講演資料 - Japanほどよし超小型衛星プロジェクト

2014年3月17日
「超小型衛星利用開拓成果×北海道ワークショップ in 札幌」
超小型衛星による
先進的リモートセンシング
北海道大学
大学院理学研究院
創成研究機構 宇宙ミッションセンター
*栗原純一、高橋幸弘
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自己紹介
理学部・理学院
宇宙理学専攻
宇宙惑星グループ
http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~psg/
創成研究機構
宇宙ミッションセンター
http://www.cris.hokudai.ac.jp/cris/smc/
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超小型地球観測衛星「雷神２」
（RISING-2）
•
•
•
•
北大と東北大で共同開発
「SPRITE-SAT（雷神）」のリベンジと性能のグレードアップ
本格的な地球観測衛星
2014年5月24日、「ALOS-2（だいち2号）」に相乗り打ち上げ決定！
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RISING-2 搭載理学機器
新規開発ユニット
高解像度マルチスペクトル望遠撮像系（HPT）
[HPC-R]
撮像用CCD
ダイクロイックミラー
で光を分離
[HPT]
高解像度望遠鏡
(新素材ZPFミラー)
[HPC-B]
撮像用CCD
[HPC-G]
撮像用CCD
[WFC]
理学観測用
魚眼CCDカメラ
[HPC-M]
撮像用CCD
[LCTF]
液晶波長可変
フィルター
[LSI-1]
理学観測用
CMOSカメラ①
(740 - 830 nm)
[LSI-2]
理学観測用
CMOSカメラ②
(762 nm)
視野角 29×29°
視野角 29×29°
口径 10 cm
焦点距離 1 m
地上分解能 5 m
[VLFR]
理学観測用
VLF受信機
[BOL]
理学観測用
ボロメータアレイ
(中間赤外)
視野角 134×180°
視野角 32×24°
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RISING-2搭載・
マルチスペクトル望遠鏡（HPT）
•
北大・東北大が共同開発する50 kg級超小型衛星「RISING-2」に搭載する
高機能マルチスペクトル望遠撮像系を開発
•
RISING-2の主ミッションである地上 5 m分解能の高解像度地球観測を目指す
•
新素材「ゼロ膨張セラミックス（ZPF）」を用いた高剛性反射鏡
•
液晶波長可変フィルタ（LCTF）による超多波長マルチスペクトル撮像
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光学地球観測の利用分野と
要求される地上分解能(GSD)
ハイパー
スペクトル
水文・海洋 農業
森林
環境監視
マルチ
スペクトル
情報収集
資源監視
交通
都市開発
パンクロ
マチック
GSD 5ｍ
ｍ
光学地球観測において、
地上分解能 5 ｍ は最も利用範囲が広い
地形
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(Sandau et al., 2010)
地上分解能の達成に必要となる
衛星搭載光学系の口径 ※軌道高度
800kmの場合
紫外
地上分解能
可視
赤外
GSD 5ｍ
ｍ
地上分解能 5 m を達成するには、
光学系の口径が最低 10 cm は必要である
口径
7
(Guelman and Ortenberg, 2009)
RISING-2/HPTによる
地上分解能5m撮像
•
•
高度約 700 km の太陽同期軌道から地球撮影
→ 目標地点をコマンド設定、全地球の任意地点を撮影可能
解像度： 5m / pixel @ 700km （659×494 pixel = 3.2×2.4 km）
北大キャンパスを撮影した場合
2.4 km
(494 pix)
© Google
3.2 km (659 pix)
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HPTの構造
カセグレン式反射望遠鏡
（口径 10 cm、焦点距離 1 m）
CFRP製鏡筒
液晶波長可変
フィルター
重量：約 3.4 kg
ZPF製主鏡・副鏡
（株）ジェネシア
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液晶波長可変フィルター（LCTF）
• 多層液晶セルによる波長可変の干渉フィルター
• 波長範囲 650～1050 nm において 1 nm 刻みで中心波長を制御 → 400 バンド
• バンド幅（FWHM）： 10～30 nm、平均 20.8 nm
• 遷移（スキャン）時間： 39～259 msec、平均 138 msec
重量80g、消費電力0.5W以下
LCTF本体
LCTFの透過率特性
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（財）２１あおもり 液晶先端技術研究センター（現・アスミタステクノロジー株式会社）
液晶波長可変フィルタを
マルチスペクトル観測器に用いるメリット
従来型のフィルタ・ターレット方式の
マルチスペクトル観測器
液晶波長可変フィルタ を用いた
マルチスペクトル観測器
電気的
波長選択
機械式回転
PARASOL衛星搭載
POLDER-3観測器
重量：32kg
バンド数：15
RISESAT衛星搭載
HPT
重量：3kg
バンド数：680
バンド数の飛躍的な増加と、寸法・重量・消費電力の劇的な減少
航空機搭載用マルチカラーイメージャ
Airborne Multicolor Imager (AMI)
• 可視光用・液晶波長可変フィルタを搭載（420-700 nm）
• 寸法：190 x 100 x 100 mm
• 重量：1.3 kg（カメラ部のみ）
インドネシア・西ジャワにおける
UAV観測キャンペーン（2012/10/29-31）
• SATREPS「インドネシアの泥炭・森林における火災と炭素管
理」の一環
• インドネシア技術評価応用庁（BPPT）の協力により、BPPTが
開発した無人航空機（UAV）を利用
• 北大からAMIを持ち込んでUAVに搭載した。
BBPTが開発したUAV「Wulung」
AMIは胴部に搭載
直下視で観測
飛行ルート
パンガンダラン
ヌサウィル空港
観測ターゲットエリア
片道：35km
高度：約1km
泥炭森林・海岸・河川・田畑
など多様な観測対象を持つ
エリア
マルチスペクトル動画
• 420-700 nm を10 nm ステップで合計29バンドスキャン
• 1秒間に2 枚（＝2バンド）取得
• 露光時間は 1/60 秒
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取得画像の例
UAVアンテナ
~1.2 km
UAVの
進行方向
~30 m/s
~2.5 m/pixel
波長: 420 nm
~1.6 km
16h:40m:08s:918ms
16
波長: 500 nm
16h:40m:13s:115ms
17
波長: 600 nm
16h:40m:17s:954ms
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波長: 700 nm
16h:40m:22s:763ms
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解析結果の一例
森林の樹種判別 →
（３－４バンドでは不可能）
• 森林資源の維持管理
• 不法伐採の監視
• 二酸化炭素排出量の推定
→ 排出権取引の根拠
液晶波長可変フィルタの応用実証に成功
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ほどよしプロジェクト
（サブテーマ８）
•
•
ほどよし2号機衛星「RISESAT」の国際的な理学ミッション機器開発を支援
液晶波長可変フィルタ（LCTF）を用いた先進的なリモートセンシング機器を
開発
RISESAT
サブテーマ8のプロジェクト組織に
おける北海道大学の役割 ⇒
RISESAT搭載
マルチスペクトル望遠鏡の開発
ほどよし・平成25年度全体報告調整会
• 天体観測ミッション担当：
National Central University（台湾中央
大学）
• 地球観測ミッション担当：
LAPAN（インドネシア国立航空宇宙研
究所）、BBPT（インドネシア技術評価
応用庁）
他の理学ミッション機器と異なり、海外大学・研究機関が日
本企業に製造を委託する形式であるため、予算面などで契
約交渉は困難を極めた
何とか取りまとめることができたのは将来の国際受注につな
がる大きな成果
宇宙用LCTFの低コスト化
• H21～22年度：財団法人21あおもり産業総合支援センター
– RISING-2搭載HPT用LCTFを製造
– H22年度末に液晶先端技術センターを廃止、株式会社アスミタステク
ノロジーとして事業化
• H23年度：株式会社アスミタステクノロジー
– RISESAT搭載HPT用LCTFを製造
– H23年度末以降、宇宙用LCTF製造は困難
• H24年度：仙台高等専門学校
– アスミタステクノロジーを退職して仙台高専に着任した若生一広准教
授と、北大が共同研究を開始
宇宙用LCTFは高コスト（1台1000万円）がネックだったが、従
来の1/10以下の超低コスト化に見通しが立った
RISING-2・RISESAT搭載
マルチスペクトル望遠鏡（HPT）の比較
400 NIR bands
+ R/G/B bands
Red CCD
Dichroic
Beam Splitter
Blue CCD
Green CCD
400 NIR bands
+ 280 VIS bands
VIS CCD
NIR CCD
650-1050 nm
VIS LCTF
NIR CCD
Telescope
NIR LCTF
Dichroic
Beam Splitter
420-700 nm
RISING-2/HPT
NIR LCTF
650-1050 nm
RISESAT/HPT
Telescope
完成した衛星たち
RISING-2
RISESAT
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超小型衛星のネットワーク運用が実現する
「スマート リモート センシング」
複数の衛星の協調動作（コンステレーション）
↓
複数の超小型衛星をネットワークで結んで運用し、観測頻度を効率良く上げる
観測頻度が上がれば
災害監視能力が上がる
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Smart Remote Sensing with Super-Constellation
（極軌道）衛星 12 機 = 約 30 分毎
Smart Remote Sensing with Super-Constellation
（赤道軌道）衛星 10 機 ＝ 約 10 分毎
Smart Remote Sensing with Super-Constellation
衛星 48 機 = 約 7.5 分毎
超小型衛星による災害監視ネットワーク
洪水、津波、森林火災、干ばつなどの監視
宇宙ビジネスはモノづくりから情報産業へ
超小型衛星による「宇宙情報革命」
スマートフォンアプリによる市民への警報
ネットワークを通じた
災害情報・警報などの発振