小型衛星による大型宇宙デブリ除去を実現する電気推進と大気抵抗を利用した新制御手法

宇宙ゴミ(デブリ)の増加抑制に有効である大型デブリ除去は、その持続的実施のために低コスト化が必要であり、それには小型衛星で実現できることが重要である。しかし、除去対象の大型デブリは長期間宇宙に残存する高い軌道高度に存在するため、その高度を大きく落とし地球へ再突入廃棄させるエネルギー量は大きく、高い高度では大気が薄いがゆえに大気抵抗を利用したDrag Sail も利用できない。従って、小型衛星による実現には技術的に大きなハードルが存在していた。しかし、近年の電気推進の小型化や、空力トルクを打ち消す平衡姿勢といった新しい研究成果によって、小型衛星による大型デブリ除去が可能な世界が開かれつつある。そこで本研究では、大型デブリと結合後に劇的に変化する質量特性を推定し、小型電気推進や平衡姿勢を維持することで大気抵抗を積極的に利用し、不確かなモデル化誤差や軌道上外乱に対してロバストな誘導・制御則の設計手法を確立することを目的とする。上記の目的を達成するため、本年度は当初予定していた研究計画通り、1) 電気推進を用いた適応誘導・制御に関する研究、2) 空力データベースを用いたトルク平衡姿勢の安定性解析、の2つの課題に取り組んだ。これら2つの研究テーマから得られた成果により、高度400km以上の高高度における電気推進を用いたモデル誤差を考慮した軌道降下および、高度400km以下の低高度における大気抵抗を活用した軌道降下について、それぞれ小型衛星で実現可能な見込みを得ることができた。

宇宙ゴミ(デブリ)の増加抑制に有効である大型デブリ除去は、その持続的実施のために低コスト化が必要であり、それには小型衛星で実現できることが重要である。しかし、除去対象の大型デブリは長期間宇宙に残存する高い軌道高度に存在するため、その高度を大きく落とし地球へ再突入廃棄させるエネルギー量は大きく、高い高度では大気が薄いがゆえに大気抵抗を利用したDrag Sail も利用できない。従って、小型衛星による実現には技術的に大きなハードルが存在していた。しかし、近年の電気推進の小型化や、空力トルクを打ち消す平衡姿勢といった新しい研究成果によって、小型衛星による大型デブリ除去が可能な世界が開かれつつある。そこで本研究では、大型デブリと結合後に劇的に変化する質量特性を推定し、小型電気推進や平衡姿勢を維持することで大気抵抗を積極的に利用し、不確かなモデル化誤差や軌道上外乱に対してロバストな誘導・制御則の設計手法を確立することを目的とする。上記の目的を達成するため、本年度は当初予定していた研究計画通り、1) 電気推進を用いた適応誘導・制御に関する研究、2) 空力データベースを用いたトルク平衡姿勢の安定性解析、の2つの課題に取り組んだ。これら2つの研究テーマから得られた成果により、高度400km以上の高高度における電気推進を用いたモデル誤差を考慮した軌道降下および、高度400km以下の低高度における大気抵抗を活用した軌道降下について、それぞれ小型衛星で実現可能な見込みを得ることができた。