「Space Station OS」は、世界中の技術者が協調して、宇宙ステーションの共同開発と利用を行うためのプラットフォームだ。宇宙ステーションの制御ソフトウェアとして、世界初のオープンソースとなる。
- Advertisement -
「Space Station OS」について
「Space Station OS」は、宇宙ステーションの開発や利用に必要なソフトウェアおよびシミュレーション環境をオープンソースとして全世界に公開し、世界中の技術者が協力して宇宙ステーションの開発や利用を促進するためのプラットフォームです。世界共通の宇宙ステーションの開発および運用環境を提供する。
第一弾として、宇宙ステーションの開発に必要なソフトウェアおよびシミュレーション環境を、世界最大のソフトウェア開発プラットフォームであるGitHubにて公開した。GitHub上では、世界中の数百万人もの開発者と共同開発を進めることができ、国境を越えた技術協力が可能となる。
「Space Station OS」は、いわば「宇宙のOS」だ。コンピューター産業におけるWindowsのようなOSは、異なるハードウェアの差異を吸収し、共通の操作環境を提供することで、コンピューターの普及を促進し、インターネットという新たなインフラを生み出した。
- Advertisement -
同様に、「Space Station OS」は、異なる企業や国が開発した宇宙ステーション間で共通に動作するソフトウェアを提供し、宇宙ステーションの開発や管理、運用を容易にする。これにより、誰もが宇宙ステーション事業に参加できる時代を開くという。
背景
複数の民間宇宙ステーションや有人宇宙船が開発・運用される時代
過去10年間で、米国のSpaceXをはじめとする企業によってロケットの打ち上げコストは劇的に低下し、打ち上げ回数は大幅に増加した。特にSpaceXの「ファルコン」シリーズや「スターシップ」の成功により、宇宙輸送がより手頃かつ高頻度で行われるようになり、民間企業による有人宇宙船の定常的な打ち上げと運用も実現した。
現在、米国を中心に民間企業が宇宙ステーションの開発を積極的に進めている。2030年に予定されている国際宇宙ステーション（ISS）の退役を見据え、NASAは「Commercial Low-Earth Orbit (LEO) Development」プログラムを通じて、民間企業による宇宙ステーションの設計・開発を支援している。これにより、2030年代には複数の民間宇宙ステーションが地球軌道上で運用されることが予想される。
このような未来を見据え、スペースデータでは、世界中における宇宙ステーション開発の加速を目指し、異なる企業や国家が開発する宇宙ステーション間での相互運用性を確保するため、共通動作するソフトウェアの開発をオープンソースとして推進するとしている。
- Advertisement -
「Space Station OS」が提供する機能
宇宙空間は、地球には当たり前にある空気や水、対流などの自然資源が無く、昼間は120度、夜には－150度に達する極端な温度環境だ。また、強い宇宙放射線、無重力などの人にとって過酷な環境が広がっている。
宇宙ステーションは、地球と同等の環境を工学的に再現することで、宇宙でも人が安全で快適に生活できるように設計されている。宇宙ステーションの技術は、地球の自然な営みを工学的に再現した「小さな地球」と言い換えることもできる。
「Space Station OS」には宇宙ステーションを構成する、熱制御、姿勢制御、電力、熱、通信、生命維持などを制御するソフトウェアが搭載。また、各機能を統合し、システム全体の最適化を図る機能を備えている。
主要機能
Space Station OSモジュール群
- シミュレータ
- 熱制御
- 姿勢制御／軌道変換
- 電力供給・制御
- 通信
- 生命維持
- 有人宇宙船／輸送船ポート
- 取扱説明書完備
実現手段とロードマップ
「Space Station OS」は、ROS 2（Robot Operating System 2）を基盤として構築されている。ROS 2は、ロボット開発のためのオープンソースミドルウェアで、ソフトウェアライブラリ、通信プロトコル、開発ツールなど、ロボットアプリケーションに必要な多様なツールを提供している。
ROS 2は、2023年には5億5千回を超えるダウンロード数を記録する等、世界最大のロボット開発者向けのオープンプラットフォームだ。
現在、ROSは自動化、製造、医療、農業など、多様な産業分野に広く普及している。宇宙ステーションの開発は、ROSが普及する以前のロボット産業と類似した状況だという。
現在は限られた専門家が独自に開発を進めているが、「Space Station OS」により、技術や知識の民主化が進み、世界規模での宇宙ステーションの共同開発が実現すると予想される。
また、各機能をモジュール化し、パッケージ機能でそれらを統合することで、柔軟性と再利用性、拡張性を実現するROS 2を技術基盤し「Space Staion OS」を構築する。
技術的背景
宇宙ステーション開発におけるソフトウェアディファインドアプローチの採用について
近年のハードウェアの開発ではソフトウェア制御を前提とし、共通のハードウェア上でソフトウェアを頻繁にアップデートし、機能や顧客体験を向上させるソフトウェアディファインドとよばれるアプローチが注目を集めている。
「Space Station OS」ではこうしたアプローチを宇宙ステーションの開発に導入し、柔軟かつ拡張性の高い製品や開発を実現する。
宇宙空間ではハードウェア交換が難しいため、ソフトウェアを通じて機能の追加や変更が可能になることで、宇宙ステーションの運用がより柔軟になる。
「Space Staion OS」では、システムとして成立する最小の機能(電力、通信、熱制御等の最小単位の機能)を提供すると共に、ソフトウェアやハードウェアの拡張性を許容するアーキテクチャを指向する。
また、標準化されたインターフェースを通じて、各国や企業が開発した機器が互換性を持ち、シームレスに連携できる環境を構築できる。これにより、宇宙ステーションの開発と運用が柔軟かつ持続可能なものとなり、将来の技術革新にも対応可能な基盤を提供する。
関係者のコメント
「Space Station OS」開発責任者 加藤 裕基氏
宇宙ロボティクスの専門家である私は、ロボティクスミッションが自由に宇宙に打ちあがっていく未来を目指しています。
数十年もの間、宇宙ミッションは有人か、無人（ロボット）か、という論争がなされてきましたが、私の中での答えはただ１つです。「ロボットが、有人ミッションに自由を与える」のです。そして、この「Space Station OS」は歴史を一つ刻み、世界に誇れるステップです。
宇宙ステーションは大きなロボットであり、スマートホームのようなものです。宇宙ステーションへ人がその維持作業のために行くのではなく、ロボットが管理しきれいにしてある宇宙空間にリモートワーク出張している世界は必ず実現できます。
Space Station OSが普及し、「宇宙の民主化」が進めば、有人火星探査や、スペースコロニーの話もどんどん出てくる、つまり人類の進歩への貢献を感じられるのです。
JAXA「きぼう」日本実験棟の開発責任者 長谷川義幸氏
「きぼう」は先端の有人宇宙技術を獲得する国家事業として国内の宇宙関連企業８社で分担開発を行いました。このため、各社間のデータ通信の接続を定義する「インタフェース仕様」を定義する作業が非常に大変で、試験をするとデータが受信できなかったり、指令データが届かないことが起き、全体システムとして仕上げるのに多大な労力やコストを費やしました。NASAとのインタフェース試験でも似たようなことが起きました。当時は、まだソフトウエアの標準化ができていない時期だったのです。
もし各社が手軽に利用でき安価で信頼のおける共通ソフトウエアが存在していれば、本来の目的である先端技術開発や宇宙実験準備に技術者の時間を集中できただろうと思います。宇宙ステーションの基本的な機能を組み込んだ「Space Station OS」は、そのような余計な業務を効率化でき開発を加速できる可能性があります。これをきっかけとして、国内外の多くの技術者や事業者が、宇宙ステーション開発や利用の事業に参加することを期待しています。
三菱重工業「きぼう」日本実験棟の管制システム開発責任者 竹内芳樹氏
「きぼう」の設計を行った1990年代は、PC、Windows、ネットワーク等が漸く普及した時代であり、管制システムおよび搭載ソフトウェアの要求定義やインタフェース設定に非常に苦労しました。この度公開される「Space Station OS」は、そのような業務を大幅に効率化するものであり、国内外での民間ステーションの開発で大いに活用されることを期待します。
東京大学先端科学技術研究センター知能工学分野 矢入健久教授
私たちは長年に渡って、宇宙機の信頼性と安全性を高めるための人工知能・機械学習研究に取り組んでいますが、宇宙機開発における知見やデータの共有の困難さが大きな障壁でした。Space Station OSが提供するオープンな研究開発環境はこの障壁を取り除き、真に宇宙で使える人工知能の実現に貢献すると大いに期待しています。
宇宙飛行士 山崎直子氏
ミニチュアの地球とも言える宇宙ステーションを、世界中の叡智をつなげて開発利用していく「Space Station OS」は、画期的な仕組みであり、人類にとって大きな一歩です。民間の宇宙ステーションが複数計画されている過渡期だからこそ、本OSが公開される意義は大きいでしょう。
国際宇宙ステーション(ISS)では、100以上の国の研究者により、約3,000もの実験が実施されてきています。準備には長い時間がかかる場合が多いですが、本OSが広まれば、宇宙実験をしたい、宇宙ならではのエンタメを考えたい等、多様なアイディアの実現も加速できるでしょう。そして、宇宙ステーションの熱制御、電力、生命維持など様々な機能をシミュレーションできる様になれば、より複雑な「宇宙船地球号」の理解への糸口となるはずです。宇宙でも地球でも貢献されることを期待しています。
