Download 芸術衛星用ミッションOBCモジュールの性能試験

isas12-sbs-005
芸術衛星用ミッション OBC モジュールの性能試験
久保田 晃弘∗ 田中利樹† 中澤賢人‡
2012 年 10 月 16 日
概要
とを主目的とした専用 (芸術) 衛星の打ち上げ」の 2 つ
の大きなテーマから構成されている。芸術衛星の開発
2014 年 2 月に H-IIA ロケットで相乗り打上げ予定の
主体を東京大学チームが担当し、衛星からのデータを
CubeSat 芸術衛星「INVADER」において、その主目
的である芸術ミッションを実行するためのミッション
OBC の性能試験と作品制作のためのデータ収集を大気
活用した作品制作や、地上局の運用やデータ配信を多
球を用いて行いたい。このミッション OBC は CubeSat
で構成され、さらに多摩美術大学では、PBL(課題解決
用のモジュールとしてだけでなく、単独でパッケージ
型授業) 科目などを通じて、衛星芸術のミッションを
化することで、汎用のテレ・クリエーション (遠隔創
美術大学の文化の中でも展開している。
造) モジュールへと発展させていく予定である。さら
2011 年 12 月、JAXA が提供する、H-IIA ロケットに相
に、大気球実験によって取得されたさまざまなデータ
乗りする小型副衛星として、ARTSAT プロジェクトが
を ARTSAT API を通じて公開することで、衛星や気
提案した世界初の芸術衛星「ARTSAT1: INVADER2 」
摩美術大学チームが担当している。両大学のチーム共
に、学部、学科や学年の枠を超えた学際的なメンバー
球からのデータを用いた芸術表現の可能性を、オープ
が選定された。INVADER は、一辺が 10cm 立方、重
ンに探求する場を提供する。
量 1.5kg の 1U CubeSat 規格の超小型衛星で、2014 年
2 月に、高度 407km の円軌道、傾斜角 65 度の太陽非
同期軌道に投入される予定である (図 1)。
1
衛星芸術プロジェクト
「ARTSAT：衛星芸術プロジェクト」は、地球を周回
する衛星を「宇宙と地上を結ぶメディア」であると捉
え、そこからインタラクティブなメディアアート作品
やサウンドアート作品など、さまざまな芸術作品の制
作を展開していくプロジェクトである1 。アートを出発
点に、広く日用品やガジェットのデザイン展開からゲー
ムやエンターテインメント活用まで、さまざまなプラ
ンを社会に提案・実践していくことを企画している。
プロジェクトは、多摩美術大学と東京大学のコラボレー
ションを軸としたチームによって進められており、
「衛
図 1 芸術衛星 INVADER
星から得られるデータを活用した (衛星) 芸術作品や関
連プロダクトのデザイン」と「芸術作品に利用するこ
∗ 多摩美術大学
美術学部 情報デザイン学科 メディア芸術コース
超小型衛星センター
‡ ほどよし超小型衛星プロジェクト
1 http://artsat.jp
† 東京大学
2 INteractive
1
Vehicle for Art and Design Experimental Research
2
INVADER のミッション OBC
芸術衛星 INVADER は、通常の CubeSat に搭載して
いる OBC に加えて、芸術ミッションを実行するため
のミッション OBC を搭載している (図 2)。
図 3 オープンソースハードウェア Arduino
ミッション OBC は、いわば地上のクリエイタの分身
(アバター) である。ミッション OBC に接続されたさ
まざまなセンサーからのデータは、表現を生成するた
めの素材であり、そこにアルゴリズミックな操作を加
えることで、アルゴリズム制作者独自の表現を生み出
すことが可能になる。
図 2 芸術衛星 INVADER のシステムダイアグラム
こうしたアプローチは、今日のジェネレーティブ・アー
ミッション OBC のボードは、Arduino という、2012
ト (生成芸術) の方法論と重なる。ジェネレーティブ・
年春の時点で 100 万セットが販売されたオープンソー
アートとは、コンピュータソフトウェアのアルゴリズ
スハードウェア互換のものとしている (図 3)。Arduino
ムや数学的/機械的/無作為的自律過程によってアルゴ
はアーティストやデザイナーのコミュニティーで、イ
リズム的に生成・合成・構築される芸術作品のことを
ンタラクティブな作品を制作するためのデファクト・
指し、70 年代のコンピュータ・アート、80 年代のイン
スタンダードのデバイスとして用いられており、その
タラクティブ・アート、90 年代のメディア・アート、
ため世界の多くの美術/デザイン系の大学で広く教育
用、作品制作用に用いられている。ミッション OBC
00 年代のソフトウエア・アートといった一連のディジ
タル・アートの流れ (歴史) 上に位置付けられる、今日
を Arduino 互換のものとすることで、衛星のミッショ
の主要な芸術形式のひとつである4 。
3
ン用プログラムの開発とそれを利用するための敷居を
本実験では、現在芸術衛星 INVADER のミッション
下げ、デザイナーやアーティスト、DIY ホビイスト等
く。2014 年 2 月の打ち上げを予定している INVADER
OBC ボードとして開発中のシステムを、スタンドア
ローンで動作するモジュールとしてパッケージ化し、
それを気球に搭載し稼動させることで、空中における
は、2012 年 10 月現在、BBM の開発が終了し EM の
ボードの機能確認と性能試験を行う。さらに、取得した
へと衛星ミッション開発者や利用者の裾野を拡げてい
開発が始められている。
データを広く一般に公開することで、宇宙からのデー
タの芸術作品への活用方法をオープンに検討し、さま
ざまなクリエイターが、データを用いた衛星芸術作品
の習作を制作することができる場を提供する。もちろ
3
計画の概要
ん衛星と気球では、その軌道や高度が違うため、直接の
代用にはならないが、逆に気球ならではの軌跡や高度
を生かした、オリジナルな表現の制作が可能になる5 。
芸術衛星 lNVADER において、宇宙環境でデータを収
集したり、自律的にアルゴリズムを実行することで、
さまざまな表現を生成することをサポートするための
4 http://ja.wikipedia.org/wiki/ジェネレーティブアート
5 それを広く「気球芸術」と呼ぶことも可能だろう。
3 http://www.arduino.cc/
2
モジュールの詳細
4
て、気圧計や GPS などを追加すると同時に、C&DH
系プログラムを気球のセンサーデータ取得に特化し、
ン OBC ボード6 の機能ブロック図を図 4、回路図を図
MORIKAWA に接続する。また、気球実験においては
モジュールを回収することが可能なため、衛星搭載機器
5 に示す。
の予行演習を行うだけでなく、取得したセンサーやボー
芸術衛星 INVADER における、現在開発中のミッショ
ドの状態をメモリーカードに記録するデータロガー機
能を付加することで、各種センサーの Raw データを回
収できるようにする。加えて、ボードに搭載した音声
DigiTalker
合成 LSI(デジトーカー) を、気球に搭載された通信装
ATP3011F4
Audio
置に接続することによるセンサーデータのリアルタイ
LSI
SPI/UART
ムモニター、および民生のアウトドア用小型カメラ7 に
Camera
AL422B
FIFO
UART
できることから得られる Raw データを解析することに
FLASH
8MB
SPI
PCA
9306
ADG709
A
るかという判断材料が得られることは、MORIKAWA
FRAM
1MB
LEDx5
Shared Memory
E2P
ROM
より、軌道上から降ろすデータ量をどうサイジングす
LED
LED
LED
LED
LED
I2C
E2P
ROM
よる撮影も試みる。通信の制約なく各種データを記録
OV7675
ATmega2560
AVR 8bit MCU
Level
Converter
HUB
B
E2P
ROM
に搭載するアルゴリズムを制作したり、衛星ミッショ
ROM/RAM
ンを考える上でも、非常に重要な資料となる。
E2P
ROM
ARTSAT プロジェクトでは、今回の大気球実験で用
いるこの MORIKAWA ボードを出発点に、汎用の衛
図 4 MORIKAWA の機能ブロック図
星 (遠隔) 芸術モジュールの開発を計画している。芸術
衛星 INVADER は、それ自体がスタンドアローン型
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
ov_cam
VDD28
1
2
3
4
4
3
GND
C432 IC420P
4
0.1u
NJM8202
GND
J412
1k
2k
2k
R425
10k
6
5
0.1u
MAIN_VDD5
GND
MEM0
MEM1
C419
などを含む日常生活のさまざまな場面、さらには海中
ロボットのような ROV 8 に、この芸術ミッションパッ
ケージを搭載することで、衛星芸術のコンセプトをよ
り広い範囲に、応用・拡張し、汎用化していくことがで
0.1u
4.7k
GND
DIGI_OUT
PWM_OUT
2
820
GND
R444
R442
10k
10k
2
R443
3
10k
GND
NJM8202
3
R416
8 RG
-V
5
6
IC420B
7
NJM8202
0.1u
6
クなデータ処理ユニットの開発と他のハードウェアと
AD623R
MAIN_VDD5
3 +
GND
1
IC420A
することができる、オープンソースのアルゴリズミッ
IC417 GND
+V
1 RG
2
0.1u
4.7u
IC402
GND
VOUT
C424
C423
C431
R415
2 -
+VS
6
-VS
0.1u
23
24
25
26
10
7
PC0
PC1
PC2
PC3
4
NC
NC
NC
NC
NC
GND
GND
GND
DIGIRX
DIGITX
SDA_M
SCL_M
AOUT
/TEST
7
8
19
20
22
3
5
21
きる。極限環境のハードウェアに組み込んだり相乗り
30
31
27
28
14
15
16
17
/SS
MOSI
MISO
SCK
C427
SDA
SCL
VCC
VCC
VCC
SMOD0
SMOD1
PMOD0
PMOD1
0.1u
RXD
TXD
/SLEEP
/PLAY
C426
/RESET
32
1
12
13
7
APT3011F4-AU
2
11
4
6
18
REF
29
9
C422
0.1u
0.1u
B2
DIR
M_RX
SN74LVC2T45
C418
33k
R413
0
8
7
6
5
C421
A2
M_RST
7
10k
AT45DB321
8
GND
M_TX
6
5
B1
A1
R419
10k
1k
VDD33
SO
GND
VCC
WP
B2
DIR
VCCB
GND
SN74LVC2T45
IC414
VCCA
7
5
SI
SCK
RESET
CS
10k
R411
0
8
7
6
5
GND
3
4
A2
8
4
A0 VDD
A1
WP
A2
SCL
VSS SDA
IC404
8
7
6
5
B1
R436
R409
R414
R410
IC405
2
MISSION_RX
8
7
6
5
24LC1025-I/SM
FV24V02
1
2
3
4
A0 VCC
A1
WP
SCL
A2
VSS SDA
4
1
0.1u
VCCB
A1
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
B9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
B16
B17
B18
B19
B20
B21
B22
B23
B24
B25
B26
B27
B28
B29
B30
B31
B32
B33
B34
B35
B36
B37
B38
B39
B40
B41
B42
B43
B44
B45
B46
B47
B48
B49
B50
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
B9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
B16
B17
B18
B19
B20
B21
B22
B23
B24
B25
B26
B27
B28
B29
B30
B31
B32
B33
B34
B35
B36
B37
B38
B39
B40
B41
B42
B43
B44
B45
B46
B47
B48
B49
B50
GND
D402
1
2
3
4
A0 VCC
A1
WP
A2
SCL
VSS SDA
IC409
3
MISSION_RST
C417
VCCA
10k
GND
C420
IC408
0.1u
8
7
6
5
GND
LED1608
0.1u
LED2
LED3
LED4
LED5
A0 VCC
A1
WP
A2
SCL
VSS SDA
24LC1025-I/SM
1
2
3
4
LED1
VDD33
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
R426
2
1
GND
GND
SN74LVC1G00DVBR
GND
12 DIGITX
13 DIGIRX
14
15
16
17
18
27
1
2
3
4
5
6
7
2
WRST
6
23
AL422B
PWM_OUT
51
52
70
28
29
1
J413
1
IC407
24LC1025-I/SM
IC413
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
A16
A17
A18
A19
A20
A21
A22
A23
A24
A25
A26
A27
A28
A29
A30
A31
A32
A33
A34
A35
A36
A37
A38
A39
A40
A41
A42
A43
A44
A45
A46
A47
A48
A49
A50
R437
5
7
8
9
1
2
3
4
2
MISSION_TX
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
A16
A17
A18
A19
A20
A21
A22
A23
A24
A25
A26
A27
A28
A29
A30
A31
A32
A33
A34
A35
A36
A37
A38
A39
A40
A41
A42
A43
A44
A45
A46
A47
A48
A49
A50
2k
1
2
3
4
11
12
13
14
GND
SCCB_DATA
HREF
XCLK
WEN
D6
D4
IC411
D2
D0
VCC 5
1
C416
R417
MISSION_TX
MISSION_RX
GND
2
GND
8
7
6
5
1
0.1u
/WE
TST
/WRST
WCK
/RE
/OE
/PRST
RCK
DEC
A0 VCC
WP
A1
SCL
A2
VSS SDA
24LC1025-I/SM
+VS
I2C
DI0
DI1
DI2
DI3
DI4
DI5
DI6
DI7
DO0
DO1
DO2
DO3
DO4
DO5
DO6
DO7
2
4
6
8
10
12
14
16
GND
R418
24
22
21
20
19
10
IC406
り大型の衛星や気球、あるいは自動車、自転車、電車
Low = S1(H8), High = S2(AVR)
GND
MEM1
ADG709
1
2
3
4
4
VCC
MEM0
1k
28
27
26
25
18
17
16
15
C412
9
GND
OE
RRST
RCLK
8
LM19_ZH
LM19
1
2
J404
VDD28 1
SCCB_CLK 3
5
VSYNC
7
PCLK
D7 9
D5 11
D3 13
D1 15
GND
IC403
VDD
0
PH0/RXD2
PH1/TXD2
PH2
PH3
PH4
PH5
PH6
PH7
D6p
D7p
D8p
D9p
4
5
6
7
8
9
DO0
DO1
DO2
DO3
DO4
DO5
DO6
DO7
J409
EN
1
16
DB
ECS3963 24MHz
Camera_header
VDD33_2
4.7k
Q402
2
DA
S1B
S2B
S3B
S4B
0.1u 2 GND OUT 3
1u
XC6209F332MR
R404
VDD28
1
C413
A0
A1
S1A
S2A
S3A
S4A
3
GND
PE2
PE3
PE4
PE5
PE6
PE7
PG0
PG1
PG2
PG3
PG4
PG5
4.7k
1
2
R423
GND
VDD28
R412
D4p
GND
GND
GND
GND
GND
AREF
ATMEGA2560
11
32
62
81
99
98
D41
D40
D39
C406
C408
VDD33
D5p
D2p
D3p
CE
R403
J408
UART1
D0 PE0/RXD0 2
D1 PE1/TXD0 3
VSYNC 35 PL0 D49
HREF 36 PL1 D48
WEN 37 PL2 D47
RRST 38 PL3 D46p
39 PL4 D45p
OE
RCLK 40 PL5 D44p
SCCB_CLK 41 PL6 D43
SCCB_DATA 42 PL7 D42
3
5
1u
XC6221A282MR
8
PJ0/RXD3
PJ1/TXD3
PJ2
PJ3
PJ4
PJ5
PJ6
PJ7
43
44
45 RX1
46 TX1
47
48
49
50
0.1u
VOUT
0.1u
4.7k
PD0/SCL
PD1/SDA
PD2/RXD1
PD3/TXD1
PD4
PD5
PD6
D38
PD7
C405
GND
DO0
DO1
DO2
DO3
DO4
DO5
DO6
DO7
D37 PC0/A8 53
D36 PC1/A9 54
D35 PC2/A10 55
D34 PC3/A11 56
D33 PC4/A12 57
D32 PC5/A13 58
D31 PC6/A14 59
D30 PC7/A15 60
VIN
CE
C407
VDD33_2
5
VOUT
R406
63
64
65
66
67
68
69
79
D53p PB0/SS 19 FLASH_SEL
D52p PB1/SCK 20 SCK
D51p PB2/MOSI 21 MOSI
D50 PB3/MISO 22 MISO
D10p
PB4 23
D11p
PB5 24
D12p
PB6 25
D13p
PB7 26
VIN
10k
PF0/ADC0
PF1/ADC1
PF2/ADC2
PF3/ADC3
PF4/ADC4
PF5/ADC5
PF6/ADC6
PF7/ADC7
PK0/ADC8
PK1/ADC9
PK2/ADC10
PK3/ADC11
PK4/ADC12
PK5/ADC13
PK6/ADC14
PK7/ADC15
V403
3
V402
GND
XTAL2
97
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
1
R441
33
1
R405
1k
EN
GND
4
5
6
7
13
12
11
10
VDD33
0.1u
PCA9306DP1
D22PA0/A0 78
D23PA1/A1 77 RAD_INT
D24PA2/A2 76 RAD_EN
D25PA3/A3 75 AN_POWER
D26PA4/A4 74 DIGI_PLAY
D27PA5/A5 73 DIGI_SLEEP
D28PA6/A6 72 RAD_RESET
D29PA7/A7 71 CAM_PWR
2k
C414
VDD
15
2k
5
IC415
0.1u 3
VSS
6
1
GND
MAIN_VDD5
GND
SDA2
R422
SCL2
SDA1
2k
8
EN
SCL1
R424
200k
7
VREF1 VREF2
R427
C41514
R440
IC412
3
4
R421
2
2k
1
2
3
4
5
RAD_INT
RAD_EN
RAD_RESET
GND
R408
XBTELEM
XBCMD
J405
1k
D401
10u
10k
10k
R401
XTAL1
10
80
31
61
0.1u
10p
1
2
C404
0.1u
0
RESET
34
VCC
VCC
VCC
VCC
C411
C409
C410
NX5032GA
10p
Q401
J407
C403
R402
IC401
30
8MHz
UART3
TC1262-VDB
GND
PROG
GND
VOUT
GND
0.1u
2
M_RX
M_TX
VDD5
R420
10u
R428
VIN
C401 C402
M_RST
GND
GND
LED1608
MOSI
GND
R438
R439
1k
1k
10k
1
2
3
4
5
6
100
J403
VDD33
TX
R407
MISO VCC
SCK MOSI
RST
GND
1
2
J402
RX
VDD5
V401
J406
AVCC
MISO
SCK
RST
2
4
6
I2C_SELECT
の衛星芸術ミッションデバイスであるが、並行してよ
ISCP_header
1
3
5
IC418
AD8541R
GND
の通信インターフェース (API) の実証は、そのための
AOUT
J411
1
2
AOUT
工学的な解を提供する。
図 5 MORIKAWA の回路図
5
現在の MORIKAWA ボードは、芸術衛星 INVADER
実験内容
の一部として組み込むことを想定したデータ処理用
実験は、データーロガー機能を付加した MORIKAWA
基板であり、INVADER のメイン OBC に接続された
ボードおよび、本実験のために改修をほどこしたメイ
センサー情報を、共有メモリーを介して取得してい
ン OBC+センサ系システムを気球に搭載することで、
る。本気球実験では、INVADER の MainOBC に、衛
芸術衛星 INVADER の模擬テストを行うと同時に、気
星の House Keeping データ取得用のセンサーに加え
7 GoPro HD HERO2
<http://gopro-nippon.com/product/hd2 surf/index.html>
8 Remotely Operated Vehicle, 遠隔操作無人探査機
6 開発コード名は「MORIKAWA」。本郷の老舗「食堂もり川」
の名に由来している。
3
球の上昇、滞空、下降時における各種センサーの Raw
れを芸術衛星 INVADER と地上局のデザインにフィー
データを、搭載モジュールを用いて記録回収すること
ドバックさせる。
を第一の目的とする。将来的には、大気球のセンサデー
タを直接取得し、各種アプリケーションが実行できる
システムとなると理想的である。
7
将来の展望
飛行高度は実際の衛星の軌道高度に少しでも近づける
ため、なるべく高い (30km 以上) 方が良いが、低高度
これまでにもスペースシャトルや ISS でいくつかの芸
であってもそこで取得されたデータは、後述の実験後
術利用テーマが行われてきたが10 、実際に芸術家が宇
の展開においては、貴重なデータとなる。滞空時間に
宙飛行士として搭乗して、軌道上で芸術作品の制作を
ついても、特に制約はないが、実験データの作品の応
行うまでには至っていない。今回実験を行うミッショ
用のためには、さまざまな高度や滞空時間、軌跡など、
ン OBC は、芸術家の知覚を拡張する「テレ・パーセ
複数の時期、時間による実験が行えることが望ましい。
プション (遠隔知覚)」のためのものであるが、将来的
には、地上のクリエイターが、自分の芸術作品の制作
なおモジュールが回収不可能の場合も考慮して、実験
プロセス (アルゴリズム) をプログラム化し、それを遠
の実施までに、トランシーバのような簡易な通信シス
隔実行することで作品制作を行う、汎用かつオープン
テムを用いたデータのダウンリンクシステムの併用を
な「テレ・クリエイション (遠隔創作)」ミッションへ
検討する。
と発展させていきたい。そのモジュールを気球や地球
の衛星軌道上のみならず、月面や地球外の惑星、さら
にはヴォイジャーのような太陽系外にまで到達する無
6
実験後の展開
人探査機に搭載できるようなものにすることで、「宇
宙の遠隔芸術家」による生成芸術作品の制作が可能に
実験によって取得されたデータは、ARTSAT チーム
なるだろう。
内のみならず、データを広く公開することで、衛星や
気球など、遠隔地からの生のセンサーデータを用いた
芸術表現の可能性を、オープンに探求する場を提供す
る。データの配信には、ARTSAT のウェブサーバー上
に構築している、ARTSAT API 9 を活用する (図 6)。
なお、実験の開始前に、本ボードで稼動する Arduino
プログラムのサンプルコードの配布、ライブラリの提
供と取扱説明書の配布等も行い、実験データだけでな
く、非専門家のクリエイター (アーティストやデザイ
ナー) が、作品制作のためのデータ処理プログラムの
開発に、オープンに参加できるような場をつくる。
さまざまなアーティストやデザイナーに、気球で取得
されたデータを使ってもらうことで、衛星芸術のため
のプロトタイピングを行うと同時に、衛星芸術プロジェ
クトの課題のひとつである、少ないデータを想像力で
図 6 ARTSAT API <http://api.artsat.jp>
補完して豊かな表現を生みだすことに適したデータの
種類、精度、サンプリング間隔といった「芸術表現に必
要なデータの質」に対するコメントを得ることで、そ
9 http://api.artsat.jp 現在は INVADER のシミュレーショ
ンデータを試験的に配信中である。
10 http://iss.jaxa.jp/utiliz/epo/
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