Integrated control system for coupled orbit-attitude-structure dynamics of actively deformable solar sails

主动变形太阳帆轨道-姿态-结构耦合动力学集成控制系统

• 批准号: 20J01938
• 负责人: 高尾 勇輝
• 金额: $ 3.33万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J01938/
• 关键词: ソーラーセイル; 小天体; 制御; 科学観測; 実験; 小惑星; ミッション解析; 振動解析; 軌道設計; 大域的最適化

本研究は、太陽光の輻射圧を受けて推進力を生むソーラーセイルに変形機能を持たせ、連成する軌道・姿勢・構造ダイナミクスの統合制御による新しい宇宙航行システムを実現するものである。昨年度までに、A) 連成力学系の解明と統合制御モデルの構築、B) 大域的軌道最適化に基づく宇宙航行論の確立、という2つの主要研究成果を獲得した。研究計画に従い、本年度はC) 実ミッションへの応用研究、を重点的に実施した。所属研究機関であるJAXA宇宙科学研究所では、小惑星探査機はやぶさ２の後継にあたる次世代小天体サンプルリターンミッションの検討が行われている。本ミッションでは、目標天体までのペイロード輸送を担う往還機（親機）と、サンプル採取などの探査を行う着陸機（子機）の複数機構成をコンセプトとしている。本研究では、小天体における科学をさらに充実させるためのオプションとして、変形可能なソーラーセイルを装備した孫機の搭載を提案している。低高度の小天体周回軌道に投入することで、高解像度のグローバルマッピングや地下レーダー探査といった活用が期待される。はじめに、ソーラーセイルのアクティブ変形による周回軌道制御の検討を行った。周回軌道として有名なターミネータ軌道を対象に、軌道投入誤差がある場合はいずれ小天体へ落下してしまうが、本研究が提案する可変構造ソーラーセイルを用いて長期的な軌道維持が可能であることを示した。続いて、複数のソーラーセイル孫機を展開することによる小天体コンステレーションの検討も行った。ソーラーセイルなどの膜構造と相性の良い平面型フェーズドアレイアンテナを用いて、電波航法による軌道決定も組み込んだ実践的なコンステレーション形成のための解析を行った。以上の通り、申請書に記載した研究計画に従い可変構造ソーラーセイルによる宇宙航行システムを確立し、その幅広い応用可能性についても示すことができた。

This study aims to develop a new space navigation system for the propulsion of solar radiation and the formation of orbital, structural and integrated systems. Last year, A) the solution of continuous mechanics system and the construction of integrated control system, B) the establishment of basic cosmic navigation theory for orbital optimization in large domain, and 2) the main research results were obtained. The research plan is in the middle of the year, and this year, C) has implemented the research and application of the research project, and the implementation of key projects. JAXA Space Science Research Institute is a research institute for small satellite exploration. This article is about the selection of the target object, and the selection of the target object. This study is aimed at providing scientific guidance on small celestial bodies, and at improving the possibility of equipping them with aircraft. Low altitude small body orbital input, high resolution and low altitude small body detection The first step is to improve the quality of the products. The orbit of the orbit is different from that of the orbit. The orbit input error is different from that of the orbit of the orbit. The orbit of the orbit can be maintained for a long time. A small object is a small object. The analysis of the formation of the film structure and the phase of the film structure The above communication and application documents indicate that the research plan can be constructed to establish the space system and the application possibility.

项目成果

Interplanetary Trajectory Design for a Hybrid Photonic-Electric Propulsion System Departing from Cuslunar Orbits

近月轨道混合光子-电推进系统的行星际轨迹设计

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuki Takao;Toshihiro Chujo
• 通讯作者: Toshihiro Chujo

Delta-V Earth-Gravity-Assist Trajectories with Hybrid Solar Electric-Photonic Propulsion

采用混合太阳能电光子推进的 Delta-V 地球重力辅助轨迹

• DOI: 10.2514/1.g006136
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Guidance, Control, and Dynamics
• 作者: Yuki Takao;Tochihiro Chujo
• 通讯作者: Tochihiro Chujo

スピン型ソーラーセイル形状制御装置の開発状況

自旋式太阳帆形状控制装置的发展现状

• 发表时间: 2022
• 作者: 高尾勇輝;森治;渡邊秋人;武井祥平;江川主民;藤井樹里
• 通讯作者: 藤井樹里

Analytical Model for Transverse Vibrations of Spinning Membranes

• DOI: 10.2514/1.a35367
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Journal of Spacecraft and Rockets
• 影响因子: 1.6
• 作者: Y. Takao

ソーラーセイルを用いた自律飛行型ターゲットマーカの研究開発

利用太阳帆自主飞行目标标记器的研发

• 发表时间: 2023
• 作者: 高尾勇輝;森治;渡邊秋人;武井祥平;江川主民;藤井樹里;楠本哲也;杉原アフマッド清志;大木優介;菊地翔太
• 通讯作者: 菊地翔太