STKを使用した宇宙キャリアの大学生のトレーニング

ヨーロッパの航空宇宙産業における熟練労働者やエンジニアの不足に関する懸念は、少なくとも10年前にさかのぼります。¹欧州のエンジニアリングコミュニティのメンバーは、卒業生の能力を向上させ、より多くの学生がこの分野に参入することを奨励するために、学校レベルでより大きく進歩しなければならないと提案しています。支持者たちは、技術が日々進歩する中で、スキルセットは進化しなければならず、教育機関と航空宇宙産業の間に架け橋を築き、人材とスキルを向上させるためにはコラボレーションが必要であると主張しています。²

このようなスキルギャップを解消するために、European Space Agency（ESA）は2016年にESA Academyを立ち上げ、実践的かつ理論的で実用的な学習を通じて大学生の教育体験を向上させました。学生は、宇宙科学、工学、宇宙医学、宇宙探査機の運用、プロジェクトおよびリスク管理、製品および品質保証、標準化など、さまざまな分野を探ることを奨励されています。

ESA Academyの2つの主要プログラムの1つであるTraining and Learning Programme（TLP）は、創設以来、Ansys Systems Tool Kit（STK）デジタルミッションエンジニアリングソフトウェアを含む最先端技術を統合して、学生の学業経験を補完し、業界に対応したツールでスキルセットを向上させています。ESA Academyでは、大学や学術機関に教室や研究で使用するための手頃な価格のソフトウェアを提供する、大学アカデミックプログラムを通じてAnsysのツールを利用しています。これまでにESA Academyでは、宇宙関連の分野で2,000を超える学生をトレーニングしてきました。

応用学習: 空間設計の実践

ESA Academyは、ESA協定に基づきESA加盟国、カナダ、ラトビア、リトアニア、スロベニア、スロバキアなどの大学生を歓迎しています。 プログラムは学部生と大学院生を対象としていますが、大部分の学生は大学院レベルで修士号を取得しています。

Academyの2つの主なプログラムには、宇宙関連プロジェクトを直接体験できる徹底した継続プログラムであるHands-on Space Projectsと、さまざまなトレーニングセッションと学習機会を学生に提供するイニシアチブであるTLPがあります。

TLPでは、学生が大学で学ぶことを補完し、宇宙分野でのキャリアに向けて適切な準備をするために、ESAの専門知識のさまざまな分野で毎年およそ20のESAトレーニングセッションを提供しています。

セッションは通常4～5日間で、夏季にはより長いトレーニングオプションが提供されます。すべてのセッションは、ベルギーのESA European Space Security and Education Centre（ESEC-Galaxia）のESA Education Training CentreにあるTraining and Learning Facility（TLF）で行われます。TLFには、トレーニングルームとコンカレント設計教育施設があります。

これまでのところ、今年2月に開催された4日間のコンカレントエンジニアリングワークショップの学生たちは、ESAが宇宙デブリを捕捉するために構築している技術を実証するミッションコンセプトを開発しました。学生たちはESAのシステムエンジニアの指導を受け、STKを含むさまざまなツールを使用して2つのCubeSatのミッションを設計しました。NASAが定義したように、CubeSatは小型衛星と呼ばれる研究用宇宙探査機の一種です。一方のCubeSatは追跡機として動作し、軌道上にある間、2つ目のCubeSat（ターゲット）に接近し、捕捉して放出します。ミッションの目的は、この技術が将来的に宇宙デブリの破片を除去できるかを証明することでした。2023年に開催されるワークショップにもSTKが組み込まれます。

コンカレントエンジニアリングでは、設計と開発のさまざまな段階を順番ではなく同時に完了しながら、チーム全体で協力して作業することを奨励しています。

共同作業、コンカレントエンジニアリング

昨年、STKは4つのコンカレントエンジニアリングワークショップに統合されました。学生たちは2人または3人のチームに分かれ、それぞれが宇宙ミッションの特定のサブシステムの設計を担当しました。並行した取り組みの目的は、ミッションアーキテクチャの発見と開発を加速して強化することです。学生たちはSTKを使用して、宇宙探査機の軌道解析、軌道および通信システムの設計を行いました。

TLPの管理者であるNatacha Callens氏は次のように述べています。「STKは共有プラットフォームを提供することで、宇宙設計へのコンカレントエンジニアリングアプローチを支援しています。

コンカレントエンジニアリングワークショップでは、すべての異なる分野が同じ教室にあり、学生はコラボレーションシステムを使用して並行して作業します。このシステムでは、1つのサブシステム内のパラメータの変更が他のサブシステムに直接反映されます。STKを使用することで、学生はツール内でこれらの変更を行い、可視化とコラボレーションを使用してミッション軌道全体の影響を確認できます。」

昨年の春、ESA加盟国とカナダの大学生がESEC-Galaxiaの現地で5日間のコンカレントエンジニアリングの課題を行いました。この課題には、独自のコンカレントエンジニアリング施設がある2つのヨーロッパの大学École Polytechnique Fédérale de Lausanne（（EPFL）、Swiss Federal Institute of Technology Lausanneとも呼ばれる）とUniversity of Luxembourgの学生もリモートで参加しました。

各学生チームは、月極の暗い領域に保存されている水の氷資源を定量化するミッションを設計することを任務としました。学生たちは、STKなどのツールを使用して、1つの宇宙探査機（いわゆる「宇宙母船」）と、月周回軌道上の宇宙母船によって配備された2つのCubeSatを含む複数の宇宙探査機間の反射測定を通じて、月面の高解像度マッピングを行いました。

Callens氏は次のように述べています。「STKは、軌道シミュレーション（地上局へのアクセスやカバレッジ解析）などの信頼性の高い機能とアドインにより、ミッション解析の反復を強化することで、コンカレントエンジニアリングワークショップをサポートしています。また、単一の衛星ミッションから星座まで、惑星間ミッションと低軌道（LEO）ミッションの両方に対応する高度な軌道シミュレーションも可能です。」

秋に行われた別のワークショップでは、ESA加盟国とマルタの大学生が、金星へのミッションを設計することに挑戦しました。ESAのシステムエンジニアの支援を受けて、学生たちはSTKを使用して、太陽系で居住可能性がどのように進化したかを調査しました。このミッションは、Ariane 6.2の打ち上げ1回で推進できる浮体式プラットフォームと宇宙探査機で構成され、学生たちはこれを「大型軌道金星探査機」（large orbiter Venus explorer）を意味するLOVEと名付けました。

Callens氏は次のように述べています。「私たちの活動の枠組みでは、Ansys STKなどのツールを使用することが不可欠です。それがなければ、学生に同じ実践的な経験を提供することはできませんでした。」

同様に、Ansysアカデミックプログラムを通じてソフトウェアを手頃な価格で利用することが必要です。

Callens氏はさらに述べています。「私たちは教育機関であり、トレーニング活動に予算が割り当てられているため、通常価格でソフトウェアライセンスを購入することはできません。これらのツールを提供してくれるAnsysアカデミックプログラムのおかげで、私たちが学生に提供できるトレーニングのレベルが直接確保されています。」

将来のエンジニアリング業界のセキュリティ確保

ESA Academyは、高度なツールを使用した理論的な講義と実践的な演習を提供することで、大学生に宇宙分野でのキャリアを準備することに取り組んでいます。

Callens氏は次のように述べています。「私たちのトレーニング施設で、Ansys STKを使用する機会を得られたことに感謝しています。このツールを学生が利用することで、特にグループの学生がこのツールを共同で使用し、将来のキャリアのためにSTKの知識を学び、発展させることができるコンカレントエンジニアリングワークショップでは非常に大きなメリットがあります。」

Ansysは、科学、技術、工学、数学（STEM）教育を奨励しながら、STEM分野でのキャリアを目指す学生に最適な準備ができるように、シミュレーションツールのアクセシビリティと手頃な価格を確保することに専念しています。

詳細については、「Ansys Academic」をご覧ください。

参考文献

1.  「Competitiveness of the EU Aerospace Industry with focus on: Aeronautics Industry Within the Framework Contract of Sectoral Competitiveness Studies.」Ecorys Research and Consulting、2009年12月18日。
2. 「21st Century Skills for the Aerospace Industry Workforce and Their Translation to the Classroom.」Council of European Aerospace Studies、2005年。