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

利用电力推进和大气阻力的新控制方法，利用小卫星清除大型空间碎片

• 批准号: 22K14284
• 负责人: 佐々木 貴広
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14284/
• 关键词: 宇宙デブリ除去; 宇宙機システム; アストロダイナミクス; 制御工学; 姿勢制御; 軌道制御; 平衡姿勢; 電気推進; 人工衛星; デブリ除去

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。

Cosmic growth suppression is essential for large satellites to eliminate persistent phenomena. In addition to the large scale of the object, the existence of the long-term universe in the high altitude, the earth's re-emergence, the large amount of energy, the high altitude, the thin altitude, the high altitude resistance, the utilization of the Drag Sail. The technology of small satellites and small satellites is still in existence. In recent years, the miniaturization of electric propulsion, air power, and balance posture have been studied. Small satellites and large satellites have been eliminated. This study aims to estimate the mass characteristics of large and small electric propulsion, maintain the equilibrium posture, actively utilize large electric resistance, accurately estimate the mass errors, and establish the design methods for induction and control of orbital disturbances. To achieve the above objectives, this year's scheduled research plan is communicated, 1) electric propulsion, application of appropriate induction and control related research, 2) aerodynamic design, application of appropriate balance posture stability analysis, and 2) subject selection. The results of this research were obtained at altitudes above 400km and at low altitudes below 400 km. The errors in the use of electric propulsion were considered. The orbit was lowered. The large resistance was used. The small satellites were found to be possible.

项目成果

Adaptive Thrust Vector Control for Deorbiting Space Debris Using a Gimbaled Thruster

使用万向推进器使空间碎片脱离轨道的自适应推力矢量控制

• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Evolving Space Activities
• 作者: Takahiro SASAKI;Hiroyuki OKAMOTO;Yu NAKAJIMA;Ryo NAKAMURA;Toru YAMAMOTO
• 通讯作者: Toru YAMAMOTO

Adaptive Control/Steering Design for Deorbiting Space Debris with Hybrid Actuators Configuration

具有混合执行器配置的空间碎片脱轨自适应控制/转向设计

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Sasaki;R. Nakamura;T. Yamamoto
• 通讯作者: T. Yamamoto

Requirement Optimization of Proximity Operations for Active Debris Removal Missions Considering Both GNC and Capture System Constraints

考虑 GNC 和捕获系统约束的主动碎片清除任务的邻近操作需求优化

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Sasaki;R. Nakamura;H. Okamoto;Y. Nakajima;T. Nishishita; N. Tanishima;H. Umeda;S. Takatsuki;T. Kobayashi
• 通讯作者: T. Kobayashi