Construction of Analysis and Design Theory for High Precision Gossamer Space Structure Systems and Its Experimental Verification
| Project/Area Number |
21H04591
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
宮崎 康行 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30256812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 泰貴 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (70726760)
有田 祥子 静岡大学, 工学部, 助教 (50800629)
奥山 圭一 日本大学, 理工学部, 教授 (30442461)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,770,000 (Direct Cost: ¥32,900,000、Indirect Cost: ¥9,870,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,230,000 (Direct Cost: ¥17,100,000、Indirect Cost: ¥5,130,000)
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| Keywords | ゴッサマー構造 / 宇宙構造物システム / 展開構造 / 高精度構造 / 構造設計理論 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，膜・ケーブルなどの張力構造（ゴッサマー構造）と，それを支持する軽量で剛な圧縮構造により自己平衡多体系を成す展開宇宙構造物（ゴッサマー多体宇宙構造物）について，膜面の折り癖の影響や配線等も考慮しながら，軌道上での展開後形状を予測する理論とそれに基づく数値解析コードを開発する．そして，それに基づき，高精度に所望の形状に展開する方法（例えば10m級の構造物で誤差1mm以下程度）を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
高精度なゴッサマー構造物システム精度の高い変形運動理論の構築、数値計算による評価、モデル検証実験を通じて、以下の成果を得た。
【内容1：理論構築、解析コード開発】製造誤差等の誤差要因を考慮した、数値解析による自己展開膜面構造の精度評価法を示し、超小型ソーラーセイルを題材に、ミッション要求から許容できる製造誤差等の範囲を明らかにした。
【内容2：実構造物への理論の適用、高精度化・高安定化】実験による膜の折り目角に対するばね定数（折り目剛性）の算出法を明らかにした。特に、きわめて薄く、重力による変形の影響が大きい薄膜（厚さ5ミクロン程度）の場合には、薄膜をそれと同等密度の液体に浮かせることで測定する方法も明らかにした。そして、折り癖による展開後の残留変形の高精度予測法を構築した。特に、ひずみのシフトファクタを考慮した粘弾塑性モデルにより、有限要素解析による形状予測の精度を向上させた。
【内容3：要求と構造様式との関係の明示】クロス45度２層のCFRP伸展ブーム（以下、CFRPブーム）を対象に、軽量かつ中程度の剛性・精度を満たすためのブームの構造様式を明らかにし、伸展機構の開発を行った。そして、ブームの剛性・精度等、詳細な特性を明らかにした。特に、従来課題であったCFRPブームの粘弾性特性を取得し、それが伸展後アライメント精度に及ぼす影響を明らかにした。そして、構造数学モデルを構築し、実験で得られた特性とよく一致することを示した。一方で、CFRPブームは圧縮や曲げに弱いことも実験・数値計算により定量的に明らかにした。また、Be-Cu製の高剛性高精度伸展ブームを開発した。以上をもとに、現在想定される軽量展開構造物ミッションに対して、運用中に圧縮力を受けない場合は軽量性の高いCFRPブームを、そうでない場合には、Be-Cuブームを適用できることを示した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(39 results)
