High-accurate relative position and rotation control of multiple satellites considering orbit-attitude coupled dynamics for space interferometry

Research Project

Project/Area Number	22K18856
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	稲守孝哉名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50725249)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000) Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000) Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	軌道力学 / 宇宙構造物 / 軌道運動 / 姿勢運動
Outline of Research at the Start	本研究で提案する手法では、軌道運動による摂動力や宇宙環境力から生じる変形、スピン姿勢運動により生じる異なる軸の連成振動といった軌道力学と姿勢力学の両方の観点がより重要となる。そこで、従来、衛星を質点として扱うことで軌道運動と姿勢運動を別々に捉えてきた衛星の運動について、本研究では軌道力学において姿勢運動も考慮できる広がりを持つ連続体として扱えるよう拡張し、柔軟構造物である伸展ブームの運動を軌道・姿勢力学の両方の観点から統一的に明らかにする。得られた軌道・姿勢運動の知見から効率的な相対並進・回転変位の制御手法を構築する。
Outline of Annual Research Achievements	近年、コンステレーションやフォーメーションフライトといった複数の衛星によるミッションが検討され、宇宙干渉計など様々なアプリケーションが期待されている。これらの達成には複数の衛星における相対位置と相対姿勢を調整、維持することが重要となる。これまで、相対位置の制御にはスラスタを用いた軌道制御手法が検討されてきた。本研究では複数の衛星を伸展ブームで接続し相対位置や姿勢を変更する手法について検討する。伸展ブームによりミッションに必要な相対位置や相対姿勢の維持を行う。衛星を伸展ブームで接続した場合、軌道上において相対軌道と相対姿勢の運動が連成する。本研究では特に伸展ブームによる並進・回転運動の連成を考慮して、電磁コイルと地磁場からの電磁力により姿勢を制御することで相対位置と姿勢を制御する手法について検討する。今回扱う構成で精度を高めるためには軌道運動による摂動力や宇宙環境による影響から生じる変形、スピン姿勢運動により生じる異なる軸の連成振動といった軌道力学と姿勢力学の両方の観点がより重要となる。そこで、従来、衛星を質点として扱うことで軌道運動と姿勢運動をそれぞれ捉えてきた衛星の運動について、本研究では軌道力学において姿勢運動も考慮できる広がりを持つ連続体として扱えるよう検討する。今年度はHillの方程式で表現される相対軌道運動における伸展ブームの運動の定式化と数値シミュレーションによる、衛星とブームがスピンしている場合の挙動について検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初予定していた相対軌道運動における伸展ブームの運動の定式化と数値シミュレーションによる検討を行った。
Strategy for Future Research Activity	変位が微小な一般的な線形振動と異なり、本研究では伸展ブームが姿勢スピンにより角運動量をもつため複数の機体軸の振動が連成する。また軌道運動の影響もスピン運動に影響を与える。伸展ブームの運動を軌道・姿勢力学の両方の観点から明らかにする。