spacewalker

昨日も都内でモーレツなゲリラ雷雨が発生しましたね。皆様の地域は大丈夫だったでしょうか？毎回の様に、”観測史上最大の大雨”みたいなニュースが流れるため、米国の映画の興行収入第一位の様に驚かなくなりましたが、確かにゲリラ豪雨の様なスポット大雨は増えた気がします。さて、今回はモーレツなLEDライトの紹介です。

GENTOS SuperFire X Premium SF-705XP

株式会社サンジェルマンのGENTOSシリーズのサイト

もう、これが最高でして、ウチの会社で人工衛星に当てる太陽光模擬の為に買った物です。実際には太陽光としては使えなかったのですが、その他の用途で使いまくりです。
とにかく、”モーレツにモーレツにモーレツに明るい”。夜中実験などをする機会も結構あるのですが、あまりに明るいので大変作業がはかどります。
単1電池4本使用で重さ1kgと強烈な筐体です。私はこのライトを実際に使ってみて

０）あまりにモーレツな明るさのため、汎用的な暗闇移動に相当使える！キャンプとかでも大活躍。
１）ゲリラ雷雨の増水で、車が水の中で閉じ込められ、ドアが水圧で開かなくなったときに窓ガラスを割る鈍器として使える。
２）近年、必ず起こる東京の大地震において夜間の移動などで大変役立つ（と思う）

というわけで、お車の中に常備品として、ご自宅の常備ライトとして、にこのライトはとてもおすすめです。地震が来ると分かっているので対策をしないのは、知識を共有できる人類としては、やってはいけない行為です。
無理矢理いろいろな用途を書きましたが、単純にこの明るさは面白いので買って損はないと思います。楽天などでたくさん売っています。

私としては、このSuperFireを更に上回る新製品、MegaFireに興味が移っており（笑）

GENTOS MegaFire MF-1000D 単1電池6本

もう完全に軍事用途です（笑）。上記で紹介したSuperFire SF-705XPの500ルーメンで相当ビビっていたのに、このMegaFireは1000ルーメンです。圧倒的。たとえば、通販サイトさん（HOLKIN : MegaFire MF-1000Dのサイト)をみると、ライトを迷彩色のショルダーストラップで掛けています。これは相当に興味が惹かれますが、かなり重量があるので、いざ緊急時の時に持って行けるのか不安です。逆にショルダーストラップがあるから良いのかなと思ってみたり。重さのバランスを考えても最初に紹介したMegaFireの方が使い勝手は良いかもしれません。

さて、このようなLEDライトですが、世の中にはライトマニアという人たちが存在しており、私のサイトで生半可な事を書いたら怒られそうなマニアックっぷりです。興味があれば、以下のサイトなどをご覧ください。あらゆるライトを買い集め同条件で比較しています。とはいえ、その中でも、上記のSuperFire, MegaFireはかなり明るいと評価されているようですよ。このお中元シーズン。いきなりこういうライトでもお知り合いに送ってみたらいかがでしょうか？（笑

LIGHT*MANIA(懐中電灯趣味のサイト）

2010.06.24に、Appleは最新のiPhone4を発売開始します。A4と呼ばれるCPU(MPU)、２つのカメラ、ジャイロ、磁気コンパス、加速度センサなど、人工衛星に必要な機能の多くを有しています。このエントリーでは、iPhone4を搭載コンピューターとした人工衛星が実現するか（むしろ、実現するための）設計フローを紹介します。大変長文のエントリーとなりますが、この仮想iPhone衛星を通して、人工衛星設計・開発がどんな感じでできあがっていくのか、その片鱗を伝えられれば幸いです。専門用語は極力解説しながら使いますので、根気よくお読み頂ければ、文系の方でも問題なく理解できると思われます。

◆iPhone搭載人工衛星： iSat4 ”超雑な”概念設計◆

その０）　衛星のミッションをまず考える。

まず、”iPhone4を搭載した衛星”というのは、あまり良くありません。人工衛星は宇宙で（軌道上で）行うべきミッションがまずあり、そのミッションを実現する人工衛星を作らなければなりません。その為、iPhone4を搭載するというのは衛星を作る手段であり、目的とは言えません。宇宙開発は長い間国家（税金）下にあったため、この一番重要な”ミッション決め”のフェーズが極めて弱く、曖昧です。まず、ミッションを考えてみましょう。この部分は、エンジニアリングというよりは、ビジネスの話であり、マーケティング・コンサルファームなどの分野に居る人は特に力を発揮できる部分です。今後増えていきますので、その方面の方、準備をしておいてください（笑）
国の衛星はとりあえずおいといて、民間での宇宙開発では、儲からないミッションは成立しません。衛星を使って誰がうれしいのか？誰が金を出すのか？衛星開発費は？打ち上げ費は？打ち上げ失敗のリスクは？衛星ビジネスにはスリリングな要素が一杯です。

さて、今回のiSat4のミッションを、以下の仮ミッションとして掲げてみましょう。

ミッション例：　毎年起こる米国西海岸の山火事（被害額＝10億ドル越え）を、衛星写真を使って常に監視し、火種の段階で早期発見し被害の軽減を目指す。
誰が金を出すのか？：　いつも山火事が近くで起こってビクビクしているハリウッドセレブ達、カリフォルニア州より集める。山火事になり数十億ドルの損害を事前に最小限に抑えられる旨をプレゼンする。
ミッション持続性：定期的に山火事が自然発生するなら、その発生頻度を考慮の上、持続可能。一方ですべて放火である場合は持続できない可能性がある。
ミッションの実現性の検討事項
・衛星から山火事の火種が識別できるか？その波長帯は？可視域なのか赤外線なのか？また雲の影響なども考慮する。
・そもそも衛星を数億円で開発、運用費を考えたときに、ヘリコプターを定期的に飛ばすのとどちらが経済的か？また、UAVなどの無人飛行機はどうか？
・常に西海岸を観測するためには、GPS衛星のような複数衛星を配置しなければならない。衛星複数機になる場合の開発費、また打ち上げ費はどうなるか？
など。

ざっと、ミッションについて書きましたが、日本の宇宙開発において、”代々極めて弱かった”衛星のミッション検討は、本当に時間をかけてやる必要があります。私が今ベンチャーで開発しているのは、民間の会社だけでやっているので、そもそもこの部分がペイできなければＧＯが出ていません。国の宇宙開発は税金であるため、つい、”あまり役に立たないミッション”でもＧＯしてしまい、打ち上げてから利用方法を公募するなど残念な事が多いです。衛星開発の非常に重要な観点ですので、ここは敢えて書いておきます。

今回は、このミッションに技術的な課題がクリアでき、それにより出資者もあつまり、運用後十分にペイできると仮定して話を進めます。火種の検出に関しては、（都合良く）可視波長で、地上分解能150mで監視すれば良いと仮定します（まったく根拠はなく、後半の検討を扱いやすくするために150mと設定）。また、今回の記事のテーマになっているiPhone4で実現することも目標とします（実際には、お客さんがついたら失敗が許されないので、iPhone4の搭載は見送ることになるとは思います。リスクが大きいので）

◆以下、衛星の各要素（系＝サブシステム）毎に分けて検討を進めていきます◆

その１）　ミッション系を検討する。

今回、山火事の火種が可視域（＝簡単にいうと人間が目で見える波長帯）で150mの分解能で監視すれば見つけられることになっているので、iPhone4の背面カメラ（画角約45度くらい？画素数500万画素：画素配置も2200×2200ピクセルと正方形と仮定する）で撮影することにします。その場合、軌道高度（地上からの衛星の軌道高度）に対する、”理想的な”地上分解能(m)（１ピクセルあたり地上で何mくらい映っているの概算）は、下の表の様になります。iPhone4の画角がわからないので、仮に45度とした場合、軌道高度は、約400km以下に打ち上げないといけないようです。画角と画素が決まっているわけですから、地上から近い方が解像度が高いのは直感的にわかりますね。国際宇宙ステーションが350～400kmを飛んでいますので、実際問題としてこの高度に入れるのは、（ぶつかることは極めて希ですが）結構毛嫌いされます。なので、300km位に上げれば良いのですが、逆に300kmは低すぎてなかなかその位の軌道に投入してくれるロケットも現状少ないです。ベンチャーのロケット会社など（国内でも始まってきていますが）は、今軌道高度を上げるのに努力されているでしょうから、逆に良いかもしれませんね。

ちなみに軌道が低い(300km程度）のメリット・デメリットは、
・メリット：地上分解能があがる。（後述する）宇宙放射線が少ない。
・デメリット：衛星可視時間（地上のある１地点から見た衛星の見えている＝上空を飛んでいる時間＝通信ができる時間）が短くなる。

以上により、300kmの軌道高度で、iPhone4のカメラを使えば、可視波長で107mの地上分解のですから、山火事の火種を1ピクセル単位で観測できそうです。と書きましたが、本当はこのあたりはとても大変です。上記表の地上分解能は理想的な数値であり、実際にはiPhone4のカメラについているレンズの収差・イメージセンサのS/N比、量子効率など多くの面で表のような分解能はでません。言ってしまえばもっとぼけてはっきりしない映像となるはずです。近年、デジカメの性能指標に画素数がありますが、携帯の1000万画素と、大型デジタル一眼レフの1000万画素では全く画質が違いますよね。それはレンズ・イメージャーの性能が違うからです。上記表はiPhone4のそれが、理想的に高性能だと仮定した場合の結果ですから、実際には厳しいと思われます。

とはいえ、とりあえず、iPhone4の外側カメラで軌道高度300kmに打ち上げれば、山火事の火種を画像で確認できることとします。

その２）　姿勢決定・制御系を検討する。

さあ、iPhone4で”カリフォルニアの森”の写真を撮ればミッション成功という目処が立ったわけですから衛星の実現は簡単と思われますが、これからが大変です。
上の”カリフォルニアの森の”というのが難しいのです。地球のまわりをぐるぐる回っている人工衛星が自律的に、”カリフォルニアの森”の写真を撮るには、
２－A)自分がどの方向を向いているかを知る必要がある：　姿勢決定系
２－B)カメラのレンズをカリフォルニアの森に向ける必要がある：　姿勢制御系

人工衛星の設計・開発の中でこの姿勢決定・制御系というのは大変難しく、物理的な物の開発と共に、その計算アルゴリズムなどとても大変です。いわゆる宇宙工学の醍醐味とも言えるところで、多くのノウハウがあります。つまり、自分が宇宙空間（軌道上）でどっちに向いているかわからなければ、カリフォルニアの森がどっちか分からないし、また自由にカメラの方向を変えられるようにしておかなければ、カリフォルニアの森は撮影できないってことです。カメラだけ積んでいても衛星としてはミッションができないってことですね。

２－A)姿勢決定系：

iSat4に搭載できるかは抜きにして、一般的な衛星に搭載している姿勢決定センサは、
●スタートラッカ－：星（恒星）の写真を撮って、衛星の姿勢決定する：昔の大航海時代に星を見て大海原を航海していたのと同じ原理ですね。星は地上と同じように軌道上でも見えますので、その撮影した星画像を画像処理することで極めて精度の高い姿勢決定が可能です。
●太陽センサ－：太陽光の入射方向を検出して、衛星の姿勢を決定する：言ってみれば、地上で太陽が一番高い位置に上がったのが南の方向みたいな感じで、太陽方向から自分の姿勢を検出する方法です。スタートラッカーよりも決定精度は落ちます。
●磁気センサ－：地球の磁気（地磁気）を計測して、衛星の姿勢を決定する：言ってみれば、方位磁針ですね。赤い針が指した方向が北みたいな感じで、自分の姿勢を決定する方法です。スタートラッカーよりも決定精度は落ちます。
●地球センサー：地球の縁？枠？を検出し、衛星の姿勢を決定する：これは最近あまり使わないかもしれません。地球の”ヘリ”をとって姿勢を決定するのですが、精度が悪いのと、完全に姿勢が決まらないなどいろいろ問題があります。
●ジャイロセンサー：いろいろな方式がありますが、衛星の姿勢角速度（どのくらいの速度で回っているか）を検出するセンサです。PS3のコントローラ、Wiiリモコンなどで既におなじみですね。衛星にも必ず搭載しています。上記４つのセンサと違うことは、”相対角”センサということです。上記４つは、宇宙空間で絶対的に自分の姿勢が（ある程度）決定できるのに対して、ジャイロは、どのくらいで回っているという情報しか分からないので、上記４つのセンサでまず絶対角を決定してから、細かい差分の動きをジャイロで補完するような使い方をします。iPhone4には搭載済みなので使えそうですね。
●加速度センサ：iPhone4に搭載されているので敢えて書いていますが、衛星には加速度センサはあまり使いません。衛星がモーレツに回転した場合、衛星に加速度が掛かるのでそれを検出するには使えますが、その用途ですとジャイロの方がよっぽど精度が良いので、一般的には使いません。とはいえ、地上ではかならず地球の重力1Gが掛かっているのが、宇宙では0G付近になりますので、”ああ、宇宙に行ったのね”を確認するには良いかもしれません。
他にもいろいろありますが、このあたりが一般的です。スタートラッカーは私の衛星ベンチャーでも開発しており、かなり開発が難しいです。今回のiSat4では、そこまで姿勢を正確に決定する必要がないのと、電力などの関係で採用を見送ります。

以上を踏まえ、iSat4では、太陽センサと、iPhone4搭載の磁気センサー（いわゆるデジタルコンパス）を使って絶対姿勢決定をし、iPhone4搭載のジャイロでより細かい姿勢運動を導き、iPhone4搭載の加速度センサで宇宙に行ったかを確認します。はっきりいって、デジタルコンパス、ジャイロ、加速度センサがどこまで使えるかわかりませんが、ゴニョゴニョやって、なんとか姿勢決定できると仮定します。搭載する各センサ情報から衛星がどの方向を向いているか計算する姿勢決定アルゴリズムは、カルマンフィルタなどを使ったシミュレーションを重ね、iPhone4アプリとして実装します。かなり重い計算ですが、iPhone4搭載のA4ならがんばってくれるでしょう（と仮定）。iSat4は常に各センサから情報を取り出し、姿勢決定アルゴリズムアプリを計算し続け、衛星がどの方向を向いているか計算します。

２－B)姿勢制御系：

さて、何とか姿勢決定ができたところで、今度は、カリフォルニア上空を通過時に、カリフォルニアの森の方向へカメラのレンズを向けなければなりません。

一般的な衛星に搭載されている姿勢制御アクチュエータは、
●姿勢制御スラスタ：これは質量物質を宇宙空間に放出することで、反作用を受け姿勢を制御（変える）というものです。口に水を含み、ブーと吹き出しているような感じですね。大型衛星などでは良く使いますが、タンクに燃料が必要であるのと、量も有限であることなどから、小型衛星ではほとんど使いません。
●CMG（コントロールモーメンタムジャイロ）：これは回転している物体（コマみたいなもの）自体を傾けることによって衛星の姿勢を変えるものです。まさに地球コマを回した状態で手にもって手首を回すと変な力をコマから受けると思います。その力で衛星の姿勢を変える方法ですね。これはモーレツな力（トルク）を発生させるために、大型の衛星などで使われはじめています。国際宇宙ステーションも超でかいCMGを積んで、定期的に交換しています。
●リアクションホイール：CMGとはちがい、コマを回転したり、留めたりして、その軸周りに力を発生させる方法です。オフィスにあるような回転椅子に足を付けずに座って、体を思いっきりひねって姿勢を変えるようなイメージです（ちょっと違うけど・・・・あくまでイメージ）。リアクションホイールは姿勢制御の代名詞として良く使われます。先日、大往生したはやぶさも、某国製のリアクションホイールが片っ端から壊れ苦労しましたね。とはいえ、リアクションホイールを作るのはとっても難しいです。真空でメンテナンスフリーで何年も回り続けるモーターって相当作るのが大変です。リアクションホイールだけではなく、宇宙開発の難しいのは、修理ができない状況で年々も壊れないという物作りの難しさと言えます。車だって車検でおかしいところを修理できますよね。それが出来ずにノンストップで動作させる・・。これは結構難しいことなんですよ。
●磁気トルカ：これはとっても原理がわかりやすいです。いわゆるコイルなどを巻いた電磁石を衛星に積んでおいて、地球の磁場（地磁気）に対して、適切に電磁石で磁界を発生すれば、その電磁力で衛星の姿勢が変わるというものです。小型衛星でよく使います。

さて、ここでiSat4の簡易的な小型衛星では、電力などの面や、また姿勢制御にそれほど精度が要らないことから、磁気トルカを姿勢制御アクチュエータとして採用することにします。具体的には、電線をぐるぐる巻いたコイルを３方向（X,Y,Z)の３軸方向に配置して、どの方向にも磁界が発生できるようにします。地球の磁場は既知ですので、その磁場に上手く干渉するように発生することで、衛星の姿勢を変えられます。

さらに、衛星の自分の位置を知る機能が必要です。地上と同様にGPS受信機を載せれば良いのですが、宇宙で使えるGPS受信機は結構高価です。iPhone4にもGPS受信機は載っているのですが、おそらくそのままでは使えません。理由はわかりますでしょうか？iSat4は人工衛星ですので、自身が時速28000キロというスピードで地球を回ります。つまり、GPS衛星との相対速度が大きく、ドップラーシフトが起こり、GPS信号が周波数ずれで受信できないのです。救急車の音が近づいてくるのと遠くなっていくので違うのと同じ原理ですね。地上で使うGPSは、地上で基本止まっている（車の速度くらいは誤差なので無視できる）のを基本に設計していますが、時速28000キロで飛んでいる衛星では、GPS受信機側でかなり周波数を調整してあげないと信号を受けられないわけですね。iPhone4のGPS受信機をハッキングするのはおそらく難しいので、今回は違う方法を採用します。地上で、衛星の飛んでいる軌道情報というのが米国空軍(NORAD)から得られるので、その情報をiSat4に定期的に教えてあげて、iSat4のアプリで衛星位置を自分で計算することにします。iPhone4搭載のA4プロセッサなら、軌道計算くらい簡単に回ってしまうのではないかと思います（昔はこの計算をする計算機が建物１つくらいあったんですけどね）。というわけで、衛星の絶対位置は、やや誤差は生まれますが、地上からの定期的な軌道情報と内部アプリ軌道計算で決定できるものとします。

まとめると、衛星の絶対位置が計算できるので、カリフォルニア上空というのがわかります。姿勢決定制御系で、自分がどっちの方向を向いているか分かります（同時にカリフォルニアの森がどちらにあるかも分かります）。姿勢制御系（磁気トルカ）で、上手く磁界を発生させて、衛星の方向を変えて、カメラをカリフォルニアの森に向けます。そこでシャッターを切れば、山火事の火種を監視できます。イメージ沸いてきたでしょうか？

その３）　電源系を検討する。

iPhone4の地上での利用では、電池が切れたらUSB経由で充電すれば良いですが、宇宙（軌道上）では、電力を得るのが大変です。ご存じの通り太陽電池セルを衛星表面に貼り付けて、そこから充電することになります。つまり電源系とは、
●太陽電池セル
●二次電池（充電出来る電池）：リチウムイオン二次電池
●太陽電池セル制御回路
●二次電池充電制御回路
などから構成されます。この内、リチウムイオン二次電池と充電制御回路はiPhone搭載のものを使うものとします（一方で、USB充電ですので、5V供給ですよね・・。おそらく本当にiPhone4を使うのであれば、充電制御回路は使えないかもしれません。太陽電池セルとの関係で、少し無駄が出てしまう可能性があるからです。まぁ、ここは使えることにしてしまいます）。太陽電池セルとセル制御回路は新たに作らなければなりません。この辺は私も得意な場所なのですが、衛星作りの面白い所です（笑）

軌道300kmの衛星ですと、約１００分程度で地球を１周しますので、１日に約１５回地球を回ることになります。地球を回る際に、太陽光が当たる日照状態(daylight)と、地球の陰になって太陽光が届かない食状態(eclipse)を繰り返します。日照時に電池を充電して、食時は、その充電した分のバッテリー電力だけで動作しなければなりません。軌道には様々な種類があるのですが、今回はカリフォルニアを通るということで、比較的高緯度を通るということで、一般的な太陽同期軌道を選択します。この辺はやや難しいので説明は割愛します。とりあえず、軌道１周（地球１周）100分の内、65分は日照、35分は食と仮定します。

さて、iSat4の消費電力を見積もらなければなりません。衛星は、搭載コンポーネントの消費電力を全て算出し、その電力をまかなえるように太陽電池セルの面積（衛星サイズ）を決定します。

まず、iPhone4の消費電力見積もりです。事前情報でiPhone4のバッテリは5000mAh(ミリアンペア・アワー）であるようです。単位の通り、5000mA = 5Aを流し続けると1時間でバッテリーが終わってしまうという意味の容量となります。今回、iPhone4は、3G網、およびWi-Fi網は使いません（送信電力が小さく、地上に届かないため＝圏外です）。一方で、衛星が様々な計算をするため、内部のCPU (A4になりますね）は結構常に動いていることになります。iPhone4の仕様ページから消費電力の見積もりをします。通話時間、インターネット利用は上記理由で関係ありません(3G, WiFiは使わない）、連続待ち受け時間も、ほとんどCPUが動かず寝ている状態ですので、これよりはiPhoneに軌道上で計算してもらう必要があります。ビデオ再生で10時間、オーディオ再生で40時間で、このあたりがキーですね。iPhone4の液晶はかなり消費電力を使うはずですが、軌道上で液晶は必要ありません。そうなるとビデオ再生よりは、電力が少ないはずです。一方でオーディオ再生よりはやや重い処理をするという仮定で、約２０時間動作すると仮定します。バッテリーは5000mAhですので、これより、250mAで一定消費電流時に20時間駆動すると仮定できます。リチウムイオン二次電池を１セル（3.6 – 4.2V電圧）だと思われるため、3.8V平均とすると、3.8V x 0.25A = 0.95Wとなります。ここは概算でiPhoneは平均1Wの消費電力があると仮定します。

他に搭載物として、その２）で検討した、太陽センサと磁気トルカです。これは完全に大雑把に0.5W程度としてしまいます。また、地上からの制御指令（コマンド）を電波で受けるための受信機もいれなくてはいけません。これは0.3W位かな。

以上により、iSat4は常時平均1.8W程度の電力消費が必要な衛星であると見積もられます。このほかに”常時ではない”消費電力搭載物として、地上への”送信機”があります。カリフォルニアの森の写真をとって、その画像を内部のメモリに蓄えますが、その映像を地上に送らなければなりません。その為には送信機が必要です。iPhone4の地上利用では、撮った写真は、メールに添付なんてことができますが、宇宙では、3G網もWi-Fi網も使えないので、専用の送信機を搭載する必要があります。しかも地上300kmを飛ばさないといけないので、イメージとして東京から新潟の距離は最低飛ぶ送信パワーで送信しなければなりません。よって、送信機は常時ではないにしろ、10W位は最低必要です。人工衛星からデータを受信するアンテナが仮に日本にあるとした場合、iSat4が日本上空を通過する約10分間、送信機をONにしてメモリに蓄えた画像をダウンリンクします。今、Wi-Fiや3Gなどは数Mbpsというモーレツな回線スピードがでていますが、宇宙から10W程度の消費電力で送信する時は、せいぜい100kbpsです。とても遅いので、昔のダイアルアップモデム的なイメージで少しずつ画像が降りてくるイメージですね。

送信機は”常時”使わないので、まず常時使う1.8Wという見積もりから太陽電池セルの大きさを算出します。太陽定数という素敵な定数がありまして、地球近傍では、1366W/m2という値になっています。つまり地球近くの宇宙空間で、1平方メートルの板を太陽に向けたとき、その板全体で1366Wの太陽のエネルギーを受けられるというものです。この光エネルギーを電気エネルギーに変換するのが太陽電池セルなのですが、この変換効率がとても重要です。地上の屋根に載っているような太陽電池セルは、一般的なシリコンセルと呼ばれるもので、変換効率10%程度だと思います。つまり1平方メートルあたり1366W x 10% = 136Wということになります。人工衛星では最先端の太陽電池セルを用いることが一般的です（出来るだけ小さい面積で大きな電力を得るため）。シリコンではなく、トリプルジャンクションセルと呼ばれるガリウムやヒ素などを３重構造で重ねたようなセルを使うことで、30%を超えるセルを使うことが多くなってきました。iSat4でも衛星のサイズは小さくしたいので、トリジャン（こんな略語はない）を使うことにします。

軌道の日照・食の時間比とiSat4の消費電力からiSatが軌道で”生存できる”必要な電力が算出できます。考え方として、食の時は電力を発生できないので、食の間に使う消費電力分も日照時に発電してしまおうという考え方です。電池充電放電効率というのは、例えばバッテリに１００W充電して１００W取り出すことは不可能で、だいたい８０％位の効率で、充放電できると見積もっています。また各所に電圧変換（レギュレート回路）がありますのでそこでもややロスして90%の変換効率と仮定しますと、iSat4の場合、日照時3.85W (黄色い帯の所）だけ電力が必要です。トリジャンの30%と太陽定数から、必要なセルの面積は、93.85cm2(平方センチ）（ピンクの帯）だと算出できます。そのセル面積が正方形とした場合、9.7cm (青帯）と算出できます。つまり約10cm平方の太陽電池セル（パドル・アレイ）があれば、iSat4は電力がまかなえる（電力収支が軌道１周で取れると表現します）ことがわかります。つまり10cmの立方体（キューブ型）の６面全面にセルを貼って、中にiPhone4が入っているような構造ですね。まさに私が学生時代に作ったCubeSat規格（10cm立方の衛星）のサイズになります。

ここで私が開発した学生時代の衛星の宣伝。CUTE-Iは、2003年6月30日に世界初学生完全手作り衛星です。７年近く経ってもまだ動いていて、後輩達により運用が続けられています。
１）CUTE-I ：運用中
２）Cute-1.7 + APD (１号機）：運用終了

その４）　C&DH系を検討する。

C&DH系というのは、Command and Data Handling系といいまして、いわゆる衛星の頭脳（計算機）を司る系です。地上から送られてくるコマンドを解釈したり、先ほどの姿勢・決定制御系のアルゴリズムを計算し、カリフォルニア上空で森を目がけてシャッターを切り、その画像データを地上に送信するなど、全権を制御する系です。主にiPhone4内部で動くアプリで実現されます。iPhone4アプリは、iPhone SDKを用いてObjective C/C++ベースの言語で書くことになりそうですね。基本C言語なので開発はしやすいです。一方で、iPhone4を衛星のC&DH系として使う難しいところは、アプリをスリープを掛けずに常時動かし続けられるか？ということです。また後述するように宇宙では宇宙放射線の影響により、定期的にiPhoneがハングアップするので、ハングアップしたときに自己修復・リセットを掛けて再起動を掛け、再度制御アプリを起動しなければなりません。その辺りがちゃんと作り込めるかに掛かっています。
上記で紹介したCute-1.7 + APDという衛星は、内部にPDA(Windows CE搭載）を搭載しC&DHとして利用しました。おそらくWindowsCEを宇宙で動かしたのは世界初だと思います（笑）。マイクロソフトに最初に打ち上げるから支援してくれとメールしましたがフルシカトをされました。さて、WindowsCEでC&DHを作り上げるのも相当大変でした。やはりスリープが勝手に掛かったり、Windowsの勝手に動く常駐アプリなどで、衛星制御に重要なプロセスがブロックされたりと、四苦八苦しました。また、各センサとの接続はUSBを使っていたのですが、これも相当大変でした。地上のPCでマウスがおかしくなったらUSBを抜き指しすればいいですよね？衛星では打ち上げたら触れないのでそれができません。そこで、電気的なスイッチをUSBハブ回路に付けて、WindowsCEがハングアップしてUSBセンサへのアクセスがフリーズしたときはUSBハブのスイッチを切って、数秒後に入れるという、いわゆるマウスのUSBを抜き指しするような動作を、衛星内で自律的に行うような機能を実装しました。たとえば、そんな感じでiOS4 on iPhone4も高機能ですが宇宙で、ノンストップで動かし、更に宇宙放射線によって不定期にハングアップする環境でC&DHアプリを組み上げるのは相当に大変です。まぁ、その辺が面白いんですけどね。学生衛星やiSat4の様にiPhone4を載せてみるみたいなお馬鹿プロジェクトじゃない限り、こんなにOSもブラックボックス化されたデバイスはまず衛星では使いません。実際の衛星では、自分でCPUまわりの回路を設計し全てコードも書いて、宇宙放射線の耐故障性を確保するなど、もっと堅固なシステムになります。iPhone4をそのまま載せても、実運用面では大変だというイメージが伝われば幸いです。

その５）　通信系を検討する。

先に紹介してしまいましたが、カリフォルニアの森の写真を撮ってもその画像を地上にダウンリンクしないといけません。または衛星内に画像処理して火種を検出し、山火事だと判断し、その山火事だ～という情報だけダウンリンクするハイインテリジェンスな衛星でも良いかもしれません。とにかく宇宙で得た情報を地上と交信するために、衛星には送信機・受信機とアンテナが必要です。iPhone搭載の3G/WiFiは先述の通り送信電力が小さすぎて（逆に小さいので我々は無線の免許をとることなく使える）、軌道上から地上へ届きません。つまり、iPhone4と衛星内に搭載されている送信機・受信機とは何らかの方法で接続し、データを受け渡ししなければなりません。iPhone4のドックコネクタ経由で接続しても良いのですが、iPhoneSDKにドックコネクタ内のシリアル通信のプロトコルが公開されていない気がします（たぶん）。されていれば、またはAppleに頼み込んで公開してもらえれば、ドックコネクタ経由で送信機・受信機でデータのやりとりをすれば良いと思います。それがNGの場合は、Bluetoothです（笑）。10cm立方の小さい衛星内で内部機器同士がBluetoothでアクセスするのは技術的に可能です。Bluetooth経由ならAPIが公開されていると思うので（？）実現できると思います。一方で、Bluetoothも無線なのでここに無駄な電力が必要なのと、送信機・受信機側にiPhoneとアクセスするためだけのBluetoothモジュールを付けないといけないので、ドックコネクタ経由で有線で接続できるならそれに超したことはありません。

また通信系としては、無線機の他にアンテナもありますね。アンテナ設計が悪いとどんなに一生懸命電波を出していても地上に届きません。

その６）　構造系・熱制御系を検討する。（＋環境試験）

この構造系・熱制御系を説明する前に、環境試験に関して紹介しなければなりません。iPhone4は世界中の”地上”で使われますから、きっと皆さんが満足してちゃんと動いてくれると思います。一方でこれを宇宙で使うにはいろいろな宇宙の環境に耐えられるか試験しなければなりません。iPhone4に限らず衛星に必要な環境試験を下に列挙してみます。

●振動試験・衝撃試験：ロケット打ち上げ時に掛かる振動・衝撃に衛星が壊れないか試験する。
●真空試験：ご存じの通り、宇宙（軌道上）は空気がありませんので、中に空気が入っているような部品が宇宙に行くと破裂してしまいます。真空でも壊れないか試験します。
●熱真空試験：宇宙の温度は3K(ケルビン）と言われます。つまり、-270度位です。とっても寒いです。とはいえ、地球近傍は太陽が上記の太陽定数のパワーだけ熱を加えてくれるので3Kほど過酷ではありません。地球のまわりを回る衛星は、日照時に+80度、食（地球の陰で太陽があたらない）時に-40度くらいになります。これを１００分間間隔で繰り返します。暑くなって・寒くなって。この温度サイクルで衛星が壊れないか試験します。
●放射線試験：地球の周りを回る人工衛星には、宇宙放射線という極めてやっかいなものを浴びることになります。地上は大気がありますので、その影響は”ほとんど”ないのですが、衛星達は常に莫大な放射線を浴びています。最も支配的なのは、極域（北極・南極）上空で浴びる高いエネルギーを持ったプロトン（陽子）と、SAA （South Atlantic Anomaly）と呼ばれるブラジル付近上空での重イオンによるものです。こいつらが不定期に飛んできて衛星の電子回路にあたると様々な誤動作を起こします。
よく起こるものとしてSEE(Single Event Effect)と呼ばれる現象です。SEEには、主にSELとSEUなどが存在します。SEL(Single Event Latchup) 半導体内の寄生サイリスタとよばれる部分に荷電粒子が入り回路がショート（短絡）する現象。もう一つはSEU(Single Event Upset)と呼ばれ、メモリのビットが反転してしまうもの。０（ゼロ）と書き込まれていたメモリが反転して１になってしまいデータが変わったり、回路が誤動作するなど。宇宙放射線は太陽活動に依存して不定期に発生するので、いつ起こるかわかりません。衛星開発としては、実際に宇宙放射線を地上の施設で回路に当てて、放射線耐性を調べたり、仮に誤動作してもリセットを掛けて直るのか？、０と１が反転してもエラーチェックによってビット修正かけたりといろいろな対策をとります。
●アンテナ試験・通信試験：設計したアンテナ・通信機がちゃんと動作して数百～数千kmという距離をちゃんと通信できるかの試験です。この試験を行わないと衛星が打ち上がった後、生きているか死んでいるかもわかりません。
●長期運用試験：地上で衛星の軌道を模擬して、超時間動作させて衛星の動作に不具合がないかなどを確認する試験

以上の様な試験を重ねて衛星として完成度を高めいざ宇宙に打ち上がっていきます。

構造系は、振動試験・衝撃試験に関わるもので、iPhone4をしっかりと動かないように固定する構造設計、太陽電池セル（大変弱いもの）が振動で割れない設計などを行います。実際に、ロケットと同じ振動・衝撃を与える振動試験機というものを使って、物が壊れないか確認します。まぁ、iPhone4は、世界中のユーザーが不意に落っことして使い続けるので、衝撃試験はやる必要がありませんね。

熱制御系は、熱真空試験に関係します。iPhone4の動作保証温度は、0度～35度という温度範囲的に狭いものです。軌道上では、-40～+80度まで推移します。まず、冷蔵庫みたいな装置にいれて、iPhone4が実際には何度まで動くか確認します。動作保証範囲というのは少し狭めに公開していると思うので、iPhone4も-10～50度くらいは動くのではと思います。あとは-40～+80度までの範囲でも動く様に、もしかしたらiPhone4の周りに電熱線ヒーターを巻き付けて、寒くなったらヒーターを付ける（これはまた電力消費が大きいです）、暑くなったらヒートシンクやヒートパイプで熱を他に逃がすなど、衛星の全搭載物が軌道上の変化する温度下で壊れないかを設計するのが熱制御系です。

あと宇宙放射線に関してですが、iPhone4をそのまま宇宙に持っていったらおそらく１日数回はハングアップすると思います。上述のSEEは、荷電粒子が打ち込まれたときに誤動作を起こします。つまり最新のどんどん微細化している半導体プロセスほど宇宙放射線には弱いです。iPhone4の多大な機能をA4チップは全部まかなっているため、相当微細なプロセスになっているはずなのでモーレツに宇宙放射線で弱いと思われます。おそらく数時間で１回ハングアップするでしょう。ハングアップしたら、自分でリセットして回復する機能を付けなければなりません。その辺は詳しく書きませんが、宇宙放射線対策はいろいろノウハウがありまして、私の会社などはJAXAなどとは違うアプローチでいろいろ面白い対策をしています。宇宙放射線でモーレツに高いエネルギーを持ったものは、どんなに耐性が強い半導体でも少なからず誤動作・ハングアップします。問題はその際に自己修復してリセットをかけてまた動作を開始できるかに掛かっています。何度も言いますが衛星は打ち上げたら修理できません。自分で判断し、ハングアップしたら処理・頭脳が止まっているにも関わらず自分で何とか復活しなければならないのです。この辺が衛星開発の大変なところで、面白いところでもあり、ノウハウの固まりだったりします。また、先述しましたが、宇宙放射線は軌道高度が低いほど弱いため、iSat4の予定軌道300kmは、おそらく放射線耐性の弱いiPhone4には有利な軌道です。

その７）打ち上げ・運用

上記の様なプロセスで設計し、開発し、環境試験を重ねて衛星は出来て行きます。完成した衛星をロケットに搭載して、規定の軌道に打ち上げ切り離してもらいます。その瞬間にiPhone4搭載iSat4は、人工衛星になります。ニュースでは打ち上げで話題になりますが、衛星は切り離された瞬間からが勝負です。iSat4は、山火事がいつ起こるかビクビクして生活しているハリウッドセレブの為に、常時カリフォルニアの森を撮影し、火種を監視し、山火事の早期発見をしなければなりません。イメージとしては、１日数回、カリフォルニア上空を通る度に森の写真をとり、画像解析し火種を見つけたら地上に連絡します（送信機を介して地上のアンテナへ）。地上では、衛星から届いた早期火事情報を、カリフォルニア消防団に連絡し、火種の内に消火活動をしてもらいます。これで山火事を防げたら、セレブ達が喜んでお金を払ってもらうわけですな。また、衛星１機だとカリフォルニア上空を通るのは数時間に１回です。ビクビクしているセレブたちが、”常に森を監視して！”なんて要求を言ってきたら、同じiSat4をたくさん打ち上げて、常にカリフォルニア上空を１台は飛んでいるような配置にして、より迅速な早期山火事警報衛星群システムができあがります。

◆まとめ◆

今回、ハリウッドセレブ向け、早期山火事警戒衛星として、iPhone4搭載の衛星を超超超超雑に設計しました。実際にはこの数倍の検討や開発を重ねなければ全くお話になりません。また、通勤途中の電車の中でこの記事を書いているので、計算ミスやら、誤字・脱字があるかもしれません。とはいえ、我々衛星開発エンジニアがどんな感じで衛星を設計しているか？の雰囲気が伝われば幸いです。また、機能がふんだんに搭載されているiPhone4は、いろいろ工夫すれば、衛星の内部計算機として、”使えるかもしれない”という点も紹介できたかと思います。カメラにジャイロコンパスにA4という高性能チップに、衛星のかなりの要素をiPhone4は搭載しています。宇宙放射線や過酷な温度環境などそのままではまず使えませんが、魅力的なデバイスだと思います。

今更説明の必要もないくらいはやっているTwitter（ツイッター）ですが、そのツイッターをやっているユーザー向けのシステムを電車の行き帰りで雑に開発しました。

その名も、
英題：”Twitter Time on Your Life / Humankind / The Earth / The Universe.”
邦題：”あなたの人生、人類、地球、宇宙におけるツイッター時間。”
システムです。

URLは、http://spacewalker.jp/twittertime/

です。要するに、あなたの最近のつぶやきを解析し、そのつぶやいている時間”感覚”を、人生、人類、地球、宇宙の時間軸まで広げて考えてみるというくだらないシステムです。さすがにTwitterインフラは非常に良くできていて、このくらいの雑システムなら2時間ちょっとで作ることができます。あくまでくだらない・冗談システムですのであしからず。
（このシステムを作るにあたり同様のシステムがあるかなど調査もしておりません。思いついたものを作ったまでです。）

是非、ツイッター中毒の皆様、あなたのユーザー名で算出しますので、是非お試しください。感想などコメントにでもいただければと思います。

このシステムを作ったのにはいろいろ理由があります。私はツイッターインフラのシステム・広がり・つながり、可用性など非常に素晴らしいと思っておりまして、同等システムのmixi voiceなどとは比較にならないほど良くできていると思います。多くの著名人もつぶやいており、ツイッターのすばらしさをよくつぶやいているのを見かけます。とはいえ、私個人的にはツイッターに関しては、あまり良い印象を持っておりません。ある方のつぶやきでは、ツイッターを始めたら優秀な知人（フォロワー）達が非常に精度の良いフィルターとなり有用な情報を効率よく取得できると述べておりました。確かにツイッターを見ていると、ある記事・ブログの引用から始まってみんながRTしています。これは物理的に世界中がつながったインターネットインフラを使った人類全体の英知の結合であり、確かに素晴らしいものだと思います。あるソース記事からRTが連鎖し、更に深い議論に発展し、ソースの情報から更に広がった新しいアイデアなどがでるかもしれません。そういう意味ではツイッターインフラは非常に人類にとって有用なものであるかもしれません。

一方で私が良い印象を持っていない理由は上述の有用性とは逆のものです。つまり、誰か一部の人のニュース記事・ブログエントリーをかき回すだけで、０からの新しいコンテンツ創造力が圧倒的に落ちているのではないか？という懸念です。つまり、人の情報を舐めるスキルは人類全体で向上しますが、これが一般的になりすぎると、何もないところから新しいものを考えるクリエイティブ能力が欠落するのではないか？という心配です。すぐつぶやける事で、著名人の生の声・リアルタイムの声が聞けることで情報の発信のスループットはあがりましたが、逆に非常に素晴らしいブログを書いていた人々がツイッターに移行したことで、その人から発信されるおもしろい情報は非常に減り、また浅くなりました。私の周りでも何人かいらっしゃいまして非常に残念に思っています。もちろんブログも、アフィリエート、広告の台頭により、他人の記事のただの引用、ペーストばかりで全く意味のないブログが乱発しているのも確かです。しかしツイッターの時間が掛かっている割に、”情報の残らなさ”、”文字数制限による情報の浅さ”、”RTなどの引用が主体となる情報インフラ”、などの理由で、良いコンテンツが生まれないような気がしてなりません。

私の単なる思い過ごしなら良いのですが、ツイッターを利用されている方に、自分のツイッター時間をいろいろな時間軸で比較してみることで、何か客観的に感じる事があるのでは？という願いを込めて、今回のシステムを（雑に）作った次第です。ご自身のタイムラインと費やしている時間をご覧になって、人類にとって前進しているかどうか考えるきっかけになればと思います。もちろん、人々のつながりの中で気軽に情報をつぶやきをしあえるコミュニケーションツールとしては大変優秀です。とはいえ時間は有限ですから、勉強をしようと、テレビを見ようと、ブログを書こうと、ツイッターをしようとデートをしようと公平に有限に進みますから良い形でつきあって行きたいですね。

ツイッターが人類全体で”ものを考える”事に対するゆとり教育には”ならないように”祈るばかりです。

また、ツイッターの情報の”残り方”にも懸念があります。過去の私のブログ”人類は前進しているのか？”でも述べておりますが、人類が他の生物に対して有利にできる技術は、知恵・知識を残す技術です。Twitterは検索もできますし、Googleでも直接つぶやき中にある単語まで検索が引っかかっておりますが、その断片（短いつぶやき）を見ても、はっきりいって大した情報ではありません。先のブログで、Blu-rayはエジプトのパピルスに勝てない可能性があることを述べています。デジタル技術は本当によく考えないと、まともに情報を残すことができません（人類の特権技術にもかかわらず）。人類全体で巨大なツイッター時間を費やすのですから、ちゃんと有益な情報を残すことをもう少し考えるべきだと思いますが、短い文字数でつぶやくというコンセプト自体、この視点とは相反していますね。

平成18年6月3日に東京都港区シティハイツ竹芝において起こってしまったエレベータ事故に関して、社会資本整備審議会建築分科会建築物等事故・災害対策部会昇降機等事故対策委員会（長い・・・・）が、事故調査報告書を公表致しました。

国土交通省：報道発表資料：「シティハイツ竹芝エレベーター事故調査報告書」の公表について
また、報告書PDFは、シティハイツ竹芝エレベーター事故調査報告書
にて参照できます。５５頁の報告書で詳細に調査してありました。

まず、この悲しいエレベータ事故で亡くなられた方（高校生）にお悔やみ申し上げます。日常的に使われており、技術もこなれているエレベータでこのような事故が起こってしまったのは本当に悲しいことです。彼の死を無駄にしないためにも、事故の再発が無いように努めなければなりません。まず、あらゆる業種のエンジニアの皆さん（ソフトウェア・エンジニアも含む）は、上記の報告書を是非読んで頂きたいと思います。報告書後半の付録では、エレベータのブレーキの原理も図示されよく分かりますし、今回の事故が複合的に起こっているのもよく分かります。設計に関する不具合、安全性（フェイルセーフ）の考え方、メンテナンス・保守の方法、実施体制などあらゆる面で勉強になりますし、皆さんの業種・ジャンルでも学ぶべき所がきっとあるかと思います。エレベータ業界の事故と客観視せず、同じ様な視点で自分の業種を見たときに、同じ様な事故・不具合に繋がらないか再考して頂きたいです。もちろん私の人工衛星開発の分野でも学ぶ的ところは多いと思いました。また、マンション・ビルなどの管理者の方でエレベータを設置している方も参考にされると良いかと思います。メンテ業者に依頼されているかと思いますが、今回はそのメンテ業者が直接的な原因となっている箇所を”チェックしていなかった”ので、お金を払ってメンテをしていても事故は起こりうることを認識された方が良いかと思います。

さて、今回の事故の原因ですが、詳しくは報告書をご覧頂きたいですが、複合的な理由で起こっています。簡単に述べてしまうと

■エレベータのカゴが各階に停止する際に掛ける電磁ブレーキがあり、この電磁ブレーキが摩耗によって効かなくなり、扉が空いた状態でカゴが昇降を始めた。

これが原因となっていますが、この事故に至るまでは複合的な要因があります。

１）電磁ブレーキは、ブレーキドラムをブレーキライニングを介して、ブレーキアームで挟み込むことで摩擦力を発生させてブレーキとする。ブレーキアームは、バネを用いて”何もしなければブレーキが掛かる”様にドラムをデフォルトで挟む仕組みである。ソレノイド（ブレーキコイル）に電流を流す事によって、ブレーキアームをドラムから引き離しブレーキを解放する仕組みである。今回、このブレーキコイルの抵抗値が、規定より半減していた（コイルの途中が振動などの摩耗で端子と接触してしまい、抵抗値が半減した）。そのため、ソレノイドの電磁力が低下し、アームを十分にドラムから引き離すことができず、事故前まで”常に半ブレーキが掛かりながら運用していた”。その為、ブレーキライニングが大きくすり減っていた。その為、バネを用いてデフォルトで制動される（効く）はずのブレーキが効かなくなった（つまり階に停止中にカゴをしっかりと固定ができない）＝摩擦する部分がすり減ってなくなっていたため。エレベータはカウンターウエイトによりバランスを取っているため、このブレーキが効かないことで動き出して事故に繋がった。

２）ブレーキコイルは、コイルですので導電線が何回も巻いてあります。その導線の末端と末端に電流を加えないといけないのですが、振動など？の影響でコイルの途中と末端がショートして繋がってしまったようです。コイルの途中でショートしないように一般的な絶縁対策は取られていたようですが、結果的にはショートしたわけですから、根源的な原因はこの部分の設計ミス（またはショートしない対策方法が甘かった）と言えます。

３）直接的な原因は１）、２）で述べたものですが、エレベータは人の命を運ぶものですし、長期間に渡って使われるものですから、メンテナンス・保守が必須のエンジニアリングです。設計ミス要因は確かにありましたが、壊れないものなど世の中には存在しないので、壊れそうな部分を定期的にメンテナンスする必要があります。今回、マンション管理者（公団）からエレベータの保守業務を受けた業者は、この”ブレーキライニング”の摩耗に関しては、”検査していない”とのことでした。

４）シンドラーの専用メンテナンスマニュアルがなかった：マンション管理者（公団）も、エレベータ保守業者も、今回事故が起こったエレベータ専用の保守マニュアルを持っていませんでした。事故前にメンテを行った業者は、マニュアルがなかったため、東京都が定める”東京都昇降機等定期検査報告実務マニュアル（発行：東京都昇降機安全協議会）”をベースにメンテを行っていたとのこと。そのマニュアルには、今回の直接的原因となったブレーキの摩耗をチェックする項目がなかったかは不明ですが、メンテをした業者の定期検査成績書（上記PDF報告書の付表２）を見る限り、ブレーキの摩耗量を”定量的”に評価する項目は、そもそも”チェック欄”がないことがわかりました。このあたりが上記で複合的に起こった事故と述べた理由です。シンドラーとしては、エレベータ設計がどうなっている（このブレーキライニングが摩耗したら危ないという情報）情報を、メンテ業者に示すためにも、メンテマニュアルは必ず発行すべきですし、マンション管理者も設置エレベータのマニュアルを取り寄せるべきですし、メンテ業者もメンテを引き受けるなら一般マニュアルじゃなく、エレベータの個体マニュアルを取り寄せるべきだと思います。各プレーヤーがそれぞれ曖昧にやってしまったため、直接的な原因である摩耗をチェックするというメンテが”行えなかった”ことになります。つまり問題なのは、直接的原因に対して、”注目していなかった”ことです。

さて、原因は上記に述べたとおりですが、人が一人亡くなっているわけですから、同じ事を繰り返さないように我々も努力しなければなりません。我々エンジニアとしては、やはり設計技術を高めていかなければなりません。今回は、コイルの途中部分が剥げて短絡したという原因ですが、報告書から判断するにシンドラーの設計者の考え方が、”全系が全て正常に動作して成立する”設計思想と見受けられます。つまり、エレベータ全体のシステムを考えたときに、１つ故障箇所が起こっても他の部分でカバーする、サポートするという（いわゆる冗長系）が全く考慮されていないように思われます。今回のコイルの問題に置いても、短絡だけが問題ではなく、仮に短絡した際にアームが正常位置まで開いていないのを”検知”せずに、無理矢理動き出しているのが問題です。コイルにしろ、ソレノイドにしろ、コイルに投入する電力にしろ、アームが正常に広がらない要因は何個も思いつきます。複数の要因が考えられるわけですから、アームが規定位置まで正常に開いたかを検知するセンサーを搭載し、そのセンサーが作動しない限り昇降ロックを解除しないなり、いろいろ方法はあるはずです。報告書の説明は簡易的であるかもしれませんが、シンドラーエレベータ（事故機）のシステムは全体的に”全部がちゃんと動いている”のを前提とした設計であり、客観的に状態を把握するセンシング機能などが明らかに不足している印象を持ちました。

 報告書：４０頁付録３の事故発生前に発生した不具合報告において、”Ｃ：着床位置ずれ・目的階不停止・閉じ込め”に注目してください。床の位置ずれ、目的の階に止まらないという現象が数十回起こっています。これは、インバーターからのノイズで位置制御がずれるという原因の様ですが、ノイズ対策をしていないのがもちろん論外ですし、床の位置ずれを検知するセンシングができていないのが大問題です。おそらくこの設計思想ですと、どの部分が壊れるとどのような事故が起こるという想像力がエンジニアに欠けていると言わざるを得ません。故障が予想される箇所を想像できていれば、センサーなどを設置すると思いますし、この部分の点検をするように、メンテナンス業者にマニュアルを供給すると思われます。メンテ業者・管理会社が提出を求めなかったのも問題ですが、現実問題として、メンテ担当者はマニュアルを持っていなかったため、今回の事故を事前に防ぐことができませんでした。

私が行っている人工衛星開発では、打ち上げてしまったら修理ができないので、信頼性の確保はいろいろな方法で行っています。FMECA (Failure Mode Effect and Criticality Analysis)と呼ばれる手法で、衛星システム全体で、どういった故障モードが想定され、どのようにシステム全体に影響を与えるかを徹底的に解析します。その解析で、この部分が１つ壊れたら衛星全体が停止するような単一故障点になる箇所は、設計を変更したり、冗長系を組んだりして、信頼性を確保して行きます。ここはエンジニアと宇宙環境との想定される故障を事前に想像できるかの知恵比べです。そういったスタイルで設計して行きますので、基本的には”あらゆるところで故障が起こるのではないか？”という設計思想になり、上のシンドラーの思想（勝手に決めつけていますが）とは全く逆であると今回の報告書を読んで感じました。逆に宇宙開発では、ここが神経質になりすぎて、冗長構成を採用しすぎるあまりシステムが複雑化し、逆に故障モードが増えてしまったり、地上試験の項目が増えすぎて開発期間が延び、コストが指数関数的に増大しているという現実もあります。前回のブログで宇宙開発はほとんど世の中の役に立っていないと自分の首を絞めるような事を書きましたが、この辺の信頼性の考え方は少し技術転用できるかもしれませんね。（と、書きましたが、おそらくそれも自動車業界のブレーキなどの安全審査にはかなわないでしょう）

エンジニアとしては、とにかく想像力を働かせて、１）故障点を減らす設計を検討する、２）長期使用に耐えうる設計を検討、３）何か部分的な不具合が生じたときにセンサーなど客観的に状態を判断して停止するような機能を導入する、４）長期的に摩耗などが起こり得る箇所を全て洗い出し、メンテ業者に正確に伝える、などが今回の事故から改めて重要だと感じました。(物作りの正に基本ですが・・・）

ビル・マンションの管理者は、結局事故が起きれば入居者も去って行き不動産収入が減ることになるので、エレベータなどの設置インフラに対して、製品のマニュアルを取り寄せ、確実にメンテ業者に渡す姿勢が必要です。メンテ業者も、安易に入札して安いけど信用がおけない業者ではなく、誠実に仕事をしてもらうところを選ぶべきです。今回のシンドラー社を見ていると、やはり日本では国内メーカーおよび、そのメーカーがメンテをしているようなエレベーターが良いかもしれませんね。やはり設計者とメンテは同じ会社であるべきということが今回の事故からも良いことは明白です。エンジニアは私も含め、概してマニュアル作りが下手であり、摩耗などが起こり得る箇所を提示するメンテマニュアルがちゃんとできあがるか不安です。さらに会社がまたぐと、特許云々でより伝達精度が落ちる気がします。

メンテ業者は、基本的には”正常であることが多い”お仕事ですから、仕事が単調になり、問題箇所を見落としてしまう可能性は否定できません。更に、マニュアルもない状態で、東京都が作ったような汎用マニュアルでは、個別の故障点をメンテできるわけもないので、今回の様な事故は今後も起こる気がします。やはりマニュアルだけではなく、プロ意識を持って、故障しやすい箇所を想像して、自発的に検査する姿勢になって頂きたいと思います。

そして、今回のニュースを読んだ別業種の方（エスカレーター、プールの監視員、自動車、飛行機、自転車、電車、子供の遊具・・・・）は、ご自身の業種で事故が起こることを想像し、全ての物は”必ず壊れる”ことを前提に、それを適切な方法で検査しているかをもう一度検討して頂きたいと思います。

今回の一番の教訓は、設計の甘さの指摘ももちろんそうですが、”検査を実施していても、故障が起こりうる箇所を気付かず検査になっていないことがあり得る”ことだと思います。

最後に、普段お使いのエレベータで”床がずれる”、”異常な振動がある”、”望みの階に止まらなかった”、”突然急上昇・急降下を始めた”など、1回でもあった場合は、必ずメンテ業者および、エレベータの管理人に連絡すべきです。いつも確実に動いてあたりまえのエレベーターシステムにおいて、1回でもエラーがあった場合は、故障の前兆です。そのメッセージを見逃してはいけません。ちなみに私は、このブログでも以前紹介しましたが、六本木ヒルズ森タワーのエレベーターの異常振動に気づいていながらも森ビルに連絡しませんでした。その数ヶ月後にワイヤーが切れる事故がありました。起こらないならそれはむしろ良いことなので、世の中のシステムで何か異常に気付いたら大事をとって連絡するべきです。

9/3はドラえもんの”過去”の誕生日でした（まだ生まれていないので）。Googleのトップでもドラえもんバージョンになっていました。私が小さい頃にドラえもんが大好きだったこともあり、このブログでもドラえもんはよく取り出しています。今回は、過去の記事”ドラえもん工学”の続編を述べたいと思います。

”ドラえもん工学”では、ドラえもんを具現化する為に必要な技術を洗い出し、何点かの”道具”を実現するための応用例を示しています。
また”どこでもドア”があるのに、なぜ”どこでも窓”があるかについても述べています。その理由は”メーカーが違うから”という仮定を導き出しているのですが、そのような内容に興味がありましたら過去の記事を参照頂ければと思います。

今回の記事では、過去の記事と多くの部分で同じ内容になるのですが、ドラえもん実現に向けて、必要な技術に対してもう少し考えて見ることにします。

ドラえもん具現化に向けた必要要素技術は
１）3次元原子レベルスキャナー（またはもっとミクロレベル）
２）原子レベル物質構成・生成機
３）原子レベルデータ送受信機
４）脳波（意志）読み取り技術およびデジタル化
５）脳（脳波）へ書き込み技術
６）タイムトラベル技術（未来行き）
７）タイムトラベル技術（過去行き）
＊）および以上を超小型で実現する必要がある。

この技術があればドラえもんの道具のほとんどは実現化が可能です。

そういえば、先日ドラえもんを将来作りたいと言っていたベンチャー企業の社長に会いましたが、その方に”ドラえもんを実現するのに一番難しい点はどこですか？”という質問に、”ドラえもんを動かす人工知能”と言っていました。ドラえもんはロボットですので、歩行はもちろん、会話を行うなどの人工知能が必要です。しかしこの辺りの進歩は日進月歩でまもなく完成するでしょう。人工知能は、ドラえもんの具現化の上で、モーターなどのメカ部分の次に簡単な（見通しの立つ）技術と言えます。このブログでは、そういった現代のロボット工学の延長ではない、ドラえもんに必要な技術について扱ってゆきます。

１）3次元原子レベルスキャナー（またはもっとミクロレベル）
　ドラえもんの道具の実現に向けて大変重要な位置を占めている技術です。あらゆる物質の原子構造を3次元的にスキャンし、デジタルデータ化する技術です。原子よりちいさいものはどんどん見つかっていて解明が進んでいますが、とりあえず”物質”という意味では原子レベルとしておきます。電子顕微鏡などで原子レベルまで見えてきていますので、3次元スキャン方法（透過スキャン技術など）に課題がありそうですが、何となく実現できそうな技術だと思います。後述しますがこれを”超小型”で行う必要があります。超小型化が難しそうです。

２）原子レベル物質構成・生成機
　１）でスキャンされた物質の3次元原子レベルデジタルデータに従って原子レベルで組み上げ、物質を生成する技術です。とにかく任意の原子をどこから持ってくるのか、その原子をどうやって組み上げるのかにかなり技術的な難しさがあります。もちろん専門ではないので最先端レベルでは近いことが行われているのかもしれませんが、エンジニア一般感覚でかなり難しそうな技術です。ドラえもん実現に向けた大きな障害になっている技術ですね。

３）原子レベルデータ送受信機
　１）で取得された原子レベルの膨大なデジタルデータを遠隔地に転送・送受信する機能です。今のネットワーク技術、Internetの延長ですのでこれは簡単です。ただ原子レベルをデジタル化したときにどの位の膨大なデータになるのか？（意外と小さいのか）その辺りの懸念はありますが、まず大丈夫でしょう。

さて、１）～３）を使えば、ドラえもんの道具の多くのものは実現できます。

■どこでもドア：ドアをくぐる瞬間に人間のデータを3元スキャン＋デジタル化、そのデジタルデータを遠隔地に転送、遠隔地でそのデータを元に物質を生成すれば、実現可能
■どこでも窓：同様
■ガリバートンネル、スモールライト、ビックライト：物質生成時にデータを相似縮小・拡大加工し生成すれば、実現可能
■タケコプター：スキャンし、少し先の地点で生成を繰り返す事で、竹とんぼというレトロなデザインで飛んでいるように実現できる。
■通り抜けフープ：技術的にはどこでもドアと同様ですが、大長編ドラえもん（映画）では、敵の城などに入る際に使っています。敵の城内部に物質生成機を置いておく必要がありますので、未来の世界では物質生成機はあらゆる場所、家庭、敵の城に置かれネットワーク化されている必要があります。敵の城内に置いてある物質生成をクラッキング（ハッキング）してその場で生成する必要があります。そういう意味で、通り抜けフープはどこでもドアよりも高額になります（想像）。現代では、情報流出などのITハザードが頻発していますが、未来では物質生成機がクラッキングされてそこら中に泥棒が入られる可能性があるので大変です。
■グルメテーブル掛け：言わずもがなですが簡単な製品です。未来の世界では安い道具の一つだと思います（笑）。一方でそうなればいくらでもレシピ（3次元原子スキャンデータ）があれば、食料を作れてしまうので、２）の生成機の課題の一つである、”原子をどこから持ってくるのか？”がやはり難しそうな話ですね。ゴミみたいなところから原子を引っ張ってきて再生成するみたいな技術になれば究極のエコになるのかもしれませんね（ただ熱は出そうですね）

４）脳波（意志）読み取り技術およびデジタル化
　今人間が考えている事を確実に読み取り、それをデジタルデータ化する技術です。昨年発表されて、ほとんど使えないことが分かった（笑）　OCZ社のNIAですが、こういった民生用デバイスでも発売されつつあるようですし、今後もっと研究が進めば割と目処が立ちそうな分野ですね。

５）脳（脳波）へ書き込み技術
　脳波（意志・思考など）を脳へ直接書き込む（感じさせる）技術です。脳波はちょっと調べた限りuV程度の電圧ということで、それを脳に流し込む技術ですね。脳波解析と供に進みそうな技術ですね。ただ、大変危険な分野なのでこれは生命倫理にかなり抵触しそうですね。麻薬や性的な快楽などを与えるなどが始まるとかなり危険です（少子化が進みそうですし（笑））

さて、４）、５）を使えばいろいろドラえもんの道具に応用できます。

■四次元ポケットの”読み取り部”：手を突っ込んだ時に任意の道具を引っ張れるわけですが、この部分はこの脳波読み取り機能を使って実現しています。ドラえもんが焦って変な道具を出してしまうのも脳波の乱れなどと考えられ説明がつきますね。
■もしもボックス：何度も登場するもしもボックスですが、のび太のあり得ない要求を本当に実現していたらドラゴンボールより地球は危険です。ドラえもんはのび太には内緒にしていますが、もしもボックスは本当に世界を変えているわけではなく、脳波にその世界になったことを書き込んで仮想的に行っています。
■どこでもドアの行き先”読み取り部”：どこでもドアも、どこに行くかを入力するインターフェイスが外観には見受けられないため、ノブを触ったときに行き先を脳波から読み取っていると考えられます。のび太が静香ちゃん風呂への到達回数が異常に多いのも、確信犯であることがわかりますね。

さて、ここで１）～５）に関して少し考えるべき内容があります。１）の原子レベルでのスキャンによって、人間の人格、記憶、意志、経験などはちゃんとデジタル化できるか？という内容です。１）、２）を使えばチョコレートは問題なく作れる見通しは立ちます。一方で、人間の情報を正確に原子レベルでスキャンしたときに、人格・記録というのは”原子”で表現されているのか？原子間力みたいな力で保存されているのか難しいところですね。脳の専門家はこのあたり見通しが立っているのかもしれませんが、この辺が私の知識では少し疑問なところです。１）～３）の応用である物質転送は、スタートレックの転送装置としても提案されており、スタートレックではちゃんと記憶も人格も記憶も含めて完全に転送できています。仮に記憶・人格まで１）の技術でスキャンできれば、４）の脳波だけ特化した読み取り技術は必要なく、同じ技術で脳の状態をスキャンしてしまえば、意志も読み取れるわけですから、結局１）～３）の技術だけで事が済んでしまいます。この辺り現代の研究がどこまで進んでいるか、今度論文でも読んでみたいと思います。

補足ですが、物質転送する際に転送先で3次元スキャンデータを元に物質生成するわけですから、言ってみればコピーを生成しているわけです。そうなるとコピー元（元居た場所）を転送後、ちゃんと消さないといけません。クローン人間ができるとそれこそ映画”アイランド”みたいな状態になってしまい、どちらか本物かクリーンかで揉めそうです。この技術ができたらこの辺りの国際的な法の取り扱いは超大変になりそうですね。アイドルヲタクがアイドルのクローンを自宅で生成みたいな事件が起こったら大変です。とはいえこの技術で少子化対策にとなるのも恐ろしい話です。三次元スキャンはともかく、２）の原子レベル物質生成機がかなり難しそうですから、しばらくは大丈夫だと思いますが・・・。

６）タイムトラベル技術（未来行き）
　これは簡単ですね。２）と３）の技術の応用です。今スキャニングして例えば100年後に物質生成すれば未来に行けます。ただし100年後に生成ボタンを押してくれる人がいないとダメなのですが・・。ただ、実際には地球時間において100年待たないと行けないので、オリジナルは死んでいますね。この考え方は、既に地球に多く存在しています。デジカメで撮った過去の写真を今見ているのも、”昔のある時間・空間の映像情報”を”デジタル化”し、パソコンで”見る”（復元・再生する）訳ですから、その写真を撮った時から考えれば未来にその風景・空間がジャンプしています。今のデジタルカメラの例は、可視波長域の話ですが、たとえばフルトヴェングラーのベルリンフィルの演奏を今聴けるのも、可聴域において同じ未来へのジャンプといえます。また、最近話題になっている遠隔地へ香りを送る（香りネットワーク：香り発生器を置いておいて、例えば恋人の部屋に好きな香りを届ける）MIRAPRO アロマジュールなどは、”臭い”の分野の応用ですよね。料理のレシピも考えようによってはそうです。過去に考えたレシピを、未来で作るのは未来へのジャンプとも広義には考えられます。そういう意味でかなり分野でデジタルデータ化し、遠隔地、または未来で発生することによる、未来へのタイムトラベルは頻繁に行われています。あとは、１）～５）の物質レベル・記憶・人格レベルのデジタル化を待つのみですね。

７）タイムトラベル技術（過去行き）
　さて、この技術だけは見通しが立ちません。おそらく無理なのではないか？と思うわけですが、誰も宇宙遊泳をするなんて思っていなかった時代もあるわけですし、この技術が実現できるかは楽しみですね。ただ、相対論を考えれば、”過去には戻れなくとも”、”浦島太郎”的タイムトラベルは不可能ではありません。つまり、”他の人よりも時間を経たせない”方法はあります。これはロケット技術がもっと発展してもっともっと加速し続けられれば理論的には他の人よりは時間が経つのを遅くできるわけですが、数秒はともかく数十年レベルとなるとしばらくはなさそうですね。ただ仮に実現できたとして、自分だけ時間が進んでいないというのが幸せなのかは疑問なところです。
　ちなみに私は中学生の時に未来の自分に向けて過去へタイムトラベルをするように指示を出した（勉強机に彫り込んだ）のですが、結果は来ませんでした。時間と場所を彫り込み終わった瞬間に後ろに現れる予定でしたが（笑）、現れませんでしたので、
A)その机のメッセージが未来に伝わらなかった
B)過去へのタイムトラベル技術が実現できなかった
C)過去へのタイムトラベルは法律で禁止されている
D)我々の宇宙は常に膨張を続けているため、地球のその時の位置は宇宙の絶対位置から見ればどんどんずれています。未来の自分が過去に戻ろうとしてもその時の地球の位置が絶対的にずれすぎていて断念せざるを得なかった・・。
　などいろいろな理由が考えられますが、少なくともその実験は失敗に終わりました（笑

さて、ほとんど過去の記事と同じ内容の塗り替えしとなっていますが、１）～７）の技術が仮に実現できればドラえもんの実現は可能です。７）はおそらく無理だと思うので、タイムマシンが無いドラえもんになるかもしれませんね。

さて、敢えて説明する必要もありませんが、四次元ポケットへの応用です。

■四次元ポケット：
・デザインはポケット型であるが、形は何でも良い。
・手を入れた瞬間に脳波を読み取り欲しいものを読み取る。
・読み込まれた内容に従って、未来のamazon.comの様な通販センターへ情報が伝わる。
・amazonみたいな通販センターは、それに該当する商品（道具）をポケット内に転送（ポケット内に原子レベル生成機がが内在）
・道具を取り出せる
補足：iPodとSonyウォークマンがあるように、どこでもドアとどこでも窓があるのは、メーカーが違う。

いつかドラえもんが実現できれば良いですね。エンジニアとしてはドラえもんの道具にはとても参考になるものが多いです。特にその恐ろしいまでのシンプルなインターフェイス（宇宙究明ボード：他の星に移住するボートがボタン１つしかない）など多くの点で勉強になることが多いです。