2002년 9월 10일 17시 20분 타네가시마 우주센터에서 발사된 후 약 2년 반에 걸쳐 운용하고 있는 차세대형 무인우주실험시스템 (USERS : Unmanned Space Experiment Recovery System)은 2003년 5월 30일에 초전도재료제조실험장치를 탑재한 recovery vehicle (REV)의 귀환 · 회수에 성공하고, 2003년 6월부터 개시한 궤도상 서비스 모듈 (SEM)을 탑재한 선진적 버스기기의 성능확인 데이터 수집도 2005년 1월말에 이미 종료했기에 2004년도를 끝으로 궤도상 운용을 종료하였다.

올해는 궤도상 운용과 평행하여 평가해석, 초전도재료제조실험 및 실험장치의 평가해석, 우주기 시스템 ·SEM · REM의 평가해석, 운용관제 시스템의 평가해석, 우주기의 저비용화 기기의 평가해석을 시행하는 것과 함께 종합적인 평가를 실시하여 성과를 정리했다.

또한 동시에 완성된 무인우주실험 시스템의 이용 촉진활동을 실시했다. 본 프로젝트는 경제산업성 및 신 에너지 · 산업기술종합개발기구 (NEDO)의 위탁을 받아 당 재단이 개발해 운용을 시행하였다.


1. 초전도실험 성과

예정된 실험을 성공리에 끝내고 무사히 회수한 실험시료를 상세하게 분석하여 그 성과를 평가하였다. 회수한 시료는 일부에서는 예상한 대로 초전대 Gd123+Gd211 결정도 발견되었지만 대부분은 그림1에 나타난 것처럼 예상치 못한 거대 침상 결정의 물질인 것을 알았다. 이 물질을 실험 담당하고 있는 (재) 국제 초전도 산업기술센터 (ISTEC)에서 상세히 검토한 결과, 성분 안에 Ba 성분 일부와 Cu 성분이 빠진 Gd210이라고 하는 신소재인 것이 판명되었다. 이 결정 구조는 그림2에 나타낸 것처럼 지금까지 지상에는 없는 물질인 것이 판명되었다.

이 Gd210 물질이 우주에서 생긴 원인을 해명하기 위해서 회수된 시료의 상세한 분석을 했을 쯤 실험시료속에 포함된 Ag거동에 비롯된 미소중력환경하의 경우 특이한 형상인 것을 판명하였다.

이 물질은 초전대 bulk에서 필요한 단단한 골격을 가지고 안정된 성질을 가지고 있으며 이 물질을 뺀 물질을 새롭게 용융 침수시키면 지상에 대형 초전도 bulk를 제작하기에 적합하다는 것이 판명되었다. 이 새로운 bulk의 제법을 infiltration 법으로서 특허 신청을 시행하였다. 그림3에 150mm의 시작(試作)에 성공한 bulk 지상부유 시험상황과 액체 Ar (87K)에 포착자장분석을 나타낸다.

종래 지상의 제조에 설치될 substraight에서 contamination등에 의해 겨우 60Φ정도로 한정되어 있는 bulk의 크기가 우주실험에서 얻어진 지견에 기초해 신 infiltration법에 의해 한번에 대형 bulk 제조가 가능해졌다. 이 초전도 bulk 제조실험의 성과는 회수 시료의 평가해석에 의해 지상의 대형 bulk 제조 기술에 기여할 지견을 얻은 것이다.

우주실험은 지상에서는 예측할 수 없는 사상이 발생하는 일이 있다. 그것이야 말로 많은 신발견의 단서이고, 우주실험자에게 있어 보고인 것이다. 이 성과를 근거로 삼아, 신 infiltration법에 의한 대형 bulk 고특성화 검토와 기술의 산업응용으로의 검토 사업이 개시되었다.


2. 운용상황

2.1 선진적 버스 기기 실험
2003년 6월 17일부터 시작된 선진적 버스 기기에 의한 실험은 표준 버스로서 미래의 우주 저비용화로 이어지는 버스기기의 궤도상의 성능확인 데이터 수집을 목적으로 실시하여 커다란 성과를 얻었다.

○ 자동차용 전자기술을 이용한 탑재 컴퓨터 (OBCA)
상정된 것처럼 방사선에 의한 SRAM의 1비트 급 멀티 비트 반전 및 CPU 모듈의 연산 에러 발생을 확인했다. 또한 기기로서는 CPU 모듈의 항장구성에 의한 fault tolerance 기능의 정상 동작을 확인할 수 있어, CPU를 비롯한 자동차용 전자기술을 우주에서 사용하기 위해 데이터를 취득할 수 있었다.


○ 전개 라지에이터 (CPDR)
라지에이터 전개 전과 전개 후 CPL (모세관현상에 기초한 펌프)의 평가 및 열 수송등 실험데이터를 취득했다. 플랜지 볼트에 의한 라지에이터 전개를 시행했다. 그 후 민생부품이 내방사선 평가 및 라지에이터 전개에 사용한 플랜지 볼트의 궤도상 수명 평가를 실시했다.

○ 우주용 2주파 GPS 수신기 (DFSG)
GPS 2주파 신호의 서치 포착 결과의 평가에 의해 목적으로 하는 2주파 GPS신호의 관측에 의한 전리층 지연양의 오차 보정이 가능한 것이 확인되고, 항법 결과에 기초한 궤도결정 결과도 양호하였다. 이것에 의해 2주파 GPS 수신기로서의 기능성능을 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 더욱이 GPS 신호처리용에 탑재된 민생부품에 관해서도 궤도상의 방사선 환경하에서의 열화량이 미소하여 충분한 내성이 있다는 것이 확인되고 고성능 우주용 GPS 수신기로서 실용화 전망을 얻었다.


○ 고성능 저비용 관성 기준장치 (AIRU)
계획대로 실험을 완료. 더욱이 당초 계획에 추가하여 장시간 연속 동작 실험 (최장 1개월)을 실시. 기기로서는 정상으로 동작하고 민생부품을 사용한 고성능 저비용 관성 기준장치의 전망을 얻을 수 있었다.


○ 선진적 STAR SENSOR SYSTEM (AS3)
민생용 CCD 사용의 star sensor bed 단체시험, 민생용 CPU 연속 동작 시험의 실시, 정상적인 화상 dump 취득에 의한 촬상 데이터의 경년 변화, 온도 의존성 평가, SAA 상공에서의 촬상특성 평가등을 실시하고,
자세결정 및 자세제어에 사용 가능한 것을 검증할 수 있었다. 이 방식에 의한 자세제어계는 SERVIS-1호에서의 실험을 거쳐, SERVIS-2호에 버스 시스템으로서 채용되게 되었다.


2.2 운용방침의 재수정
REV 귀환회수 후 이른 바, 후기 정상운용 기간의 운용은 이미 전기 정상운용에서 실증완료된 방법을 계속하였지만, 몇 가지 개선을 시행 「사람에게 우수한 운용」을 지향하였다. USERS의 가시 패턴은 3~4일당 1.5~2시간정도 전도하여 이동하고, 그것과 아울러 운용시간대도 빨라져 간다. 이 근무형태는 예상 이상으로 운용자에게 부담을 강요한다는 것을 알았다. 그 때문에 종래의 후기 정상운용은 국내 가시중심이라고 하는 방침을 변경하고, 똑같이 우주항공연구개발기구 (JAXA)의 해외국도 사용가능하도록 하여, 2004년 5월 29일 이후는 주간근무대에만 운용으로 운용형태를 변경하였다. 즉 사용하는 지구국에 관해서는 해외국을 포함해 주간근무대에 존재할 가시 중에서 운용에 적합한 가시를 선택하도록 하였다.


2.3 MTV 화상
USERS SEM에는 주로 REM 분리 및 CPDR 라지에이터 전개 상황의 확인을 위해서 모니터 TV (MTV)를 탑재하고 있기 때문에 그 기능을 활용하기 위해서 지구촬상을 실시하였다. 지금까지 화상은 USEF 홈페이지에 공개되어 있다. 그림4는 2004년 7월 22일 MTV 화상이다. 고도 약570km 알제리아 상공부근에서 지구를 촬상한 것으로 리비아 북부 해안선을 포착하고 있다.


3. SEM 운용정지처치

USERS SEM은 다른 일본위성과 똑같이 분리 볼트등 비산방지등의 먼지 방지책은 채용하고 있지만 스스로를 적극적으로 처치하는 설계는 채용하고 있지 않다. 하지만 궤도변경 능력을 가진 추진기와 잔추추진제량
에서 결과적으로 궤도 강하 등 어느정도 처치가 가능한 상황이었기 때문에 가능한 범위에서 「스페이스 데브리 방지 가이드라인」을 참고한 처치를 실시하기로 하였다.

기본방침으로서 처치를 하는 기간은 1개월로 가능한 범위에 실험 데이터도 취득하고, 고도를 470km 이하 (최장 25년 이내에 자연낙하해 재돌입하는 고도)까지 궤도 고도를 낮추어 추진제를 가능한 범위에서 폐기하기로 하였다. 그리고 2005년 2월 이후, 이하의 SEM 운용정지 조치운용을 실시하였다.

1) 궤도 제어 (2, 4, 12일)를 시행 약 465km로 강하
2) 추진제 폐기를 위해 면외제어 (21일)를 실시. 일부 계측 실험을 실시 (9~11, 17~20일)
3) 안전화 처치 및 송신기 OFF command 송신 (25일), 확인 (3월 10, 11일)을 실시하였다. 위성에서 보내어진 USERS, SEM은 정파후 자연낙하 중에는 북미 항공우주방위사령부 (NORAD)에서 궤도 데이터 모니터
실시, 재돌입 직전에는 낙하 예측 계산을 시행, 낙하 정보를 공개할 예정이다.

USERS SEM의 운용종료시에는 태양방향 축 주변에 1deg/sec에 회전하는 안정된 자세 모드로 궤도 고도는 약 464km였다.


4. USERS 프로젝트 성과

우선 처음으로 일본 독자의 무인 우주실험 · 회수 시스템을 완성할 수가 있었다. 실험운용의 유연성 있는 우주실험 시스템의 실현, 장기에 걸친 양호한 미소중력 환경의 달성, 그리고 궤도상에서 귀환 · 회수 기술을 확립하였다.

다음으로, 초전도재료제조실험의 성과를 거둘 수 있었다. 새로운 bulk 材 제조 프로세스 지견을 얻을 수 있었고, 지상에서의 대형 bulk 제조기술의 혁신이 실현된 것이다. 또한 실험장치 개발에서는 복수 가스 분위기의 분압 제어 기술의 확립, 3차원 온도 균배 우주용 전기등의 실현, 초대형 시료의 취급을 가능하게 하는 등, 우주에서의 실험기술을 확대하여, 과학분야에서 제품에서 프로덕트 분야로의 우주 이용의 길을 열었다.

3번째로 우주의 저비용화로 이어지는 성과가 있었다. 통합화 우주기제어계 (ISC)의 표준 버스 방식의 개념의 유효성 실증 및 민생품 및 기술의 실증 데이터를 얻을 수가 있는 우주의 저비용화에 공헌할 수가 있었다.