Exploration of Fast-Rotating Asteroids: Orbit Design and Navigation Guidance

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2022年度は高速自転小惑星近傍での探査機の軌道力学と自律航法の研究を行った。軌道計算を行うにあたり、初めに高速自転小惑星の周囲に形成される特異な力学環境についての解析を行った。具体的には、小惑星1998 KY26を例にとり、小惑星重力・太陽輻射圧・太陽潮汐力による複合的な加速度が、距離に応じてどのように変化するかを評価した。これにより、太陽輻射圧と自転遠心力の影響がこれまで探査された小惑星より極めて大きいことを明らかにした。また、構築した力学モデルに基づき、探査機はやぶさ２が小惑星近傍に留まるためのホバリング軌道・周回軌道・降下軌道などを求めた。この結果、リュウグウでの探査手法を応用することで、高速自転小惑星での探査機運用が実現可能であることがわかった。加えて、表面での遠心力が重力を上回る高速自転小惑星では、人工マーカーによる航法が成立しないため、自律的な地形照合航法の研究を進めた。具体的には、小惑星リュウグウの実画像を用いて、はやぶさ２に実際に搭載されているオンボード画像処理機能に基づく地形照合航法の性能を評価した。小惑星リュウグウ表面の特徴点をテンプレート画像として読み込み、それと同じ物体位置をリュウグウ表面の実画像から判定することができた。一方、その特徴点をどの段階で撮像した画像を用いて抽出するのか、といった実用上のシナリオ検討、高度が変化した場合のマッチングの対応可能性などについて、実運用での実装に向けた今後の研究課題が浮き彫りとなった。これらの成果は未踏の高速自転小惑星の探査を実現するための基盤となる成果である。