「超小型衛星」ならではの利点がもたらす宇宙ビジネスの可能性とは~宇宙産業に多様化をもたらす(前編)

INTERVIEW

九州工業大学大学院
工学研究院宇宙システム工学研究系
教授 趙 孟佑

従来の宇宙開発利用は、NASAやJAXAなどの国家機関が主導して行われてきました。高信頼性を追求した大型の宇宙システムが多用され、民間の宇宙利用も、それらの宇宙システムから派生した、高価格で高性能、高信頼度のプラットフォームを使用してきました。そのため、途上国や民間企業にとって、宇宙利用には高い障壁がありました。

しかし近年、そうした環境が変わりつつあります。数百kgから数t(トン)になる中大型人工衛星に対し、重量1kg〜数十kgの超小型衛星が開発され、次々に打ち上げられています。高性能で多様な用途に利用される大型人工衛星に対し、超小型衛星は限定した用途に利用されます。

超小型衛星は開発・製造にかかるコストも小さく、開発期間も短くてすみます。また、打ち上げ費用も格安です。打ち上げる際には、他の人工衛星やISS(International Space Station、国際宇宙ステーション)に運ぶ積載物と一緒に、相乗りで宇宙まで運ばれるためです。

超小型衛星の中でも、最も小さな人工衛星が、CubeSat(以下、キューブサット)です。これは1辺10cmの正方形をしており、その中にレンズや測定器などの機器を詰めて完成させます。機器によりますが、重量は1〜2kgほどです。キューブサットを複数繋げた人工衛星を作ることも可能です。キューブサットはいわば、人工衛星の最小単位です。

キューブサットは世界中のさまざまな国、企業、大学が研究開発に取り組んでいます。この分野で世界をリードしているのが、九州工業大学にある「革新的宇宙利用実証ラボラトリー」です。

革新的宇宙利用実証ラボラトリーの目的は、超小型衛星を通じて、「宇宙の裾野」を拡大し、人類の宇宙活動の発展に貢献することにあると言います。そのために、以下の5項目を行っています。

1.情報・センサー・ネットワーク技術に根ざした宇宙利用技術のシーズを構築し、宇宙利用を行いたいという人たちと連携する。

2.新たな宇宙技術や宇宙利用のアイデアを実際の衛星を使って実証したいと思う人たちに、宇宙実証のためのプラットフォームを提供する。

3.超小型衛星をより安価で低価格に開発できるよう、特に試験・検証の分野での技術開発を行う。

4.自前の宇宙開発利用を行いたい途上国・新興国と連携し、水平型の国際協力により、国際共同ミッションを実施する。

5.国際的な競争力をもつ先進的な超小型衛星技術を自前でもち、学術論文の発信のために、超小型衛星による宇宙空間観測・月惑星探査などの先進的ミッションを行う。

 

革新的宇宙利用実証ラボラトリーは、実際に多くの国や企業と超小型衛星の共同開発を行っています。

さらに、実際に開発・製造した超小型衛星が、擬似的な宇宙環境で実際に機能するのかを試験する「超小型衛星試験センター」も保有しています。ここでは、50cm四方、50kgまでの超小型衛星及び搭載機器に対して、さまざまな環境試験を行います。

革新的宇宙利用実証ラボラトリー施設長であり、超小型衛星試験センター長である、九州工業大学大学院 工学研究院宇宙システム工学研究系の趙孟佑(ちょう・めんう)教授に、超小型衛星の可能性について話を聞きました。

 

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「超小型衛星」普及の理由は、低コストかつ短期間で開発できる点

九州工業大学大学院 工学研究院宇宙システム工学研究系 趙孟佑教授
九州工業大学大学院 工学研究院宇宙システム工学研究系 趙孟佑教授


人工衛星の主な種類としては、地上の通信ネットワークが整備されていない地域でも大容量のコミュニケーションを可能にする「通信・放送衛星」、宇宙から地上の様子を観察し、災害監視や気象予報など、さまざまな事象の観測に役立てる「地球観測衛星」、そして位置情報の計測に必要な信号を送信する「測位衛星」などが挙げられます。

こうした人工衛星は従来、重さが数t程度の大型衛星、500kg程度の中型衛星が一般的でした。しかし昨今、重さが1~100kgの超小型衛星を活用し、宇宙ビジネスに参入する民間企業が年々、増えています。

なぜ、超小型衛星の活用が増えたのか。それは低コストかつ短期間で開発できる点にあります。一般的に大型衛星は数百億円、小型衛星でも数十億円の開発資金が必要とされていますが、超小型衛星は1億円以下で開発が可能になります。

また、大型衛星は設計から打ち上げまで5年あるいはそれ以上かかりますが、超小型衛星は新しいものでも2年、同じ規格のものであれば1年ほどの期間で開発できると言います。

「政府主導で進められてきた宇宙開発は、それなりの時間がかかる大型の人工衛星を開発するのが主流でした。それでは開発資金が数100億円かかるほか、開発期間も5年、下手したら10年かかってしまう。それでは市場のニーズを掴み損ねてしまいます。そうではなく、安い開発資金で、スピーディーに人工衛星を打ち上げ、ビジネスに活用する。そのための手段として超小型衛星を活用する流れができつつあります」(趙氏、以下同様)


開発のきっかけは、学生の教育目的で行った開発プロジェクト

そんな超小型衛星の開発が始まったのは、今から約20年前。大きなきっかけとなったのが、1998年に米スタンフォード大学教授のBob Twiggs氏が提唱した1辺10cmの立方体の形をした超小型衛星「キューブサット」の開発プロジェクトです。

当時、エレクトロニクス技術が発展を続けており、小型かつ高性能な民生品が安価に手に入りやすかったことから、超小型衛星を「学生主導で開発し、軌道上へ打ち上げ、運用する」という学生の教育目的でキューブサットの開発はスタートしました。

その後、2003年に東京大学と東京工業大学が開発したキューブサットが世界で初めて打ち上げられ、軌道上で動作も確認されました。それから約10年ほどは大学が超小型衛星の開発をリードし、さまざまな超小型衛星が打ち上げられました。

「キューブサット規格ができあがったことで、低コストかつ短期間で衛星が開発できるようになりました。そんな超小型衛星を活用し、宇宙ビジネスに参入する民間企業も増えました。例えば、スタートアップのアクセルスペース(Axelspace)などがそうです。彼らを筆頭に民間企業が宇宙ビジネスに参入する流れは「ニュースペース(New Space)」と呼ばれており、ここ数年で急速に盛り上がりを見せています」

超小型衛星はひとつのロケットに何個も積み込んで打ち上げることが可能となっています。趙氏によれば年間300〜400機ほどの超小型衛星が打ちあがっているとのことです。

また、イーロン・マスク(Elon R. Musk)氏が創業したSpaceXを筆頭に、民間企業が宇宙ロケットを開発するようになり、打ち上げ費用が安くなっていることも超小型衛星の開発に拍車をかけています。例えば、SpaceXはライドシェア方式で小型の人工衛星などを搭載できるプランを発表。同プランでは最大積載重量は200kgとなっており、200kgを100万ドルで打ち上げることが可能となっています。

「超小型衛星」ならではの利点、衛星からの取得データを使ったビジネスの増加

世界各国の政府機関と共同開発を行っている革新的宇宙利用実証ラボラトリー
世界各国の政府機関と共同開発を行っている革新的宇宙利用実証ラボラトリー


超小型衛星の実用化によって、これまではまったく宇宙とは縁のなかった企業も宇宙ビジネスに参入しだしました。それはなぜなのか。その背景には「超小型衛星で取得したデータを活用し、商売をするニーズが増えてきているため」と趙氏は説明します。

「これまでの宇宙利用は政府が主導で進めていることもあり、あくまで天気予報や災害時の監視、航空地図など公共での利用がメイン。そこに『商売をする』という考えはありませんでした。しかし、民間企業が超小型衛星を開発し、打ち上げられるようになったことで、衛星で取得したデータを使い、ビジネスを行う流れができあがりました」

宇宙には領空の概念がなく、基本的には地球上のあらゆる部分にアクセスすることができます。衛星を使えば、世界中のあらゆる場所の写真を撮り、そこからデータを取得することが可能なのです。

もちろん、従来の大型衛星でもそうしたデータの取得は可能でしたが、超小型衛星ならではの利点もあります。超小型衛星は多数の衛星を軌道上に配置する「コンステレーション(constellation、星座)」に向いており、地球を点ではなく面でカバーすることができます。

「衛星が1基だけですと、地球上のある地点の上空を通るのはせいぜい1日に3~4回。それも観測できるのは1回あたり10分程度と短時間のため、活用するにも制限があります。しかし、超小型衛星をたくさん飛ばしておくと、比較にならないほどこまめに観測できます。仮に人工衛星を同じ軌道に100個飛ばせたとしたら、交通渋滞の状況、作物の発育状況、気象の状況、災害の状況などをほぼリアルタイムに把握することができるようになるでしょう。大量に撮った写真をAIが自動で分析すれば、さらに幅広い活用法も考えられます」

高価な人工衛星を1基打ち上げて失敗することを考えれば、開発費も打ち上げ費用も安く済む超小型衛星を多数配置したほうが、そのうちの数機に故障したり軌道を外れてしまうといった失敗があっても、負担は小さくてすみます。リスクも小さくなるため、企業の参入が相次いでいるのです。

2016年11月には「宇宙活動法」と「衛星リモートセンシング法」が成立。宇宙に乗り出す企業が気を付けるべきことが明確になり、日本でも安心して宇宙ビジネスに参入できるようになりました。

「自社のアイデアや技術を使って宇宙ビジネスをしたい」という人たちに向けて、九州工業大学では「革新的宇宙利用実証ラボラトリー」を設置し、その下で「超小型衛星試験センター」を提供しています。

なぜ、趙氏は「超小型衛星試験センター」を提供することにしたのか。後編では、その裏側にある考えについて聞いていきます。

文/新国翔大


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