技術要約：RocketSmith – 高出力ロケット設計・製造のためのエージェンティック・システム

問題提起

打ち上げ機の設計と製造は、推進力、機械構造、材料に関する専門的なドメイン知識を必要とする、本質的に多面的な課題である。従来の開発は、専門分野を横断するチームによる協調作業に依存しているが、高出力ロケット（クラス2）の場合、これらのプロセスは個人による取り組みへとスケールダウンされることが多い。このスケールの縮小は、飛行シミュレーション、パラメトリック設計、および製造のための様々なソフトウェアツール間に、重大な摩擦を生じさせる。具体的には、設計仕様と製造の実態（例：部品の可用性、実際のコンポーネント質量、および安定性の再計算）との間の反復ループが、手動の調整や内部での議論によって長期化することが多い。したがって、飛行シミュレーションからパラメトリックCAD生成、そして製造用ファイルの作成へと、安定性と性能の制約を維持しながら、この反復的な開発サイクルを効率化できるシステムが必要とされている。

手法

著者らは、Model Context Protocol (MCP) に基づいて構築され、Claude Code や Gemini-CLI といったエージェント・ハーネス用のプラグインとしてリリースされたエージェンティック・システムである RocketSmith を提示する。本システムは、サブエージェント、スキル、およびツール呼び出し機能の組み合わせを通じて、設計、シミュレーション、および製造のワークフローをオーケストレートする。

ソフトウェア・アーキテクチャとツール統合

コアとなるパイプラインは、主に3つのソフトウェアツールを統合している：

1. OpenRocket: ロケット設計および飛行シミュレーションの「真実のソース（Source of Truth）」として機能する。システムは OpenRocket Helper パッケージを利用して、Java ベースのプラットフォームにプログラムからアクセスし、エージェントがコンポーネントツリーの作成、質量や寸法の変更、および飛行シミュレーションを実行して、最高到達高度（アポジ）、速度、および安定性を予測することを可能にする。
2. build123d: OpenCASCADE をラップしたパラメトリックCADライブラリである。生成的な3Dアプローチ（例：拡散モデル）とは異なり、RocketSmith は build123d を使用して、決定論的でスクリプトベースの STEP ファイルを生成する。これにより、フィレット半径の変更などの精密な幾何学的調整が可能になり、ソリッド全体を再生成することなく、ダウンストリームののスライシングに適した業界標準の交換フォーマットを出力できる。
3. PrusaSlicer: 生成された STEP ファイルを FDM（熱溶解積層法）用にスライスするために使用される。システムは、特定の材料（PETG または ABS）、インフィル、およびプリンター構成に基づいた正確な重量推定値を取得するためにこのツールを使用し、そのデータを OpenRocket にフィードバックして安定性の再計算を行う。

エージェンティック・システムの構成要素

• サブエージェント: システムは、コンテキストを分離するために6つの特化したサブエージェント（rocketsmith, cadsmith, gui, manufacturing, openrocket, praslicer）を採用している。これにより、コンテキストウィンドウの汚染を防ぎ、各エージェントがそれぞれのドメイン（例：manufacturing エージェントは、付加製造のための設計（DFAM）チェックを担当する）に対する API インタラクションを管理できるようにしている。
• スキル: 7つの明確なスキルがワークフローを導く：motor-selection（モーター選択）、stability-analysis（安定性解析）、design-for-additive-manufacturing（付加製造のための設計）、generate-structures（構造生成）、modify-structures（構造修正）、mass-calibration（質量較正）、および print-preparation（プリント準備）。ワークフローは通常、モーター選択から始まり、続いて安定性の検証、構造の生成、軽微な修正（例：ネジ穴の追加）、そして最終的にスライシングの準備へと進む。
• Human-in-the-Loop (人間介在型): システムは、ゼロショットモードと Human-in-the-loop モードの両方で動作する。グラフィカルユーザーインターフェース (GUI) は、エージェントの状態、コンポーネントツリー、およびCADモデルを可視化し、ユーザーが介入し、調整（例：壁の厚みを増す）を要求し、製造前の出力を検証することを可能にする。

実験設定および製造

本システムは、4つの異なる高出力ロケット（High Power 1–4）を、異なるモーター構成（AeroTech H100W, H219T, および J425R）と組み立ての複雑さを用いて設計・製造することで評価された。

• 材料: コンポーネントは、熱変形温度を考慮して PETG および ABS フィラメントを選択し、FDM プリンター（Ender 3, Ender 5 Plus, および Voron-2-Tall）を使用して製作された。
• 設計のバリエーション: ロケットは、単純な2パーツの組み立てから、アビオニクスベイを備えた複雑な多段式設計まで多岐にわたる。High Power 2 は、特に商用プリンターの造形ボリューム内に収まるように設計された。一方、High Power 1 と 4 は、より長いエアフレームのために大型フォーマットの印刷を利用した。
• 飛行試験: 4つのロケットすべては、トリピ・ロケットリー協会（Tripoli Rocketry Association）の監督の下、Dragon's Fire Field で飛行試験が行われた。High Power 1 と 4 の2機には、テレメトリとビデオ記録のために StratoLogger CF 高度計と RunCam 5 カメラが搭載された。

結果

飛行試験の結果は、実用的なハードウェアを製造するシステムの能力に関して、混合しているものの有益な情報をもたらした：

• 打ち上げ安定性: 4つのロケットすべてが、ブーストフェーズにおいて軸外への傾きやウェザコック現象を起こすことなく、安定した打ち上げを実現した。
• 回収結果:
  • High Power 3: 木の中に落下したが（分離は回収時であり、飛行中ではない）、再利用可能な状態で回収された。
  • High Power 4: 最小限の手間で、再利用可能な状態で回収された。
  • High Power 1: 回収時の放出チャージの遅延により、下部エアフレームに壊滅的な構造破壊が発生したが、電子機器は回収された。
  • High Power 2: 回収ベイの分離に失敗し、弾道的な衝突と構造的損傷を招いた。
• 飛行性能指標:
  • 高度精度: 計器搭載ロケットにおいて、測定された最高到達高度はシミュレーションと密接に一致した。High Power 1 は予想高度の 80%、High Power 4 は 84% に達した。
  • 速度と加速度: High Power 4 の測定値は、予測よりもわずかに低かった（最大速度 115.2 m/s に対し 92.4 m/s）。これは、初期シミュレーションで十分に捉えきれなかった空気力学的ドラッグまたは質量変動によるものと考えられる。

主な貢献と意義

本論文は、RocketSmith が、高出力ロケット開発の複雑で反復的なライフサイクルを自律的に管理するためのエージェンティック・システムの実現可能性を示していると主張している。

• 反復の自動化: システムは、シミュレーション、CAD生成、および製造重量推定の間のループを正常に閉じ、手動でのツール切り替えに伴う摩擦を軽減した。
• 製造のための設計 (DFM): PrusaSlicer の重量データを OpenRocket に統合することで、理論的な値ではなく、現実的な製造制約に基づいた反復的な安定性最適化が可能となった。
• エージェンティック・ワークフローの検証: 4つの異なるロケットの成功した打ち上げと部分的な回収は、LLM ベースのエージェントが、機械設計および組み立て計画に必要なドメイン固有の推論を処理できることを証明している。

著者らは、本システムは開発時間と摩擦を大幅に削減するものの、複雑な電子機器カバーの仕上げや製造公差の確保といった専門的なタスクにおいては、依然として人間の監視が不可欠であると結論付けている。本研究は、ドメイン固有のエンジニアリング用途における将来のエージェンティック・システムの基礎を築き、そのようなシステムが実世界の製造および飛行試験に適した設計を生み出せることを証明した。