| 授業名 | 宇宙開発論 |
|---|---|
| Course Title | Space Development |
| 担当教員 Instructor Name | 蔡 東生（DongSheng Cai） |
| コード Couse Code | NUC277_N25A |
| 授業形態 Class Type | 講義 Regular course |
| 授業形式 Class Format | On Campus |
| 単位 Credits | 2 |
| 言語 Language | JP |
| 学位 Degree | BSc |
| 開講情報 Terms / Location | 2025 UG Nisshin Spring Intensive |
授業の概要 Course Overview
Mission Statementとの関係性 / Connection to our Mission Statement
かつて、故ケネディ大統領は、宇宙を「ニューフロンティア」と呼び、米国の総力をあげ人類を月に送ることを政策に掲げた。現在においても、宇宙は「ニューフロンティア」であり、宇宙開発にはイノベーティブな思考が求められる。アポロ計画以降の宇宙開発の過程を俯瞰することにより、「フロンティア」に挑戦する上での、その意義、問題点を理解する。
In the past, the late President Kennedy referred to space as the “New Frontier” and made it a policy goal to send humans to the moon by mobilizing the full resources of the United States. Even today, space remains the “New Frontier,” and innovative thinking is essential for space development. By reviewing the history of space development since the Apollo program, we can gain an understanding of the significance and challenges of pursuing the “Frontier.”
授業の目的（意義） / Importance of this course
ソ連の人工衛星スプトニークの打ち上げ以来約７０年.世界各国は宇宙開発にしのぎを削ってきた.現在,国際宇宙ステーションが運用され,「LIVING WITH STAR」のコンセプトのもと,宇宙で生活をするための技術開発を進めている.スペースシャトル建設の経緯をたどり、米国宇宙プログラムの問題点、現在進めている商用宇宙輸送システムCOTS, 商用有人打ち上げシステムCCDevについて概観する.
Approximately 70 years have passed since the launch of the Soviet Union's artificial satellite Sputnik. Since then, countries around the world have been competing fiercely in space development. Currently, the International Space Station is in operation, and technological development is underway to enable human life in space under the concept of “LIVING WITH STARS.” This article traces the history of the Space Shuttle program, examines the issues with the U.S. space program, and provides an overview of the Commercial Orbital Transportation Services (COTS) and Commercial Crew Development (CCDev) programs currently being developed for commercial space transportation systems.
到達目標 / Achievement Goal
アポロ計画から,スペースシャトル計画,現在の国際宇宙ステーション計画,次期輸送システ ム Orion などのCommertialOrbital Transportation Sevices開発計画,特に,スペースシャトル計画において,リスクと実現性の評価がどのようにおこなわれ,政治的にどのように決定されたか、シャトル後、シャトル開発の失敗点がどのように現在の宇宙開発計画に反映されているか、4ページ程度のレポートにまとめる能力を得る。
From the Apollo program, the Space Shuttle program, the current International Space Station program, and the development plans for the next-generation transportation system Orion under the Commercial Orbital Transportation Services program, particularly in the Space Shuttle program, gain the ability to summarize in a 4-page report how risk and feasibility assessments were conducted, how political decisions were made, and how the failures of the Shuttle program have been reflected in current space development plans.
本授業の該当ラーニングゴール Learning Goals
*本学の教育ミッションを具現化する形で設定されています。
LG1 Critical Thinking
LG6 Managerial Perspectives (BBA)
LG7 International Perspectives (BA)
LG6 Managerial Perspectives (BBA)
LG7 International Perspectives (BA)
受講後得られる具体的スキルや知識 Learning Outcomes
現在,国際宇宙ステーションの利用が進み,「LIVING WITH STAR」のコンセプトのもと,宇宙で生活をするための技術開発を進めている.宇宙で生活するための技術開発,宇宙気象, 宇宙空間の平和利用法,宇宙空間の法律,「LIVING WITHSTAR」のための国際協力,グローバ ルな技術開発体制、民間宇宙開発計画(Commertial Orbital TransportationSevices(COTS), Commetial Crew Dvelopments(CCD))を理解するため,宇宙開発技術・工学の基礎を理解する.1.汎用コンピテンス:批判的・創造的思考力,広い視野と国際性.2.専門コンピテンス:国際学(国際開発)の理解.
Currently, the use of the International Space Station is advancing, and under the concept of “LIVING WITH STAR,” technological development for living in space is being promoted. This includes technological development for living in space, space weather, peaceful use of space, space law, international cooperation for “LIVING WITH STAR,” global technological development frameworks, and private space development plans (Commercial Orbital Transportation Services (COTS), Commercial Crew Development (CCD)) are essential. To understand these, it is necessary to grasp the fundamentals of space development technology and engineering. 1. General competencies: critical and creative thinking skills, a broad perspective, and international awareness. 2. Specialized competencies: understanding of international studies (international development).
SDGsとの関連性 Relevance to Sustainable Development Goals
Goal 4 質の高い教育をみんなに（Quality Education）
教育手法 Teaching Method
| 教育手法 Teaching Method | % of Course Time | |
|---|---|---|
| インプット型 Traditional | 55 % | |
| 参加者中心型 Participant-Centered Learning | ケースメソッド Case Method | 45 % |
| フィールドメソッド Field Method | 0 % | 合計 Total | 100 % |
事前学修と事後学修の内容、レポート、課題に対するフィードバック方法 Pre- and Post-Course Learning, Report, Feedback methods
スペースシャトルチャレンジャー事故に関するケースレポートを事前に読んでおく。人類が宇宙に挑戦する理由、今後どのように人類が宇宙に挑戦していくべきかを授業中に議論する。授業の最後に、チームを組んでもらい、興味のある宇宙開発計画について発表してもらう。
授業スケジュール Course Schedule
第1日（Day1）
ケネディの夢、月に人間を:アポロ計画の成功と失敗。なぜ人間は宇宙を目指すか?Sending Humans to the Moon: The Successes and Failures of the Apollo Program. Why Do Humans Seek to Explore Space?
●使用するケース
NASAレポート Rogers Commission Report第2日（Day2）
アポロ計画後:再利用可能な宇宙システム・スペースシャトルはどのように提案されたか?After the Apollo Program: How were reusable space systems and the Space Shuttle proposed?
●使用するケース
NASAレポート Rogers Commission Report第3日（Day3）
宇宙工学基礎:どのようなロケットが工学的に望ましいか? 打ち上げシステムとは。Fundamentals of Space Engineering: What kind of rocket is desirable from an engineering perspective? What is a launch system?
第4日（Day4）
スペースシャトル建造計画Space Shuttle Construction Project
第5日（Day5）
スペースシャトル建造の政策決定Policy decision on the construction of the space shuttle
●使用するケース
NASA Report Memorandum for Peter Flanigan (Space Shuttle Program)第6日（Day6）
再利用可能な宇宙往還システム(スペースシャトル)の問題点Issues with reusable space transportation systems (space shuttles)
●使用するケース
NASA Report Memorandum for Peter Flanigan (Space Shuttle Program)第7日（Day7）
民間宇宙開発計画。宇宙開発における民活(Commertial Orbital Transportation Services)。宇宙開発の民間への開放。宇宙ビジネス。成績評価方法 Evaluation Criteria
*成績は下記該当項目を基に決定されます。
*クラス貢献度合計はコールドコールと授業内での挙手発言の合算値です。
*クラス貢献度合計はコールドコールと授業内での挙手発言の合算値です。
| 講師用内規準拠 Method of Assessment | Weights |
|---|---|
| コールドコール Cold Call | 0 % |
| 授業内での挙手発言 Class Contribution | 0 % |
| クラス貢献度合計 Class Contribution Total | 0 % |
| 予習レポート Preparation Report | 0 % |
| 小テスト Quizzes / Tests | 0 % |
| シミュレーション成績 Simulation | 0 % |
| ケース試験 Case Exam | 50 % |
| 最終レポート Final Report | 50 % |
| 期末試験 Final Exam | 0 % |
| 参加者による相互評価 Peer Assessment | 0 % |
| 合計 Total | 100 % |
定期試験 Final Exam
なし（全てケース授業/Fully Case Method）評価の留意事項 Notes on Evaluation Criteria
教科書 Textbook
- 松浦 晋也「日本の宇宙開発最前線」扶桑社新書（2024）
参考文献・資料 Additional Readings and Resource
NASAレポート Rogers Commission Report
NASA Report Memorandum for Peter Flanigan (Space Shuttle Program)
その他 Google Classroom に上げておきます
教科書は必ずしも必要ありません。
NASA Report Memorandum for Peter Flanigan (Space Shuttle Program)
その他 Google Classroom に上げておきます
教科書は必ずしも必要ありません。
授業調査に対するコメント Comment on Course Evaluation
特にありません
担当教員のプロフィール About the Instructor
東京大学工学部航空学科卒業後、スタンフォード大学にて博士号（航空宇宙工学）を取得。神戸大学を経て、1992年より筑波大学に勤務し、現在は名古屋商科大学に所属。専門はAI駆動型科学計算、量子コンピューティング、数理解析、宇宙物理実験。また、メタバースやバーチャルリアリティ（VR）を活用した科学データの可視化に取り組み、脳科学、感情モデリング、ヒューマン・ロボットインタラクションの研究も行っている。
NASA、ESA、JAXAとの共同研究経験が豊富で、宇宙空間プラズマシミュレーションや量子機械学習の分野で国際的な業績を上げている。近年は、量子最適化アルゴリズムの開発、ディープラーニング、コンピュータグラフィックスの教育にも力を注いでいる。
これまでにベストティーチャー賞（筑波大学、東京大学）、フランス国立科学研究センター（CNRS）可視化賞、Oscar Buneman Award など、多くの教育・研究関連の受賞歴を持つ。複数の言語（英語、中国語）に精通し、国際的な研究・教育活動を展開している。
これまでの担当授業：線形代数、数値解析とシミュレーション、深層学習、コンピュータグラフィックス など。
NASA、ESA、JAXAとの共同研究経験が豊富で、宇宙空間プラズマシミュレーションや量子機械学習の分野で国際的な業績を上げている。近年は、量子最適化アルゴリズムの開発、ディープラーニング、コンピュータグラフィックスの教育にも力を注いでいる。
これまでにベストティーチャー賞（筑波大学、東京大学）、フランス国立科学研究センター（CNRS）可視化賞、Oscar Buneman Award など、多くの教育・研究関連の受賞歴を持つ。複数の言語（英語、中国語）に精通し、国際的な研究・教育活動を展開している。
これまでの担当授業：線形代数、数値解析とシミュレーション、深層学習、コンピュータグラフィックス など。
After graduating from the Department of Aeronautics at the University of Tokyo, he earned a Ph.D. in Aeronautics and Astronautics from Stanford University. Following his tenure at Kobe University, he joined the University of Tsukuba in 1992 and is currently affiliated with Nagoya University of Commerce and Business. His research specialties include AI-driven scientific computing, quantum computing, mathematical analysis, and space physics experiments. Additionally, he is engaged in the visualization of scientific data using the Metaverse and Virtual Reality (VR), as well as research in brain sciences, emotion modeling, and human-robot interaction.
He has extensive experience in collaborative research with NASA, ESA, and JAXA, and has made significant international contributions in the fields of space plasma simulations and quantum machine learning. In recent years, he has also focused on developing quantum optimization algorithms and teaching deep learning and computer graphics.
He has received numerous awards in education and research, including the Best Teacher Award (University of Tsukuba, University of Tokyo), the Visualization Prize from the French National Center for Scientific Research (CNRS), and the Oscar Buneman Award. He is proficient in multiple languages, including English and Chinese, and actively engages in international research and educational activities.
Courses previously taught: Linear Algebra, Numerical Analysis and Simulation, Deep Learning, Computer Graphics, among others.
（実務経験 Work experience）
筑波大学
(1992 - 2025)
- 高性能計算、量子機械学習、宇宙プラズマシミュレーションの研究を主導。
- 3D大域的粒子シミュレーション（PIC）の開発を実施。
- VRを活用した複雑な数学・物理現象の可視化に取り組む。
神戸大学
(1989 - 1992)
- 西日本の初期インターネットインフラの構築に携わる。
- スペースシャトルのプラズマ環境シミュレーションを実施。
スタンフォード大学 / NASAマーシャル宇宙飛行センター
NASAフェローシップ (1985 - 1989)
- スペースシャトル（STS-9, STS-45）でのSEPACビーム実験のデータ解析を担当。
- 超低周波（ELF）プラズマ振動の理論研究を実施。
---
海外での研究・共同プロジェクト
- NASA、ESA、JAXAとの共同研究に従事し、宇宙プラズマ・量子コンピューティング分野で国際的な成果を上げる。
- NASA MMS（磁気圏マルチスケールミッション）の磁場トポロジー研究を主導。
- 量子最適化アルゴリズムの開発、ロボット感情モデリングのAI開発にも取り組む。
(1992 - 2025)
- 高性能計算、量子機械学習、宇宙プラズマシミュレーションの研究を主導。
- 3D大域的粒子シミュレーション（PIC）の開発を実施。
- VRを活用した複雑な数学・物理現象の可視化に取り組む。
神戸大学
(1989 - 1992)
- 西日本の初期インターネットインフラの構築に携わる。
- スペースシャトルのプラズマ環境シミュレーションを実施。
スタンフォード大学 / NASAマーシャル宇宙飛行センター
NASAフェローシップ (1985 - 1989)
- スペースシャトル（STS-9, STS-45）でのSEPACビーム実験のデータ解析を担当。
- 超低周波（ELF）プラズマ振動の理論研究を実施。
---
海外での研究・共同プロジェクト
- NASA、ESA、JAXAとの共同研究に従事し、宇宙プラズマ・量子コンピューティング分野で国際的な成果を上げる。
- NASA MMS（磁気圏マルチスケールミッション）の磁場トポロジー研究を主導。
- 量子最適化アルゴリズムの開発、ロボット感情モデリングのAI開発にも取り組む。
University of Tsukuba
(1992 - 2025)
Led research in high-performance computing, quantum machine learning, and space plasma simulations.
Developed 3D global Particle-in-Cell (PIC) simulation codes.
Engaged in visualization of complex mathematical and physical phenomena using VR.
Kobe University
(1989 - 1992)
Contributed to the development of early internet infrastructure in western Japan.
Conducted space plasma environment simulations for the Space Shuttle.
Stanford University / NASA Marshall Space Flight Center
NASA Fellowship (1985 - 1989)
Responsible for data analysis of the SEPAC Beam Experiment on Spacelab-1 (STS-9, STS-45) aboard the Space Shuttle.
Conducted theoretical research on extremely low-frequency (ELF) plasma oscillations.
International Research & Collaborative Projects
Engaged in collaborative research with NASA, ESA, and JAXA, achieving significant international contributions in the fields of space plasma simulations and quantum computing.
Led magnetic field topology research for NASA's Magnetospheric Multiscale (MMS) Mission.
Worked on the development of quantum optimization algorithms and AI-driven emotion modeling for robotic applications.
Refereed Articles
- (2025) Performance upper bound of a Grover-mixer quantum alternating operator ansatz. APS
- (2024) A Feasibility-Preserved Quantum Approximate Solver for the Capacitated Vehicle Routing Problem. Quantum Information Processing
- (2024) Iterative Layerwise Training for Quantum Approximate Optimization Algorithm. Physical Review A
- (2024) Structural Color in Amber-Entombed Wasp: A Detailed Study Using NS-FDTD Simulations. Trans. IEEE Access
- (2023) Identifying and Visualizing Terrestrial Magnetospheric Topology using Geodesic Level Set Method. Computer Graphics Forum