2015 Fiscal Year Research-status Report
CubeSATによる宇宙テザー伸展挙動解析モデルの宇宙実証研究
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15K06599
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
山極 芳樹 静岡大学, 工学部, 教授 (30220255)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
能見 公博 静岡大学, 工学部, 教授 (20325319)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 宇宙テザー / 衛星開発 / ダイナミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，テザー挙動解析モデルの検証と改善を行うために，短期間かつ低コストで開発できるCubeSat により，テザー伸展に焦点を絞った軌道上実験を実施して展開時および展開後のケーブル挙動についてのデータ取得することを目的としている．平成27年度は，平成26年度の基礎設計に基づき，CubeSatを製作し，単体及び機能試験・環境試験（熱真空試験，振動試験）を実施して，宇宙実験を実施できる状態にした．研究全体のとりまとめ及びテザー伸展技術（解析モデル検討を含む）を主として研究代表者が実施し，衛星本体の設計製作・機能試験を分担者（能見）が実施した．研究実績は下記の通りである．
・衛星開発：［テザー伸展部］テザー収納部，リール機構を設計製作し，テザー伸展試験を実施してテザー伸展抵抗を明らかにし，目標の100mテザー伸展が可能かをシミュレーションし，可能であることを明らかにした．また，リール機構を設計製作およびテザー張力制御プログラムを考案し，テザー張力制御が可能であることを確かめた．［衛星分離部］テザー伸展のための親子衛星分離をばねで行うこととし，分離機構を設計製作して放出実験によりその機能を確かめた．［衛星バス部］前身であるSTARS，STARS-II衛星を踏まえて衛星バス部の設計製作・環境試験，機能試験を実施し，JAXA要求を満たすことを確認した．
・地上局：衛星通信用のアンテナを設計製作，さらに通信機，衛星追尾システムを揃え，本グループの主体である静岡大学浜松キャンパスで衛星通信が可能な状態を整えた．
・テザー挙動解析モデル：本研究グループで過去に開発した宇宙テザー挙動解析モデルおよび宇宙エレベーターケーブル伸展モデルをもとに，今回の衛星によるテザー伸展に適合するモデル構築を検討した．
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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
平成27 年度の当初の予定は，衛星コンポーネントの単体機能試験で性能を評価し，フライトモデルを製作，環境試験の実施を経て，宇宙実験に供する状態にし，JAXA にCubeSat を引き渡す，宇宙実験時の通信を行うための地上局を整備する，また，テザー展開・挙動解析モデルに関しては，想定される状況での挙動解析を実施する，ということであった．
研究実績に記載の通り，本研究目的で重要なテザー部，リール部，衛星分離部，衛星バス部について，まずはエンジニアルングモデルを使ってその機能を調べ，それに基づきフライトモデルを設計製作して，環境試験（熱真空試験，振動試験，オフガス試験）を実施し，JAXAの安全審査を経て要求事項を満たすことを確認し，引き渡し可能な状態になった．引き渡し時期はJAXAおよび同時に打ち上げる他の衛星とのスケジュール調整決まるので，平成27年度には引き渡せなかったが，引き渡し可能な状態に至っているので，当初の予定通り進行していると判断できる．地上局整備についても現状若干の調整が必要であるが，衛星通信は可能な状態であるので，ほぼ予定通りと考えられる．開発衛星のテザー挙動解析モデルについては，本実験の条件での解析の実施には至っていないが，ベースとなるダイナミックスモデルは改善が進んでおり，今後開発衛星テザーへの適用について引き続き検討を継続する．以上から，本研究課題はおおむね予定通り進んでいると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度で当初予定通りCubeSatが完成したので，平成28年度以降は，当初の予定通り下記の方針で研究を進める．
平成28 年度：CubeSAT の JAXAへの引き渡し作業を行い，また，打ち上げ（打ち上げ時期は未定）までに，引き続き，衛星からのデータ受信，地上からのコマンド送信を行う地上局の整備を行うとともに，打ち上げ後，宇宙実験によるデータ取得およびそのデータ解析を行う．
実験は，「きぼう」からの放出後，・衛星の姿勢安定（磁気トルカ等により衛星軸が地球半径方向を向くようにする）：1 か月，・衛星の分離・テザー展開実験（浜松地上局からのコマンド送信・データ受信に適するタイミングを計り，テザー展開実験を実施する．展開自体は数分と予想される）：1 か月，・テザーダイナミックス制御実験（リール機構を利用し張力調整でテザー挙動を制御し，張力と挙動の関係のデータ取得を行う）：1 か月，といったスケジュールで実施する．取得したデータについては分析を行い，実験中の状態を把握する．また，これと並行して，本ミッションを想定したテザーダイナミックスモデルによる解析を実施する．
平成29 年度：平成28 年度に得た宇宙実験データとテザー挙動解析モデル計算結果との比較によりテザー挙動解析モデルの改善を行う．また，本成果を日本学術会議のマスタープラン2014 に採用された超小型衛星ミッション中の宇宙エレベーターPJ 提案に基づき，次期軌道エレベーター技術宇宙実験（軌道上で展開したテザー上でのクライマ昇降実験）の設計に反映する．
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[Presentation] Development of STARS-C; CubSAT for Tether Deployment Mission2015
Author(s)
(1)Momonoi, Y., Namba, H, Aiga, M., Ishikawa, M., Matsuo, H., Kumao, T, Yamagiwa, Y., and Nohmi, M.
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS, 34th IEPC & 6th NSAT
Place of Presentation
神戸コンベンションセンター，神戸市，兵庫県
Year and Date
2015-07-08
Int'l Joint Research
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