姿勢ドリフト運動を利用したスピン型ソーラーセイルの軌道・姿勢制御

利用姿态漂移运动的自旋式太阳帆轨迹和姿态控制

• 批准号: 14J09786
• 负责人: 大野 剛
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J09786/
• 关键词: ソーラーセイル; 軌道; 姿勢

スピン型ソーラーセイルとは，スピンによる遠心力を利用することで大面積の膜面の展開・展張を行い，太陽光圧を受けて推力を得る宇宙機である．スピン型ソーラーセイルは「姿勢ドリフト運動」と呼ばれる特徴的な姿勢運動をすることが知られており，探査機の軌道と姿勢はスピンレートを制御することによって，姿勢ドリフト運動を介し，間接的に制御することが可能である．これは申請者を含む研究グループによって提案されている，独創的な制御手法である．本研究では，スピン型ソーラーセイルの姿勢ドリフト運動を利用した軌道・姿勢制御のためのスピンレート制御則を提案し，その方法論を論じている．スピン型ソーラーセイルの姿勢運動と軌道運動の6自由度制御を，1自由度の制御入力で行っている点が重要である．それは究極のバックアップ手段を提供し，究極のシステム簡素化のソルーションである．まず，加減速最大化，そして軌道傾斜角や軌道離心率といった軌道要素最適化という問題に対し，変分法による解析と，数値計算による確認を行い，最大・最小スピンレートを切り換え関数によって切り替えるバンバン制御の最適解を導出した．また，ホロノミックシステムの1つである双線形システムとして記述される姿勢ドリフト運動の運動方程式を，厳密な線形化という手法を適用することで線形化し，劣駆動システムの制御問題へと変換した．双線形システムを等価な線形システムに置き換えることで，初期・終端時刻での境界条件を満たす最適制御問題が解析的に解けるようになる．この手法を軌道・姿勢制御マヌーバへ適用し，その有効性を示した．本研究の主要な成果は，ソーラーセイルの姿勢運動と軌道運動の6自由度制御を，スピンレートという1自由度の制御量で実現する方法を，解析と数値計算による確認により，構築した点にある．

The solar system is designed to be able to utilize a large area of solar energy and a large area of solar energy. The motion of the probe is controlled indirectly by the motion of the probe. The applicant should include a research proposal and a creative control method. In this paper, we propose a new method for the application of the orbital and attitude control in the motion of the motion model and its methodology. 6-DOF control of orbital motion, 1-DOF control of driving force, important points in the course of motion. To provide the ultimate solution to the problem, the ultimate solution is simplified. Maximizing acceleration and deceleration, orbital inclination angle, orbital eccentricity, optimization of orbital elements, problem analysis, numerical value calculation, validation, maximum, minimum, change, change. The equation of motion of the body motion is described in detail in the form of a two-line model. The linear model is used to control the motion of the body. The initial and terminal boundary conditions of the two-line configuration are the optimal solution to the analytic problem. The method of control is applicable. The main results of this study are: 6-DOF control of posture motion and orbital motion, 1-DOF control, method of realization, analysis and numerical calculation, confirmation and construction of control points.

项目成果

Optimal Spin Rate Control of a Spinning Solar Sail for Orbital Inclination Change

轨道倾角变化的旋转太阳帆的最佳旋转速率控制

• 发表时间: 2014
• 作者: Go Ono;Yuya Mimasu;J. Kawaguchi
• 通讯作者: J. Kawaguchi

Attitude Control of a Spinning Solar Sail via Spin Rate Control using Exact Linearization

使用精确线性化通过旋转速率控制旋转太阳帆的姿态

• DOI: 10.2322/tastj.12.pd_27
• 发表时间: 2014
• 期刊: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
• 作者: Go Ono;Yuya Mimasu;J. Kawaguchi
• 通讯作者: J. Kawaguchi