小惑星探査ロボット「ミネルバ」単語

ミネルバ
  • 22
  • 0pt
掲示板へ

小惑星探査ロボット「ミネルバ」とは、宇宙航空研究開発機構/宇宙科学研究本部JAXA/ISAS)が運用した小惑星機である。

称はローマ神話の技術・工芸の女神ネルヴァにちなみ、「MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid小惑星ロボット実験機)」の頭文字からとられている。

概要

小惑星の地表を走破によって探する事を的として作られた全自立ロボット
(地表探用の移動探機は「ローバ」と呼ばれる。MINERVAは広義のローバであり、同時に自性を有するためロボットでもあることから、本記事ではロボットの表記を使用する)
工学実験探査機「はやぶさ」の探オプションとして搭載される。

2003年5月9日、内之宇宙観測所よりM-Ⅴロケット5号機によってはやぶさに搭載されて打ち上げられる。
2006年11月12日小惑星イトカワに到達したはやぶさより放出

移動方法は内蔵フライホイールの遠心力反動を利用したホッピング。(内部トルカ方式。1回につき約7m移動)
行動に関して、内部機器温度を自分で見ることにより、内部温度が高くなると一部の機を停止させ、残りの機で運用する。内部機器温度があまり高くない小惑星上の、あるいは夕方に活動し、搭載したフォトダイオードにより太陽方向を認識する。にはの方向に、夕方にはの方向にホップすることにより、内部温度を低くするようなサバイバルも有する。(ただし、生存写真撮影を優先して動きまわることを的とした移動コンセプトを有するため、多くの探機に必須である「的地を定めてそちらに向かう」的地収束は持たなかった。詳しくは後述。)
撮影した写真についても何も映っていない(宇宙を写した)部分を自分で消去したのちに、残った情報量に優先度をつけて送信する仕組みになっている。

仕様

ミネルバ

直径:12cm×高さ:10cm
重量:591g
CPU      :宇宙仕様32bit RISC(約10MIPS
          SH-3 日立製作所製(当時)
メモリ      :ROM 512KBRAM 2MB
FLASH    :ROM 2MB
OS       :μITRON 3.0
通信      :9,600bps(通信距離:約20km)
発電   :太陽電池 最大2.2W
民生仕様デジタルカメラ 3基(CCD120pix160pixl、ステレオ単眼
温度センサー 3基
フォトダイオード 6基
運用オペレーター1名

SH-3(SH7708)

ISASが昔、宇宙仕様として発注ロット買いしたものの残り。SH-3シリーズとしては最初期のものだがWIndowsCEにも対応できる器用な子。どのくらいの演算速度CPUかというと、モバイル機器Zaurus(MIシリーズ)がこれを搭載。この前世代のSH-2セガサターンに、次世代のSH-4がドリームキャストに使われている。

カメラ(PCGA-VC1exit

120pix160pixlと画素数異常に小さいと思われるが、開発当時(2000年頃)、モバイルカメラではこのぐらいの画素数しかなかった。当時の開発者が使用していたVAIOPCG-C1exit)の内蔵カメラをつけ、開発者がソニーお客様センターへ問い合わせ、開発部署を教えてもらった。そこで、会社名・商品名を明かさないこと・詳細な技術開示しないこと・宇宙での不具合については対応出来ないことを条件に仕様を教えてもらった。このVAIOPCG-C1exit)の内蔵カメラは後に外部カメラPCGA-VC1exit)として独立して販売されることとなり、これがミネルバに使用されている。
メインボードとはUSB規格でつないである。Windows用のカメラだったためμ-iTRON用ドライバソフトは外注した。ただ、民生品であるため、小さい仕様変更が通知なしにチョクチョク行われる。新しく買ったカメラが試験で動かないのでソニーに問い合わせたところ仕様変更(LSI変更)が判明。新しくドライバソフトを作ってもらうはないため、仕様変更前のPCGA-VC1exit店頭在庫を買い占めにに秋葉原電気屋を慌ててめぐったとか・・・
宇宙環境に耐えられないレンズ周り等のプラスチック部品を金属部品にするために詳細部品寸法が欲しかったが、当然社外秘で教えてくれない。許可をもらいリバースエンジニアリングで同じ形状を再現した。
CPU:SH-3は宇宙仕様のものではあるが、カメラについては販品と同じものを使用している。ちゃんと放射線テスト等の宇宙環境試験とかにクリアしてる。だから、マイナス数十℃で2年間放置され(イトカワへ行く途中に数回の試験撮影をした。いため当然っ暗闇)、最大級の太陽フレアを浴びてもちゃんと写真が撮れた。(スゲェ・・)

太陽電池

太陽電池の実装できる面積が小さいので、最も発電効率の良い宇宙ガリウム砒素太陽電池を使用。
でも正規品を買うと高いのでEMCORE社の太陽電池の生産ラインで発生する切れっ端をミネルバサイズ切り出してもらった。もちろん、お得価格で。
ただし切れっ端から作られた太陽電池セル1枚があまりにも小さかったため、もともと8形だったミネルバは16形に変更された。 それに伴い内部基の大きさが変わったため、基を再設計し環境試験を最初からやりなおすハメになった。

蓄電池

そんなものは積んでいない・・・というのは冗談で、通常のニカド、ニッケル水素リチウムイオン電池のような化学反応を伴なう2次電池は積んでいない。なぜならイトカワ表面の温度日陰100℃/日なた100℃(予想値)というトンデモ環境なので、電解液が凍結や沸騰してしまい化学反応が上手く行われない。(冷凍庫に電池を入れた後、ミニ四駆を走らせると・・・ね)だから電池は電気製品ではなく化学製品と言われている。
当時、ようやく使い物になり始めていた電気二重層コンデンサを開発者が産業展示会のエルナー社のブースで見つけて、これも社名を出さないことを条件として作ってもらった。コンデンサは化学反応を伴わないので温度の変化に『較的』強いとはいえ、エルナー社の担当は要仕様を聞いてドン引きしたとか。まぁ50時間動けばいいんだとはいえ、ねぇ・・・

その他、詳しいスペックやどういうものを使っているかはWikipediaexitを見てください。

NASAに勝った小型化発想力

本来、はやぶさにはNASA製作する「MUSES-CN」という走破ロボットが、深宇宙追跡ネットワークを利用させてもらう代わりに乗るはずであった。
ミネルバはその余ったスペースにあわよくば載せてもらう”おまけ”でしかなかった。(だからミネルバの成果についてはは「はやぶさミッション」の採点表項には含まれていない。)

ところがこの「MUSES-CN」、はやぶさに搭載して打ち上げられるための容量・重量・耐振動性制限をなかなか満たすことが出来ず、さらに輪式ではイトカワの環境下では反動でろくに走行できない可性、レゴリス(地表に積った微粒子状の砂)が駆動系に悪影を与える可性があること、、開発費の高騰(約25億円。ちなみにはやぶさ127億円)、はやぶさの打ち上げ延長等により、2000年11月に搭載計画からの撤退を表明。

それに対しミネルバは簡素かつ小化が容易で外部に駆動系のない内部トルカ方式、部品に民生品を多く使うことで約3,000万円という桁違いの低価格で開発に成功。(但し、本来の計画外のプロジェクトなため予算はし!必要経費はメーカーや研究所からの持ち出しに・・・)

こうして地上走破探ミネルバが一任することになったのである。
小さくすることならどこにも負けない日本の技術、ここに極まれりである。

ミネルバの予算と重量に関する余談

研究チームすら小であったミネルバ完成時点でのコスト3,000万円。これは低予算(自転車1台分のお金ジェット機を作ったようなもの)だが、実は、初期にはもっと安く設定されていた。

・・・それで宇宙用の部品など、使えるはずもない。最初から、民生品を使うしかない値段だったのだ。 

またミネルバに割り当てられた質量も「1kg未満」という非常にあいまいなもの。搭載場所の都合上、サイズもむろん制限されていた。そのため厳しい小化要を潜り抜けるために、随所に工夫が凝らされている。
むろん、小化ゆえに機材が搭載できず切り捨てられたものもあり、その一つが以下に述べるナビゲーション精度であった。

ミネルバのナビゲーション

一般に、表面探を行う機体(ローバと呼ばれる)は「自分の現在情報を有し」「標地点を定めて」情報収集を行う。しかしミネルバコンセプトは-

となっている。(編者注:関連論文があれば情報追加願います)
これをたく(意訳的に)えば、

ミネルバ
 『フリーダム・ホッピング方式採用。あたしの居場所?標の設定?順?難しいことわかんない(^-^) 』

JAXA中の人
 「たくさん遊んで(跳ねて)、たくさん写真を撮って、たくさん楽しいことを教えて(データ送って)ね!」

・・・という感じであろうか?

ミネルバは、できる子。でも、「物理的な事情」により、ちゃんとしたお勉強をさせてあげられなかった子。中の人たちが、その爛漫なミネルバに教えられることは、本当に少し。じゃあ、生き残る事と情報収集にすべてを任せよう!と、限られた情報のやり取りの中での考え抜かれたのは、本まっしぐら的のナビゲート方法。はたから見ればおつかいを覚えきれない子供を送り出す心、というか何も考えずに飛び跳ね撮りまくる姿はまさにアホの子潔い取捨選択である。

次世代機以降は的地収束を備えさせるべく、研究開発がすすめられている。

イトカワ沖、運命の16分

イトカワへする中、ミネルバは時折地球からの呼び掛けに応じ、はやぶさに抱かれた状態でコンピュータが起動する-50℃以上になるのに2時間かけてその体を温めたり、カメラテストを行いながら、イトカワに降り立つその時を待ち続ける。

2006年9月探査機「はやぶさ」がイトカワに到達。
2006年11月12日8時45分、ミネルバが降下に向けて起動開始。

この日までにはやぶさの姿勢制御の要であるリアクションホイール3基のうち2基が故障。
十分な姿勢制御が保できない状況に陥っており(本来ならリアクションホイールが2基残っていれば十分だったのだがそれもわず、なんとか化学エンジン(姿勢制御スラスタ)を吹かすことで不足を補っていたが、これは帰還時に使う分の燃料を逼迫する方法で、あまり理や長期にわたって利用出来る方法ではなかった)備えが全と言える状態ではなかった。

同日15時7分38地球からイトカワの上55mにホバリングしたはやぶさに対し、ミネルバ放出。 

この命遥か彼方はやぶさに届くまでの時間、約16分――― 

40分後、ミネルバ事分離、ミネルバから現在の状況が正常に送信されることを確認する。

しかし3時間後、本来ならイトカワがになり、電の関係で送信が途絶えるはずのミネルバからなおデータが送信されていることによって、ミネルバが想定されていた状況にいことがわかる。
(ちなみにこの時ミネルバは自身がホッピング中と認識して、そういう状態にあるとデータを送信していた)

めてはやぶさデータを確認した結果、ミネルバ放出はやぶさへ届く16分の間にはやぶさは上昇を開始。結果イトカワから200m上、毎15cmで遠ざかる状態からミネルバ放出されたことが分かった。イトカワの引脱出速度速15~20cm。これによりミネルバがイトカワに届く可性は、ほぼくなってしまった。

にもこの間、ミネルバは史上最小の人工衛星となったのである。(後に小ソーラーイルIKAROSの分離カメラDCAM2がその記録を更新している)

2006年11月13日9時3220、通信可圏内からの離脱により、ミネルバは約18時間の短い探の役を終え、はやぶさとの交信を絶った。(開発担当者はこの後もミネルバからの通信が回復する可性を信じ、2週間中継器のスイッチを入れて待ち受けていたという。)

はやぶさがイトカワを去って幾年ミネルバは今もなおイトカワと寄り添うように静かに眠っているはずである。
あの時の奮闘の日々の記憶と共に―――

ミネルバが遺したもの

イトカワ地表には降り立つことが出来なかったミネルバだが、多くのものを交信が途絶える18時間の間に遺してくれた。

リアクションホイールが壊れたことによって十分な姿勢制御をとることが出来なかったはやぶさは、この教訓によってさらに精度の高い接近プロセスを学ぶことが出来、結果イトカワへのターゲットマーカー投下・接地を成功させることが出来た。
また多くの部品を精度の高い宇宙仕様のものではなく民生部品で製作したミネルバが-60℃以下の宇宙空間や史上最大規模の太陽フレアにさらされつつも約2年の休眠期間を事に過ごし、18時間も元気に活動したこと、遥か彼方地球-機-子機間のデーター中継が事に行われていることが確認できたことは、これからの衛星開発に大きな実績と自信を残したと言えよう。

ミネルバはやぶさから射出後、はやぶさとの交信範囲から離れるまで、自身の体調や温度などりの状況を健気にはやぶさに送り続けた。
それと同時にミネルバりの写真も撮り続けた。ミネルバ自身の記憶・通信の制約から撮った写真のうちゴミ(何も写っていない)と判断した写真は消去し、ちゃんと被写体が存在する写真のみはやぶさに、そして地球で見守る「父親」へ送るように教育されていた。
その結果、通信可だった間に送られてきた写真はたったの1枚、しかも120×160pixlのさらに下部分を消去した写真のみであった。
そこに映っていたものは、はやぶさ太陽電池パネルの一部、そう「かなる距離を共にした親友の姿」だった。

分離後の「ミネルバ」が「はやぶさ」を撮影(ISASの該当記事)exit

民生部品をに作られ過酷な路を2年間、時には太陽に焼かれながらも撮影された一の写真は、任務を全うできなかった悔しさ、寂しさを感じさせるとともに、自分を頑丈に作ってくれた親と、ここまで事に送り届けてくれた親友への「この写真だけは」という文字通り精一杯の感謝の気持ちであるかのようにも思えてくる。

小惑星探査ロボット 「MINERVA」の発想と挑戦(PDFファイル)exit の23ページ

3.4 ミネルバが残したもの
   (1) 工学的観点からは、分離後に取得された画像を含む様々なデータから、
      ロボットとしての機は十分確認されたものと考える。
   (2) 一方、ミネルバ小惑星いとかわに降り立つことができなかったため、
      小惑星表面のカメラ撮影や温度計測等、理学観測機を確認することはできなかった。
   (3) ニコニコ動画等での数多くの投稿の中で、“ミネルバたん”として擬人化
      されるなど、社会を巻き起こした“はやぶさブーム”において、一役買うことができた。

関連動画

ニコニコ動画における最初の「ミネルバ動画
(記録動画を除く)
UTAUデフォ子)のアカペラが、心に染み入ります。
ミネルバ」とを共にした探査機「はやぶさ」
イトカワ着陸までをつづるドラマ
さよならは、言わないよ」
   
PRIDE」(今井)の初音ミクver.
おっさんホイホイだがそれがいい
オリジナルは、1996年発表)
  上記「イトカワをねらえ!」の外伝的作品。
歌に形はないけれど」(doriko(きりたんP))を
BGMにしたMMDオリジナル動画です。
はやぶさ迎え」の販促動画
原作は、4コマ漫画となっております。

 

関連商品

関連コミュニティ

関連項目

外部リンク

【スポンサーリンク】

  • 22
  • 0pt
スマホ版URL:
https://dic.nicovideo.jp/t/a/%E5%B0%8F%E6%83%91%E6%98%9F%E6%8E%A2%E6%9F%BB%E3%83%AD%E3%83%9C%E3%83%83%E3%83%88%E3%80%8C%E3%83%9F%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%83%90%E3%80%8D

この記事の掲示板に最近描かれたお絵カキコ

お絵カキコがありません

この記事の掲示板に最近投稿されたピコカキコ

ピコカキコがありません

小惑星探査ロボット「ミネルバ」

80 ななしのよっしん
2013/02/08(金) 21:10:44 ID: MriUsdpnhJ
よく頑ったよホント
81 ななしのよっしん
2013/05/12(日) 14:26:46 ID: f5HN7leMMu
記事を読んで感動してなんか泣きそうになったよ。
82 名無し
2013/10/28(月) 00:32:29 ID: Kkiti2iK2E
きめぇ
83 ななしのよっしん
2014/07/25(金) 03:27:10 ID: 5u7wjyg93l
途中までは技術的な記事で非常に面いのに
途中からは筆者が変わったんだか知らんけど、ミネルバ擬人化が強すぎる記事になってるのが残念。
ミネルバ(擬人化)」という記事を作ってそっちで存分に筆を発揮して頂きたかった
84 ななしのよっしん
2014/12/03(水) 21:34:56 ID: nBxPz2vARG
償で寄り集まってる人達に多くをめてはいけない。
85 名無し
2014/12/03(水) 22:52:17 ID: Er24yTkzUp
ミネルバったね・・・!
86 ななしのよっしん
2018/09/22(土) 21:39:50 ID: AzMDGLMBsG
祝 13年越しの小惑星成功!本当におめでとう‼︎
さあミネルバー2もー1ABに続け!
87 ななしのよっしん
2018/09/23(日) 05:54:04 ID: QOVAB+dZj7
二代やったぜ!!!おめでとう!!!ほんとうにおめでとう!!!!!!
88 名無し
2018/09/24(月) 01:17:44 ID: +Ex5CIV3VA
失敗を糧に成功を掴む!
89 ななしのよっしん
2018/09/28(金) 15:18:23 ID: J+qG3dHLCX
ブラミネルバ リュウグウ

急上昇ワード

2019/11/14(木)04時更新