岸川 諒子氏（産業技術総合研究所 物理計測標準研究部門）と川崎 繁男（JAXA宇宙科学研究所）らからなる共同研究チームは、窒化ガリウムダイオードとシリコン高周波整合回路を混成したHySIC(Hybrid Semiconductor Integrated Circuit)構造により、マイクロ波電力を直流電力に変換する高周波整流回路を実現し、その動作実証に世界で初めて成功しました。開発したHySICはマイクロ波で伝送した電力を効率よく直流電流に変換できることが期待され、かつ、宇宙線耐性が強く、また、小型化・軽量化が可能なデバイスです。今回動作実証したHySIC高周波整流回路を高性能化することで、人工衛星内の無線給電など将来の宇宙開発や地上応用が期待されます。

■開発したHySIC整流回路（左）と概略図（右）
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本研究成果は、2018年11月6～9日に国立京都国際会館（京都府京都市）で開催される2018 Asia Pacific Microwave Conference(APMC 2018)にて発表されます。

なお、本研究の一部は、一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構からJAXA宇宙科学研究所に委託された経済産業省「太陽光発電無線送受電高効率化の研究開発」(平成26年度～平成28年度) の成果が基になっています。

IT技術の進歩と無線通信が社会インフラとして整備されつつあり、情報のワイヤレス化が急速に進んでいます。次のステップは、電力・電源のワイヤレス化、つまりコンセントやバッテリーフリーで様々な電気機器類が作動することでしょう。電力が無線で供給されるようになれば、電源ケーブルの配線が難しい場所で電気機器類を動かすことができます。また、様々な制約からバッテリーの設置やバッテリーへの充電が難しい場合でも電気機器類を使うことができるようにもなります。

考案されている無線電力伝送方法は大きく分けて三つ、電磁誘導を用いる方法、磁気共鳴・電界共鳴を用いる方法、電波で電力を伝送する方法があります。マイクロ波を用いた無線伝送技術は、電波で電力を送る方法のなかでもマイクロ波と呼ばれる波長帯の電波を用いる方法です。他の方法と違い、数m以上の長距離でも電力伝送できるというメリットがあり、様々な分野での利用が期待されています。例えば、建物内の無線電力伝送システム、EV車の充電を含め電気機器の無線充電、宇宙で太陽光発電した電力の地上への送電、IoT端末機器への電源供給などです。

そして、マイクロ波無線電力伝送は、衛星・探査機への応用も期待されています。人工衛星や探査機など宇宙機内にはガスセンサー、振動センサー、温度センサーなど多数のセンサーが取り付けられ、機体や装置の状態を常に監視しています。こういったセンサー類にケーブルで電力供給する場合、コネクターの接続ミスや破損により機器が使えなくなるおそれがあります。これを避けるために繰り返す試験は、衛星や探査機のコストを押し上げてしまいます。無線で電力を供給できれば、機器類へのケーブル設置作業が不要になりますから、衛星の製作が簡単で短期間に行えるようになり、結果的には低コスト化を実現できます。このほかにもケーブルを取り付けた場合に比べ、無線電力供給では宇宙機の形状変化の自由度が高くなるというメリットもあります。

さて、無線給電方法で電気機器を動かすためには、マイクロ波で送った電力を直流電流に変換する必要があるため、いかに効率よく直流電流に変換できるかが実用化への第一歩となります。

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■図１　センサーへの無線給電システムの概要とHySIC整流回路
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本研究では衛星や探査機搭載用の無線電力伝送システムの開発を目指し、マイクロ波の電力を効率よく直流電流に変換する回路（整流回路）の設計と製作、動作確認を行いました。整流回路でいかに効率よくマイクロ波の電力を効率よく直流電流に変換できるかによって、無線電力伝送システムの性能が決まると言っても過言ではありません。

共同研究チームは、整流回路にHySIC（Hybrid Semiconductor Integrated Circuit）技術を適用しました。HySIC技術は、共同研究チームの一員である川崎 繁男が2014年に提唱した技術で、複数の半導体を一つの回路に混成させ、一種類の半導体では実現不可能な機能を持たせることができる回路のことです。HySICは低コスト・超小型化を可能とする高周波集積回路として期待されています。

整流回路は、整流デバイス（ダイオード）・（平滑回路・）入力整合回路・負荷抵抗から構成されます。マイクロ波から直流電流へ変換するにはダイオードを用います。本研究ではダイオードとしてGaN（窒化ガリウム）を用いました。

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■吉川ミッションマネジャーら会見「イオンエンジン」自画自賛

　「ついに到着の日付が入った。いよいよ近づいてきた」。
７日に開かれた宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）の小惑星探査機「はやぶさ２」に関する記者説明会で、吉川真・はやぶさ２ミッションマネジャーは資料の説明をしながらこう切り出した。
はやぶさ２は小惑星リュウグウに６月２７日ごろ到着する。
はやぶさ２をリュウグウ近傍まで導いた主エンジン「イオンエンジン」について、担当する西山和孝・ＪＡＸＡ准教授は「もはやイオンエンジンの実験ミッションではなく、与えられた計画通りにリュウグウへ到着することが求められていた。
自画自賛になるが、初号機（はやぶさ）に比べると極めて安定した運転ができた」と語った。

　イオンエンジンは、電子レンジでおなじみのマイクロ波を使って燃料のキセノンガスを加熱し、イオンと呼ばれる電気を帯びた粒子にしたものを静電気の力ではじき飛ばして、その反動で進む仕組みだ。
４台あるエンジンのうち３台動かしても１円玉３枚を動かせる程度の小さな力だが、摩擦も空気抵抗もない宇宙で噴き続けることによって加速が可能になる。
はやぶさ２は２０１６年３月以降、３回の連続運転に挑み、計６５１５時間を計画通りに噴射できた。
最後の３～４週間は、１台あたり１０ミリニュートンというエンジンが出せる最大レベルの性能を達成でき、連続運転終了が予定された６月５日から２日前倒しになったという。

　先代のはやぶさのイオンエンジンは、往復で当時世界最長となる２万５５９０時間の運転を達成したが、打ち上げ直後に４台あるエンジンのうち１台が故障。
また、国内で初めて開発して宇宙へ打ち上げたイオンエンジンだったため、少しでも問題があれば運転が止まるようにエンジンにかかわる数値の基準を極めて厳格に設定した。
その結果、自動停止は往復で６８回に上り、常にイオンエンジンを見守っている状況だったという。
さらに、地球への帰還直前には、運転に不可欠の装置が寿命を迎え、すべてのエンジンが動かなくなる絶体絶命の危機に陥った。
はやぶさ２はそれらの経験を教訓とし、不具合が起きた装置の徹底した改良に取り組むとともに、基準に余裕を持たせて必要以上の停止を防ぐなど運転方法も効率化した。

　はやぶさ２は、往路のイオンエンジンの自動停止は４回で済んだ。
はやぶさは３７６時間に１回止まるペースだったが、はやぶさ２は１６２９時間に１回と、極めて安定した運転になっている。また、地上のアンテナで探査機を追う時間、つまり探査機を「見守る」時間も短くした。西山さんは「はやぶさの経験値が増え、順調な運転ができたと思う。
プロジェクトチームの中でも評価された。
また、はやぶさのエンジン運転中は毎日７～８時間かけて追跡していたが、はやぶさ２は週１回、８時間程度かけて１週間分の計画を登録し、それ以外の日は追跡を１日４時間の『半パス』とするなど、運用の時間短縮が可能になった」と説明した。

続きはソースで

https://cdn.mainichi.jp/vol1/2018/06/09/20180609k0000m040133000p/6.jpg

毎日新聞
https://mainichi.jp/articles/20180609/k00/00m/040/129000c

「電力さえあれば推進剤は必要ない」という、ロケットにとっては夢のような推進装置「EMドライブ」および「マッハ効果スラスター」の原理の解明と実用化を目指す
プロジェクト「スペースドライブ・プロジェクト」が始動しています。
プロジェクトではこれらの装置の実際の動作を確実に測定するための研究インフラを整えることを目標に定めており、実際に装置を駆動させて発生する力の測定も始められています。

The SpaceDrive Project - First Results on... (PDF Download Available)
https://www.researchgate.net/publication/325177082_The_SpaceDrive_Project_-_First_Results_on_EMDrive_and_Mach-Effect_Thrusters

地上でいつでも給油ができる飛行機などとは違い、宇宙を飛ぶロケットにとっては推進剤を確保する方法が極めて重要です。
特に地球から遠く離れた惑星を目指す深宇宙探査の場合、目的の場所までたどり着くための多量の燃料をあらかじめ搭載しておくことが必要ですが、これは容易なことではありません。

また、搭載しておける燃料には限界があります。深宇宙を目指すロケットの場合は常にエンジンを噴射する必要はなく、一度加速すればしばらくの間は慣性によってほぼ変わらないスピードで飛び続けることができますが、それでもやはり長い航行のためには相当量の推進剤が欠かせません。
しかし、推進剤そのものが重量物なので、多量の推進剤を搭載したロケットを動かすためにさらに多くの推進剤が必要になり、ロケットの大きさが飛躍的に増すという結果に結び付きます。

そんな問題やジレンマを解消できそうな推進器として、EMドライブとマッハ効果スラスターが研究されています。

EMドライブは、両方が閉じられた円錐台形状の容器の中でマイクロ波を発するとなぜか力が生まれるという装置です。
これまでのロケットエンジンは、高温高圧のガスを噴射してその反作用で推進力を得るというニュートンの第3法則で説明ができるものでしたが、EMドライブは「なぜ力が発生しているのかわからない」という、現代の科学を超越した謎の推進器とされています。
https://i.gzn.jp/img/2016/04/21/emdrive/00_m.jpg
https://i.gzn.jp/img/2016/11/09/emdrive-nasa-test/00_m.jpg

このEMドライブにはNASAも関心を寄せており、実際に研究室レベルでの検証も行われていたことが明らかになっています。
https://i.gzn.jp/img/2018/05/18/spacedrive-project/snap5790_m.png

続きはソースで

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180518-spacedrive-project/

　国立研究開発法人 情報通信研究機構(NICT)は15日、光格子時計に基づく高精度な時刻信号の発生を半年間継続させることに成功したと発表した。

　開発されたのは、ストロンチウム光格子時計と、従来のマイクロ波時計で無人運転可能な水素メーザ原子時計(以下水素メーザ)を組み合わせて時刻信号を発生する、「光・マイクロ波ハイブリッド方式」で、これによって、光格子時計に1秒の基準を求めるかたちとしては世界で初めて時刻系信号を半年間生成することに成功したという。

　1秒の長さは、セシウム原子のマイクロ波遷移の周波数を9,192,631,770Hzとすることで決まり、現在、世界最高精度のセシウム時計は、1秒間を±1.1×10^-16(±1京分の5)秒の精度で実現できる。

　一方、NICTにおいて開発されたストロンチウム光格子時計では、それを超える5×10^-17の精度を保っているが、光時計は装置が複雑で、長期間の無人動作で時刻を示し続けるのは難しいという問題があった。

　そこで今回開発されたハイブリッド方式では、動作が止まらない高い信頼性を持ちつつ、大きなズレは起きない発振器(原振)として水素メーザを利用し、その調整を行なうための基準として光格子時計を利用した。

　光格子時計は週1回、3時間程度運転され、水素メーザの周波数のズレを計測し、過去25日間に計測されたデータをもとに、今後1週間の周波数変化を予測して、それを打ち消す調整をあらかじめ設定することで、1秒の精度が5×10^-16秒以内という安定な時刻信号を生成しているという。

続きはソースで

ストロンチウム光格子時計
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1112/124/20180315-01_l.png
光・マイクロ波ハイブリッド方式の構成図
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1112/124/20180315-04_l.png
ストロンチウム光格子時計による原振水素メーザの周波数測定結果
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1112/124/20180315-06L_m.png
生成した時刻信号の協定世界時に対する時刻差(青)とBIPM地球時に対する時刻差(赤) >>1ナノ秒=1×10-9秒
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1112/124/20180315-07L_m.png

英科学誌「Scientific Reports」
https://www.nature.com/articles/s41598-018-22423-5

PC Watch
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1112124.html