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1．まえがき当社の宇宙関連事業は、1964年に東京大学

宇宙科学研究所（現宇宙航空研究開発機構（以下「JAXA」という）宇宙科学研究所の前身）向けのロケット姿勢制御装置の開発を開始し、1970年に日本初の人工衛星「おおすみ」の打上成功に貢献したことに端を発する。以後1980年代はH-Ⅰロケット搭載機器、衛

星搭載用慣性基準装置（IRU：Inertial Reference Unit）、フライホイールに事業範囲を広げ、1990年代には国際宇宙ステーション用機器を手がけた。これらの技術をベースに1990年代中頃からは人工衛星搭載用バス機器、ミッション機器、宇宙探査機用機器、宇宙ステーション補給機用機器を手がけるまでになった。さらに地上支援設備の電子機器からシステム関連技術まで当社の宇宙関連事業は幅広い範囲に亘り現在に至っている。本稿では特に当社が得意とする4つの製品分野に関して当社製品群の特長と技術動向を、また今後の事業展開の方向性も含め、当社独自の観点から述べている。

2．当社宇宙関連技術と製品群当社の宇宙関連技術と製品群は図1に示すとおり非常に多岐に亘っている。これらの製品群のうちロケット、衛星等に常に標準搭載

される①ロケット搭載機器②衛星搭載用ホイール③ジャイロ、IRU④搭載電子機器が、主要製品である。次章では、これら4つの製品分野について、技術展望を述べる。

3．今後の技術展望3.1　ロケット搭載機器（1）当社の技術と業界技術水準当社は日本初の人工衛星「おおすみ」が

1970年に打上げられる前から固体ロケットの姿勢制御装置を開発してきた実績があり、小惑星探査機「はやぶさ」（2003年打上）の軌道投入にも貢献している。当社の姿勢制御系機器の特徴は、主要部品となるジャイロを含め姿勢制御系を構成する主要機器をサブシステムとして一括して開発してきた点にあり、ハードウェアだけでなく搭載ソフトウェアも自社で開発・運用してきた実績がある。固体燃料を使用したM-Vロケットの姿勢制御系では1段から3段まで全ての姿勢制御系機器を担当し、最大で12台の機器を担当していた。また機器の製造だけでなく射場運用経験も豊富で射場設備のハードウェア／ソフト

三菱プレシジョンにおける宇宙機器・技術展望

三菱プレシジョン株式会社　鎌倉事業所　宇宙機器部長　水溜　仁士

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ウェアの設計・製造も数多く手がけている。姿勢制御系の技術としては、姿勢センサ（ジャイロ、加速度計）、姿勢計算、姿勢制御演算（TVC：Thrust Vector Control、ガスジェット等のアクチュエータの制御）、航法計算、誘導計算、などがある。M-V以前のロケットでは演算処理能力が限られていたため、演算を簡素化できる1軸スピンフリー解析プラットフォーム（SFAP）方式で独自の座標系（シングルポール座標系）を用いたシステムを採用していたが、M-Vでは開発当時の業界標準となりつつあった3軸ストラップダウン方式を採用した。制御系には初号機開発当時の最先端理論であったH∞制御を採用し、5号機でμ制御理論も採用した。一方、国内の液体大型ロケットの姿勢制御系は複数のメーカが機器の開発を分担しており、当社は1段のレートセンサと1段メインエンジンのジンバル制御サーボ系を担当している。液体ロケットの姿勢制御では誘導制御が主流となっており、当社は誘導計算の実績が

ある。

（2）業界の将来動向と当社の動向従来のロケット運用は大掛かりな射場設備

を必要とするシステムが主流だったが、今後は簡単な設備で運用が可能なシステムが主流となると思われる。射場設備を簡素化するためには搭載機器の機上点検機能の強化が必須となり搭載機器内部で処理するデータが増大するため、演算処理時間やデータ転送速度の高速化が必要となる。コスト削減の要求も今後更に強くなると予

想されており、高機能かつ低コストの民生部品 （COTS：Commercial Off The Shelf）の活用が必須となっている。民生部品を活用する際に避けて通れない問題として鉛フリー対策やBGA （Ball Grid Array）実装技術、放射線耐性評価試験などがあり、JAXAを筆頭に各社が実用化にむけて取組みを行っている。当社でも徐々にCOTS品の宇宙機器への採用例が増えており、今後更に加速すると思われる。

図1　宇宙関連技術と製品群

光学設計技術

宇宙関連技術

精密・機構設計技術

統合／校正技術

電力系エレクトロニクス設計技術

信号処理技術

慣性システム技術

制御システム技術

センサ技術慣性航法・誘導システム

イメージ信号処理装置

ドーズモニタ（DOS）

磁気軸受けホイール

制御用電子機器

姿勢制御系システム

データ処理システム

ヒータ制御装置

粒子エネルギースペクトロメータ（LPD）

加速度計

FOG（ファイバ・オプティック・ジャイロ）

ホイール

TDG

帯電モニタ（POM）

磁力計（MAM）

電力分配器

エンジン／バルブ／パドル／磁気トルカ制御用駆動装置

慣性基準装置

加速度計測装置

慣性計測装置（IMU）航法・誘導計算機

レートジャイロ

将来アクチュエータ

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搭載機器の高機能・高速化に伴い、科学衛星で主流となっているSpaceWireのロケットへの応用研究も始まっており、機器間のインタフェースだけでなく機器内部のモジュール間通信にも採用が期待されている。

3.2　衛星搭載用ホイール（1）当社の技術と業界の技術水準当社は1980年代より海外製ホイールのライ

センス国産化により多くの国産衛星へホイールを供給してきたが、ジャイロ機器で培った精密機器製造技術を活用して2001年度より宇宙開発事業団（現JAXA）殿と純国産ホイールの研究開発を進め今日に至った。当社製純国産ホイールのメニューを図2に示す。最大の「タイプL-A」により、角運動量80Nmsまでをカバーすることができる。また、小型及び超小型衛星向けとして1.5Nms及び0.4Nmsのホイールも開発した。一般的な角運動量（10～ 80Nms）における当社ホイールと他社（Honeywell社）製ホイールとの性能比較を図3に示す。当社の純国産ホイールは開発後の年数が浅く宇宙軌道上実績が少ないものの、標準の機能性能面では、制御トルクにおいて世界標準のホイール性能を上回り、他の性能（消費電力、質量、擾乱等）においても同等レベルである。宇宙軌道上実績も近年国内システ

ムメーカに採用いただいて実績が増えつつある。

（2）将来動向及び当社の動向観測ミッションを持つ衛星においては、ホイールは主要な擾乱源とみなされており、低擾乱化要求は常にある。当社のホイールは世界水準と考えているが、更なる低擾乱要求に向けて構造系の改良は今後も進めていく。衛星搭載用のホイールにおいては、ボールベアリングの高速回転（約6,000rpm以下）かつ寿命（約15年）が大きな制約条件であるが、現在のボールベアリングホイールが今後も、世界の主流を成すことは間違いない。磁気軸受ホイールは、高速回転化（ロータ

質量低減）、低擾乱化を図れるが、ロータ浮上制御回路の増大に伴う質量、消費電力増及び、ロータ浮上制御と衛星制御との分離に懸念があり、特殊用途にしか採用されないと考えられる。よって現状のボールベアリング技術を維持・向上する必要がある。現在、電気的インタフェースは、システム

要求の姿勢系に対応したアナログ回路としている。SpaceWireを含めた将来のデジタル化に柔軟に対応するため、インタフェース技術を研究中である。

タイプM-A/L-A（HR12/HR14との比較）

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0角運動量

制御トルク

消費電力静バランス

質量

HR12/HR14を1.0とした場合の優位性。（カタログ値比較）

図3　純国産ホイールの性能比較図2　純国産ホイールのメニュー

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3.3　ジャイロ、IRU宇宙用に使われている主なジャイロは以下

のように分類できる。① 回転体のジャイロ効果を利用した機械式ジャイロ　　 レートジャイロ、レート積分ジャイロ、

TDG（Tuned Dry Gyro）② サグナック（サニヤック）効果を利用した光ジャイロ　　 光ファイバジャイロ、リングレーザジャイロ

③コリオリ力を利用した振動ジャイロ　　 HRG（Hemispherical Resonant Gyro）、　　 MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）ジャイロ

宇宙用ジャイロは、ロケット用、人工衛星用で使用条件が異なる。ロケットの誘導制御や姿勢制御では、衛星に比べて広い角速度範囲の計測が必要である。旧来は広い角速度範囲を高精度に計測できるジャイロが存在しなかったため、ジャイロをジンバル上に載せてロケットの姿勢変動に応じてジンバル角を制御する、プラットフォーム方式を採っていたが、近年は光ファイバジャイロやリングレーザジャイロ等の広い角速度範囲を高精度に計測できるジャイロが開発されたため、ジンバルを介さずにジャイロをロケットに固定するストラップダウン方式が採用されている。また、ロケットでは誘導制御や姿勢制御に使われるジャイロ以外に、姿勢制御の補助や応答性制御に使われるレートジャイロも搭載される。当社は宇宙科学研究所殿が打上げていたMロケットの姿勢制御系を担当しており、そこに使われる全てのジャイロは当社製のジャイロを供給した。特にM-Vロケットに使われた光ファイバジャイロは、ロケットに使われた光ファイバジャイロとしては世界初のものである。また、国

産主力ロケットであるHシリーズロケットにもレートジャイロを供給している。一方、人工衛星用のジャイロとしては、非

常に高い精度かつ長寿命（15年以上）が要求されている。人工衛星用ジャイロとしては、旧来は機械式ジャイロが使われてきたが、 近年は光ファイバジャイロ、リングレーザジャイロやHRGも使われてきている。また、ジャイロの要求精度が低い小型衛星等には、MEMSジャイロが使われつつある。ただし、15年以上の連続動作で放射線にも強い高精度ジャイロとなると、主に機械式ジャイロとHRGとなり、HRGは高価であることから、依然として機械式ジャイロも多く使われている。一般的に人工衛星の姿勢制御用のジャイロは、複数のジャイロとインタフェース回路を内蔵し、3軸の角速度が計測できるようにしたIRUの形で使われる。当社は、1980年代に宇宙開発事業団（現JAXA）殿と共同で、世界最高クラスの精度をもつTDG IRUを開 発し、1992年に打上げられた「ふよう1号（JERS-1）」に採用されて以来、ほとんどの国産衛星にIRUを供給してきている。

3.4　搭載電子機器宇宙用機器は、品質、信頼性の確保などの

理由から実績のある設計を継続的に使用することが主流であるが、現状では実績のある部品の枯渇などの発生や小型・高機能化、短納期の要求が強く、新規製品の開発も求められている。また、宇宙機器をバス機器、ミッション機

器というカテゴリから見た場合、バス機器は、小型･軽量ながら高品質、高信頼性、実績と低価格が求められ、ミッション機器は、多機能･高精度などミッション固有の新技術を取込んだ最適化システムの要求が今後益々強くなる。

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これらの現状を踏まえて今後の展望としては、以下の観点で開発が求められている。

（1）高機能モジュール化宇宙用電子機器は、機能ブロック単位でコンポーネント化を行っていたが、高機能、小型化の要求に対して基本機能を集約し、複数単位のモジュールで達成していた機能を1モジュールで実現出来るように高機能・高密度モジュール化が求められてくる。また、今後の衛星搭載機器は、高信頼性を重視した大型、中型衛星向けと、低価格、小型･軽量を重視した小型衛星向けとで二分していくことが予測される。前者では従来の高信頼性を保ちつつ、小型化が望まれ、後者にあたっては後述するCOTS品の採用等により、更なる小型化に向け、設計アプローチに際して発想の転換が要求される。当社は、高密度化モジュールの開発を完了させ、コンポーネント内部のスペースの有効活用技術を取得している。今後はこれを更に発展させていく。

（2）高機能化に伴うデータ処理、伝送の高速化全体システムの高機能化に伴いミッション

機器の大量のデータを処理する必要が今後更に高まってくる。データ処理と伝送系に高速化と柔軟性が求められ、今後はソフトウェア技術の占める割合が増加する。

SpaceWireは今後の衛星内通信バスで主流となる通信規格であり、コンセントに差し込むような容易さで既存の衛星システムに接続できることを目指したものである。海外においては、ワーキンググループが設立され、既に多くの衛星で採用されている。国内ではJAXA、大学、メーカーが協同して「日本SpaceWireユーザー会」（当社も会員）を構成してSpaceWireの標準化を推進しており、小型科学衛星を皮切りにその適用が促進されている。既に科学

衛星においてSpaceWireでのバスシステム構築を実施しており、本インタフェースの実装が不可欠となっている。当社は本インタフェースの技術評価を完了し、実用フェーズへ移行する。また、当社宇宙機器の基幹製品であるロケット、ホイール、IRUへも本インタフェースを実装する開発を進めており、市場への対応準備を進めている。ソフトウェア技術は、今後複雑化していくことになるので、ソフトウェア要求分析、設計段階から試験・検証を視野に開発を強化する必要がある。また、宇宙用FPGA （Field Programmable Gate Array）のゲート規模も年々拡大されており、FPGA内にCPUコア、メモリ、SpaceWire機能を集約するSoC （System on Chip）技術等を採用していくことで、機能の統合化・機能のソフトウェア化による機器の小型軽量化につなぐ。

（3）COTS品の採用高機能化に伴い、ミッション機器レベルではCOTS品の採用が拡大すると考える。その採用はミッションの目的、期間、環境を考慮する必要があるが高機能・低価格であれば、ある程度冗長化にてミッションを達成出来る。よって拡大の方向と考える。なお要すれば耐放射線評価を行う必要があ

るが、ライフサイクルが短いため継続使用には慎重さも必要である。当社においてはJEM搭載実験機器を対象に

民生品を活用した機器開発を行っており、これらより得た経験、知見を生かして、今後のCOTS品採用に順応した製品開発を行っていく。（1）に記載したとおり、小型衛星向けの機器においてCOTS品の採用は必要不可欠であり、COTS品の宇宙転用の技術を基盤技術として確立していくことが肝要である。

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4．むすび当社の主力宇宙機器製品について技術の状

況と将来の技術展望について述べた。最初に述べたとおり、当社はこれまで国内市場で活動してきたが、国内のロケット、宇宙機、衛星技術も海外との競争の波に晒されており、それらに打ち勝つために、高信頼性は当然のことながら高機能かつ小型・軽量・低コストが今まで以上に強く要求される事業環境となっている。当社もこの荒波に飲まれないよううまく泳ぎきって業界の先頭に立てる技術力を養い、絶え間ない改善への努力を継続することが重要と考えている。本稿を読まれた各位には、当社をよりよく知っていただくとともに、当社への絶え間ない進歩への姿勢をご理解いただき更なるご愛顧をお願いするしだいである。

参考文献（1）森田泰弘：JSASS-2011-4003「今後のロケット開発に向けての提言」第55回宇宙科学技術連合講演会講演集（2011年11月30日～12月2日）。

（2）大久保真也：JSASS-2011-4009「次期基幹ロケット開発構想」第55回宇宙科学技術連合講演会講演集（2011年11月30日～12月2日）。

（3）山崎敏史：JSASS-2011-4014「基幹ロケットアビオニクス系開発計画」第55回宇宙科学技術連合講演会講演集（2011年11月30日～12月2日）。

（4）森田泰弘：JSASS-2011-4296「イプシロンロケットとその先」第55回宇宙科学技術連合講演会講演集（2011年11月30日～12月2日）。

（5）的川泰宣、他、「宇宙空間観測の半世紀」随想集、JAXA宇宙科学研究所2011年12月。

（6）秋山：講演番号　2H06「SERVICEプロジェクトにおける民生部品評価」第52回宇宙科学技術連合講演会講演集（2008年11月5日～11月7日）。

（7）　濱：講演番号　2H08「民生部品のはんだ付けに関する信頼性評価」第52回宇宙科学技術連合講演会講演集（2008年11月5日～11月7日）。

（8）井澤克彦、市川信一郎：高速回転ホイール（高速回転ホイール開発を通しての知見）、JAXA-RR-07-025、宇宙航空研究開発機構（2008年2月）。（9）早川義彰、熊沢俊治、岡崎博善：宇宙空間におけるフライホイールの潤滑設計、潤滑1982年（Vol.27）6