Active Shape Control of Membrane Space Structures via Distributed Input Utilizing Solar Radiation Pressure

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本研究は，スピンによる遠心力で展開される宇宙膜面構造物に対して，その形状を軌道上でアクティブに制御する方策を与えるものである．前年度は，膜面の変形ダイナミクスの解析的モデルを用いて，構造特性の解析と形状制御システムの構築を行った．これを踏まえて，本年度の研究では，以下に挙げる３つの主要な成果を獲得した．1) 連続体である膜面を多数の粒子で近似する数値解法を用いて，多様な条件下における形状制御のシミュレーションを実施した．有限時間内における粒子分布の推移や振幅スペクトルを観測することで，形状制御の精度や安定性に関する定量的な評価を行った．特に，制御に用いる振動モード毎に異なる特徴があることが分かり，本研究が提案する制御システムの特性を体系的にまとめることができた．2) 直径１ｍ級の大型真空チェンバーを用いて，形状制御の地上実験を実施した．これまでの研究で構築した制御モデルに基づいて，制御装置のハードウェア設計・製作，および制御ソフトウェアの開発・実装を行った．実験では，チェンバー内でポリイミド膜を回転させ，設計した制御則に基づく入力を与え，デプスカメラを用いたリアルタイム形状測定を行った．実験結果は数値解析の結果と良く整合しており，提案手法の妥当性を実証することができたといえる．3) 本研究が扱うアクティブ形状制御手法を応用して，ソーラーセイルの軌道・姿勢運動の同時制御を実現する枠組みを考案した．ソーラーセイルを変形可能な立体構造物に拡張することで，従来と比較して自由度の高いミッション設計が可能となる．この事実を立証するため，リファレンスミッションを設定し，ミッション要求に合わせた軌道設計と最適制御則を導出を行った．本研究の意義は，無限の自由度を持つ宇宙機の軌道・姿勢・構造ダイナミクスを，太陽光圧という単一のリソースで制御することを可能にした点にある．