国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 (JAXA)様

太陽系や地球、生命誕生の謎を解き明かす研究を軌道決定技術で支援

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、宇宙科学研究所の軌道決定グループは富士通とともに、プロジェクトを成功に導くための軌道決定ミッションを日々遂行している。

2020年代前半の探査機打ち上げを目指して火星衛星探査計画(MMX : Martian Moons eXploration)の研究開発が始まっています。これは『はやぶさ2』よりもさらに難しいプロジェクトで、より正確な軌道決定が重要になります。今後も軌道決定技術の向上をはかっていきたいと思います。

国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構
宇宙科学研究所 宇宙機応用工学研究系 准教授
吉川 真様

背景

新たな領域へ挑戦を続けるJAXA 宇宙科学研究所

国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構様(以下、JAXA)は、2003年に宇宙科学研究所(ISAS)、航空宇宙技術研究所(NAL)、宇宙開発事業団(NASDA)の3つの機関が統合して生まれました。宇宙開発利用を技術で支える中核的実施機関と位置付けられており、基礎研究から開発・利用まで一貫して取り組んでいます。

「現在、小惑星探査機『はやぶさ2』が、太陽系の起源・進化と生命の原材料物質を解明するため、小惑星リュウグウの観測活動を実施しています。2019年2月には小惑星表面へのタッチダウンに成功しました」と話すのは、「はやぶさ2」のミッションマネージャを務め、科学誌『Nature』が選ぶ、その年に科学で重要な役割を果たした10人“The 2018 Nature's 10”にも選出された、宇宙科学研究所の吉川 真准教授です。

吉川様は、宇宙科学研究所において人工衛星や探査機の軌道決定の研究も行っており、軌道決定の役割について「軌道決定とは、人工衛星や探査機がある時刻にどこにいるのか、どのくらいの速度なのかを推定することです。地上のアンテナと人工衛星・探査機との間で電波による通信を行うことにより、位置と速度を計算します。私たち軌道決定グループが探査機の現在位置を推定し、その結果から軌道設計グループが探査機をどう動かしたら良いかを検討します」と説明します。

経緯

困難を極める軌道決定を富士通が支援

太陽系探査機の軌道決定は特に難しいと吉川様は話します。「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、推定が難しいのです。さらに、電波が弱くなり、ノイズも多くなるため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。」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です。

この軌道決定を富士通が支援しています。これまで、1985年のハレー彗星探査プロジェクト(さきがけ・すいせい)から現在に至るまで、30年以上にわたり、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ます。

「富士通には、とくに深宇宙といって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」と吉川様は語ります。

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

富士通は、地上局が探査機を電波追跡したデータと、場合によっては、探査機が目標天体を観測したデータも考慮して、探査機の位置を正確に計算する軌道決定システムを提供していますが、それだけではありません。

「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がそのまま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した結果が少しおかしければ、やり方を考えてみようと私たちと富士通で議論してシステムの改良や運用の工夫をし、改善していくのです。富士通には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」と吉川様はプロジェクトでの富士通の役割について話します。

太陽系探査機での軌道決定では、困難な状況によく直面します。「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。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」と吉川様は振り返ります。

2003年に打ち上げられた小惑星探査機「はやぶさ」の後継となる「はやぶさ2」が小惑星リュウグウに向け、2014年に打ち上げられました。この軌道決定にも富士通は軌道決定チームの一員としてプロジェクトに参画しています。

効果と今後の展望

経験を重ねて進化させることで、さらなる軌道決定の精度を高める

軌道決定には経験が非常に重要であると吉川様は強調します。「日本は人工衛星をたくさん打ち上げていますが、月よりも遠くまで行った探査機は10程度しかありません。地上でさまざまな想定をし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、次にどうつなげていくか。進化していくためには経験がとても重要です。」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ます。

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」を運用中です。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きます。

「さらに、2020年代前半の探査機打ち上げを目指して火星衛星探査計画(MMX : Martian Moons eXploration)の研究開発が始まっています。これは『はやぶさ2』よりもさらに難しいプロジェクトで、より正確な軌道決定が重要になります」と吉川様は語ります。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きます。

国立研究開発法人 宇宙航空研究開発機構 (JAXA)

所在地東京都調布市深大寺東町7-44-1
設立2003年
従業員数1,526人 (2018年7月1日現在)
ウェブサイトhttp://www.jaxa.jp/Open a new window

[2019年掲載]

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