超小型衛星をたくさん打ち上げて宇宙に安くて超巨大なアンテナを作ろう！

民間宇宙スタートアップが研究開発を進める 次世代通信衛星技術 インターステラテクノロジズ株式会社 https://www.istellartech.com/ 衛星研究開発部長/シニアフェロー 森岡澄夫

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 弊社インターステラテクノロジズ(株)について  2019年に，日本の純民間企業として初めて自社ロケットMOMOを宇宙空間に到達させた． 世界でも4番目．  FY2027初飛行を目指し，人工衛星打ち上げロケットZEROを開発中.  ロケット事業に加えて，衛星事業を新たに立ち上げ中． 2

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 本講演の概要  NewSpace: 民間商用宇宙開発の台頭と，宇宙開発のトレンド.  次世代通信衛星とその研究開発. 3

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ NewSpace: 民間商用宇宙開発時代の到来  2011年のスペースシャトル引退以降，SpaceX社などによる民間宇宙開発が急激に活発化．  ロケットや有人飛行と比べ派手さはないが，社会的・経済的影響が大きいのは「人工衛星の変化」． Photo: https://humans-in-space.jaxa.jp/iss/launch/falcon-9/crewdragon/ Photo: https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%AB%E3%82%B 3%E3%83%B3%E3%83%98%E3%83%93%E3%83%BC#/media/File:Falcon_Hea vy_Side_Boosters_landing_on_LZ1_and_LZ2_-_2018_(25254688767).jpg Photo: https://uchubiz.com/article/new58923/ 4

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ トレンド： 低軌道利用の活発化  従来の通信衛星や観測衛星の多くは，赤道上空36,000kmの静止軌道 GEO を利用．  近年，高度1,500km程度までの地球低軌道 LEO の利用が活発化. ※ 軌道傾斜角は色々  LEOの利点： 高解像度の地球観測や，広帯域・低遅延な通信ができる. LEO GEO 5

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ トレンド： 低軌道利用の活発化  LEOの欠点: 衛星が同一地点をカバーできるのは，最大15分程度しかない.  SpaceX社スターリンクが1万機オーダの衛星を使うのは，そのため. （コンステレーション）  昔はそのような数の衛星を上げられなかったが，ロケットや衛星が低価格化して可能に． LEO GEO 6

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ トレンド： 衛星の小型化と低価格化  キューブサットなど超小型衛星も，実用目的で使われるように．  大学などによる衛星開発も広く行われている．  今後，ますます小型化が進む可能性． Mini satellite (100-500kg) Nano-satellite (1-10kg) Photos: https://ilrs.gsfc.nasa.gov/missions/satellite_missions/current_missions/sts2_general.html https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/ames/nasa-ames-launching-nanosatellites-science-experiments-on-spacex-rocket/ Femto-satellite (0.01-0.1kg) Photo: https://www.seradata.com/sprite-femtosat-shoal-isreleased-from-kicksat-2/ 7

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ トレンド: 衛星の多数製作と低価格化  従来の衛星は カスタムメイドの一品モノ.  同一衛星の多数製作が珍しくなくなり，筐体・電源・無線など普遍的に使われる部品は市販も されるようになった． Photo: https://sky-brokers.com/supplier/geespace/ 8

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ トレンド： スピンインによる低価格化 従来の宇宙開発: 宇宙が最先端，スピンオフ NewSpace: 他産業の最先端を導入 他産業で確立された 開発手法 他産業の最先端技術 システム工学 他産業への 技術移転 Photos: https://www.amazon.com/Apollo-Saturn-Rocket-Launch-Historical/dp/B0046IG4X4 https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-1194420e41097232208318d6e6275eb3 https://en.wikipedia.org/wiki/ST-124-M3_inertial_platform#/media/File:ST-124_uncovered_(IMGP3445).JPG 9

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 例： 宇宙機の制御コンピュータ  従来: 宇宙開発が集積回路の利用・進歩を促す．非常に高価．  現在: 車載マイコンなどがロケットや衛星に使われる． Apollo Spacecraft’s AGC (1967, using early ICs and core memory) Space Shuttle AP101B/S (1981, with ICs and semiconductor memory) Photos: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/ApolloGuidanceComputerwithDSKY.dwt.jpg https://www.nasa.gov/images/content/462632main_GPC_upgradedgpcalone.jpg Interstellar Technologies MOMO (2019, ARM STM32F405, AMD Zynq7020) 10

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 例： 宇宙機に使われるセンサ  従来： 位置や姿勢の測定に，非常に精密・高価な機械式ジャイロが使われた．  現在： スマホやゲーム機に搭載されるMEMSジャイロやGPSに近い（やや高級な）センサが使われる． V2/A4 (1944) Apollo SaturnV (1967) GPS module MEMS IMU Photos http://promontory.cocolog-nifty.com/.shared/image.html?/photos/uncategorized/2012/12/14/v2.jpg https://v2rockethistory.com/gyroscope-guides-rocket/ https://www.amazon.com/Apollo-Saturn-Rocket-Launch-Historical/dp/B0046IG4X4 https://en.wikipedia.org/wiki/ST-124-M3_inertial_platform#/media/File:Apollo_Saturn_V_Instrument_Unit_Gyro_Huntsville_AL_Space_museum_ST-124.jpg Photos: https://www.nintendo.co.jp/wii/ https://www.elecom.co.jp/news/200706/hgw-005wh/ 11

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 民生半導体の利用が普通に  宇宙機半導体は，放射線対策を施した特殊品と思われがち.  しかし，バンアレン帯（高度2,000～20,000km）より低い LEOでは，地上用の民生品（COTS）でほぼ運用できる． https://en.wikipedia.org/wiki/Van_Allen_radiation_belt#/media/File:Van_Allen_radiation_belt.svg  ソフトエラー（SEU）などの障害が全く発生しないわけでは ないが，頻度は低く，プロセスではなくシステム設計での 対応が好まれるようになっている． https://nepp.nasa.gov/files/28843/NEPP-CP-2017-LaBel-SEE-MAPLD-COTS-Presentation-TN42792.pdf 12

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 本講演の概要  NewSpace: 民間商用宇宙開発の台頭と，宇宙開発のトレンド.  次世代通信衛星とその研究開発. 13

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 弊社の次世代通信衛星プロジェクト  ブロードバンド直接通信（D2D ; direct-to-device) を可能とする，次世代通信衛星の実用化・ 事業化を目指す．  2024年以降，JAXA宇宙戦略基金「高精度編隊飛行技術 https://fund.jaxa.jp/techlist/theme16/」および 総務省「電波資源拡大の研究開発 https://www.soumu.go.jp/main_content/000952112.pdf 」をそれぞれ受託し， 基礎研究を実施中． 14

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ D2Dを可能とするための基本方針  宇宙～地上間無線の回線設計では： 自由空間損失が非常に大きいのが特徴.  地上側を小型化・低電力化するには： 宇宙側を大型化・大電力化するのが最も基本． Ground Space Photos https://www.nasa.gov/directorates/somd/space-communications-navigation-program/antennas-of-the-dsn/ https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/ames/nasa-ames-launching-nanosatellites-science-experiments-on-spacex-rocket https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/ESA_Ground_Stations/ESA_to_build_its_third_deep_space_ground_station_in_Argentina Outdoor Sensor Devices Photos https://www.prolim.com/wp-content/uploads/2021/02/iot_smart_farming1.jpg https://www.tumutoku.com/wp/wp-content/uploads/2018/07/blur-cellular-connection-248526-768x512.jpg https://toyota.jp/gryaris/?padid=from_carlineup_gryaris https://www.satnavi.jaxa.jp/ja/project/ets8/ 15

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 従来実現された最大規模の宇宙アンテナ  20メートル四方程度が最大，かつ ほぼ限界．  アンテナ構造物の，重量・安定維持・信頼性がネック．  ブロードバンドD2Dにはサイズ不足. きく８号（ETS-VIII）, 2006年 https://www.satnavi.jaxa.jp/ja/project/ets8/  直径: 17 m  乾燥重量: 2.8トン (アンテナは各 0.2 トン) 16

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 我々のアイディア: 大量生産した超々小型衛星で，大規模設備を構築 ■ PicoSat（将来的には FemtoSat）の集合体を，一つのアンテナとして機能させる. ■ 支持構造物がなくなるため，面積重量比が良くなる．（打ち上げが楽） ■ 大量生産した同一衛星を使うため，全体コストも減る. 1U PicoSat (将来的には より小さくする) Photo: https://news.mynavi.jp/techplus/photo/article/20170818-sprite/images/003l.jpg 数十メートル径の 編隊飛行  衛星サイズ: 数cmオーダ  衛星数: 10,000～100,000  衛星間隔: 数cmオーダ  通信周波数: Sub6, おもにband3  軌道高度: 600～1,000 km 17

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 超々小型衛星によるアンテナの構成 ■ 超々小型衛星を，フェーズドアレイアンテナの1素子として機能させる. ■ 超々小型衛星の間を非常に高速な無線／光通信で結び，まとまったアンテナとして機能させる． 一般的フェーズドアレイアンテナ https://www.nutsvolts.com/magazine/article/how-phased-array-antennas-work 無線／光の ローカル通信 それぞれ 超々小型衛星に搭載 （PAもこちらに移動） 18

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 本編隊飛行を用いた全体システム  複数の編隊飛行を用いてコンステレーション化し，常時接続を可能にする.  それぞれの編隊飛行は地上網と端末のブリッジとして機能. 静止衛星 既存コンステ (StarLink等) 編隊飛行の コンステ フィーダリンク (周波数TBD) Core NW ナローバンド, 非D2D ブロードバンド, 非D2D ブロードバンド, D2D サービスリンク (sub6; おもにband3) Basestation O-RAN I/F (DU/CU etc.) 19

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 進行中の研究1: 多数衛星の編隊飛行維持  一般的に，異なる軌道を飛ぶ二つの衛星は バラバラに離れていく.  しかし，二つの軌道を精密に選択すると， 一定の相対位置を保ち続ける．（GCO; General Circular Orbits などが知られる）  衛星数が多数でも同様．  外乱等がない理想的条件下では，何もしなくて も編隊を維持できる． 20

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 具体テーマ  実際には，きわめて微小だが大気抵抗による抗力などの外乱があり，時間が経過すると編隊飛行を 崩すため, 電磁石で相互位置を調整する． (EMFF; ElectroMagnetic Formation Flying)  10,000～100,000機と多数の超小型衛星をハンドルできる分散制御アルゴリズムを研究中.  同アルゴリズムを多数の模擬衛星を使ってデバッグすることは非現実的であり, HPCを用いた 超高精度シミュレーション手法も研究中. 21

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 進行中の研究2: アンテナ構成手法  送信動作に関して行っている研究テーマ A. 送信情報を10,000個の衛星へ分配する方式．（伝送の媒体・周波数・送信内容の選択） 送信データを 持つ 親衛星 GHz帯の変調波 (~100 ps 周期) https://www.nutsvolts.com/magazine/article/how-phased-array-antennas-work B. 全衛星の出力タイミングを1–10 ps精度で同期させる方法. （なるべく時計を用いずに） 22

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 進行中の研究2: アンテナ構成手法 （つづき）  受信動作に関して行っている研究テーマ A. 10,000衛星の情報を伝送する方式 （伝送の媒体・周波数・送信内容の選択） GHz帯の変調波 (~100 ps 周期) 受信データを 集約する 親衛星 B. 各衛星から来る情報をタイミングを合わせて (1–10 ps精度) 加算する方式. https://www.researchgate.net/profile/Aydin-Babakhani-2/publication/224352421/figure/fig2/AS:667654964645891@1536192756221/Basic-phased-array-receiver-configuration.ppm 23

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 進行中の研究3: リアルタイム・ビームフォーミング  低軌道衛星は地上との位置関係が変わるため，飛行中は ビーム方向・形状を調整し続けなければならない. 一般的フェーズドアレイアンテナと同じく励振ウェイト を調整する． 約0.2度／秒のレートで ビーム方向が変化  衛星10,000機を10～100Hz周期で調整するための， ウェイト値計算手法や衛星間情報伝達機構を研究中． ビーム方向の誤差は 最大0.005度以内 地上 サイドローブ （要低減） https://www.nutsvolts.com/magazine/article/how-phased-array-antennas-work メインローブ 24

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ 他に進行中の研究  各衛星の位置・姿勢の高精度測定手法. ○ 各衛星の励振ウェイト値導出において重要な情報となる. ○ LiDARやレーダなどを用い，ミリメートル精度で測定を 行う手法を研究中．  超小型衛星搭載や量産に向いたアンテナ素子設計.  超小型衛星に搭載可能，かつ低消費電力なRF回路や編隊飛行 制御用コンピュータ． （基本的に専用IC化） 25

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エレキ万博2025.08.09 民間宇宙スタートアップが研究開発を進める次世代通信衛星技術 https://eleki-expo2025.cqpub.co.jp/main-stage/ まとめ  以上の全研究は，現在，大学など複数の国内研究機関と連携して実施しています. ○ ○ ○ 委託研究：JAXA宇宙戦略基金 委託研究：総務省・電波資源拡大のための研究開発 弊社独自研究も実施  これから地上実験や宇宙実証，そのための衛星製作なども進めていきます． ○ ○ ○ ○ 無線全般 組み込みハード，ソフト 分散並列システム 高精度シミュレーション などを中心に，電子情報通信技術全般をフル活用 26

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