大規模宇宙構造システムにおける非線形挙動の解析とその適応分散制御に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750716
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 石村 康生 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10333626)
• Keywords: 宇宙構造物 / 姿勢運動 / 動力学解析 / 非線形挙動 / 太陽発電衛星 / 展開挙動 / 分散制御

Research Abstract

大規模宇宙構造システムを対象に,構造物の特性と姿勢変動の関係を明らかにした.具体的には,重力傾斜安定型太陽発電衛星を対象として,1.構造変形と姿勢変動の連成に関する解析
2.軌道上での展開・組み立てシーケンスが姿勢変動に及ぼす影響の解析
の2点に関して研究を行った.
前者では,発送電部のパネルの変形・テザー部の伸縮を考慮したRigid Body Spring Modelによってモデル化した衛星について,軌道環境(太陽輻射圧,高次の重力モデル,空気抵抗)を模倣したシミュレーションを行った.様々な衛星の剛性パラメータ・形状に対する数値実験の結果,構造変形が姿勢変動や軌道運動と連成する衛星システムのシステムコンフィギュレーションを明らかにした.さらに,発電効率の向上の為に提案されている,回転軸を有する反射鏡を持つ発電衛星の安定性の解析を行い,想定したシステムコンフィギュレーションでは十分な安定性を維持できないことを示した.
後者では,軌道上での展開シーケンスによる姿勢変動への影響について解析を行った.展開速度をパラメータとして,展開挙動が姿勢変動に与える影響が,ある閾値を境に変化することを明らかにした.これらの挙動のメカニズムを解析的に説明することは今後の課題である.さらに,キロメートルオーダーの衛星においては必須となる軌道上での組み立てを想定し,組み立て手順による安定性の評価を行った.その結果,テザーを用いた重力傾斜安定方式では,初期のテザー長が長すぎる場合に,ロール軸周りの姿勢変動が軌道運動と共振しやすいことを明らかにした.また,組み立て初期段階におけるパネル形状のアスペクト比が大きすぎる場合は,ヨー軸周りの姿勢変動において,静的な復元トルクは大きいが動的な姿勢変動の安定性が失われることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] Kosei Ishimura: "Averaging Interaction in Decentralized Control of Modularized Structures"Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 46・152. 68-73 (2003)
• [Publications] Kosei Ishimura: "Deployment Analysis and Control of Modularized Structures"JSME International Journal Series C. 46・2. 622-630 (2003)
• [Publications] Kosei Ishimura: "An Autonomous Distributed Control of Free-Floating Variable Geometry Trusses"JSME International Journal Series C. 46・2. 631-639 (2003)
• [Publications] Kosei Ishimura: "Integrated Stability Analysis of Large Space Structures Based on Potential Energy Consideration"Proceedings of the 44th AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. (2004)
• [Publications] 石村康生: "重力傾斜安定型太陽発電衛星の動的挙動解析"第47回宇宙科学技術連合講演会. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] 石村康生: "大型太陽発電衛星の軌道運動と構造変形の連成に関する解析"第45回構造強度に関する講演会講演集. 194-196 (2003)