X線天文衛星「ひとみ」を救えるか、「故障の木解析」とは

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2016年3月26日、宇宙航空研究開発機構(JAXA)のX線天文衛星「ひとみ」が突然、通信途絶しました。JAXAは全ての部門を総動員して、原因究明と「ひとみ」の機能回復の可能性をさぐる作業に臨んでいます。

JAXAの衛星や探査機が通信途絶したのは初めてのことではありません。中でも小惑星探査機「はやぶさ」は、目的地の小惑星「イトカワ」の近くで2か月近くにわたって通信が途絶しました。しかしその後、原因を究明して対策を立て、最終的に地球への帰還に成功したことは有名です。

宇宙を飛行する探査機や衛星は、人が行って修理や点検をすることが極めて困難です。そんな中で、限られた情報から原因を推定するために使われる手法のひとつが「故障の木解析」(FTA)です。

あらゆる可能性を拾い出す

「故障の木解析」は、得られている情報をもとに、そういうことが起きる可能性があり得るような、あらゆる可能性を書き出すところから始まります。たとえば、車のエンジンを始動できなかったらどんな可能性があるでしょう。車のバッテリーが上がっている、燃料が切れている、始動スイッチが故障している…など、いくつもの可能性を挙げることができます。可能性のある全てのことを、見落とさずに書き出すことが重要です。

次に、書き出したこと全てについて、別の情報と照合します。たとえば「バッテリーが上がっている」を考える場合、「スターターモーターは回った」なら、可能性が否定されるでしょう。そうでないなら、さらに詳細に可能性を書き出してチェックする、を繰り返していくわけです。繰り返すたびに可能性が細かく分岐して行く様子から「故障の木」と呼ばれる図が出来上がります。そして、分岐した先で否定されなかった選択肢こそが、真の事故原因だと推定できるのです。

金星探査機「あかつき」を救った故障の木

JAXAは過去にも「故障の木解析」を実施して、結果を公表しています。そのひとつが金星探査機「あかつき」の金星軌道投入失敗に関するものです。

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2010年12月7日、「あかつき」は地球から遠く離れた金星に接近し、そこで減速して金星を回る軌道に乗るためのロケット噴射を行いました。ところが「あかつき」は金星を回る軌道に乗っておらず、そのまま金星を素通りしてしまったのです。

「あかつき」は辛うじて通信が可能だったため、探査機のアンテナを地球へ向け、ロケットを噴射するはずだった時間帯のデータ記録をダウンロードすることに成功しました。機体の回転やタンクの圧力など様々なデータをもとに「故障の木解析」を行ったJAXAは、ついにたった1個のバルブが原因であることを突き止めます。このバルブの故障で全てのデータが説明でき、これ以外の故障では説明できないことがわかったのです。さらに、バルブが故障した理由も突き止め、地上での実験で再現することに成功しました。

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この図は、公表された「あかつき」の「故障の木」の1枚目です。ここでまず、原因の可能性が5つに絞り込まれています。これら5つの原因すべてについて、さらに「故障の木解析」を繰り返して原因を突き止めたのです。

原因がわかったことから、「あかつき」の現在の状態も推定することができました。残った正常な機能を使って金星周回に再チャレンジする方法が編み出され、2015年12月7日、「あかつき」はついに金星を周回する衛星になりました。当初予定からは5年も遅れてしまいましたが、「あかつき」は金星の観測を続けています。

「ひとみ」奇跡の復活へ、鍵を握る通信回復

「ひとみ」の場合、この記事を執筆している時点では通信が途絶したままです。途絶寸前に送られてきた情報と、地上から衛星を観測した結果などを元にした「故障の木解析」が行われていると思われます。

JAXAによれば、「ひとみ」の通信途絶が「太陽電池を太陽に向けられなくなり、バッテリーが尽きてしまった」ことが理由であれば、そのうち「ひとみ」が自然に回転して太陽を向いた時点でバッテリーが充電され、通信が回復する可能性があります。そうなれば衛星の状態がより詳細に判明し、「故障の木解析」を駆使して復旧方法を見出せるかもしれません。

いずれにせよ、通信が自然に回復することが「ひとみ」復活の鍵を握っています。「ひとみ」に起きた異常が復活可能なものであることを祈るほかありません。

Image Credit: 池下章裕、JAXA

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大貫 剛
東京都庁に技術職職員として11年間勤務後、民間宇宙開発を志して退職。ベンチャーを経て、宇宙開発や前職の経験を生かして公共事業に関する解説などの、情報発信をしている。宇宙作家クラブ会員。

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