制御装置とは?

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人工衛星の姿勢制御に必要なジャイロやホイール、姿勢制御用計算機などを一つの小さなパッケージに詰め込んだ装置である。2014年から開発をスタートし、まず10センチメートル角の3軸モジュールの開発に成功した。頂点で自立倒立できる制御性能を有する3軸モジュールとしては世界最小のサイズであった。

さらに国際宇宙ステーション(ISS)「きぼう」日本実験棟内で使用する「JEM自律移動型船内カメラ Int―Ball(イントボール)」に搭載するため、さらなる小型化を図り、一辺31ミリメートル、重量50グラムにまで小型化することに成功した。

このサイズを目指すには、10センチメートル角と比べて体積を30分の1以上にまで小型化しなければならず、電子基板回路の搭載スペースが内部に全くなくなってしまう。構体自体を回路基板とするなど、組み立て性も考慮しながら電気・機構の設計解を追求した。結果、内部は部品と配線が複雑に立体交差しつつも、組み立ては折り紙を折るように組み立てられる機能美あふれるデザインとして完成し、世界的に見てもユニークな技術となった。

同モジュール内には誘導制御計算機、6軸慣性センサー、3軸リアクションホイール、電磁ブレーキが、一辺31ミリメートルの立方体サイズ(卵サイズ)に集約している。

1軸ホイールとしては、超小型衛星用に55グラムサイズが市場に出回っているが、このモジュールは、同等のホイールが3軸搭載されている。慣性センサーは「MEMS(微小電気機械システム)素子型センサー」を6チップ搭載し、複数チップのセンサー情報を複合する技術により高精度化している。このように、民生の先端部品を積極的に用いることで低コスト化も果たした。

今後、さまざまな用途での応用先が期待され、宇宙航空研究開発機構(JAXA)では、特に超小型衛星の3軸姿勢制御装置への適用に向けて研究を行っている。

携帯電話、パソコンなどは小型化により新しい価値観がもたらされた。宇宙開発でも、同様に小型化の波が来ている。人工衛星に必須の姿勢制御装置が小型化することは、新たなイノベーションを起こすきっかけになり得ると考えている。このモジュールが、新しい価値観が生まれる“卵”となることで、社会に貢献していきたい。

研究開発部門 第一研究ユニット 主幹研究開発員(研究領域主幹) 巳谷真司
岡山県出身。04年JAXA入社以来、人工衛星の姿勢軌道制御技術の研究開発に幅広く取り組んでいる。20年から宇宙機刷新技術(先導する研究)の研究リーダー。博士(工学)。

日刊工業新聞2021年10月18日

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