電気推進・ソーラーセイルの運用性を考慮した深宇宙探査機軌道設計ツールの開発

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本研究は、「電気推進」や「ソーラーセイル」等の低推力で連続加速をするエンジンを用いた探査機の「運用性」に着目した軌道計画の研究を行う事を目的としている。2010年6月に地球に帰還した「はやぶさ」と同年5月に打ちあがったソーラーセイル実証機「IKAROS」の実ミッションから「運用性」を検証し、運用性を考慮した軌道設計理論を構築し、ツールの開発を行う。将来的にはこの二大低推力推進のハイブリッド型である「ソーラー電力推進」への応用を見据えて研究を行う。深宇宙探査機の軌道は、本来はロケットの打ち上げから惑星空間移行および目的天体への投入軌道、オービターやランデブーもしくはフライバイ等すべて1筆書きでつながった軌道であるが、軌道設計する際には、1)ロケットの打ち上げ軌道2)移行軌道3)目的地到着後の軌道、と分けて設計する事が多い。昨年度まではロケットによる軌道投入問題と切り離し、ロケットによって惑星間に投入された後からの軌道を考えていたが、今年度はロケットによる軌道投入と同時に研究する事とした。そこで、EDVEGA(Electric Delta-V Earth Gravity Assist)による地球再会合までの軌道に焦点をあてた。EDVEGAというのは、ロケットによる軌道投入後、地球との再会合を前提に地球に戻ってくるように設計された軌道で、その間に低推力で加速することで再会合時の速度を大きくするものである。地球スイングバイ後は惑星間移行軌道に入るためにその日時に制約があるが、打ち上げから地球再会合までの時間は理論的には制約がない。しかし、現在のEDVEGAは自由帰還可能な周期の1年や1.4年もしくはその近辺に固定している。そこで、本研究では打ち上げから地球再会合までの時間を自由にとり、燃料を最小にするようなEDVEGA軌道を3次元で求め、ロケットによる投入速度(つまりEDVEGAの始点)と地球スイングバイ時での探査機の重量や速度について体系的に研究を行った。