個別要素法を用いた低重力環境における地盤とローバの相互作用の解明

過去、複数のローバが月や火星の地表面を走行しているが、月や火星の低重力環境が地盤と探査車(ローバ)の相互作用に及ぼす影響には、未解明の部分が多く残されている。2030年代の月惑星探査に向けて、月や火星の低重力環境における地盤とローバの相互作用の解明が重要である。そこで本研究では、月や火星の低重力における地盤でローバの車輪に働く力とスリップ等の関係を詳細に調べることで、ローバの走行挙動を表現する相互作用モデルの構築を目的とする。この目的達成のために（A）個別要素法（以下、DEM）に基づいた数値解析、（B)ローバの車輪を用いた走行挙動解析、及び（C)地上フィールド実験によるローバ車体の走行挙動解析に取り組んでいる。以下、当該年度の研究実績の概要を記す。(A)におけるDEMに基づいた数値解析を通して、月や火星の低重力における地盤を模擬し、異なる重力環境で車輪が生み出す力とスリップの関係を明らかにした。DEMを用いた数値解析では、地盤は多数の粒子で構成され、その粒子と粒子の間、および粒子と機械の間で生じる力に基づき、地盤と機械の挙動が推定される。数値シミュレーション内の地盤粒子や車輪に働く加速度を変化させることで、月や火星等の重力に相当する低重力環境における地盤で生じる現象を再現した。このような異なる重力環境において、様々な斜度の走行路面で車輪を走行させるシミュレーションを行い、車輪のけん引力と滑りの関係を解析した。この解析の結果、車体に働く荷重のみを低減させるローバの地上実験では、低重力環境におけるローバの走行性能を過大に評価する可能性があることが示された。これは、ローバの設計開発に対する重要な知見である。

過去、複数のローバが月や火星の地表面を走行しているが、月や火星の低重力環境が地盤と探査車(ローバ)の相互作用に及ぼす影響には、未解明の部分が多く残されている。2030年代の月惑星探査に向けて、月や火星の低重力環境における地盤とローバの相互作用の解明が重要である。そこで本研究では、月や火星の低重力における地盤でローバの車輪に働く力とスリップ等の関係を詳細に調べることで、ローバの走行挙動を表現する相互作用モデルの構築を目的とする。この目的達成のために（A）個別要素法（以下、DEM）に基づいた数値解析、（B)ローバの車輪を用いた走行挙動解析、及び（C)地上フィールド実験によるローバ車体の走行挙動解析に取り組んでいる。以下、当該年度の研究実績の概要を記す。(A)におけるDEMに基づいた数値解析を通して、月や火星の低重力における地盤を模擬し、異なる重力環境で車輪が生み出す力とスリップの関係を明らかにした。DEMを用いた数値解析では、地盤は多数の粒子で構成され、その粒子と粒子の間、および粒子と機械の間で生じる力に基づき、地盤と機械の挙動が推定される。数値シミュレーション内の地盤粒子や車輪に働く加速度を変化させることで、月や火星等の重力に相当する低重力環境における地盤で生じる現象を再現した。このような異なる重力環境において、様々な斜度の走行路面で車輪を走行させるシミュレーションを行い、車輪のけん引力と滑りの関係を解析した。この解析の結果、車体に働く荷重のみを低減させるローバの地上実験では、低重力環境におけるローバの走行性能を過大に評価する可能性があることが示された。これは、ローバの設計開発に対する重要な知見である。