はやぶさ2トークライブVol.7
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はやぶさ2トークライブVol.7

2017-02-13 19:00


    ・JAXAのお向かいにある相模原博物館で2月に1度のペースで開催されている「はやぶさ2トークライブ」。早いもので7回目。すでに1年以上やっているということだ。上はもらったカードとワッペン。

     今回のテーマは「地上系」。セカイ系とか世界系とか燃焼系アミノ式とかの言葉が浮かぶが、地上系って何ですか?という問いに対して用意されていた答えは、はやぶさ2運用に関係する「地上にある人とか物とか全て」が地上系なのだという。だが人についてあの人は実は、とかあの人はああ見えて、とか解説するのはいろいろまずいということで今回は物について。
     
     大きく3つのパートに分かれてトークは行われて
    (タイトルは便宜的に私がつけたものです)、以下のような感じ。 
     このほか最初にお知らせとかあって、最後にQAがある。
    1.地上系の「物」について       鈴木 亮研究開発員 
    2.4人によるパネルディスカッション
    3.地上系とはやぶさ2の通信について  山田隆弘教授    

     





     以下は個人的なあやふやな記憶による自分用の覚書なので、勘違いとかで実際とは異なる場合が確実にあります。そこをよろしく。正式な講演の様子はユーチューブで見れたり、
    https://www.youtube.com/watch?v=tPrr0kAoCuA
    資料がJAXAのHPに出たりするかもしれないらしいのでそちらを参照してください。

     最初のお知らせとしてはいつものH田さんから、2月と言えばバンアレン帯ですね、というお話と、今回は会場のみなさんに書いていただきたいアンケートがある、ということでその説明と回収。また吉川真准教授よりはやぶさ2は今日も元気です、と前回と同じような報告。

     そしてちょっとだけ違った事として、一年半後のリューグー到着の頃にどういうことをするか、という予行演習というか運用訓練を来年度から始めます、それについて訓練用の課題を一般の皆さんから募集します、ということ。私にはあまり理解できないので詳しくは以下のリンクを確認いただきたいが、リュウグウがどのような自転軸(の傾き)を持っているかがまだわからないので、はやぶさ2が接近したら、地上にいるスタッフははやぶさ2が送ってくるデータからそれを解析しなければならない。その解析訓練のためには擬似データがいる。そのデータを募集します、というもの。具体的には黄道座標系での座標(λ、β)、初期位相θ0というものを指定してくださいということらしいがそれらが何かは私には説明できません。
     募集期間は20日までと短いので、われと思わん方はお早めに。応募はツイッターに限るそうで、いろいろ条件があるようなのでよく読んで挑戦してください。私はやりませんけど。
    http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20170209/

     というところでいよいよ一つ目のお話。講師の鈴木さんは地上系の運用スタッフということで、これまでもいろいろなイベントで説明員として待機していたものの、一度も地上系についての質問を受けたことが無いという大ベテランの方のようです。また、自分から地上系についてアピールしたいと願っても却下されてばっかしみたいなことも言われたような。よく言えばシブイ、悪く言えばジミでツマラナイ(ご本人はそんなことおっしゃっていません)テーマのようです。

     ちょっと技術系で文字の多い話になって、それらはいずれwebに上がるということあったのであまり熱心にメモしませんでしたが、頭に残った話としては
     はやぶさ2の運用に関しては8つのシステムが関係していることを紹介されていて、
    その中には打ち上げ前にしか働かないもの(試験とかの関係)、飛行中に働くもの、リュウグウに到着してから働くもの、それらを記録するもの、などがあるということだったと思う。
     8つのシステムにもそれぞれ名前があって、どんなことをします、という説明もあったのだけど書ききれませんでした。確か一番上に「軌道評価決定システム」というのがあって、一番下にデータアーカイブのためのシステムがある、という感じだったと思う。
     データアーカイブのためのシステムは2つあって、「シリウス」「エジソン」とそれぞれ名前がついている。シリウスは、各局(ここで言っている局とは、どのパラボラアンテナで受信したかという事)から送られてきたデータを統合してこれを時系列順に並べて整理する。エジソンは、シリウスに格納されるデータはいわゆるバイナリデータ、0と1がずらずら並んでいて人間には読めないので、これを人間が読める形に直したもの、と言っていたと思う。
    はやぶさ2から地上に送られるデータを「テレメトリ」、地上からはやぶさ2に送られるデータを「コマンド」と言って、テレメトリには現在のはやぶさ2がどんな状態にあるか(例えば温度とか)とか、観測をはじめていれば撮影した写真とかのデータとかが含まれる。
     コマンドには具体的に覚えてないけど姿勢を変えるとか速度を落とす、みたいなものとか写真を撮れ、とかみたいなものが該当するんだと思う。

     そうしてコマンドを送ったり、テレメトリを受け取ったりするためにはどのような機器が必要で、それらは概念的にどのようなつながり方をしていて、それぞれの機器の名称、略語、その略語の読み方などをざっと説明されていた。
     メモにあるけどもうどんな説明だったか覚えていないものを列記すると
    QL クイックルック SIB2 シブツー マヌーバモニタ イーピーナブ オーピーナブ
    ハヤツープラン ジーシージーナブ とか。後でWEBに資料が出るらしいのでその時にああ、これのことだったのか、ってわかればいいみたいなことをおっしゃっていたのでその時にまた調べよう。

     地上で運用を訓練するためのシュミレーターについての話もあって、ソフト的なことを行うのがSWというもの、ハード的な擬似探査機につないで行うのがHILというもの、みたいな話もしていたと思う。擬似探査機というのははやぶさ2の形はしておらず、アンテナなんかは無くて、はやぶさ2の心臓部みたいなところだけラックに入っている、というものらしくて写真も公開された。本邦初公開だったような。

     あと打ち上げ前のはやぶさ2につないでいろいろな試験を行うためのたぶんGSEだったと思う地上試験装置(これの写真がほとんど残っていないらしい。みんなはやぶさ2しか撮らないので)とか、世界中の局につないで適合性を検査する(意味がわからないまま書いております)TT&C(ティーティーシー)という装置などの説明もあった。

     このへんだったと思うけど、はやぶさ2との通信は世界の直経60~70mあるいは30~40m程度のパラボラアンテナを位置によって切り替えて使っており、日本ではおなじみの臼田さん(直経64m)と内之浦さん(34m)、NASAのゴールドストーン(アメリカ、70m)、マドリッド(スペイン)、キャンベラ(オーストラリア)の各所(局)に今回は欧州宇宙機関(ESA、イサ)のアンテナも協力してくれている、ということだったが、それがどこの何というアンテナだったかはメモしそこなった。南米あたりだったような気がするけど。マラルク?みたいなメモがあるんだけどよくわからない。スペインがNASAで南米がヨーロッパなのも不思議な気がする。はやぶさ2は国際協力プロジェクトということもあって、比較的好意的に使わせてもらっているそうだ。こういう関係を築くことも大事な事だなあ。
     その気になればいつでもはやぶさ2にコマンドを送れないことはなくて、打ち上げ直後とかリュウグウ到着後とかは48時間連続運用なんて場合もあるらしいけど、通常は臼田さんが使える時間に主な通信を行うらしい。
     最後のQAの時に出たけど通信速度はコマンドで1000ビット/秒、テレメトリで
    512バイト(4096ビット)/秒とか、インターネットはギガの時代だけどそれに比べればかなり遅いとのこと。なぜ遅いのか、という話は無かったけどやっぱりインフラの更新が追いつかないのかな。

     コマンドファイルがどんな構成になっているかという説明もあったがメモが読めない。
    メインとサブとタイムラインとMC(マクロコマンド)とメモリ?と名付けられた5つのファイルを関係付けた絵が示されたと思う。
     あとこの時AOSあおす とかcomdiこむでぃ とかの用語の一覧表を示しての説明もあったけどちょっとメモはあきらめた。

     打ち上げの時とかに管制室の様子はよくテレビとかで映るけど、JAXA内でも知らない人が多いらしいけど運用室というのもあって、ここに通常は4名が詰めて運用つまりはやぶさ2のコントロールをしているとの事。
     4人とはSVスーパーバイザーとSVSスーパーバイザーサポートとあとコマンダとAOCSてメモがあるけどもう覚えてないな~。SVSの一番重要なお仕事はSVが指示する事をホワイトボードに書き留めることだったような。あとは何かイベントがある時はそれぞれのシステム担当とか機器担当とか、海外局にお願いする時には英語ができる海外局担当とかもメンバーに加わるとの事。
     この運用室も最近リニューアルしたばかりということで、きれいに片付いている運用室の写真が本邦初公開された。このへんだったか自信が無いけど、パス前ブリーフィングというものの話もあって、パスという言葉がどのような意味で使用されているのか聞きそこなったけど、印象としては はやぶさ2に何かをさせる時の一つながりの命令の流れとか内容みたいなものを決めることみたいに思って聞いていた。その時に大活躍するのがホワイトボードみたい。
    このボードに書いた内容をどのように記録しておくのか(電子黒板みたいにデータで残るのか、写真でも撮るのか、当番が板書するのか)気になったけど質問しそこなってしまった。
     この時にOISオーアイエスとかLOSロスチェック?とかいう用語も出たようにメモってあるけど意味は頭に入らなかった。

     運用計画みたいなものは通常は1週間分作ってまとめてはやぶさ2に週に一度送る(アップリンクというらしい)ということらしい。打ち上げが延期になるたびにこの運用計画は作り直しになったり、リュウグウに着いて予定外のことがあったりするとその場で作らないといけなくなったりするらしく、たいへんそうな仕事だ。
     
     だいたいそんなところで鈴木さんの話は終わったと思う。

     鈴木さんに次の講師の山田先生、吉川先生とH田さんの4人でパネルディスカッション。



     今回は事前に上のような用紙が配られて、右下が地上管制室、左上がはやぶさ2。
     この間をつないでいるものは何でしょう?自由に描いてください、ということで、回収されたものをネタに話をしようということで、この両者をつなぐものは「根性」とか「予算」とか「電波」とか書かれた例がネタになってました。

     そして山田先生にバトンタッチ。鈴木さんはどんな装置があってどう繋がっています、という観点から話をされたのだけど、山田先生ははやぶさ2と地上の間でどのように通信をしているか、ということをインターネットと対比しながら述べられた。

     探査機との通信方式は1980年代に大きく変化していて、ボイジャーとかパイオニア10号あたりが境目らしかったけどメモしそこなってさだかでない。
     探査機側に計算機を積んでいなかった時代には、探査機からのデータ(テレメトリ)は
     データの長さはいろいろ(可変)であっても、そのデータを送るときの入れ物、これをフレームというそうだが の大きさは変わらない、ということになっていて、そんな話は無かったけど私が自分が理解するためにたとえ話を作ると人がムカデ競争か電車ごっこみたいにつながっているのがデータとすれば、4、5人程度のデータなら山手線一両にいくつか入るけど、100人くらいつながった大きな長いデータだと途中で切って、前の組は1両目、後ろの組は2両目、みたに複数のフレームに乗せる。フレームの中は車両に例えれば連結器みたいな部分が一番前にあって、これがフレーム同期パターンというデータの位置合わせみたいな役割をする。
     そして車両内に並んでいる座席とかコンパートメントみたいのがワードという単位になって、ワード1とかワード2とか番号がふってある。データは連結した列車のように送られていく。ここまで書いてデータは可変と言ったかな?固定だったかな?とちょっと自信が無くなったけどとにかくつながったデータが列車のように同じサイズの入れ物で順番に送られていくイメージ。この頃はデータもいわゆるアナログデータだったんだろうと思うけどそこは明確に理解できなかった。

     これが探査機に計算機が積まれると、データを圧縮したり、探査機側の判断でデータを送り出したりするようになるので、フレーム長固定のままだとデータ1人のために電車を一編成使ったりしていろいろもったいない。地上のインターネットだと今はフレームも可変という事になっているらしいけど宇宙関係のインフラはずっとフレーム固定でやってきたのでそう簡単にフレーム固定という考え方は変えられない、ということでフレームそれぞれに番号をつけて、順番は途中で入れ替わってもいいことにして、連結器のところを外して車両1台1台をバラで送る、目的地についたらまだ番号通りに並べなおす、みたいな感じで変更した。データの方もデジタル化が進んで、こんな感じにバラバラに乗せやすくなった。
     地上のパケット通信だと経路もいろいろあるから、電車というよりは道路をバスかトラックで輸送するようなイメージで、データ可変、フレーム可変だと乗用車かオートバイみたいなものもイメージ的に入ってきて、それぞれいろんなルートで来るから到着順番もバラバラ、最後にそれを並べなおす、みたいな印象だけど、宇宙の場合は通信ルートは道路よりも線路のイメージで1本のような気がするから送り出すときに車両の順番に必ずしもこだわらない、みたいな感じかな。
     理解しきれていない人間が書いていますのであまり突っ込まないでやってください。
     そのうちWEBに資料が上がると思うのでそうしたらそちらを参照してください。

     とにかくテレメトリであれコマンドであれデータを固定フレームに入れて送り出す、と。

     探査機が今どのような状態ですよ(例えばどこそこの温度が何度ですよ)という情報を送り出そうとしたら、そうした計測システムから衛星データ処理システムという計算機というか基盤というかに数値データが行って、それが衛星側のアンテナから電波として送り出されて、それを地上局の臼田さんとかパラボラアンテナが受けて、それが運用室のデータ分析蓄積システムというサーバというか基盤というかに貯められて、温度データを欲しいシステムに送られていく、というような説明が図を示して行われたけど図は描ききれなかった。

     これと対比して地上のインターネットの場合も図で説明されて、例えば温度を送り出すところや最後に温度データを欲しがるところはホスト、間をつなぐ衛星データ処理システムや地上局やデータ分析蓄積システムのあたるのがルータ、みたいな説明もあった。


     もう少し詳しい図でHTTP→TCP→IP→IEEE802→IP→PPP・・・とか
     SMCP→パケット→スペースナントカ→パケット→宇宙用フレーム→パケット→SDTP→・・
     みたいなブロック図の説明もあったけど、それは説明できるほど理解できなかったので
    WEBに資料が上がったらあとで転載可能なら画像、駄目ならリンクを貼り付けることにしよう。

     コマンドをいつ実行するか、という指定法方は二通りあって、(このコマンドが届いたら)すぐにやりなさい、というものと(探査機内の時計で)時間指定でいついつになったらしなさい、というものがあるとのこと。

     またインターネットには無い優先制御というものがあって、テレメトリの中でも探査機に異常が発生した時などに異常が発生したよ、今の温度はどうで方向はこうで、みたいな情報はすぐに送らないといけないし、撮影した写真などの観測データは余裕のある時にゆっくり送ればよい、というような制御ができる。

     一方コマンドの方もいますぐこうこうしなさい、という急ぐものとあとでゆっくりやってね、というものがある。テレメトリにせよコマンドにせよ、一時的に蓄積してあとで都合のいいときに送り出す仕組みもあるようだ。

     ここでバーチャルチャネルって言ったと思うけど、レポートパケットという非常用の荷物を割り込ませるような仕組みがあって、車の列にパトカーが優先して割り込めるみたいな感じかな。ただ、パトカーの例えだと先に行くものをどんどん追い抜いていくみたいなイメージになっちゃうから、銀行や電話局なんかで番号札を持って待っている時に、優先券をもらっている人が先に行くみたいな感じの方が近いか。

     あと、情報を送るときのエラー検出についての話があって、そこがちょっと面白かった。

     例えば4つの数字を送ろうとする。コンピュータは2進数しかわからないので数字といっても0か1しかない。この0が1のどちらかが入る場所を1ビットと言ったりするので、4ビットの情報を送るということになる。

     でも、本当は0000という情報を送りたかったのに、宇宙空間を電波となって飛んでいく間に雑音とかの影響で例えば0010みたいにエラーが1箇所入ってしまう場合がよくあるらしい。

     これが1111みたいになってしまうと、エラーかどうかもわからなくなってしまって話は違うみたいだが、0010になったくらいならハハア、エラーが起きてデータが化けたな、じゃあここが間違っているからこう直そう、というのがわかるらしい。

     そのためには送りたい情報の4ビットの他に冗長ビットという余計なものを3ビット足してやる。記号をつけたほうが説明しやすいので

     4つの情報ビットを X1、X2、X3、X4
     3つの冗長ビットを P1、P2、P3     

     とする。特に説明はなかったけど、Pは多分パリティの頭文字で、パリティビットで検索
    すると誤り検出符号というような説明が出て来る。

     今回説明があったのは冗長ビットを
     P1=X1+X2+X4
     P2=X1+X3+X4
     P3=X2+X3+X4

     という計算で決めるようにして、二進数の計算で桁上がりしたら上位の桁は捨てて1桁目
    だけ取るみたいにしておくと
     0+0=   0
     0+1=   1
     1+0=   1
     1+1=10→0

     ということになるので

     情報ビットが0000なら 冗長ビットは000

     P1=X1+X2+X4=0+0+0=0
     P2=X1+X3+X4=0+0+0=0
     P3=X2+X3+X4=0+0+0=0

     情報ビットが0010なら 冗長ビットは011

     P1=X1+X2+X4=0+0+0=0
     P2=X1+X3+X4=0+1+0=1
     P3=X2+X3+X4=0+1+0=1

     みたいになって、この2つを比べると
     0000 000
     0010 011
       *   **

     と*をつけたところ、違う所が3つある。私にはよくわからないけど数学で群論とか環論
    とか対論とかいうものがあって、そういうものに詳しい人によって、このルールで作った数値は必ずお互いに2箇所以上違うところがあることになっていると証明されているらしい。
     
     なので 0000 000という データ(これを符号語とも呼ぶらしい)が1箇所だけ
    間違って 0010 000として届いたとすると、本来ありえない組み合わせになって
           *

     一番似ている0000 000と比べて違いがある*の部分が間違いで、本当はここが0だったんだな、みたいなことがあらかじめ計算してあった0000 000から1111 111 の一覧パターン表と比べることによってわかり、誤りを修正できるらしい。
    なんとか符号というものがいろいろあって、これはハミング符号というものを利用した例だとのこと。これだと1箇所だけ間違いがあった場合しかわからないのだが、理解しやすい例として紹介したとのことで、実際にはもっと複雑な例えばリードソロモン符号とかいろいろあって、もっと複雑な誤り検出と訂正をしているらしいというのがおぼろげにわかった。

     山田先生の話はだいたいそんなところで終わったと思うが、NASAで勤務されていた時の
    経験談を残り時間で話されて、NASAの仕事をして印象に残った事として

    ・理論的に正しいことはどんどん取り入れる
    ・理論と実際が異なる場合は実際を理論に近づけるよう試みる。
    ・得意なものをやらせる。
    ・すると得意なものがもっと得意になる。
    ・個人に責任を負わせる。
    ・グループで行う場合も、責任の範囲を明確にする。
    ・それでうまくいけばもっと大規模な仕事をまかせ、大きな責任を負わせる。
    ・それで失敗したらもっと合う別の仕事を探し、そちらをまかせ、責任を負わせる。
     つまり失敗したら、仕事が合わなかったのだ、という発想で別の合う仕事を本人と上司が
    相談して探す。
    ・新しく個性的なものを採用する。
    ・古くてつまらないものは採用しない

     というような仕事の仕方、させ方だったのが、日本がアメリカになかなかかなわない
    ところだな、と思われたような話をされていたと思う。

     あとはQAがあったけど私には高度すぎるものが延々と続いたので省略します。

     そんな感じでした。わからなかったけど面白かった。小学生くらいのお子さんもいたけど
    今回はちょっと難しかったかもしれないな。私には難しかった。


     
     

     
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