CubeSat

CubeSat（キューブサット）は大学の研究室などが製作する数キログラム程度の小型人工衛星である。ピギーバック衛星として打ち上げられることを前提としており、打ち上げ費用を極力抑えることができる。2003年6月に世界初のCubeSatが打上げられた。

CubeSatの仕様は1999年にカリフォルニア・ポリテクニック州立大学とスタンフォード大学が開発した。10×10×10 cmサイズ（重量1.33kg以下）のものを1U、20×10×10 cmサイズのものを2U、30×10×10 cmサイズのものを3Uと呼ぶ。CubeSatは、P-POD（Poly-PicoSatellite Orbital Deployer）などの衛星放出機構によって放出される。P-PODは、3Uサイズなら1機、1Uサイズなら3機を放出できる。

なお、日本のH-IIAロケットではJ-POD（JAXA-Picosatellite Orbital Deployer）と呼ばれる放出機構（1UサイズのCubeSat4機を搭載可能）を使用している^[1]^[2]。

概要

世界中の多くの大学・企業・組織がCubeSatを開発している。CubeSatは極めて小型・軽量であり、複数のCubeSatをまとめて打ち上げることが出来るので、1UサイズのCubeSat1個あたり、65,000から80,000米ドル程度（2004年時点）の費用で打ち上げることができる。これは、一般の人工衛星の打ち上げ費用と比べると非常に安価であり、この打ち上げ費用の安さが世界中の多くの大学やその他の教育機関などで人工衛星の開発・打ち上げに参加することを可能にしている。

CubeSatはピギーバック衛星としてロケットで直接打ち上げるほかにも、無人宇宙補給機で国際宇宙ステーションに搬入して、きぼうのロボットアームと小型衛星放出機構（J-SSOD）を使って軌道上に放出することもでき、初めての試みとして2012年7月に日本の3機^[3]を含めた計5機のCubeSatがこうのとり3号機によってISSに運ばれ、同年10月4日と5日に軌道上に放出された。こうのとり4号機で運ばれた4機のCubeSatは、2013年11月19日に3機が放出され、翌20日にも残る1機が放出された。

CubeSatも数が増えてきたため、様々なタイプのものが考え出されるようになり、姿勢制御用の小型のホイールやコントロールドモーメントジャイロ(CMG)を搭載するものや、アマチュア無線の周波数帯に留まらず、高速でデータ送信が可能なSバンドやXバンドなど、マイクロ波帯の中継器とアンテナを搭載するもの、スペースデブリを増やさないよう膜やパラシュートを広げて落下を早めるように工夫したもの、推進系を搭載して移動能力を持たせたものなどが考案されている。また安価なCubeSatを低軌道上に多数展開して高頻度に地上を撮影することで、地球観測衛星の概念を覆そうとする商業用地球観測ネットワークの構築や、地球軌道を脱出させる構想もあり、CubeSatは急速に発展している。

2013年11月には2機のロケットで計47機ものCubeSatが打ち上げられ、その数を急速に増やしている。2013年12月には国際宇宙ステーションに33機のCubeSatが運ばれる予定で、その中には上記の商業用地球観測ネットワーク構築のためのFlock-1衛星(3U+サイズ)28機も含まれる^[4]。打上げ実績は以下のCubeSatの一覧を参照のこと。

設計

カリフォルニア・ポリテクニック州立大学はCubeSatの設計標準を公開した。この作業は、航空宇宙工学分野の教授であるJordi Puig-Suari（英語版）が指揮した。スタンフォード大学のBob Twiggs（英語版）（現在はケンタッキー州のMorehead州立大学）がCubeSatのコミュニティ作りに貢献した。CubeSatの仕様は、NASAのMEPSI超小型衛星（nano-satellites）のようなナノ衛星の仕様は適用しておらず、CubeSatの方がさらに小さい。標準的な10×10×10 cmサイズのCubeSatは、1U CubeSatと呼ばれている。CubeSatは軸方向だけに沿って大きくすることが出来る。これのようにして大きくしたものが、2U（20×10×10 cm）と3U（30×10×10 cm）CubeSatとなる。大きさが10×10 cm で決められているため、共通の放出機構P-POD（Poly-PicoSatellite Orbital Deployer）が利用できる。なお、2013年時点で6UサイズのCubeSatの開発が報告されており、2014年には打ち上げが計画されている模様。これは3UサイズのCubeSatを横に2本並べたようなサイズとなり、従来のシンプルな考え方とは異なるものも増えてきている。また、CubeSatのパーツやキットをネット販売する店も多数出てきており、2013年11月にはアメリカの高校生もCubeSat「TJ3Sat」の打ち上げに成功した。2018年3月にはアメリカの高校生もCubeSat「PRISMSpace-1」の打ち上げに成功した。^[5]

P-PODはロケットに取り付けられ、ロケット側からの信号を受信すると放出が行われる。P-PODは2006年以前の打上げの90%で使われていた。現在は改良型のP-POD Mk IIIが使われており、1UサイズのCubeSatであれば、3機を搭載できる。3UサイズのCubeSatは1U CubeSat 3機と同じ大きさのため、1機の搭載となる。なお、その後、P-POD以外の放出機構も開発されるようになり、ISIS社が開発したISIPODや、トロント大(UTIAS SFL)のXPOD、NanoRacks社が開発したNanoRacks社の放出機構(ISSからの放出用で、1Uサイズなら一度に6機放出可能)^[6]も使われるようになった。

PocketQube

詳細は「en:PocketQube」を参照

PocketQubeは10cm角(1Uサイズなら1kg)を規格とするCubeSatよりもさらに小さな衛星で、5 cm角の規格で作られるため、最小なら1U CubeSatの1/8サイズとなり、0.25kgの衛星となる。2013年11月21日、ドニエプルロケットで最初の4機が打ち上げられた。この中のWRENというPocketQubeは超小型プラズマスラスター4基と、3軸のリアクションホイール、カラーカメラを搭載して試験を行うもので、小さいからといっても侮れないレベルの試験機となっている。PocketQubeもCubeSatのような各種サイズが設定されており、1P, 1.5P, 2.5Pのサイズがある^[7]^[8]。

2009年に始まり、^[9] Morehead州立大学 (MSU) とKentucky Spaceによって宇宙科学と探査を志す世界中の大学生達の開発の指針となるようにPocketQubeの仕様が策定された。

設計

PocketQubeの仕様はいくつかの高水準の目標を掲げる。簡略化により衛星の設計と製造が容易になり廉価にできる。

規格は最初にBob Twiggs（英語版）によって提案された。

歴史

2009年にCubesaの低軌道への打ち上げ費用の高騰に対する解決策として提案され、2013年11月21日に最初のPocketQubeが Unisat-5に搭載されて打ち上げられた。次の打ち上げはUniSat-6に相乗りで打ち上げられる予定である。

最大の3P PocketQube はT-Logoqube^[10]と呼ばれる。

CubeSatの一覧

詳細は「CubeSatの一覧」を参照

ギャラリー

UWE-2の内部（1U、ヴュルツブルク大学）
Delfi-C³（3U、デルフト工科大学）
ナノセイルDのコンセプト図（3U、NASA）
2012年 10月4日にきぼうから放出されたにわか衛星、F-1、TechEdSat

参照

^ JAXAあかつき特設サイト相乗り衛星の概要
^ H-ⅡAロケットに相乗りする小型副衛星の通年公募について
^ 「きぼう」からの小型衛星放出実証ミッションに係る搭載小型衛星の選定結果について
^ “Upcoming CubeSat Launches: The Flood Has Arrived”. AMSAT-NA. (2013年11月1日). http://www.klofas.com/papers/klofas_amsat2013.pdf 2013年11月24日閲覧。
^ “NASA - PRISMSpace-1” (英語). www.nasa.gov. 2018年6月21日閲覧。
^ “NanoRacks Completes Flight Integration of CubeSats Bound on Orb1 to the ISS”. NanoRacks. (2013年11月14日). http://nanoracks.com/nanoracks-completes-flight-integration-cubesats-bound-orb1-iss/ 2013年11月24日閲覧。
^ “Cubesats are so last year – now smaller PocketQubes could be next big thing”. Flightglobal.com. (2013年10月18日). http://www.flightglobal.com/blogs/hyperbola/2013/10/cubesats-are-so-last-year-now-smaller-pocketqubes-could-be-next-big-thing/ 2013年11月24日閲覧。
^ “Want to build a satellite but dont have a NASA sized budget?”. Kickstarter. (2013年10月18日). http://www.kickstarter.com/projects/pocketqube/want-to-build-a-satellite-but-dont-have-a-nasa-siz 2013年11月24日閲覧。
^ Twiggs, Bob. “Making it small”. 2013年9月7日閲覧。
^ Zack, Kevin, J. Garrett Jernigan, and Lynn Cominsky. "The Development of a 3P PocketQube.", Bulletin of the American Physical Society 58 (2013). Retrieved on 27 February 2014.