スラスターを用いた劣駆動衛星の3次元位置・姿勢制御

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本研究では, 少数のスラスタを用いて衛星の3次元の位置・姿勢をロバストに制御する手法を扱う. 非ホロノミック制御則と実システムへの適用可能な制御系とのギャップを埋め, 宇宙ミッションにおける厳しい制約下でも高精度の軟着陸誘導制御手法を確立することを目的とする.衛星のフォーメーションフライトにおける相対軌道再配置(位置・姿勢制御)は, フォーメーションフライトミッションを達成するために必要不可欠な制御手法のひとつである. これまでに提案されてきた手法は, 衛星が十分な数のスラスタを備え, 任意の方向に推力が発生できるという仮定をおいている. それに対して本研究では, 2つのスラスタのみを用いて衛星の位置と姿勢の同時制御を可能にする手法を導出した. これまで軌道再配置制御において, 陽に考慮されることがなかった衛星の姿勢制御を同時に扱うことで, マニューバ中における衛星の姿勢角制約を満たす燃料最適制御を可能にした. これによりマニューバ中に地上局との通信にアンテナを向ける, 太陽電池パネルを太陽方向に向けるといった現実的な姿勢制約問題を解決できる. 提案手法の有効性は数値シミュレーションにより検証し, 燃料最適を達成し, かつ与えられた姿勢制約を満たすマニューバとして有効であることを示した. この研究成果について「5th International Conference on Spacecraft Formation Flying Missions and Technologies」にて発表を行った.また, フォーメーションフライトにおけるランデブー問題では, カメラを用いた相対軌道推定が用いられる. そこで, カメラで常に目標衛星を捉えつつ, 目標衛星ヘランデブーする燃料効率のよい手法を導出した. 少数スラスタは限られた方向にのみ推力を発生するため, まずモード解析を用いて可制御性と燃料効率を議論した. それによりドリフト速度を用いた場合, より燃料効率が良くなることを解析的に示し, ドリフト速度を利用したマニューバ手法を提案した. 数値シミュレーションによりドリフト速度を利用したマニューバでは大幅に必要燃料を低減できることを示した.