Robust optimal guidance and control for solar sailing spacecraft with modeling uncertainty

モデル不確定性を有するソーラーセイルの高精度誘導制御実現を三年間における目標に据え，研究を進めた．本年度実施した主な研究成果は，ソーラーセイルの最適な軌道設計手法構築と地球・月・宇宙機の三体問題における実ミッションを見据えた軌道設計・制御手法構築である．ソーラーセイルの最適軌道設計に関する研究では，燃料不要な姿勢制御デバイスを利用した最適軌道設計手法を構築した．当該姿勢制御デバイスは，世界初のソーラーセイルIKAROSによって宇宙実証され，燃料不要な宇宙航行を可能にする手段として注目されていたが，その姿勢運動は軌道運動と連成するため，実際にそのデバイスを利用した姿勢制御による軌道設計問題は解かれておらず，実ミッションへの有効活用は大きく制限されていた．申請者は，ソーラーセイルの複雑な姿勢運動を適切にモデル化した運動方程式にポントリャーギンの最適性原理を適用し時間最適姿勢制御則を導き，更にその制御則を用いて惑星間空間巡航中における姿勢制御能力制約条件を解析的に導出する事で軌道設計問題を数値的に解く手法を提案した．この研究成果は，完全に燃料不要な宇宙航行の実現や，日本が世界で初めて開発・運用に成功したソーラーセイル技術の更なる前進に資する可能性と意義を持つ．地球・月・宇宙機の三体問題における軌道設計・制御に関する研究では，研究室で開発中の地球・月圏探査CubeSatの月裏側のラグランジュ点近傍に留まる軌道の設計・制御のための体系的な手法を構築した．地球・月系におけるラグランジュ点近傍の軌道は，深宇宙港の設置場所候補として重要である一方，力学的に不安定であり常に軌道維持のための制御が必要である．ソーラーセイルに提案手法を適用する事で燃料不要な軌道維持が可能となるため，深宇宙港の実現を見据えたラグランジュ点近傍の軌道設計・制御は，提案する誘導制御手法の魅力的な応用先の一つである．

モデル不確定性を有するソーラーセイルの高精度誘導制御実現を三年間における目標に据え，研究を進めた．本年度実施した主な研究成果は，ソーラーセイルの最適な軌道設計手法構築と地球・月・宇宙機の三体問題における実ミッションを見据えた軌道設計・制御手法構築である．ソーラーセイルの最適軌道設計に関する研究では，燃料不要な姿勢制御デバイスを利用した最適軌道設計手法を構築した．当該姿勢制御デバイスは，世界初のソーラーセイルIKAROSによって宇宙実証され，燃料不要な宇宙航行を可能にする手段として注目されていたが，その姿勢運動は軌道運動と連成するため，実際にそのデバイスを利用した姿勢制御による軌道設計問題は解かれておらず，実ミッションへの有効活用は大きく制限されていた．申請者は，ソーラーセイルの複雑な姿勢運動を適切にモデル化した運動方程式にポントリャーギンの最適性原理を適用し時間最適姿勢制御則を導き，更にその制御則を用いて惑星間空間巡航中における姿勢制御能力制約条件を解析的に導出する事で軌道設計問題を数値的に解く手法を提案した．この研究成果は，完全に燃料不要な宇宙航行の実現や，日本が世界で初めて開発・運用に成功したソーラーセイル技術の更なる前進に資する可能性と意義を持つ．地球・月・宇宙機の三体問題における軌道設計・制御に関する研究では，研究室で開発中の地球・月圏探査CubeSatの月裏側のラグランジュ点近傍に留まる軌道の設計・制御のための体系的な手法を構築した．地球・月系におけるラグランジュ点近傍の軌道は，深宇宙港の設置場所候補として重要である一方，力学的に不安定であり常に軌道維持のための制御が必要である．ソーラーセイルに提案手法を適用する事で燃料不要な軌道維持が可能となるため，深宇宙港の実現を見据えたラグランジュ点近傍の軌道設計・制御は，提案する誘導制御手法の魅力的な応用先の一つである．