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システムデザイン学部 航空宇宙システム工学科
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航空宇宙システム工学の诞生
缶ジュースのように小さな人工卫星
従来からあった「航空宇宙工学」に対して、「航空宇宙システム工学」という学问は、比较的新しい考え方です。これができたきっかけを绍介しましょう。
「カンサット」と呼ばれるものがあります。1998年にアメリカのスタンフォード大学のトィッグス教授が提唱した模拟人工卫星で、缶ジュースほどの小さなサイズに、电源や通信机、コンピュータなど、人工卫星の基本的な部品を詰め込んでいます。
このカンサットを地上4000メートルまで打ち上げて、骋笔厂机能を利用して目标地点に着陆させる竞技が、日本でも2000年ごろから広まっています。
うまく动いてくれない「カンサット」
カンサットを构成する主要部品は、せいぜい4つか5つくらいです。ところが、これだけ简素な构造の人工卫星でも、思ったように动いてくれない场合があります。个々の部品を完全に作り上げることは简単で、一つひとつの部品はちゃんと动作するのに、つなぎ合わせるとなぜかうまくいかないことが多いのです。
それはなぜなのだろう、と考えてみたところ、部品同士を最适な形でつなぐ「インターフェイス」や、全体を统括する「システム」の研究が、もっと必要なのではないか、という结论が出てきました。
最初に全体のシステムをデザインしていく
部品础と部品叠を组み合わせたものが正常に动いていたとして、そこに部品颁を入れても、うまく动くとは限りません。础と颁、叠と颁の最适なつなぎ方を考えたうえで、さらに础と叠の组みあわせに颁を入れても动くことを确かめなければなりません。一般に、苍个の部品が组み合わせたときに正常に动作するかどうか确认するには、2の苍乗に比例する作业が必要となります。100个の部品があれば、2の100乗もの组み合わせがあるということです。
こうなると、个々の部品を作ることから発想するより、まず全体のシステムをデザインすることから考えたほうが効率的です。「航空宇宙システム工学」とは、そのような「システムをデザイン」していく学问なのです。
复雑な仕组みの人工卫星を、上手に动かすには？
たくさんの「メンバー」で构成される人工卫星
地球や宇宙を観测するために打ち上げる人工卫星。その仕组みは大変复雑です。宇宙から地球の写真を撮影する场合を例にとって説明しましょう。まず、人工卫星は太阳や星の位置を観测して、自分のいる位置を正确に知る必要があります。次にロケットを喷射して轨道を変え、地球にカメラを向けます。さらに撮影して集まった情报を分析し、地上にデータを送ったり、新たな指令を受け取ったりする必要もあります。
これらの机能それぞれが、人工卫星を构成する「メンバー」なのです。逆に言うと、たくさんのメンバーが集まったものが、人工卫星という一つの形になっているのです。
独裁制が良いか、合议制が良いか？
人工卫星の「メンバー」は、どのように情报のやりとりをすれば効率が良いのでしょう。谁か一人のメンバーが独裁者として强いリーダーとなり、ほかのメンバーはその指示に従うのがいいか、それとも全员が対等の立场となり、合议制で情报を交换し合うのがいいか。一般的には小さな卫星なら独裁制、大きな卫星なら合议制が良いと思われますが、このような「复雑な机能（メンバー）を组みあわせて一つの仕事をさせる」ための优れたインターフェイスを研究するのが、航空宇宙システム工学という学问なのです。
システムとして全体を「统合」させる技术が重要
机能の一つひとつが完全なものだったとしても、それらをただつなげばすぐに问题なく动くというものではありません。また、动かなくてどこに问题があるのかを探る场合、再び机能をバラバラにして调べても、原因がつかめないことがあるのです。なぜなら、システムには「つなげたことで问题が生じてしまう」ケースがあるからです。
一つひとつの机能を高性能化させることは大切です。しかし、システムとして全体を「统合」させる高い技术が、21世纪の航空宇宙工学では、ますます重要视されるでしょう。
参考资料 1.资源分配の最适化手法の提案(102KB) 2.超小型卫星システムの概念设计(959KB)
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
高校时代は、勉强に限らず読书や部活动、旅行など、いろいろなことに兴味を持ち、経験してください。幅広い知见は新しい発想の卵になるからです。また一つのことをやりとげ、人と人との関係について学ぶのも大切です。宇宙工学の现场は意外に体育会系で、みんなで协力し合うことが多いからです。21世纪の宇宙は、どんどん楽しくなりますよ。宇宙のことが一つわかったとしても、その向こうにはまた新たな未知の世界が见えてくるからです。新しいテーマはいくらでもあるので、柔软な発想を持って飞び込んできてほしいと思います。
梦ナビ编集部监修
