第53回宇宙科学技術連合講演会原稿見本

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1 STCP-23-3 イプシロンロケット試験機の自動 自律点検総括 広瀬健一, 由井剛 ( 宇宙航空研究開発機構 ) 洞谷真治, 野原勝 ( IHI エアロスペース ) 小原秀雄 ( IHI エアロスペースエンジニアリング ) Automatic and Autonomous Checkout System of the Epsilon Rocket Kenichi Hirose and Takeshi Yui (JAXA) Sinji Horatani and Masaru Nohara (IHI Aerospace) Hideo Obara (IHI Aerospace Engineering) Key Words: Epsilon Rocket, Launch Operations, GSE, Facilities, Autonomous Checkout System Abstract Epsilon Rocket Project Team aims to be able to conduct efficient checkouts, This paper introduces design progress of our processing plans of the launch vehicle. They includes operational features such as Automatic/Autonomous checkout system.. はじめに イプシロンロケットで目指すコンパクト ( 少人数 短時間で実行可能 ) な点検 整備 打上げを可能に する 自動 自律点検システム 火工品回路点検に ついて説明する 2. 基本要求 点検システムの開発にあたり 以下のとおり基本 要求を定めた 段射座据付から打上げ翌日まで 7 日 5 人日 自動 自律点検を実現する設備とすること 発射管制設備はモバイル化に対応可能なこと 3. 機体点検概要 イプシロンロケットが目指す高い運用性を実現す るため ロケット機体の射場搬入後に実施する各段 電気系点検 全段電気系点検 火工品回路点検等で 使用する地上設備である発射管制設備 (LCS) 小 型火工品回路点検装置 (MOC) と機体搭載機器で ある即応運用支援装置 (ROSE) とで適切な機能 配分を行い効率的な機体点検作業を可能とする 図 を参照 LCS ROSE OBC+FSW ROMモニタ制御指令 ( ディスクリート ) スイッチボックス 機体制御装置 スイッチボックス ROSE 制御指令 -タイマ制御指令 - 搭載機器制御指令 OBC 制御指令 ROSEステータス OBCステータス 基本テレメトリデータ 搭載機器ステータス SAD/RSADステータス 安全化指令 ( ディスクリート ) 火工品点火バスアーム制御 (PSDB) MOC 制御指令 - 計測モード制御指令 - 計測開始 / 停止指令 計測データ /MOC ステータス SAD/RSAD 駆動指令 ( ディスクリート ) セーフ / アームコマンド ROSE-M RS422 通信 搭載機器ステータス SAD/RSADステータス ROSE-S ()~(3) 電力供給設備 ROM モニタコマンド ( シリアル :25kbps) *) タイマ停止信号 ( ディスクリート ) タイマ ON 信号 ( ディスクリート ) OBC 制御指令 ( シリアル :25kbps) *) OBC ステータス ( シリアル :25kbps) *) PCM 信号 (3.72kbps) 基本テレメトリデータ 搭載機器制御指令 ( ディスクリート ) 電力系機器制御コマンド 運用( 点検 ) 支援コマンド 安全化指令 ( ディスクリート ) 火工品点火バスアーム制御(PSDB) 早期分離破壊イネーブル制御(FSCB) MOC 搭載機器ステータス 電力系機器ステータス 搭載機器温度モニタ 電池電圧モニタ SAD/RSADステータス セーフ / アームステータス SAD/RSAD 駆動 ( 電力 ) セーフ駆動 / アーム駆動 火工品点火ライン 火工品点火ライン ROM モニタ 搭載機器 PSDB FSCB BATT RG-PKG RCS EAC HIU2 SAD/RSAD 図 イプシロンロケット運用 点検機能配分 FSW 計測通信制御部 搭載機器および機器構造 火工品回路インタフェースコネクタ (FS コネクタ ) 分離模擬回路インタフェースコネクタ ( アクセス可能な位置に設置 ) 電池充放電機能 即応型運用支援装置 (ROSE) 電力電装系制御機能 ( 電力系機器制御 ) ステータスモニタ機能 ( 電力系機器ステータスモニタ ) OBC 中継機能 機体モニタ情報 ( 基本テレメータ ) 地上中継機能 OBC タイマスタート機能 カウントダウン時 機体モニタ情報の監視 / 異常判断機能 緊急停止機能 点検機能 ( 電池セル電圧モニタ機能 ) 小型火工品回路点検援装置 (MOC) 点検機能 ( 火工品回路点検機能 リフトオフ / 分離模擬機能 ) 発射管制設備 (LCS) カウントダウン運用機能 緊急停止 / 安全化処置機能 機体チェックアウト / 打上準備運用機能 後方支援系インタフェース機能 DOL 作業支援インタフェース機能 指令管制系インタフェース機能 射場系情報システムインタフェース機能 データ管理機能 モニタ表示機能 自律評価機能 セキュリティ機能

2 4. 発射管制設備 (LCS) について発射管制設備はイプシロンロケットを射場より打上げるにあたり 点検並びに打上げ準備作業に使用する地上設備であり 機体に搭載される即応運用支援装置 (ROSE) を介して機体の制御 監視を行う イプシロンロケットの運用性向上 ( 簡素化 / 効率化を実現すべく 発射管制運用 / 点検運用の自動化 自律化機能を有する設備である 主な機能を以下に示す カウントダウン運用機能 緊急停止 / 安全化処置機能 機体チェックアウト / 打上げ準備運用機能 自律評価機能図 2に設備構成を示す 4. 自動 自律点検システムイプシロンロケットの目指す高い運用性を実現するために 主に人手に頼ることの多かった機体点検を LCSにおいて自動的に実施する これにより期待できる効果を示す 自動 自律化による点検時間の短縮 オペレータ人員の削減 自動 自律化による人為ミス排除の伴う信頼性向上 自動 自律化による専門技術支援者の削減 4.. 自動 自律点検の概要 自動 自律点検システムは地上設備である LCS と 機体搭載機器である即応運用支援装置 (ROSE) と の機能配分により発揮される機能であり 以下に示す 機能を有している 自動点検 点検手順の実行 機体データの閾値判定 点検記録 自律点検 動的アナログデータのトレンド評価 故障部位の特定 対処の提案 4.2 自動点検機能 ロケット機体の点検作業は人工衛星の多様なミッ ションに応じたロケット機体形態により変更が必要 となる これをソフトウェア化して変更管理を行い品質を 維持していくことは厳しいコンフィギュレーション 変更管理 検証作業において多くの手間を要すること から 作業手順をソフトウェア プログラムとはせず に 階層型データベースの構築によって体系的に管理 することとした ロケット機体形態による機体情報 ( コマンド情報 モニタ情報等 ) 点検手順をデータベース化し自動実 行可能な作業手順書 ( プロシジャ ) を構築することに より プロシジャを順次読込み / 実行することで点検 を自動化することとしている 図 3 に自動点検機能に係る主な機能を示す モニタキーボードマウス電源設備 機体制御用表示端末 J5 J3-3 J3-4 J3- J3-2 J3-2 P32 J32 後方支援系システムラック J3- 電源設備 P2 P2 マウス J2 J2 キーボード LCDR 用スイッチボックス モニタ J22 P22 J23 P23 P8 P82 P83 P8 P82 P83 P82 P822 P85 P86 P87 P88 P85 P86 P87 P88 P823 P824 信号変換器 中継箱 TNSC 射場系 USC 宮原射場系ペイロード系気象系 電源設備モニタキーボードマウス 機体制御用表示端末 P6 P6 J5 J6 J62 サーバ系システムラック J6- 管制室 L2 スイッチ JAXA 殿ネットワーク JAXA 殿ネットワーク P J J3 P55 J55 管制系システムラック J2 J4- J32 J3 J2- J2-2 J2-4 J2-5 J2-6 J2-7 J2-8 J2-4 J2-3 J2- J2-2 J22- J22-2 J6- J6-2 J6-7 J6-8 J5 J52 J53 J54 J4-2 J4-2 J4- P32 J33 P33 J3 J- P J-2 P J4 P4 P26 J26 J5 P5 P262 J262 J56 P56 P28 J28 J57 P57 P282 J282 J58 P58 P283 J283 機体制御用スイッチボックス J27- J27-2 J27-3 J27-4 J27-5 J27-6 J27-7 J27-8 J27-9 J27- J27- J27-2 J27-3 J27-4 J27-5 J27-6 J27-33 J27-34 J27-35 光成端箱 光成端箱 電気系射場点検取扱設備 電源設備 GPS アンテナ マウス キーボード モニタ 電源設備 図 2 LCS 設備構成

3 () イベントステータスチェック (a) ステータスが変化しないディスクリートデータについて 規定値であることを判定する 異常検出 異常値 ステータスが変化した場合 正常値異常を検出する (b) イベントに応じて変化するディスクリートデータについて イベント変化に応じた規定値であることを判定する また ディスクリートデータの扱いとして BIT 毎 WORD 毎が選択可能 ( 判定終了時刻 ) T2 ( 判定開始時刻 ) ( 判定開始時刻 ) T T2 イベント発生後 異常値 正常値 < 参考 : 正常時 > イベント発生によりステータスが変化し 正常値 異常値発生前後は変化なし 異常検出 ( 判定終了時刻 ) T22 異常検出 2 異常検出 3 左図 ~3 の場合 異常を検出する イベント発生前にステータスが変化 2 イベント発生後にステータスが変化していない 3 イベント発生後に再度ステータスが変化 この範囲内でイベントによるステータス変化が発生する (2) イベントアナログチェック (a) 値が変化しないアナログデータについて アナログ値が規定しきい値内 ( 下限値 ~ 上限値内 ) であることを判定する 異常検出 数値は例 各項目ごとに上限 / 下限値を設定する 上限値 下限値 正常範囲 データが正常範囲を逸脱した場合 異常を検出する (b) イベントに応じて変化するアナログデータについて イベント変化に応じた規定値であることを判定する 異常検出 2 異常検出 4 上限値 3 上限値 2 変化後正常範囲 上限値 変化前正常範囲下限値 下限値 2 異常検出 3 下限値 3 正常範囲を逸脱した場合 異常を検出する イベントに応じ 判定の上限 / 下限値を変化させる 異常検出 正常範囲は イベントに応じ変化し判断する (3) 平均データチェック地上点火イベント項目の圧力計測データ等について 移動平均を算出し パラメータ値による設定時間内において 規定値であること確認する 例 平均データチェック イベントアナログチェックを組み合わせた場合 圧力 しきい値判定平均データ算出 ( 上限 / 下限 ) 平均データチェック上限値 2 平均化処理したデータは アナログチェックと同様のしきい値判定を行う 平均データチェック上限値 平均データチェック下限値 下限値 2 変化開始前上限値 正常範囲下限値 時刻 イベント (SMSJ 点火 ) 図 3 発射管制設備機体監視判定機能

4 4.3 自律点検機能 自律点検機能に係る機能ブロック図を図 4 に示す 利用者 2 パラメータ変換条件 MT システムによる評価のために行うパラ メータ変換 ( 特徴抽出 ) の条件 機体制御装置点検手順実行動的アナログデータ評価実行命令評価結果受信 評価条件パターン 評価条件パターン 評価結果 ( 図 ) 評価結果 アプリケーションサーバ MT 評価機能 評価条件情報 正常パターンファイル (No. ) 評価条件要求 評価条件情報 (No.2/No.3 ) ストレージサーバデータベース自律機能 DB 計測結果 DB 評価結果 MT 算出機能 評価対象ログ情報 : 事後解析時のデータの流れ : 自動評価時のデータの流れ 動的アナログデータ評価プログラム 表 の No. に対応 図 4 自律点検機能ブロック図 動的アナログデータのトレンド評価各サブシステムの専門技術者によるデータレビュー作業を簡素化することを目的として 一部ソフトウェアがモニタデータのトレンド評価を行うシステムを構築した これは過去に取得した良好な波形データを正常データと定めデータベース化し 評価対象波形と正常データ ( 基準波形 ) をパターン認識技術 ( マハラノビス タグチシステム :MT システム ) で照合するものである パターン認識の結果 評価対象波形が 正常であるか 何らかの異常が発生しているか をLCSにおいて技術評価する 本機能の処理概要を示す MT システムに必要な情報 正常パターンデータ評価対象データの過去の正常データのうち 特徴的な変動を示す箇所を選択し正常パターンとして定義する 図 5の 部 図 5 動的アナログデータ処理概要 評価条件の設定項目 評価条件の設定フロー

5 故障部位の特定 対処方法の提案ロケットシステム サブシステム コンポーネント毎にFTA/FMEAを展開し 起こりうる故障モードを選出し それらの故障が発生した際にデータ異常となるモニタ項目を整理しデータベース化する 点検作業で何らかのデータ異常を検知した場合 異常モニタ項目の発生状況 ( 発生パターン ) をデータベースに照合し 異常モニタ発生パターンが機器に対してユニークな場合は 故障発生部位が機器レベルで特定可能となる 異常モニタ発生パターンが機器に対してユニークでない場合は機器レベルでの故障分離はできないが 故障部位を切り分けるためのトラブルシュート手順を事前に登録しておくことで 即座にトラブルシュート候補を自動点検システムにより提案し早期のトラブルシュートを可能としている 図 6に故障識別 / トラブルシュート手順抽出に係る処理概要を示す 5. 小型火工品回路点検装置 (MOC) について小型火工品回路点検装置では 機体に艤装された点火回路及び火工品の健全性を確認するための設備であり ROSE 及びLCSと組み合わせて使用することにより点検作業の効率化を図る 図 7に火工品回路点検機能ブロック図を示す ソフトウェア導通絶縁 LCSからの指令により 火測定回路工品回路点検項目を各種実施ストレイ 点検結果をLCSへ送出電圧測定搭載機器回路マトリクス火工品点火ライン (PSDB/FSCB) 実負荷回路電流測定回路 LCS Ethernet 無負荷 HUB Ethernet Ethernet I/F 電流測定回路 ROSE-M 導通絶縁測定回路マトリクス火工品点火ライン火工品回路静電放電回路 MOC 図 7 火工品回路点検機能ブロック図また イプシロンロケットでは 小型火工品回路点検装置 (MOC) を機体に搭載することにより 火工品回路点検のためのフックアップケーブルの接続を簡素化し点検作業の効率化 ( 期間短縮 ) を図っている なお MOCはフライト前に取り外すこととしており 繰り返し使用が可能となっている 図 6 故障識別 / トラブルシュート手順抽出に係る処理概要図

6 6. まとめイプシロンロケット試験機の打ち上げにあたり LCS MOCと機体搭載機器を組み合わせて射場作業を実施してきた なお LCSの自律点検システムの構築のためには 正常データ ( 基準波形等 ) の蓄積が必要であり試験機での射場作業においてはデータ取得に努めた 今後の打ち上げにおいては 試験機での実績を踏まえ本機能の活用を図ることとしたい また 自動点検システム及びMOCを用いた火工品回路点検においては 射場作業の効率化の目途がたったものと思っている 今後も イプシロンロケットの打上げ実績を重ねられるよう確実な打ち上げ成功を目指すとともに設備の開発を継続する 参考文献 ) 広瀬, 由井, 洞谷, 野原, 小原 : イプシロンロケット試験機の自動 自律点検総括第 57 回宇宙科学連合講演会, 論文番号 Z4, 23 2) 広瀬, 由井, 米, 野原, 小原 : イプシロンロケットの自動 自律点検システム第 56 回宇宙科学連合講演会, 論文番号 B9, 22 3) 由井, 北井, 野原, 小原 : イプシロンロケットの運用と射場設備の開発状況, 第 55 回宇宙科学技術連合講演会, 論文番号 2E6,2 4) 由井, 前原, 久保田, 北井, 野原 : イプシロンロケットの運用と射場設備, 第 54 回宇宙科学技術連合講演会, 論文番号 F5,2 5) 田村, 井上, 森田, 大塚, 野原, 加藤, 佐賀 : 次期固体ロケット自律点検システムの開発計画, 第 53 回宇宙科学技術連合講演会, 論文番号 B5,29 6) 森田, 田村, 佐賀, 大塚, 野原, 加藤 : 搭載機器点検の自律化, 第 52 回宇宙科学技術連合講演会, 論文番号 J5,28

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