食×蝕×ショク?

この記事はSSSRC Advent calender 2021 18日目の記事として書かれています．

 

 

お日様，ひな菊，とろけたバター...

 

 

みなさんこんにちは，熱系2回の島﨑です．

気づけば12月も半分が過ぎ，クリスマスまであと1週間となりました．

 

寒い！！！

最近，特に寒い気がします．顔に当たる風がばちばちと痛いです．

夏には忌み嫌っていた日向もいまでは砂漠の中のオアシスのように感じます．

お日様ってあったかいですね．

 

さてお日様晴れに関連して，

今回は，地球周回人工衛星の"食"の導出をしていきたいと思います．指差し

 

めちゃ特定の需要しかないかもですが，暇だぜという方はお付き合いください．

 

（この記事は以前書かれたβ角年変化の導出の記事を踏まえた内容となっておりますので，まだ読まれてない方はまずそちらから読んでいただければと思います．

また，前回のβ角とはちがって食時間の計算はたくさんの資料が転がっていますので，こちらの記事は未熟者の備忘録としての役割しか果たさないことをご了承ください)

 

それでは！

 

食？

 

日食や月食でおなじみかと思いますが，地球周回人工衛星でいう食というのは衛星が地球の影に入ってしまい太陽光を直接浴びれない状態を意味しています．

 

JAXAの宇宙機設計標準 熱制御系設計標準でも，軌道熱入力を求めるのに必要なパラメータに日陰率（または日陰時間）の年変化とありますがまさに食のことであり，熱制御に欠かせないモノであることがわかります．

 

さっそく導出

 

まず低軌道かつ離心率0の円で常に太陽がx-y面上にある軌道を考えます．

β角は軌道面と太陽方向のベクトルがなす角のことなので，下の図では軌道がx軸からβだけ傾いていることになります．

 

 

いま，β=0°と仮定したとき，先ほどの図を上から(Z軸正方向から)見ると下図のようになります．この図において，衛星ベクトル ｒ をy-z面に投影したベクトルの長さ |r'| が地球半径 re より短いと，衛星が地球の影に入っていることが分かります．

 

このとき左図における衛星ベクトルｒのx軸投影 (re+h)cosθは，βが0でないことを考慮すると，右図のようにさらにx軸，z軸に投影できます．

 


 


これらを踏まえると下のように衛星ベクトル r は惑星半径 re，軌道高度 h，軌道面のx軸からの角度θ，β角で表すことができます．

 

 

このベクトルの大きさは

 

 

で表され，これのy-z面投影ベクトル r' とその長さ |r'| は

 

 

となります．

これが惑星半径よりも小さくなると影に入るので，|r'| = re になるθを考えると

 

 

ここで下の図のように軌道上にいるうちに影にいる割合は 2(π-θ) なので，上のθを代入すると日陰率がだせます！！

 

ちなみにここで用いるβ角を年変化させると，日陰率の年変化もだせます．

日陰率ではないですが，逆に太陽光があたってる割合（日照率）の年変化を表示すると下のようなグラフになります．

 

はい，おつかれさまでした，長かったですね．不安

お付き合いいただいた方はありがとうございました．

まだまだ勉強不足なので間違っているところがあったらすみません，許してください．

 

では，みなさまよい一週間を！
まだまだ続くアドカレをお楽しみください！

 

参考資料

1. Steven L. Rickman, "Introduction to On-Orbit Thermal Environments"

2. JAXA, 宇宙機設計標準 熱制御系設計標準

3. 先輩の美しい輪講資料

 

 

 

 

ミッション検討

この記事はSSSRC Advent Calender 2021 17日目の記事として書かれています．

 

はじめまして，B3の西尾です．最近寒いですね．

 

自分は衛星の姿勢系に所属し活動しています．

これまで超小型衛星「ひろがり」の運用，衛星設計コンテスト，ミッション検討に参加してきました．

 

「ひろがり」の運用，衛星設計コンテスト（衛星設計コンテストを駆け抜けて思うこと）はもう書かれていたので，今回は新規衛星のためのミッション検討でどんなことをしてきたのか紹介したいと思います．

 

まず「ミッション検討」とは，自分たちが開発する人工衛星が宇宙空間で何をしたいのかを決めるということです．そのまんま．ひろがりのミッションはこんな感じ（プレスリリース）でした．

 

小型宇宙機システム研究センター（以下，当センター）では，2020年12月からSSSRCで開発をする次号機のミッション検討を開始しました．約１年経ってますね．

　当初は，2ヶ月の予定のミッションを定め，すぐに衛星開発を開始する予定でした．残念ながら，予定通りに進めることはできなかったです．

 

ミッション検討初期では，センター員ほぼ全員でブレインストーミングを行い色々な案を出しました．（数えたら200個ほどありました．）

その後少人数でこれらの案を自分たちで決めた基準を基に精査，取捨選択していきました．

  • 面白さ
    • モチベのために大事！
  • 学術的意義や商業的価値
    • せっかく作るので価値あるものを！
  • 実現可能性
    • 予算内で作れるものを！
  • 新規性
    • できれば宇宙初を！

などを基準とし，考慮して検討を進めました．

 

その結果，この基準でフィルターをかけたら，ブレインストーミングで出た案は大体なくなりました！現実は厳しいと知りました．

　出てた案が消えた理由は基準に照らしながら説明すると以下のようなものとなります．

  • 面白さ
    • 面白いものは先に行われていたり，夢みがちで現実的でないミッションは消しました．
  • 学術的意義や商業的価値
    • 地上，ドローン，ISSで考えたミッションアイディアは実現できるのではないか，なぜ人工衛星を打ち上げて行う必要があるのかなどです．
  • 実現可能性
    • 予算を大幅に越す可能性がある，技術力が大幅に足りない（まずその技術が世界の誰も持っていないなど）のミッションはここで脱落します．
  • 新規性
    • もうすでに打ち上げられた人工衛星で実施されていたり，ISSで行われたりしているミッションはここで消します．

　一通り，ミッションアイディアを消してしまった．自分たちではミッション検討が難航していたため，府大の先生方のお力をお借りし，ミッション検討を進めようということになりました．

 

　その後，自分たちでミッション検討を進めながら，府大の色々な先生に連絡をとり話を伺いに行きました．専門家の先生方の立場からミッションアイディアに関する意見をいただきました．

 

　連絡をとる際は失礼のないように気をつけましたが，初対面の先生方にも色々とお話を伺いにいったため緊張しました．しかし，貴重なお話をいただきミッション検討は自分たちだけで検討をするよりもより専門的に進めることができたと思います．

　先生方にはわざわざ自分たちのために時間を割いていただき，とてもありがたかったです．また個人的に大学の先生方のお話はとても面白かったので良い経験になったと思いました．

 

こんな感じで，色々一年ミッション検討をやってきました．

　残念ながらまだミッション検討は終わっていませんが，来年からはミッションも決まり開発に移れるかもしれないので，引き続き頑張りたいと思います！

 

来年にはBBMは作っておきたいですね．

 

最後に趣味の話を少しだけ．最近はゲームで「ウマ娘」と「pikmin bloom」にハマってます．どちらもかわいいです．時間ないのでこのへんで！

 

ロボットがサッカー世界チャンピオンに勝つ？！

この記事はSSSRC Advent Calender 2021 16日目の記事として書かれています！

 

はじめまして，B2の浅井です．普段はロケットの電装系に所属し活動しています．

クリスマスが近づいてきましたね．1年に1度の素敵な日，皆様はどのように過ごされるのでしょうか．

僕はおかげさまで予定が入っております（バイト）．

クリスマスプレゼントも既に準備してあります（自分向けに）．

 

 

…やめよっかこの話題．

 

 

さて，今回は僕が高校時代に参加していたロボット競技「ロボカップジュニア」について紹介します．

ロボカップジュニアは，「2050年までに，人間のサッカー世界チャンピオンに，ロボットで勝利する！」という目標のもと開催されている自律型ロボット競技大会「ロボカップ」の，19歳以下の学生が参加する部門です．ロボットが人間とサッカーをする，というだけでも難しそうなのに，さらに世界チャンピオンを負かそうというのですから，とても壮大で夢がありますよね． 日本の研究者の提案でスタートした大会ですが，今や世界中に競技者（通称ロボカッパー）がおり，年に一度，各国の代表による世界大会も催されています．

 

 

まあ，いろいろ細かい話はおいておくとして…

この競技を一言でいってしまえば「ロボットサッカー」なわけですが，単にそういわれると，二足歩行のロボットがガシャガシャ歩いてボールを追いかけている，みたいな様を想像する方が多いのではないでしょうか？確かに，シニア部門の方にはそのようなリーグも存在します．しかし，ジュニアの機体はそのイメージとはかなり違っていて…

こんな感じです（あくまで一例ですが）．サイズはだいたい直径22cm 高さ22cmくらい．

これがサッカーするなんてちょっと想像しがたい，そんな声が聞こえてきます．実際に見てもらった方が早いですね．下が試合の様子です．

 

 

（せっかくなので自分たちのチームの動画をチョイスしました）

 

時間がない方向けgif画像↓

 

いかがでしょう？先ほどの白いロボットが動きまわって，オレンジ色のボールを追いかけているのがわかるかと思います．こんな感じでひたすらロボットを走らせて，相手ゴールにボールを入れたら1点ゲット．人間のサッカーと同じく，試合終了時の得点で勝敗が決まります．これがロボカップジュニアのサッカーです．ちなみに，「自律型」ロボット競技ですから，ラジコンのように人間が操縦しているのではなく，ロボットが自分で考えて動いています．

 

（それにしても懐かしい…僕らの青春です．こればっかりやってたから浪人しt）

 

 

 

そしてこの競技，シンプルにみえますが，実はいろんな技術が詰まっているんですよ．

 

まずはボール認識．どこにボールがあるのか分からなければ，ロボットは動きようがありませんから，機体に載せたカメラでボールを認識するようになっています．ただし，搭載できるカメラは一台までで，しかも，人間以上の視野角をもつ既製品カメラは使用禁止，というルールがあったので，僕のチームは凸面鏡を設計・製作して，それをカメラモジュールに正対させた「自作全方位カメラ」を使い，戦っていました．

ちなみにですが，ボールを認識するために必要なプログラムを1から書くのは（少なくとも当時の僕には）かなり難しいことで，結局，色認識がはじめから機能として備わっているカメラ↓を採用していました．

 

 

ただ，これはあくまで「色」認識ができるだけなので，ボール以外のオレンジ色が映り込んでしまうと，ボールとの区別はほぼ不可能です．まあ，そんな干渉の可能性があるものはコートから排除する，というルールだったので，気にせず使えたんですけどね．

 

次にライン処理．先ほどの動画及びGIF画像で，白線（ライン）をロボットが踏んだとき，コートの内側へ逃げる動きをしていることに気づきましたか？実は，ルール上，コートに引かれたラインより外側に機体が飛び出してはいけない，ということになっているのです．これに対応すべく，LEDとフォトICを使ってライン検出センサを作り，それが反応したら，ボールを追うのをやめてラインから離れる動作にうつります．しかし，これがまた難しい…．センサの動作自体ではなく，それが反応したあとにロボットをどう動かすのか…話すと長いので割愛しますが，ライン処理にはずっと頭を悩ませていた記憶があります．

他にも，機体の姿勢制御や，プッシュソレノイドを用いたキック機構，機体間の通信などなど，シンプルにみえる試合にも，たくさんの技術が隠れています．

 

 

紹介にしてはやや踏み込みすぎちゃいましたが，ロボカップジュニアのサッカー競技がどんなものなのか，少しでも伝わりましたでしょうか？ジュニア部門は日本各地で大会が行われているうえ，今の時期からは，ちょうど全国大会への切符をかけた熱い戦いが繰り広げられているはずです．さらにこのロボカップジュニア，実はサッカーに限らず，レスキュー部門やオンステージ（ダンス）部門もあったりしますので，興味のある方はぜひ足を運んでみていただければと思います．

 

それでは今回はこの辺で．最後まで読んでくださりありがとうございました．

 

 

～余談～

当時ロボカップジュニアサッカーに参加していたライバル校（？）のメンバーと，このSSSRCで，同期として再会しました．当時は競争相手でしたが，今は仲間として切磋琢磨できることがとても嬉しいです．やはり人は皆，もともとの理想とは違う場所にたどり着いたとしても，最後には，それぞれのいるべき場所へと導かれ，いずれ引かれあうのだと，そう思います．

 

スタンド使いみたいやね（みんなジョジョ見よう）．