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

利用太阳辐射压力通过分布式输入对膜空间结构进行主动形状控制

• 批准号: 18J11615
• 负责人: 高尾 勇輝
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11615/
• 关键词: 宇宙膜面構造物; 分布定数系; 形状制御; 実験; マルチボディ; ソーラーセイル; 太陽光圧; 最適制御; 振動モード解析; 自励振動; 分散制御; 多粒子モデル

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．

In this study, the film surface of the universe, the creation of the universe, the shape of the universe, the shape of the universe, the creation of the universe, the shape, the shape The main results of the following experiments are satisfactory. 1) the approximate numerical solution of the majority of particles on the surface of the membrane is used in the solution of the approximate number of particles on the surface of the body. Under the condition of multi-temperature, the shape of the filter is used to control the distribution of particles in a finite period of time. Shape control accuracy, stability, stability, quantitative measurement. In this study, we propose to control the characteristics of the system. 2) the diameter of 1m centimeter is used in a large vacuum apparatus. The shape control equipment on the ground is operated on the ground. The equipment is designed for the control system, the control device is designed, the device is operated, the device is installed, and the device is designed. In this study, we used the method to determine the shape of the system. The results showed that the results were analyzed and the results were analyzed. The results showed that the methods of the proposal were well integrated, and the method of proposal was correct. It is possible to compare the degree of freedom of freedom in order to compare the degree of freedom in the design of the device, which is possible. To compare the degree of freedom of the device, the design of the device may be related to the design of the device. In this study, the concept of unlimited freedom to maintain the path attitude of the universe machine is required to create a real-time transmission system.

项目成果

Attitude Control of Spinning Solar Sails Based on Modal Analysis

基于模态分析的旋转太阳帆姿态控制

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuki Takao;Shota Kikuchi;Osamu Mori;Jun'ichiro Kawaguchi
• 通讯作者: Jun'ichiro Kawaguchi

Active Shape Control of Spinning Solar Sails by Exciting Static Waves: Experimental Study Under Vacuum Environment

激发静波主动控制旋转太阳帆形状：真空环境下的实验研究

• 发表时间: 2019
• 作者: Yuki Takao;Masanori Matsushita;Nobukatsu Okuizumi;Yasutaka Sato;Osamu Mori;Jun'ichiro Kawaguchi
• 通讯作者: Jun'ichiro Kawaguchi

Self-excited oscillation of spinning solar sails utilizing solar radiation pressure

• DOI: 10.1007/s42064-018-0047-4
• 发表时间: 2019-06
• 期刊: Astrodynamics
• 影响因子: 6.1
• 作者: Y. Takao;O. Mori;J. Kawaguchi

Optimal Interplanetary Trajectories for Spinning Solar Sails Under Sail-Shape Control

帆形控制下旋转太阳帆的最佳行星际轨迹

• DOI: 10.2514/1.g003776
• 发表时间: 2019
• 期刊: Journal of Guidance, Control, and Dynamics
• 作者: Yuki Takao;Osamu Mori;Jun'ichiro Kawaguchi
• 通讯作者: Jun'ichiro Kawaguchi

太陽光圧を用いた構造共振によるスピン型宇宙膜面構造物のアクティブ形状制御

利用太阳压力的结构共振主动控制自旋型空间膜结构

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuki Takao;Shota Kikuchi;Osamu Mori;Jun'ichiro Kawaguchi;高尾勇輝，森治，川口淳一郎
• 通讯作者: 高尾勇輝，森治，川口淳一郎