空中発射式ロケットの制御・誘導システムに関する研究

小型衛星用の高性能宇宙輸送システムとして期待されている「空中発射式ロケット」の信頼性の高い打上げ実現を目指して、空中発射に特有な技術的課題点に対して統計数理学的な新しい手法を応用することを提案し、その手法の有効性を実証することが本研究の目的である。空中発射式ロケットの最も大きな技術的課題点の一つとして分離時の不安定性とそれによる初期エラーの影響などが挙げられ、これらの問題点に対して本研究では制御・誘導システムの観点から取り組んでいる。第一年目となる本年度の研究では、粒子フィルタによる分離時の運動推定を評価するための詳細なシミュレーションモデルを構築し、本手法の有効性を実システムに近いモデルにおいて検証した。さらに分離から点火までの運動予測に限らず、ロケットモータ点火後の飛翔フェーズにおいても粒子フィルタを用いたパラメータ同定および適応制御を応用することを視野に入れ、提案する姿勢制御アルゴリズムを評価するためのシミュレーションコードを作成して基本的な評価を行った。この評価解析結果により、粒子フィルタアルゴリズムに対して予備粒子群の導入・再配置法の導入などの工夫を施したり、制御器チューニングにモデル規範適応制御の手法を用いたりすることでより性能の高い適応制御系を実現できることが分かった。また、分離後の即時軌道最適化にも統計数理的な手法(確率ステップを用いた大域的最適化法)を応用することを検討し、数値シミュレーションによってその有効性を確かめた。

小型衛星用の高性能宇宙輸送システムとして期待されている「空中発射式ロケット」の信頼性の高い打上げ実現を目指して、空中発射に特有な技術的課題点に対して統計数理学的な新しい手法を応用することを提案し、その手法の有効性を実証することが本研究の目的である。空中発射式ロケットの最も大きな技術的課題点の一つとして分離時の不安定性とそれによる初期エラーの影響などが挙げられ、これらの問題点に対して本研究では制御・誘導システムの観点から取り組んでいる。第一年目となる本年度の研究では、粒子フィルタによる分離時の運動推定を評価するための詳細なシミュレーションモデルを構築し、本手法の有効性を実システムに近いモデルにおいて検証した。さらに分離から点火までの運動予測に限らず、ロケットモータ点火後の飛翔フェーズにおいても粒子フィルタを用いたパラメータ同定および適応制御を応用することを視野に入れ、提案する姿勢制御アルゴリズムを評価するためのシミュレーションコードを作成して基本的な評価を行った。この評価解析結果により、粒子フィルタアルゴリズムに対して予備粒子群の導入・再配置法の導入などの工夫を施したり、制御器チューニングにモデル規範適応制御の手法を用いたりすることでより性能の高い適応制御系を実現できることが分かった。また、分離後の即時軌道最適化にも統計数理的な手法(確率ステップを用いた大域的最適化法)を応用することを検討し、数値シミュレーションによってその有効性を確かめた。