テザーを利用した軌道上浮遊物体捕獲技術の基礎的研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09751003
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 松永 三郎 東京工業大学, 工学部, 助教授 (00222307)
• Keywords: テザー / 捕獲 / 不具合衛星 / 衝撃 / 摩擦 / 回転制御 / デブリ除去

Research Abstract

本研究では、前年度に引き続き、不具合衛星のテザー捕獲の動力学と制御法の基礎的問題を取り上げ、シミュレーション解析と実験による検証を行った。まず、動力学に関して、前年度の2次元3体モデルを拡張し、3次元(n+1)体モデルを用いた解析を行った。この手法の特徴は、ターゲットの形状を一般化してテザー全体をn個の集中質量に離散化した簡略モデルを用いたことである。ターゲットの側面、集中質量、接触力としての垂直抗力および摩擦力を考慮した運動方程式、および2体以上の集中質量がターゲットと同時に衝突する場合にも対応しうる衝突方程式を導出した。数値シミュレーションでは、ターゲットの形状に対する摩擦・衝撃の受けやすさを明示した。また、2次元3体モデルの結果と比較し、テザーがターゲットに巻き付く運動については両者が一致することを確認した。次に巻き付けた後の揺動制御法については、テザーによって結合されているターゲットとコントローラーの2次元2体モデルを用いた。各制御法に対して拘束条件を考慮した各物体の動力学を定式化し、数値シミュレーションを行うことで、2体間の角運動量の最大変換量を示し、各制御法によるターゲット角運動量の減少の特徴を明らかにした。さらに、テザーの張力制御を行うためにリール機構を試作しフラットフロア上を空気浮上するターゲットに対するさまざまな張力制御を行った。この時の角速度変化は数値シミュレーション結果と非常によく一致しており、理論解析の検証を行うことができた。

Research Products

• [Publications] Saburo Matunaga: "Dynamics of Tethered Multiboby Systems with Friction and Impact" Proc.AIAA GNC Conference and Exhibit. Part 1. 278-285 (1998)
• [Publications] 松永三郎: "衝撃時における柔軟マニピュレータシステムの運動解析" 日本機械学会論文集C編. 64・624. 2923-2930 (1998)
• [Publications] Saburo Matunaga: "Multibody Systems Dynamics with Configulation Changes" 49th Congress of IAF. 49. (1998)
• [Publications] Saburo Matunaga: "Impact Analysis of Linked Manipulator Systems" Proc.1998 IEEE/RSJ IROS. 624-629 (1998)
• [Publications] 松永三郎: "テザーを用いた非協力衛星の角運動量減衰制御" 第42回宇宙科学技術連合講演会講演集. 42. 867-872 (1998)
• [Publications] Saburo Matunaga: "Controlled Tether Method for Damping Failed Satellite" Proc.TITech COE/Super Mechano-Systems. 2. 173-178 (1999)