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

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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．