Development of a technology to realize high-precision, space-based reflectors by quantification of thermal deformation due to manufacturing error

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は形状精度に優れた宇宙望遠鏡の反射鏡（リフレクタ）を実現するとして期待される．本研究ではCFRPにより製作されたリフレクタに製造誤差に起因して無視できない大きさの反り（面外熱変形）が生じるという問題を解決する手法を見出すことを目指すものである．特に，製造誤差に起因する炭素繊維の配向角誤差に関し，これが面外熱変形に与える影響を抑制する手法を見出すことを目指した．初めに解析が比較的容易なCFRP平板に生じる面外熱変形について数値計算を実施した．そのために，ランダムな配向角誤差がもたらすCFRP平板の面外熱変形を確率論に基づいて計算する手法を新たに構築した．これにより，任意の積層構成を持つCFRP平板に生じる面外熱変形を素早く計算することが可能となった．続いて，新たな計算手法を用いて，CFRP平板の積層構成を最適化し，ランダムな配向角誤差により生じるCFRP平板の面外熱変形を最小化した．その結果，8層で構成されるCFRP平板について，面外熱変形の大きさを代表する値が，一般的な積層構成である「擬似等方積層」の場合と比較して30%程度小さくなる積層構成が得られた．また，実際に最適積層構成を持つCFRP平板を製作し，その熱変形を測定した結果，擬似等方積層平板と比較して面外熱変形が31%小さくなることを確認した．さらに，実際のリフレクタの積層構成最適化を考え，特定の形状のリフレクタ模型に関し面外熱変形を最小化するような積層構成を探索した．この際，平板の場合と同様，あらゆる形状のCFRP積層板構造に対しても適用可能な，ランダムな製造誤差に起因する面外熱変形の大きさの期待値を確率論に基づき短時間で推定できる計算手法を構築した．最適化の結果，面外熱変形がリフレクタの性能に与える影響を擬似等方積層の場合と比較して25%程度抑制できるような積層構成が得られた．

炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は形状精度に優れた宇宙望遠鏡の反射鏡（リフレクタ）を実現するとして期待される．本研究ではCFRPにより製作されたリフレクタに製造誤差に起因して無視できない大きさの反り（面外熱変形）が生じるという問題を解決する手法を見出すことを目指すものである．特に，製造誤差に起因する炭素繊維の配向角誤差に関し，これが面外熱変形に与える影響を抑制する手法を見出すことを目指した．初めに解析が比較的容易なCFRP平板に生じる面外熱変形について数値計算を実施した．そのために，ランダムな配向角誤差がもたらすCFRP平板の面外熱変形を確率論に基づいて計算する手法を新たに構築した．これにより，任意の積層構成を持つCFRP平板に生じる面外熱変形を素早く計算することが可能となった．続いて，新たな計算手法を用いて，CFRP平板の積層構成を最適化し，ランダムな配向角誤差により生じるCFRP平板の面外熱変形を最小化した．その結果，8層で構成されるCFRP平板について，面外熱変形の大きさを代表する値が，一般的な積層構成である「擬似等方積層」の場合と比較して30%程度小さくなる積層構成が得られた．また，実際に最適積層構成を持つCFRP平板を製作し，その熱変形を測定した結果，擬似等方積層平板と比較して面外熱変形が31%小さくなることを確認した．さらに，実際のリフレクタの積層構成最適化を考え，特定の形状のリフレクタ模型に関し面外熱変形を最小化するような積層構成を探索した．この際，平板の場合と同様，あらゆる形状のCFRP積層板構造に対しても適用可能な，ランダムな製造誤差に起因する面外熱変形の大きさの期待値を確率論に基づき短時間で推定できる計算手法を構築した．最適化の結果，面外熱変形がリフレクタの性能に与える影響を擬似等方積層の場合と比較して25%程度抑制できるような積層構成が得られた．