国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 様

国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構の宇宙科学研究所では、1985年のハレー彗星探査プロジェクト以来、国内すべての太陽系探査プロジェクトにおいて富士通の軌道決定技術を採用している。地球圏より遠い深宇宙における探査機の軌道決定は極めて困難だが、宇宙科学研究所 軌道決定グループと富士通により、プロジェクトを成功に導くための軌道決定ミッションが日々遂行されている。

経緯

困難を極める
軌道決定を富士通が支援

特に太陽系探査機の軌道決定は難しいと吉川氏は言う。「困難にしている大きな要因は、距離の遠さです。太陽系探査機は、地球を周回している人工衛星と比べて地球からの距離が格段に遠く、そのため電波で速度を測ったときの変化が非常に小さいので、推定が難しいのです。さらに、距離が遠いと、電波が弱くなり、ノイズも多くなります。データの質が悪くなると軌道決定の精度が落ちてしまうのです」（吉川氏）。他にも、太陽光の圧力などの微小な力も考慮しなければならないことや、探査機の推進システムであるスラスターやイオンエンジンの出力が一定ではないことなども軌道決定を難しくする要因になる。

「太陽系探査機の軌道決定は、本当に細かな、さまざまな要因一つ一つを高い精度で推定していかないと正確な位置は出せません。そこがとても難しいのです」と吉川氏は話す。

この軌道決定を支援しているのが富士通だ。これまで、1985年のハレー彗星探査プロジェクトから現在に至るまで、30年以上にわたり多くのプロジェクトに関わっている。さきがけ・すいせい（彗星探査、1985年）から始まり、ひてん（工学実験衛星、1990年）、のぞみ（火星探査、1998年）、はやぶさ（小惑星イトカワ探査、2003年）、かぐや（月探査、2007年）、あかつき（金星探査、2010年）、IKAROS（ソーラー電力セイル実証、2010年）、はやぶさ2（小惑星リュウグウ探査、2014年）、みお（水星探査、2018年）まで、日本における太陽系探査プロジェクトのすべてにおいて、富士通は軌道決定システムの開発と運用を担っている。

「富士通には、とくに深宇宙、月よりも遠いところでの軌道決定を支援してもらっています。深宇宙での軌道決定は日本では私たちと富士通しかやっていません。人工衛星の軌道決定の場合は、地球からの距離が近いですし、運用事例も豊富なのでノウハウが蓄積されているのですが、深宇宙の軌道決定の場合は、そもそも日本には事例がないのでノウハウもありません。初めてのことを次から次へとやっていくので、事前に想定していたのとは違うことがよく起きます」と吉川氏は語る。

プロジェクトチームの一員として
太陽系探査機の軌道決定を担う

富士通が提供する軌道決定システムは、地上局が探査機を電波追跡したデータ、そして場合によっては探査機が目標天体を観測したデータも利用して、探査機の位置を正確に計算する。しかし、単にシステムを納品しているだけではない。

「深宇宙では初めてのことがとても多いため、最初に作ったソフトウェアそのままでは適用できないことが多くあります。軌道決定システムで計算をした結果がちょっとおかしいということになれば、ではやり方を考えてみようと私たちと富士通で議論するわけです。そしてシステムの改良や運用の工夫をして改善していくのです。富士通には、外部の協力会社というような距離をおいた関係ではなく、軌道決定チームの一員として、責任をもってプロジェクトに参画してもらっています」（吉川氏）。

太陽系探査機での軌道決定では、困難な状況によく直面する。「火星探査“のぞみ”のプロジェクトでトラブルが発生したときに、富士通の技術力に助けられました」と吉川氏は話す。探査機“のぞみ”は2系統の電波の周波数をもっていたが、その内の1系統が航行中に使えなくなってしまった。残った1系統は指向性の強いパラボラアンテナからしか電波を発することができず、正面には強い電波が出るが横への電波は弱いという問題があった。「探査機のパラボラアンテナを使うときには、アンテナをきちんと地球に向けて通信をする必要があるのですが、「のぞみ」のときには探査機の姿勢の関係で必ずしもアンテナを地球に向けることができませんでした。この困難に対し富士通は、通常であれば質が大変悪くてとても利用できない横方向に漏れ出す電波を受信したデータを上手く処理して、軌道決定に使えるデータだけを拾い出して運用するという手法をとりました。とても難しい仕事だったのですが富士通は成し遂げてくれました。私が宇宙科学研究所に来て最初の惑星探査プロジェクトが“のぞみ”でしたので大変印象深いです」と吉川氏は振り返り、富士通の技術を評価した。

効果と今後の展望

経験を重ねて進化し、
さらに軌道決定の精度を高めていく

軌道決定には経験が非常に重要であると吉川氏は強調する。「日本は人工衛星をたくさん打ち上げていますが、月以遠まで行った探査機は十程度しかありません。地上でさまざまな想定を行っても宇宙空間ではまったく違ったということも多くあります。トラブルが起きたり、予測していなかった場面に遭遇したりしたときに、それを解析・分析し、次にどう繋げていくか。進化していくためには経験がとても重要です」と吉川氏。

軌道決定グループと富士通ではそうした経験を重ねることで軌道決定の精度を高め続けている。ともに軌道決定を行う富士通について吉川氏は次のように語る。「一緒にプロジェクトを進めている富士通の方は非常に優秀で、経験も豊富です。ソフトウェアの対応など、大変な作業も多いですが、責任感をもってとても熱心に仕事をしてくれます」と高く評価している。

2018年末現在、宇宙科学研究所では太陽系探査機として“あかつき”、“IKAROS”、“はやぶさ2”、“みお”を運用中だ。軌道決定グループと富士通ではこれからも引き続きこれら運用中の探査機について軌道決定を続けていく。

「さらに、2020年代前半の探査機打ち上げを目指し、火星衛星探査計画（MMX : Martian Moons eXploration）の研究開発がスタートしています。これは“はやぶさ2”よりもさらに難しいプロジェクトで、正確な軌道決定が重要になります。これまで同様に富士通とともに取り組んでいきたいですね」と吉川氏は展望を語る。これからも富士通は、軌道決定技術によって日本の太陽系探査プロジェクトを支えていく。

（2018年12月取材）

［2019年3月掲載］