2020 年、世界の 衛星バス市場は 276 億 7,000 万ドルと評価されました。2021 年の 300 億 8,000 万ドルから 2028 年までに 543 億 3,000 万ドルに成長し、年間成長率は 8.81% になると予想されています。北米が市場をリードし、2020 年には 40.39% のシェアを占めました。衛星バスは、衛星のペイロードと運用をサポートするための電力、推進力、誘導と制御、熱調節、およびその他の重要な機能を提供する衛星のコア構造です。衛星バスは、宇宙の過酷な環境で衛星が確実に機能できるようにする、縁の下の力持ちです。
情報源:
https://www.fortunebusinessinsights.com/jp/satellite-bus-market-102608
衛星バスには、さまざまなサイズ、設計、機能があり、衛星のペイロード、ミッション、軌道の多様性に対応しています。最小のキューブサットから最大の静止通信衛星まで、衛星バスは重要な役割を果たします。
過去 10 年間、商業宇宙産業の成長、小型衛星の急増、さらに高性能な宇宙システムの必要性に後押しされ、衛星バス技術は大きく進歩しました。このレポートでは、2023 年半ば時点の衛星バス技術における最新かつ最もユニークな開発の概要を示します。
衛星バス設計の主なトレンド
モジュール式でスケーラブルなアーキテクチャ
衛星バス設計における最大のトレンドの 1 つは、よりモジュール化され、拡張可能なアーキテクチャへの移行です。カスタム構築された、1 回限りの衛星バスの時代は終わりました。今日の主要な衛星バス プロバイダーは、さまざまなペイロード サイズやミッション要件に合わせて簡単にスケールアップまたはスケールダウンできる、標準化されたビルディング ブロック スタイルのプラットフォームの開発に重点を置いています。
モジュール方式により、衛星メーカーは、カスタム設計を一から開発する必要はなく、特定のニーズに合わせて衛星バスを迅速に構成および組み立てることができます。これにより、開発期間とコストが大幅に削減されます。また、衛星オペレータは、古いバス コンポーネントを交換することで、時間の経過とともに衛星群をより簡単にアップグレードまたは更新できるようになります。
モジュラー衛星バス アーキテクチャの最も顕著な例には次のものがあります。
エアバス（オランダ）
ボーイング社（米国）
センタム（インド）
ハネウェルインターナショナル社（米国）
IAI（イスラエル）
L3ハリステクノロジーズ社（米国）
ロッキード・マーティン社（米国）
マクサー・テクノロジーズ（米国）
三菱電機株式会社（日本）
ノースロップ・グラマン（米国）
OHB SE (ドイツ)
タレスグループ（フランス）
電力とエネルギー密度の向上
衛星バス設計におけるもう 1 つの重要なトレンドは、電力とエネルギー密度をさらに高めることです。特に地球観測、通信、宇宙太陽光発電などの分野では、衛星ペイロードの複雑さと電力需要が増大しており、より高性能で効率的な衛星バス電源システムの必要性が高まっています。
過去数年間で、衛星バスプロバイダーは、次のような電力システム技術の分野で大きな進歩を遂げてきました。
高効率ソーラー アレイ: 最大の静止通信衛星向けに 30 kW を超える電力を生成できる、軽量で高出力密度の新しいソーラー アレイ設計。
高度なバッテリー システム: 従来のニッケルカドミウム バッテリーと比較して、より高いエネルギー密度、充電/放電サイクル、安全性を提供するリチウムイオンおよびリチウムポリマー バッテリー パック。
パワーエレクトロニクスの改良: 効率が向上し、質量と容積が削減され、信頼性が向上した電力変換、配電、および調整システム。
統合された電力と推進力: 衛星バス電力システムと電気推進サブシステムを組み合わせることで、システム全体の質量、容積、効率が向上します。
電力システム技術の進歩により、衛星バスははるかに大きな電力を必要とするペイロードをサポートできるようになり、新たなミッションの可能性が開けました。また、十分な電力の予備を確保することで、衛星バスの信頼性と寿命も向上しました。
よりスマートなガイダンス、ナビゲーション、コントロール
衛星バスも、搭載されている誘導、航法、制御 (GN&C) システムの進歩により、より「インテリジェント」になっています。これらのシステムは、衛星の位置、方向、軌道を正確に維持する役割を担っており、ミッションの成功に不可欠な機能です。
最新の GN&C イノベーションには次のようなものがあります。
高度なセンサー: 高精度のスタートラッカー、太陽センサー、慣性測定装置、および衛星の姿勢を極めて正確に判断できるその他のセンサー。
自律航法: 地上ベースの追跡に頼らずに衛星の軌道位置と軌道を正確に計算できるオンボードアルゴリズム。
適応制御: 外乱が発生した場合でも、衛星のスラスタ、リアクションホイール、その他のアクチュエータを自動的に調整して安定性と方向を維持できる閉ループ制御システム。
予測回避: 宇宙ゴミや他の衛星との衝突の可能性を予測して回避し、衛星の安全性と寿命を向上させるソフトウェア。
これらのよりスマートな GN&C 機能により、地上管制チームの負担が軽減され、ミッションの信頼性が向上し、より複雑な操作や運用が可能になります。これらの機能は、数十または数百の衛星の動きを調整するために自律的なオンボード システムが不可欠な衛星群にとって特に貴重です。
熱管理機能の向上
熱管理は衛星バスの重要な機能であり、搭載されているすべてのシステムとペイロードの適切な温度範囲を維持する必要がある。ペイロードの電力消費量が増え、宇宙環境がより動的になる（たとえば、宇宙ゴミの増加）につれて、衛星バスはますます大きな熱問題に直面している。
衛星バスの熱制御における最近の進歩は次のとおりです。
高度な熱除去システム: 最大の通信衛星の 20 kW を超える廃熱を放散できる高効率ラジエーター、ヒートパイプ、流体ループ。
展開可能な熱構造: 格納式サンシールド、拡張可能なラジエーター パネル、および熱遮断を最適化するその他の展開可能な熱管理コンポーネント。
インテリジェントな熱制御: 最適な温度を維持するために、冷却剤の流量、ヒーターの出力、およびその他のパラメータを動的に調整できる閉ループ熱調節システム。
統合熱設計: 熱サブシステムを電力、推進力、その他のシステムと緊密に統合し、効率を最大化する衛星バス アーキテクチャ。
これらの熱技術革新により、衛星バスは過熱することなく、ますます電力を消費するペイロードを継続的にサポートできるようになり、システム全体の信頼性と寿命も向上します。
衛星バスサブシステムの進歩
全体的なアーキテクチャのトレンドを超えて、衛星バス技術はサブシステム レベルでも大きな進歩を遂げています。最新の開発の一部を以下に示します。
電源サブシステム
高効率太陽電池アレイ: 三重接合ガリウムヒ素や展開/格納式アレイ設計などの新しい太陽電池技術により、300 W/kg を超える電力密度が実現します。
高度なエネルギー貯蔵: 250 Wh/kg 以上の比エネルギー、5,000 回以上の充電サイクル、および向上した安全性を提供するリチウムイオンおよびリチウムポリマー電池。
統合された電力および推進力: 電力サブシステムと推進サブシステムを単一の統合システムに統合し、質量/容積を節約し、効率を向上させます。
フォールト トレラント電力配分: 障害発生時に電力を維持するための冗長電源バス、スイッチギア、およびその他のコンポーネント。
推進サブシステム
全電気推進: キセノンベースのホール効果スラスタとイオンエンジンにより、高い比推力と効率を実現し、宇宙ステーションの維持と操縦を実現します。
グリーン化学推進: 従来のヒドラジン システムに代わる、過酸化水素や AF-M315E などの環境に優しい推進剤。
マイクロ推進: 小型衛星の精密姿勢制御用の小型コールドガス、エレクトロスプレー、その他のスラスタ。
先端材料: 推進剤タンクやその他の推進部品用の軽量で高強度の複合構造。
姿勢制御サブシステム
リアクション ホイール クラスター: 冗長 3 軸制御権限と運動量管理を提供する 4 ～ 6 個のリアクション ホイールのグループ。
小型スタートラッカー: 小型衛星の姿勢測定用のマッチ箱サイズの高精度スタートラッカーセンサー。
統合航空電子機器と GN&C : フライト コンピューター、センサー、および制御アルゴリズムを 1 つの統合航空電子機器パッケージに統合します。
自律航行および制御: 衛星の位置と向きを自律的に判断し、アクチュエータを自動的に調整して安定性を維持できるオンボード アルゴリズム。
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