2015 Fiscal Year Annual Research Report
小惑星の遷移メカニズム解明とその応用による新たな深宇宙探査軌道の設計
| Project/Area Number |
15J07090
|
|---|
| Research Institution | Waseda University |
|---|
Principal Investigator |
大島 健太 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| Keywords | 宇宙ミッションの軌道設計 / 小惑星の遷移現象 / 制限三体・四体問題 / ラグランジュ点 / 最適化 / 不変多様体 / 重力アシスト / 衝突軌道 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，複数の天体の影響を考慮した多体ダイナミクスに潜む自然現象を解析・応用することで，新しいミッション軌道を創出することを目的としている．本年度は，特に以下の研究内容を遂行した．
(1)最適化理論に基づき，月への低推力最適軌道を求める際に必要となる設計変数の数を減少させる手法を提案した．本手法により計算量を低減することで，先行研究において十分に調べられていなかった燃料消費量が少ない月遷移軌道を求めることができた．その結果，過去のミッションとは異なる軌道共鳴による月重力アシストを利用することで，燃料消費量をより節約できる可能性を示した．以上の成果に基づいて，国内発表を2件，国外発表を1件行った．なお，本研究はJAXA所属のStefano Campagnola氏の協力を得て遂行した．
(2)近年発見された月への中エネルギー型遷移軌道を解析するため，中エネルギー領域においては，月に衝突する特異的な軌道がチューブ構造を持つことを数値計算によって明らかにし，衝突軌道のチューブ構造に基づく中エネルギー型月遷移軌道の効率的な設計手法を提案した．以上の成果に基づいて国外発表を1件行い，国際学術誌雑誌へ投稿中である．なお，本特別研究員はミラノ工科大学において一時期本研究を遂行し，またミラノ工科大学所属のFrancesco Topputo氏およびJAXA所属のStefano Campagnola氏の協力を得た．
(3)木星と1:1の軌道共鳴状態にある小惑星の様々な遷移現象を支配する力学的な骨格構造を，高次元モデルである空間円制限三体問題においてLagrangian coherent structuresの手法を用いることで明らかにした．さらに，地球-月系においても小惑星の遷移現象を模倣する軌道を求め，ミッション軌道としての有用性を検討した．以上の成果に基づいて国内発表を1件行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
様々な小惑星の遷移現象を司る力学的な骨格構造を明らかにすることができ，また本研究の目的である小惑星の遷移現象を模倣するミッション軌道の設計に有用となり得る，力学系理論および最適化理論に基づいた新しい軌道探索手法を提案できたため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度はLagrangian coherent structuresの手法を用いることで，高次元ダイナミクスにおいても小惑星の遷移現象を司る力学的な骨格構造を明らかにすることができたが，今後はその元となる周期軌道および準周期軌道を求めることで，より直接的かつ効率的に小惑星の遷移現象の力学的メカニズムを議論し，それら周期軌道および準周期軌道のミッションにおける応用可能性を検討する．
|
