鳥取砂丘ってどんなところ?

鳥取砂丘は、南北2.4km、東西16kmもの広さを持つ日本有数の砂丘である。標高47mの砂丘列「馬の背」など見所が多く、観光地としても有名だ。観光の中心は東側のエリアなのだが、HAKUTOのフィールド試験が行われたのは反対の西側。こちら側は観光客も少なく、落ち着いた環境で試験を実施することができた。

フィールド試験が行われた鳥取砂丘。初日は晴れていたが…

今回のフィールド試験は、HAKUTOと鳥取県の連携協力により実現した。初日の試験の合間には、平井伸治・鳥取県知事が現地を視察。応対した袴田武史・HAKUTO代表に次々と質問を浴びせるなど、HAKUTOのプロジェクトにかなり興味を持っている様子だった。

平井知事は現場を見て、「未来を感じた。月に近い環境ということで鳥取砂丘を選んでもらったが、この雄大な砂の世界が、こういった試験に役立つとは思っていなかった」とコメント。「これからも地域を挙げて応援していきたい」とエールを送ると、袴田代表も「ここで再び試験ができれば嬉しい」と応えていた。

視察に訪れた平井伸治・鳥取県知事と、袴田武史・HAKUTO代表

HAKUTOチームが今回、鳥取砂丘で予定していたのは、「カメラ」「通信」「運用」という3項目の試験である。これらの試験の概要については、前回のレポートで紹介しているので、本記事を読む前に、そちらも参照してほしい。

オートとマニュアル、どちらが良い?

まず初日に行われたのはカメラ試験だ。フィールドに障害物を置いて、プリフライトモデル3(PFM3)で走行。可視光カメラと赤外線距離センサーからどう見えるかを確認した。カメラ試験は日中も行われたのだが、今回のメインは夜間の試験である。強力なライトで太陽光を模擬し、より月面に近い光環境の中でどうなるかが注目ポイントだ。

日中のカメラ試験。手前にある障害物は発泡スチロール製

夜間のカメラ試験。まさに月面のような雰囲気になっている

以前米国で同様の試験を行った際、可視光カメラの露光時間、つまり画像・映像の明るさを自動調整させていたのだが、今回の試験ではマニュアル制御をテスト。自動調整では、見たい障害物を見やすい状態に保持したり、画像を地球に送ったりする際のデータ量に無駄が生じるためだ。ローバーの位置や向きを変え、様々な光の当たり方で試したところ、マニュアル運用でも実用に耐えることが分かったという。

可視光カメラで取得した画像。露光時間はマニュアルで調整した

赤外線距離センサーについても、パラメータを調整しながら、データを確認。障害物も正確に検知できており、問題は無かったようだ。また3日目の夜間に追加で実施したテストでは、赤外線フィルターの使用も試したという。実際にフライトモデル(FM)に搭載するかどうかは未定だが、ノイズを低減する効果が高ければ、搭載する可能性もありそうだ。

赤外線距離センサーからのデータ。奥にある大きな障害物が可視化されている

コブを乗り越えても通信できる?

通信試験では、フライトモデル(FM)のモックアップを使用。ランダーと同じ高さ(150cm)のところにルーターを設置しておいて、ローバーを移動させたときの電波強度の変化を調べた。なお、フライトモデルで実際に使用する通信機は出力が大きく、国内では法的に使えない。今回の試験で使用したルーターはFMに搭載する通信機よりも出力が弱いので、何mまで通信できたかという数字自体にはあまり意味は無い。あくまでも電波の特性を調べるのが目的だ。

当初、通信試験は2日目の日中に行う予定だったのだが、この日は朝からの降雨が予想されていたため、急遽、前倒しで初日の夜間に実施。時間が短い上、暗くて作業効率が悪いという問題もあり、最低限の内容にせざるを得なかったものの、とりあえず実際の砂丘の地形を利用した計測を行うことができた。

まずは10mの位置から計測。ここから徐々に遠ざけていった

翌日の通信試験は結局、雨のため中止になったのだが、この日はHAKUTOに協力しているKDDI総合研究所の技術者3名が現地を訪れており、朝からミーティングを開催。前日に取得したデータを検討し、今後の試験方法等について話し合った。また砂丘の視察も行い、どこで試験を行えば厳しい月面環境を模擬したデータが得られるか、試験場所の選定も行われた。

そのため、アンテナ位置を20cm高くして、予備日だった4日目に再度試験を実施。小さなコブ状の地形を利用して、それを乗り越えたときの電波強度の変化を計測した。月面で目の前に障害物がある際に、乗り越えても大丈夫か、迂回して別経路にすべきかどうか、などの運用方針に反映する。またアンテナを高くすると同時に、2本のアンテナの間隔を広げる変更も行った。このようにすることで、2本同時に通信状況が悪くなることを避けやすくなるという。

アンテナ位置を20cm上げて、配置も対角線の場所に変更している

小さなコブを利用。この位置だとローバーのアンテナが見えない

実は電波の強さは一定ではなく、電波と電波の谷を生むフェージングの影響で数十cm動くだけで大きく変動することがある。FMのモックアップは走行機能がないため、試験開始当初はHAKUTOメンバーが手で持って運んで10m程度間隔の定点測定を行っていたのだが、これだとフェージングの影響を十分評価できない。そこで、KDDI総合研究所のアドバイスにより、現地で急遽ソリを製作することに。ソリの上にモックアップを乗せ、引っ張りながら計測することで、連続したデータを得られるようになった。

月面でローバーを運用するには、安定した通信が欠かせないため、HAKUTOにはKDDI総合研究所が技術協力を行っている。KDDI総合研究所にとっても月面は未知の領域であるが、基地局(ランダー)と移動体(ローバー)という構成自体は携帯電話システムと同じ。これまで培ってきた知見を生かして、アンテナの設計や試験プランの策定など、さまざまな助言を行ってきた。

しかし、通信技術のプロフェッショナル集団であるKDDI総合研究所とはいえ、「我々が普段考慮しているのは、人が携帯電話を持って使う位置、いわゆる頭の高さなので、こんなにアンテナ位置が低いのは想定外の領域」(リーダーの岸洋司氏)だったという。電波の反射も月面上と地球上では大きく違い、なかなか一筋縄ではいかないようだ。

KDDI総合研究所の本間寛明氏、岸洋司氏、中野雅之氏(写真左から)

月面探査は、KDDI総合研究所にとっても大きなチャレンジである。技術的な難易度は高く、解決すべき課題もあるが、岸氏は「HAKUTOチームは、様々な専門分野を持つ技術者が集まり、高いレベルで融合している。そこに参加させてもらっているので、我々も技術者としてすごくやりがいがある」と、表情はあくまで明るい。

もちろん、auが月面で通信サービスを開始するわけではなく、基本的には”技術チャレンジ”の側面が強いものの、「今までは基本的に、人が使うことを前提にサービスを提供してきたが、今後はIoTが普及し、ロボットや自動車による通信も増えてくるだろう」と岸氏。それを見据えた技術開発としても意味があるということだった。

プロの目でローバーの運用をチェック!

天候が回復してきたため、運用試験は当初の予定通り、3日目の夜間に実施することができた。月面での見え方に近づけるために、初日のカメラ試験に引き続き、太陽光を模擬するライトを使用。またローバーを目視で操作できないよう、地上局テントのPCは砂丘とは反対向きに設置されていた。

運用試験のコース。ローバーの前には、所々に障害物が置かれている

この運用試験は、事前に準備した運用手順でローバーを動かしてみて、問題を洗い出すことが目的だった。そのため、当日は外部の専門家にも立ち会ってもらい、実際の運用作業を全てチェック。今後、専門家からのアドバイスをフィードバックし、運用手順の完成度を高めていく予定だ。

今回のフィールド試験の実施担当者だったHAKUTOチームの田中利樹氏は、「雨で時間は限られてしまったものの、重要な部分についてはほぼデータが取れて、ほっとしている」とコメント。詳しい解析についてはこれからとなるが、まずは無事にフィールド試験を終えて、一安心といったところだろう。

HAKUTOチームの田中利樹氏(右)。実施担当者として試験の指揮を執った

現地では、連日のように夜遅くまで試験が続き、メンバーには疲労もたまっているだろう。鳥取砂丘に来るまでの準備作業も大変だったはずだ。打ち上げまで、まだまだ先は長い。今回の試験で様々な課題は出ただろうが、まずは少し休んで、それからミッション実現に向けて、このタフな挑戦を再開してもらいたいと思う。