小型衛星の未来を切り開く組み込みシステム

● 研究テーマ

• ❖ 小型衛星の制御を行う組み込みシステムのハードウェアとソフトウェアの開発により、宇宙でのミッション目標を達成
• ❖ 小型衛星技術の教育と技術移転の促進により、宇宙へのアクセスをより身近に
• ❖ 開発時間の短縮とコスト削減による小型衛星の普及推進、より多くの人々に小型衛星技術を提供

● 分野

• ❖ 計算機システム関連
• ❖ 制御およびシステム工学関連
• ❖ 宇宙工学関連

● キーワード

組み込みシステム, 小型衛星, オンボードコンピュータ, データハンドリング, 環境試験, フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）, ハードウェア検証, スタートラッカー, スターセンサー, SLAM（同時位置と地図作成）, 特徴検出, 特徴抽出, コプロセッサ, コンピュータビジョン, ステレオビジョン, ロボティクス, 自動化, 画像処理, ラズベリーパイ, GNU/Linux

● 実施中の研究概要

私の研究は、小型衛星プロジェクトの開発期間短縮とコスト削減を目的としています。LaSeine研究室では、衛星プロジェクトの中核を担う組み込みシステムの開発およびシミュレーションに注力しています。これには、通信サブシステムやオンボードコンピュータなどが含まれ、シミュレーションツールを活用して簡素化されています。これにより、学生やエンジニアは、実際のハードウェアに頼らずに、実践的な開発経験を積むことができます。

BIRDSプロト衛星は、教育用の重要なツールとして活用されており、実機に近い構造を持ちながらも、打ち上げを目的とせず、物理モデルやシミュレーションを通じて学生に衛星開発のプロセスを学ばせるものです。学生は各サブシステムに特化して学ぶことができ、プロジェクト全体にわたる知識を深めることができます。

組み込みシステムを活用することで、衛星開発プロセスを効率化し、高価なハードウェアテストの必要性を減らすことができます。このアプローチは、衛星開発の初期段階から実践的な経験を提供し、プロジェクトの成功に貢献します。また、Raspberry PiやGNU/Linuxシステムを用いたペイロードやトランシーバーのインターフェースサポート、地上局の自動化ソフトウェアの開発も行ってきました。

私たちの目標は、新しい宇宙企業とのパートナーシップを拡大し、教育と技術移転を促進することです。この研究は、衛星技術をより多くの人々に普及させ、宇宙へのアクセスを広げる助けとなるでしょう。さらに、衛星プロジェクトに参加する学生たちが高度な技術と知識を身に付けることで、研究室全体の生産性が向上し、新しいアイデアや革新的な技術の開発が期待されます。これにより、今後の衛星技術の進歩に大きく貢献するでしょう。

● 今後進めたい研究

今後の研究では、教育と衛星ソフトウェアの品質向上を目的とした、インタラクティブなコード開発およびシミュレーションプラットフォームの開発に取り組みます。このプラットフォームは、学生やエンジニアが仮想環境でソフトウェアを開発・テストし、実際の条件を再現することで、ハードウェアテストの回数を大幅に削減します。

このツールを活用することで、学生は限られたハードウェアに依存せずに実践的な開発経験を積むことができ、エンジニアは開発初期の段階で潜在的な問題を発見し、より信頼性の高いソフトウェアを構築することが可能になります。

また、このプラットフォームは、宇宙ビジネスとの連携をさらに強化し、業界のニーズに即したソフトウェア開発を推進するものです。教育と技術の両面で衛星開発を加速させ、効率的なプロジェクトを実現し、宇宙技術をより広範に普及させることを目指しています。

● 知的財産権（技術シーズ）

1. KITSUNE 6U衛星用オンボードコンピュータ（OBC）ソフトウェア：
- コマンドのスケジュール管理と長時間実行されるミッションタスクの間のテレメトリデータ収集における1秒単位の精度要件。
- X-modemプロトコルを使用した標準的なプロセッサ間通信。
2. 衛星ペイロードのためのシングルボードコンピュータ（SBC）の採用：
- Raspberry PiとGNU/Linuxを用いた先進的な衛星ペイロードおよびトランシーバーインターフェースの使用。
- ペイロードの例：5m級地上観測カメラミッション。
3. 地上局自動化ソフトウェア：
- 衛星ミッション中の地上局の運用自動化および人材管理のためのソフトウェア。

● 過去の共同研究、受託研究、産業界への技術移転などの実績

【産業界への技術移転】
①『CURTIS 3U CubeSat』 (2024)
- パナソニックとの協力
- 2024年4月11日にISS KIBOから展開
- 5G技術と自動車部品の軌道上デモンストレーション
②『MicroOrbiter-1 1U CubeSat』 (2024)
- MicroOrbiterスタートアップ企業との協力
- 2024年4月11日にISS KIBOから展開
- LoRaスペクトラムを使用したストア・アンド・フォワードペイロード

【共同研究】
①『KITSUNE 6U CubeSat』 (2022)
- 新宇宙企業の原田精機およびAddnicsとの協力
- 2022年3月24日にISS KIBOから展開
- 5m地上分解能カメラペイロードと高速Cバンドアマチュア無線トランシーバー

● 過去の論文や著書などの業績

【論文】Earth observation mission of a 6U CubeSat with a 5-meter resolution for wildfire image classification using convolution neural network approach (2022) Remote Sensing vol. 14, no. 8, pp. 1874
【論文】Universal verification platform and star simulator for fast star tracker design (2021/1/29) Sensors vol. 21, no. 3, pp. 907
【論文】Centroid determination hardware algorithm for star trackers (2020/01/12) International Journal of Sensor Networks vol. 32, no. 1, pp. 1-14
【論文】An adaptive closed-loop verification approach in UVM-systemC for AMS circuits (2018) 31st Symposium on Integrated Circuits and Systems Design (SBCCI), pp. 1-6
【論文】Voltage-frequency control dimming method for T5 fluorescent lamps (2013) 2013 Brazilian Power Electronics Conference, pp. 1189-1194
【著書】A Harris Corner Detector Implementation in SoC-FPGA for Visual SLAM (2016) Robotics: 12th Latin American Robotics Symposium and Third Brazilian Symposium on Robotics, LARS 2015/SBR 2015, pp. 57-71

● 関連リンク先

❖ 研究室ホームページ

• https://kyutech-laseine.net/