超小型衛星の軌道高度維持および高速姿勢変更のためのスラスタ制御系に関する研究

微小卫星维持轨道高度和高速变姿推进器控制系统研究

• 批准号: 19J10676
• 负责人: 佐藤 悠司
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10676/
• 关键词: 超小型人工衛星; スラスタ推進; 軌道制御; 姿勢制御; 閉ループ制御シミュレーション; リアクションホイール

本研究は，重量50-100kg規模の超小型人工衛星にスラスタ推進システムを適用し，同規模衛星にとって機能的に途上段階にある軌道高度維持と高速姿勢変更を同時に達成する制御技術の確立を目的とした．今年度は，(1)運用中の衛星を用いたスラスタ制御実験の実施と軌道高度維持制御の達成度評価，(2)スラスタ-ホイール複合制御による高速姿勢変更手法の検討および手法評価のための衛星ダイナミクス試験装置の開発，以上2点の研究に取り組んだ．(1)前年度に開発したスラスタ制御アルゴリズムを超小型人工衛星「ALE-2」に搭載し，軌道高度維持制御システムの宇宙実験を実施した．結果として，前年度のシミュレーション解析で得た結果と一致する姿勢制御誤差±5°以内を維持しつつ地球1周回(90分間)換算で1.05kmの軌道高度上昇に成功し，その成果を国際会議にて発表した．なお，本実験の過程にて電力供給回路の不具合に伴う推進器異常動作などのトラブルが発生したが，制御シーケンスの見直しやFDIR（自律的な故障検知・復旧）機能によって解決した．この成果は近年急増している同規模の宇宙機に対して容易に転用可能であり，自律的な宇宙デブリ化防止措置やミッション軌道長期維持による高度宇宙利用・宇宙安全に資するものと考える．(2)高速姿勢変更を実現するために瞬間的な高トルクを発生させるスラスタと精密角度制御に優れたリアクションホイールを組み合わせた制御則を，前年度に開発した閉ループ制御シミュレータを用いて検討したが，当初目標性能である20秒間に30°の迅速・精密角度制御に到達するには至らなかった．一方で，球面エア軸受型回転テーブルを用いた衛星姿勢変更機能の試験装置の開発は進展し，重心位置の自動調整機能やテーブル回転特性の推定手法を実装してスラスタ-ホイール複合制御の実時間・動的評価環境を実現させるに至った．

In this study, the weight 50-100kg model of the ultra-small man-made satellite vehicle promotes the use of the vehicle, and maintains the height of the high-speed attitude lane on the way to maintain the high-speed attitude at the same time. At the same time, the control technology is designed to ensure the purpose of this year. (1) in the middle of the satellite, use the equipment to control the height of the flight path, and (2) to control the high-speed attitude and attitude of the satellite. (1) to use the satellite system to control the height of the flight path, and (2) to control the high-speed attitude and attitude of the satellite. The above two points are selected from the research group. (1) in the previous year, we opened the system to control the launch of the ultra-small man-made satellite "ALE-2", and the height of the channel was maintained to control the operation of the cosmos. Results In the previous year, the results showed that the attitude control error was within ±5 °and the earth was maintained within 1 week (within 90 minutes). The results of the international conference on the 1.05km were reviewed in the table. This equipment is used to provide power to the loop without a partner thruster. The control and control of the FDIR (self-discipline failure knowledge) machine can solve the problem. In recent years, there has been a rapid increase in the performance of the same model. The universe machine is easy to use the possible one. Self-regulation of the universe to prevent the long-term maintenance of the high altitude of the universe and the use of cosmic safety information. (2) the high-speed attitude change enables the high-speed vehicle to realize the high-speed temperature response in the blink of the street. the precision angle of the vehicle is used to control the precision angle of the vehicle. In the previous year, the system was used to control the use of the equipment, and the original performance was 20 seconds and 30 °. On the other hand, the spherical receiver is capable of improving the performance of the equipment with the attitude of the satellite. The center of gravity position automatic machine can be used to determine the characteristics of the vehicle return, and the method can be used to install the equipment to control the impact of the environment during the operation.

项目成果

人工流れ星実証衛星ALE-1 における姿勢制御システムのシミュレーション評価および軌道上実証

人造流星示范卫星ALE-1姿态控制系统仿真评估及在轨演示

• 发表时间: 2019
• 作者: Yuji Sato;Shinya Fujita;Toshinori Kuwahara;Hiroto Katagiri;Tomoyuki Honda;Yuji Sakamoto;Yoshihiko Shibuya;Koh Kamachi;佐藤悠司，藤田伸哉，澁谷吉彦，桒原聡文，蒲池康
• 通讯作者: 佐藤悠司，藤田伸哉，澁谷吉彦，桒原聡文，蒲池康

Design, Implementation and In-orbit Demonstration of Attitude and Orbit Control System for Micro-satellite ALE-2

ALE-2微小卫星姿态轨道控制系统设计、实现及在轨演示

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuji Sato;Shinya Fujita;Toshinori Kuwahara;Yoshihiko Shibuya;Koh Kamachi
• 通讯作者: Koh Kamachi

Design and Evaluation of Thruster Control Approach for Micro-satellite ALE-2

ALE-2微小卫星推进器控制方法设计与评估

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuji Sato;Shinya Fujita;Toshinori Kuwahara;Yoshihiko Shibuya;Koh Kamachi;Junichiro Kawaguchi;Yuki Kubo;Yuichiro Nada;Kaoru Ohashi
• 通讯作者: Kaoru Ohashi

Establishment of the Ground Evaluation and Operational Training System of Artificial Meteor Micro-satellite ALE-1

人造流星微小卫星ALE-1地面评估与运行训练系统的建立

• DOI: 10.2322/tastj.18.84
• 发表时间: 2020
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: SATO Yuji;FUJITA Shinya;KUWAHARA Toshinori;HONDA Tomoyuki;SAKAMOTO Yuji;SHIBUYA Yoshihiko;KAMACHI Koh
• 通讯作者: KAMACHI Koh