折り紙にヒントを得た小型衛星用アンテナ技術

興味深いことに、彼らのデザインは「折り紙」という日本の芸術、特に空間マッピングと呼ばれる分野の数学に触発されており、折り畳み式の展開可能なアンテナに最適な形状を決定することができた。

折り紙にヒントを得た小型衛星用アンテナ技術

韓国と米国の科学者たちは、6G通信のような最先端の通信システムを使用したCubeSatの超小型衛星で使用するための新しいアンテナ設計を、真新しい研究で明らかにした。研究者たちは、折り紙理論、機械力学、アンテナアレイの原理に基づいた理論的知識を用いて、CubeSat用の小型軽量で再構成可能なアンテナを、選択した運用モードに応じて構築した。これは、衛星通信の新時代の幕開けとなる可能性を秘めている。

現代の通信システムは、衛星を使って世界中の信号を迅速かつ確実に中継し、世界中にメッセージを送ったり、テレビの生放送を見たり、最近ではキッチンのテーブルから世界中のパートナーと電話会議をしたりすることができる。

通信衛星は、高周波の電波を利用してデータを送信する。アンテナは、送信機からの電流を電波に変換し、受信機とペアになった場合はその逆を行う双方向のインターフェースとして機能する。このように、アンテナは衛星や地上の受信機がなければ実質的に役に立たない重要な機器だ。しかし、衛星の設計や性能が進歩したとはいえ、6Gなどの次世代通信では、アンテナ技術は依然として制約要因となっている。エンジニアは、コストや性能に妥協することなく、超小型衛星用のアンテナを小型化しようと奮闘している。

例えば、CubeSatsのような超小型衛星は、10cm3の立方体のように小さくすることができるが、打ち上げや飛行中にその中に収納できるほど小さい通信アンテナを製造するのは、高価で技術的にも困難だ。「CubeSatシステム用に報告されている高性能アンテナの多くは、展開可能、折りたたみ可能、またはインフレータブルである」と、韓国の釜山国立大学のSangkil Kim博士は説明している。

最近、Kim博士と釜山国立大学と米国アラバマ大学の同僚は、低地球軌道(LEO)で使用されるCubeSat用の新しい展開可能なアンテナを開発した。興味深いことに、彼らのデザインは「折り紙」という日本の芸術、特に空間マッピングと呼ばれる分野の数学に触発されており、折り畳み式の展開可能なアンテナに最適な形状を決定することができた。紙に書いた設計図をもとに、アンテナの製造とテストを開始した。

折り畳んだときの寸法は32.5mm3、重さはわずか5gという驚くべき大きさで、試作アンテナはキューブサットにぴったりと収まった。研究者たちは、安価な材料を使ってアンテナの大部分を作り、特殊な接合部を使って四角い板を立方体に折りたたんで、打ち上げや飛行中に簡単に収納できるようにした。軌道に乗れば、アンテナはキューブサットの外側に展開され、データの受信と送信の準備が整う。

超小型・超小型衛星通信用の小型・軽量・低コストで展開可能なアンテナを、学際的チームが開発した. Source: Pusan National University.

Kim教授と彼のチームはさらに一歩進んで、衛星が互いに通信する必要があるか、地球と通信する必要があるかに応じて、異なる展開モードを設定した。「アンテナの体積、放射パターン、偏光は、必要な動作モードに応じて再構成可能だ」とKim博士は説明する。この構成により、研究者たちは、通信の種類に応じてアンテナの性能を最適化することができた。

このような有望な結果が得られたことで、研究者たちは、今回の試作品の設計が、将来の超小型衛星アンテナ技術の展開可能な設計を刺激し、6Gのような次世代通信システムへの道を開くことを期待している。今回の試作品は、将来の超小型衛星のコストを削減し、全体的な性能を向上させるだけでなく、静止軌道上の大型衛星や地球上の他の通信プラットフォームへのスケールアップも可能だ。

参考文献

“Origami-Inspired Radiation Pattern and Shape Reconfigurable Dipole Array Antenna at C-band for CubeSat Applications” by Myeongha Hwang, Gyoungdeuk Kim, Sangkil Kim and Nathan Seongheon Jeong, 20 October 2020, IEEE Transactions on Antennas and Propagation. DOI: 10.1109/TAP.2020.3030908

※本稿は釜山国立大学の発表を基にしています。

Photo by SpaceX on Unsplash

Special thanks to supporters !

Shogo Otani, 林祐輔, 鈴木卓也, Mayumi Nakamura, Kinoco, Masatoshi Yokota, Yohei Onishi, Tomochika Hara, 秋元 善次, Satoshi Takeda, Ken Manabe, Yasuhiro Hatabe, 4383, lostworld, ogawaa1218, txpyr12, shimon8470, tokyo_h, kkawakami, nakamatchy, wslash, TS, ikebukurou, 太郎.

月額制サポーター

Axionは吉田が2年無給で、1年が高校生アルバイトの賃金で進めている「慈善活動」です。有料購読型アプリへと成長するプランがあります。コーヒー代のご支援をお願いします。個人で投資を検討の方はTwitter(@taxiyoshida)までご連絡ください。

デジタル経済メディアAxionを支援しよう
Axionはテクノロジー×経済の最先端情報を提供する次世代メディアです。経験豊富なプロによる徹底的な調査と分析によって信頼度の高い情報を提供しています。投資家、金融業界人、スタートアップ関係者、テクノロジー企業にお勤めの方、政策立案者が主要読者。運営の持続可能性を担保するため支援を募っています。
Patreon
Patreon is a membership platform that makes it easy for artists and creators to get paid. Join over 200,000 creators earning salaries from over 6 million monthly patrons.

投げ銭

投げ銭はこちらから。金額を入力してお好きな額をサポートしてください。

https://paypal.me/axionyoshi?locale.x=ja_JP

Read more

新たなスエズ危機に直面する米海軍[英エコノミスト]

新たなスエズ危機に直面する米海軍[英エコノミスト]

世界が繁栄するためには、船が港に到着しなければならない。マラッカ海峡やパナマ運河のような狭い航路を通過するとき、船舶は最も脆弱になる。そのため、スエズ運河への唯一の南側航路である紅海で最近急増している船舶への攻撃は、世界貿易にとって重大な脅威となっている。イランに支援されたイエメンの過激派フーシ派は、表向きはパレスチナ人を支援するために、35カ国以上につながる船舶に向けて100機以上の無人機やミサイルを発射した。彼らのキャンペーンは、黒海から南シナ海まですでに危険にさらされている航行の自由の原則に対する冒涜である。アメリカとその同盟国は、中東での紛争をエスカレートさせることなく、この問題にしっかりと対処しなければならない。 世界のコンテナ輸送量の20%、海上貿易の10%、海上ガスと石油の8~10%が紅海とスエズルートを通過している。数週間の騒乱の後、世界の5大コンテナ船会社のうち4社が紅海とスエズ航路の航海を停止し、BPは石油の出荷を一時停止した。十分な供給があるため、エネルギー価格への影響は軽微である。しかし、コンテナ会社の株価は、投資家が輸送能力の縮小を予想している

By エコノミスト(英国)
新型ジェットエンジンが超音速飛行を復活させる可能性[英エコノミスト]

新型ジェットエンジンが超音速飛行を復活させる可能性[英エコノミスト]

1960年代以来、世界中のエンジニアが回転デトネーションエンジン(RDE)と呼ばれる新しいタイプのジェット機を研究してきたが、実験段階を超えることはなかった。世界最大のジェットエンジン製造会社のひとつであるジー・エアロスペースは最近、実用版を開発中であると発表した。今年初め、米国の国防高等研究計画局は、同じく大手航空宇宙グループであるRTX傘下のレイセオンに対し、ガンビットと呼ばれるRDEを開発するために2900万ドルの契約を結んだ。 両エンジンはミサイルの推進に使用され、ロケットや既存のジェットエンジンなど、現在の推進システムの航続距離や速度の限界を克服する。しかし、もし両社が実用化に成功すれば、超音速飛行を復活させる可能性も含め、RDEは航空分野でより幅広い役割を果たすことになるかもしれない。 中央フロリダ大学の先端航空宇宙エンジンの専門家であるカリーム・アーメッドは、RDEとは「火を制御された爆発に置き換える」ものだと説明する。専門用語で言えば、ジェットエンジンは酸素と燃料の燃焼に依存しており、これは科学者が消炎と呼ぶ亜音速の反応だからだ。それに比べてデトネーシ

By エコノミスト(英国)
ビッグテックと地政学がインターネットを作り変える[英エコノミスト]

ビッグテックと地政学がインターネットを作り変える[英エコノミスト]

今月初め、イギリス、エストニア、フィンランドの海軍がバルト海で合同演習を行った際、その目的は戦闘技術を磨くことではなかった。その代わり、海底のガスやデータのパイプラインを妨害行為から守るための訓練が行われた。今回の訓練は、10月に同海域の海底ケーブルが破損した事件を受けたものだ。フィンランド大統領のサウリ・ニーニストは、このいたずらの原因とされた中国船が海底にいかりを引きずった事故について、「意図的なのか、それとも極めて稚拙な技術の結果なのか」と疑問を呈した。 海底ケーブルはかつて、インターネットの退屈な配管と見なされていた。現在、アマゾン、グーグル、メタ、マイクロソフトといったデータ経済の巨人たちは、中国と米国の緊張が世界のデジタルインフラを分断する危険性をはらんでいるにもかかわらず、データの流れをよりコントロールすることを主張している。その結果、海底ケーブルは貴重な経済的・戦略的資産へと変貌を遂げようとしている。 海底データパイプは、大陸間インターネットトラフィックのほぼ99%を運んでいる。調査会社TeleGeographyによると、現在550本の海底ケーブルが活動

By エコノミスト(英国)