「宇宙」事業推進のために地域と協働する

「ふくいPhoenixプロジェクト」計画について

福井工業大学 工学部 電気電子工学科 中城智之

～私立大学研究ブランディング事業計画〔文科省〕採択を受けて地元での産業化への期待～

イノベーションリサーチ（IR）交流会 「宇宙産業参入促進セミナー」2017年1月27日 ＠福井県工業技術センター

内 容

１．福井工業大学のブランディング事業の概要

２．衛星関連事業の地域社会への展開２．１ 観光文化面２．２ 地域産業面

３．福井工大の超小型衛星計画「PHOENIX」

４．まとめ―地域のみなさんへ―

私立大学研究ブランディング事業とは

福井に『宇宙』を

という挑戦。

福井工業大学のブランディング事業のテーマ

背 景

根源的な課題 ―地域創生―•少子高齢化，若者の人口流出，都市の消滅可能性•地域の生き残り／活性化•住む人が“感性的価値”を感じられる街に

地域に生きる大学に求められるもの•地域との連携•様々な可能性の模索，追求•大学ならではの俯瞰的，長期的な視点

50年後を見据えて•福井の歴史，地域性，特性に根差した新しい方向性•福井工業大学の資源

なぜ『宇宙』？ ①福井工業大学の取り組み

1.3GHzウィンドプロファイラ

2.4mパラボラアンテナ10mパラボラアンテナ

対数周期アンテナ

気象観測器

130m

なぜ『宇宙』？ ①福井工業大学の取り組み

データ解析

データ受信

若狭湾の赤潮の様子

赤潮

9

○大型衛星

・地球観測衛星 Terra / Aqua / NPP

2003年9月より定常受信（ほぼ毎日）～現在も継続

○中型衛星

・オーロラ観測衛星 “あけぼの”（EXOS-D）

2003年9月～2013年終了

○超小型衛星

・RAIKO（東北大・和歌山大）

2012年10月～2013年8月終了

受信実績

受信予定○超小型衛星

・RISESAT（北大・東北大）：2017年度末予定

・福井県民衛星

・福井工大衛星

なぜ『宇宙』？ ①福井工業大学の取り組み

なぜ『宇宙』？ ②福井の特徴の変化

歴史・食 伝統産業

恐竜

『サイエンス』軸の可能性

自然環境

なぜ『宇宙』？ ③日本一美しい星空

過去，環境省により「日本一美しい星空」に認定福井の豊かな自然環境の象徴

なぜ『宇宙』？ ④企業の高い技術

サカセアドテック人工衛星「はやぶさ」のアンテナ

セーレン衛星ロケット用防音ブランケット

キュアテックス宇宙飛行士用の和紙繊維ソックス

なぜ『宇宙』？ ⑤地域の挑戦

2016年3月18日毎日新聞

2016年3月19日 日刊県民福井

福井県ホームページ

自治体初の超小型衛星計画がスタート。

8月に，県内企業を中心とした技術研究組合が発足。

農業支援，防災，教育分野での活用を目指す。

なぜ『宇宙』？ ⑤地域の挑戦

福井駅西口ハピリンに今年4月オープン。 宇宙天文に特化した福井市自然史博物館の分館。 福井の玄関口の博物館として，福井の魅力を創造・発信する拠点

『宇宙』をベースとしたまちづくりの可能性瀧谷寺（国重要文化財）

福井県児童科学館

県工業技術センター福井市

自然史博物館セーレンプラネット

福井工大あわらキャンパス

•毛利衛 名誉館長• 23mプラネタリウム• 60万人／年

•福井県民衛星開発拠点•環境試験装置

•日本一美しい星空• 80cm大型光学望遠鏡•プラネタリウム•オヤット天文クラブ

県自然保護センター大野市六呂師高原

晴明神社敦賀市

児童文化センター

• 10m大型パラボラを擁する衛星地上局

•太陽電波／木星オーロラ電波観測設備

•陰陽師 安倍晴明が10

世紀末，敦賀で天文研究を行ったと言われる。

土御門（安倍）家墓所

恐竜博物館

室町時代，安倍有宣が応仁の乱を逃れ名田庄村に移り住む。以後、約90年にわたり天文道場を開く。

天之図

四代朝倉孝景から寄進された。室町時代中期以前の星図として現存唯一の遺品

『宇宙』事業推進のために地域と協働する“ふくいPHOENIXプロジェクト”文部科学省・私立大学研究ブランディング事業に採択（期間：平成２８－３２年度）

内 容

１．福井工業大学のブランディング事業の概要

２．衛星関連事業の地域社会への展開２．１ 観光文化面２．２ 地域産業面

３．福井工大の超小型衛星計画「PHOENIX」

４．まとめ―地域のみなさんへ―

福井の夜空の価値向上に向けた

取り組み

福井工業大学 電気電子工学科

中城智之

第2回 宇宙と福井をつなぐ地域創生研究会2016年11月15日（火）18時―19時＠福井工大FUTタワー3階プレゼンテーションルーム

福井の美しい星空の維持・復活プロジェクト

美しい星空の維持・復活 ⇒ 地域の自然環境のブランド化

美しい星空

ホタルが住める環境

イネの光害がない

人工光が少ない（暗い）

美しい星空は、福井の豊かな自然環境の象徴

福井の星空の価値を見える化し、地域のエコツーリズムと連携することにより、新しい魅力を付加したい

夜空の暗さ（＝美しい星空）を測る

スカイ・クオリティ・メーター（SQM） Unihedron社の光量測定装置。夜空の暗さ計測に広く使われている。 USBを介してPCから各種設定，データ取得を行う。ソフトウェアも付属。設定後はバッテリーによる自動測定も可能。

屋外計測のためのハウジング（別売）もあり，適当なスタンドに括り付けることで手軽に測定可能。

Magnitudes Per Square ArcSecond (MPSAS) 1平方秒あたりの背景の明るさの等級。単位はmag/arcsecond2

数値が大きいほど空が暗い。数値が５増えると，光の量が1/100減少する。

MSPAS値と星空の見え方のイメージ（SQM-LU-DL Operators Manualより）。19以下では光害によりほとんどの星が見えない。

SQMの計測値の意味

越前市みどりと自然の村『太陽の広場』

SQMによる計測例

越前市みどりと自然の村『太陽の広場』

月の高度

SQM計測値

近似2次曲線

暗い

明るい

19時30～40分[UT]以降，測定値が安定月明りの影響に注意19時35分[UT]以降のMPSAS値の平均値は20.6[mag/arcsec2]。

11月13日（日）4時～5時[JST]

SQMによる計測例

MPSAS = 20.6はどの程度？

『スターウォッチングネットワーク 平成24年度 冬季 全国星空継続観察の実施経過報告書』（平成25年3月）との比較

MPSAS > 21.0• さじアストロパーク（佐治天文台，鳥取市）21.2• 東栄町森林体験交流センター「スターフォレスト御園」（愛知県）21.1

20.0 < MPSAS < 21.0•星ふる学校『くまの木』くま天童夢（栃木県）20.6• （財）星のふるさと「星の文化館」（福岡県）20.6•都城市（高崎星を見る会）（宮崎県，たちばな天文台）20.6•みどりと自然の村『太陽の広場』（福井県越前市）20.6 ← NEW!!•深山運動広場（佐賀県伊万里市）20.5

MPSAS < 20.0•仙台市天文台（宮城県）19.5•浜松市天文台（静岡県）18.6•平塚市博物館（神奈川県）17.7• 国立天文台（東京都），広島市こども文化科学館17.4

【提案事業①】福井県の「天の川マップ」をつくろう

福井の星空保護センター（仮称）

県内各地でSQMによる夜空の暗さ計測を継続的に実施

希望する個人・団体にどんどん入ってもらう仕組みを作る

ネットワークでつないで見える化

気象状況も一緒に計測。雲の状況は気象衛星ひまわりで確認。

天の川が見える地域をコンターマップで描く

地上での夜空の暗さ計測と統合

解像度の高い観測により，実態を把握

地上分解能が粗く，実態を必ずしも正確に反映していない

午前1時の夜空の明るさの平均

The New World Atlas of Artificial Sky Brightness http://cires.colorado.edu/artificial-sky

人工衛星による「夜空の明るさ」測定

大型衛星のデータ（VIIRS）

福井県「天の川マップ」詳細版

作成

星空によるまちづくりの成功例 ： 長野県阿智村

星空による交流人口増加の可能性

福井新聞2016年12月17日

京都嵐山・法輪寺

プロジェクトの展望

星空保護のための積極的活動を県民運動に 国際ダーク・スカイ協会への県内自治体の登録（日本初を目指す）

福井のエコ・ツーリズムのブランディング向上

内 容

１．福井工業大学のブランディング事業の概要

２．衛星関連事業の地域社会への展開２．１ 観光文化面２．２ 地域産業面

３．福井工大の超小型衛星計画「PHOENIX」

４．まとめ―地域のみなさんへ―

○衛星画像販売に留まらない，ユーザーの課題を解決するソリューションビジネスの創出○新しいソリューションビジネスに基づく衛星開発産業の高付加価値化○１０ｍパラボラアンテナシステムを中心として衛星管制ビジネスへ参入

統合データベース

31

超小型衛星開発

UAV・地上固定センサ

リアルタイム・データ処理

衛星データ受信局（あわら・福井工大）

衛星管制センター

送信局

10mパラボラ超小型衛星データ受信

2.4mパラボラ大型衛星データ受信

運 用 ス ケジュール作成

○ユーザーのニーズに応える情報への変換

○新しいソリューションの提案

超小型衛星管制

データ受信

通信ネットワーク

ソリューション・ビジネス・センター ・ニーズ調査（国内＆世界）

・リモートセンシングによる植物生体内ミクロプロセスの計測

・超小型衛星によるリモートセンシング技術の基礎開発

・屋外農作物の精密な生育管理技術 など

国内および世界の顧客へ

データ配信／ソリューションビジネス【国内】：100億円JA，農業法人，自治体，科学館，大学，JAXA【国外】：1,200億円（今後さらに増加）各国政府・宇宙機関・農林水産業機関

グローカルな環境情報計測

衛星管制ビジネス：より低価格な運用コストの提案【国外】KSAT社（ノルウェー）：基本料200万円，１パスあたり3～5万円→衛星1機あたり年間100パスの運用とすると500～700万円【国内】AES社のみ。10m級アンテナによるサービスはなし。

基礎研究

衛星工場

産業化の一つのイメージ

UAV，衛星を用いた水稲の生育状況を詳細に把握する手法により，精密な生育管理を実現する取組が福井県でも始まっている。

分光反射スペクトル情報に基づく生育状況計測手法の福井県への適用について確認・検討する。

福井県版分光スペクトルデータベース・生育ステージ毎・良食味米・いもち病発生時

室内における基礎データベース作成 野外における

データベース作成基礎データおよび野外の補正値情報の統合 UAV+HSC+GPS

・コシヒカリ・ハナエチゼン・五百万石 など

精密な施肥制御

効果的な情報発信システム

高品質化低コスト化

美味しい米の識別ブランド化

データ利用面から①精密農業

5月中旬

8月初旬 9月初旬葉色は、成長期には稲の栄養具合、出穂後は成熟具合を示す重要な生育管理指標である。

7月中～下旬頃の追肥判断の材料になる。

水稲の生育管理 ： 葉色（葉緑素量）

葉緑素が赤色を吸収し，赤外線をほとんど吸収しないことを利用して葉色を計測する。

赤色（650nm）と近赤外（940nm）のLEDを内蔵し，2波長の光の透過率から，葉色を「SPAD値」として求める。

正確だが、広範囲の測定は極めて重労働。

葉緑素計SPAD-502葉色板

最も基本的な計測方法。 計測が簡易である。

正確な読み取りには長年の経験が必要。

従来の葉色測定法（直接測定）

)(,),( jiRR

RRRRNDSI

ji

ji

ji

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900

反射率

Ri

波長(nm)

イネの葉の分光反射率スペクトルの計測例

葉緑素による強い吸収

青 緑 赤 近赤外

細胞壁による反射

スペクトルの特徴を抽出するための指標 【代表例】 Ri：近赤外、Rj：赤

葉緑素が多く植物の活性度が高い場合、近赤外の反射と赤の吸収が強く、NDSI値が増加することが予想される。

SPAD値を推定するために最も適した波長の組み合わせは？

分光反射スペクトルに基づく手法（間接測定）

8/10出穂日

日付 時間帯7/28 11:008/4 11:308/8 10:30

8/12 14:308/22 10:008/25 11:459/1 11:00

分光器

波長範囲 325 nm – 1075 nm

波長分解能 1 nm

視野角 ±12.5度

分光器(Field Spec Pro)の特性

測定日と時間帯測定場所（福井県農業試験場）

45度

品種：日本晴

2016年度の計測について

SPAD値とNDSI値の相関

出穂日（8/10）の前 出穂日（8/10）の後

近赤外と緑のNDSI値がSPAD値と相関が高い。

赤を用いたNDSI値がSPAD値と相関が高い。

出穂日の前後で、分光反射スペクトルの特徴が異なっている。

解析結果：最適な波長の組み合わせ

データ利用面から②シカによる農林業被害

無被害～衰退度0 衰退度1 衰退度2 衰退度3～4

H27

福井県提供

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

報告件数

月（H25）

嶺北 嶺南

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

報告件数

月（H26）

嶺北 嶺南

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

報告件数

月（H27）

嶺北 嶺南

シカによる農業被害報告数の経緯（H25～H27）

嶺南での被害報告が減少している。

→H23～H26にかけて、防止柵の整備が進んだ。

H27に嶺北での被害報告が増加している。

→生息域が北部に拡大

11～12月に被害報告が増加する傾向

２５年１２月の被害報告地点

H25を基準とした11月のNDVI平均値の変化

２６年１２月の被害報告地点

２７年１２月の被害報告地点

H26

H27

＋0.1

―0.1

0

TERRA MODISのNDVIの平均値（分解能250m、雲除去処理済）

H27に、嶺北海岸沿いでNDVI平均値の低下がみられる。

被害報告のあった地点とNDVI

の低下がみられるエリアが重なる傾向

NDVIの変化

現場データとの照合が重要

現場データとの関係性（＝スペクトルデータベース）が明確でないと役立つレベルまでいかない• 夜空の暗さ計測• 稲の葉色など• シカによる被害

地域との連携により、スペクトルデータベース構築の取り組みを行っていきたい。• 地上計測、ドローン、衛星データの比較• 大型衛星データの有効活用

→ 地域への情報発信⇒ AIの活用

29年度 ： ドローン＋マルチ/ ハイパースペクトル

ハイパースペクトルカメラ（Rikola社）（29年度購入予定）

UAV（ブーメラン）

自動航行機能（28年度購入予定）

現有のUAVに自動航行機能を付加（28年度）

スナップショット型ハイパースペクトルカメラを購入（29年度）

広域のマルチ/ハイパースペクトル・

イメージングデータと現場データとの照合を実施可能

☑ 現場計測【各種状況の直接計測】光合成計測・CO2およびH2Oフラックス，光合成有効放射量圃場状況計測・水位・水温，土壌水分・草丈計測（超音波距離計）一般気象計測・風向・風速，気温，湿度，日射量【スペクトルの高時間分解能観測】・ハイパースペクトルカメラによる1時間に1回の計測

43

実施項目②リモートセンシングデータ利用の基礎研究☑イネの生育状況・圃場環境の直接観測データとスペクトル観測データの徹底した比較により，反射スペクトルの環境応答を解明する。

☑その結果と，上空からのリモートセンシングの比較より，スペクトル情報の確度の高い利用法を確立する。

各種センサー

データロガー

UAV

ハイパースペクトルカメラ

☑ 上空からの計測【スペクトル計測】・UAVに搭載したハイパースペクトルカメラにより，上空100mから測定を行う。

・衛星データ実利用の幅を大きく拡大する。

スペクトル計測

各種状況の直接計測

スペクトルの高時間分解能計測

現場

反射スペクトルの環境応答解明

反射スペクトル情報の確度の高い利用法の

確立

上空 大型衛星

【提案事業②】水稲のスペクトルデータベース構築

実施項目③ ： リモートセンシングデータ利用の基礎研究における計測装置詳細

【提案事業②】水稲のスペクトルデータベース構築

【提案事業③】福井県の農業情報データベース「ふくいアグリネット」への位置情報付加

1992年から継続（貴重！）正確な位置情報がないのが難点

内 容

１．福井工業大学のブランディング事業の概要

２．衛星関連事業の地域社会への展開２．１ 観光文化面２．２ 地域産業面

３．福井工大の超小型衛星計画「PHOENIX」

４．まとめ―地域のみなさんへ―

夜間における人工光分布の高解像度観測

スペクトルデータに基づく植生の生育診断実験①スペクトル測定による水稲・麦の生育診断現場測定データ，ドローンによる測定データとの比較②シカによる森林・圃場被害データとの比較

6U衛星の姿勢制御実験主に福井県の特定地域をポインティング観測する実験を行う。

衛星ミッション

Specification and Mission

Size/Weight 6U (20cm x 10cm x 34cm) 8 kg

Attitude control : pointing accuracy ~ 1 deg. 3-axes active control by reaction wheels sensors: gyro sensor, sun sensor, magnetometer,

star tracker Communication downlink: X band, 5 - 10 Mbps uplink: S band, 10 kbps

Mission : Earth observation 30 m middle-class GSD @ 650 km, 20 m @ 400 km 6 wavebands (R,G,B, Rededge, Panchromatic, TBD)

Rough Image

X band antenna

S band antenna

Mission cameras

GPS antenna

2D Sun sensors

Solar panels

StarTracker

vXTX

Solar Cells

Battery

Block Diagram

PCU

Mission

AttitudeControl

Communication

v

vGyro

Sun

Magnet

Reaction wheel

Magnetorque

SensonorSTIM210

Advanced Technology Institute, LLC.NanoSSOC-D60

GOMspaceNanoCam C1URGB camera

CubeSpace, CubeWheel Medium

vSRX

Pegasus ClassBA01/S, 26.6Whr / 7200mAh, 3.7 V

GPS

Control System

vStar trackerHyperion Tech.,

ST200

スタートラッカー : ST200

夜間の姿勢制御のため必要不可欠

超小型・軽量・低消費電力29 x 29 x 38.1 mm・42 g・600mW

オランダの会社

宇宙での使用実績を確認中（アカデミック価格あり！）。

オランダは小型化が最も進んでいるとのこと。英国が競争のため75億円投資したとの情報あり。

衛星システム室内開発環境（概念図）

MatlabSimulink

②姿勢制御コンセプト検討

構造データ再構築

C言語

姿勢制御検証用慣性特性データ

①構造設計構造・熱解析

Solidworks

Femap with NX Nastran

PC1：Windows10

簡易熱解析プログラム 衛星モデル

（ハードウェア）

比較検証

地上局モデル（ハードウェア）

コマンド

ミッション/HKデータ

S帯送信機

X帯受信機

姿勢制御系

ミッション系

電源系 通信系

マイコン書き込み

⑤衛星運用シミュレーション

○姿勢制御・太陽電池シミュレータ制御

○地上局制御・コマンド送信・データ受信

○衛星状態計測

・姿勢、バッテリー、温度

太陽電池出力模擬データ

衛星状態

ソフトウェア

ハードウェア

要素

太陽電池シミュレータ

データ

コマンド／ミッション／HKデータ

疑似環境入力・温度、真空・人工太陽照射・疑似姿勢データ

PC2：Windows10 PC3：Windows10

PC4：Windows10

③姿勢制御シミュレーション

姿勢 ミッション

電源 通信

④衛星搭載プログラム開発

PC5：ノートPC

PHOENIX-1 （ISS軌道）• 2017年 12月 性能評価機（EM)完成

• 2018年 6月 フライト機（FM)完成

• 2018年 9月 衛星無線局落成検査

• 2018年 10月 引き渡し検査

• 2018年 12月 国際宇宙ステーションへ輸送

その後、数か月で放出

PHOENIX-2 （ISS軌道）• 2019年 12月 性能評価機（EM)完成

• 2020年 6月 フライト機（FM)完成

• 2020年 9月 衛星無線局落成検査

• 2020年 10月 引き渡し検査

• 2020年 12月 国際宇宙ステーションへ輸送

その後、数か月で放出

打ち上げ計画

ま と め ―地域のみなさんへ―

福井工業大学の研究ブランディング事業は、「地域創生」が主題です。

「福井に“宇宙”を」という一つのチャレンジです。

超小型衛星はそのためのツールの一つです。

「地域との協働」が必要不可欠です。みなさん、一緒に楽しくやりませんか。

共同研究・共同事業へのご参加／新しい内容のご提案、スポンサーを募集しています。