2017 Fiscal Year Annual Research Report
超小型衛星の宇宙実験による軌道上における宇宙エレベータの運動解析
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15H02224
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
能見 公博 静岡大学, 工学部, 教授 (20325319)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 義男 日本大学, 理工学部, 教授 (30184047)
山極 芳樹 静岡大学, 工学部, 教授 (30220255)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超小型衛星 / 宇宙テザー / 宇宙ロボット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，超小型衛星を用いて宇宙空間においてテザーを伸展し，テザー上においてエレベータの昇降機を移動させる宇宙実験を実施することを目的としている．テザー伸展技術は山極（静岡大），昇降機移動技術は青木（日本大）が担当し，超小型衛星として能見（静岡大）が取り纏める体制で，50kg級衛星の試験機を開発した．テザー伸展（山極担当）はリール方式とし，地上実験評価およびシミュレーション評価を経て製作した．昇降機移動（青木担当）は試作機によるテザー上移動性能の評価を経て，電気システムなどを搭載した宇宙機仕様として製作した．そして，超小型衛星（能見担当）試験機として製作，とくに親衛星と子衛星の結合機構，およびリアクションホイールによる姿勢制御機能を搭載した．これらの成果は，国内では宇宙科学技術連合講演会，国際的には International Astronautical Congress において，それぞれ関係セッションに各担当が発表した．
しかしながら，本衛星のミッションは米国NASAが制定するデブリ発生抑制ガイドラインに抵触する可能性があることから，打ち上げが難しいこととなった．解析の結果，テザー伸展回収を昇降機移動実験を含めて数時間以内に実施すること，もしくは推進機搭載により安全な軌道へ移動してミッションを行うことが必要となり，本研究期間でこれらの技術を実現することは困難であることとなった．
このような経緯から，スケールを縮小した二基の10cm立方サイコロ衛星CubeSatによるミッションを提案，15m程度のテザー上を昇降機が移動する宇宙実験をすることとした．CubeSatは試験機までを完成させ，最終年度に宇宙実験を実施予定である．この宇宙実験を力学的相似即を適用することにより，本研究の目的である軌道上環境における宇宙テザーおよびテザー上を移動する昇降機の挙動解析を達成する計画とした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の当初計画では，50kg級超小型衛星により2km程度のテザーを伸展させ，テザー上を昇降機が移動する宇宙実験を実施することとしていた．ところが衛星試験機は完成したものの，米国NASAが制定するデブリ発生抑制ガイドラインに抵触する可能性があることから，打ち上げが難しいこととなった．50kg級超小型衛星で当初計画していた宇宙実験を実施する技術を構築することは，本研究期間では難しいことが判明した．
この状況を踏まえて本研究計画を再検討し，スケールを縮小した二基の10cm立方サイコロ衛星CubeSatによるミッションを提案，20m程度のテザー上を昇降機が移動する宇宙実験をすることとした．CubeSatは試験機までを完成させ，JAXAとの打ち上げ契約を締結し，最終年度に宇宙実験を実施できる見通しとできたことから，「(2)おおむね順調に進展している。」と評価した．力学的相似即の適用により，縮小スケールによる宇宙実験から，当初計画した本研究計画は達成できる見込みである．
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| Strategy for Future Research Activity |
二基の10cm立方サイコロ衛星CubeSatによるミッションを提案，15m程度のテザー上を昇降機が移動する宇宙実験について，打ち上げおよび運用（宇宙実験）を実施し，軌道ELV衛星による宇宙実験を行う．衛星運用に関してはSTARSシリーズ親子衛星運用のノウハウを蓄積してきており，基本的な運用は確実に実施できると考えている．また，本衛星は親子および昇降機の3基がダイナミックに動作するので，これまで以上に衛星からのデータ量が大きいと予測されるため，国内外の地上アマチュア無線局にデータ受信協力を求める（協力ネットワークは構築済）．主要な宇宙実験項目は，①テザー伸展，②昇降機によるテザー上の移動，である．
これらの実験結果より，地上実験およびシミュレータの評価検証を行うとともに，宇宙実験結果から得られる知見をシミュレータへ反映する．シミュレータは，宇宙環境（熱真空，微小重力）における地上研究からの予測困難な項目として，テザー伸展抵抗，テザーの境界条件（衛星との連結部分），昇降機移動での摩擦力と放熱対策などが上げられる．さらに微小重力環境における超大型スケールにおけるテザーの挙動解析を視野に入れており，力学的相似即を適用する．衛星本体および昇降機については剛体とみなせるため，相似即の適用が容易であるが柔軟体であるテザーへの適用が鍵となる．質量比が約1/50であるため，テザー長を1kmに対し20m程度とする相似即による解析は妥当であると考えられる．
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Research Products
(13 results)
