2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research and Demonstration for Design and Its Advanced Attitude Control Methods of Reconfigurable Space Systems with Shape Change Function
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17H01349
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松永 三郎 東京工業大学, 工学院, 教授 (00222307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古谷 寛 東京工業大学, 工学院, 准教授 (00190166)
宮崎 康行 日本大学, 理工学部, 教授 (30256812)
谷津 陽一 東京工業大学, 理学院, 助教 (40447545)
中西 洋喜 東京工業大学, 工学院, 准教授 (90361120)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 可変形状機能超小型衛星 / 再構成宇宙システム / 長大伸展ブーム / 収納・展開機構 / スターシェード / 可視光カメラ姿勢センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
可変形状姿勢制御法について、最適制御解の計算時間の短縮のためにルックアップテーブルを用いた制御則、姿勢安定化制御に適した可変形状機能を持つ機構様式を提案した。最適制御理論を用いた迅速姿勢変更と誤差フィードバック制御を用いた安定化制御を提案し、誤差がある状況でも、要求姿勢制御性能を達成できること示した。可変形状姿勢制御の軌道上の挙動を模擬できる地上シミュレータを構築するため、駆動機構を用いた試験を3次元計測装置などを用いて高精度計測し、数値シミュレーションとの比較を行うことで、地上シミュレータの妥当性を確認した。太陽電池の形状や重量、取付位置がどのような姿勢制御性能に影響を与えるかを調べるため、発電の要求仕様、姿勢変更の要求を達成するための太陽電池パドルの最適構造について遺伝的アルゴリズムを用いて検討した。
昨年度提案した波型閉断面形状伸展ブームを実現するため、ブームの断面形状の製造方法の検討を行うとともに、収納・展開装置の概念モデルの試作を実施し、収納・展開時のブームへのダメージを少なくするとともに、十分な収納・展開を実現するための技術課題を明らかにした。繰越後に昨年度試作した収納・展開装置モデルの改良を行い、安定した収納・展開を実現した。
系外惑星直接撮像方法の一つである、スターシェードシステムについて、実現に必要となる50m級膜展開構造の構造様式および部材の構成方法を提案して、遮蔽性能の数値評価を行い、小型モデルでの基礎技術実証を想定し、10m級のスターシェードの設計を行った。また、電磁石式の機構による柔軟展開構造物モジュールの分離・結合ダイナミクスを定式化した。
即応的統合システムの一例として、民生品を用いた恒星姿勢センサおよび地球カメラ（DLAS）を開発しJAXA革新的衛星技術実証1号機に搭載して、2019年1月に打ち上げ、軌道上運用を開始して、初期画像結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
可変形状機能を利用した姿勢制御方式である可変形状姿勢制御について、多自由度回転駆動型について、軌道上実証を想定した超小型衛星にも使用できる実用的な制御方法や太陽発電等の制約下での最適構造について検討して有用な結果が得られた。また、可変形状姿勢制御法を軌道上で実証するための超小型衛星「ひばり」のミッション定義を明確し、有識者を含めた審査会を実施した。なお、本衛星は、JAXAの革新的衛星技術実証プログラム2号機に採用され、2021年度にイプシロンロケットによる打上の機会を獲得した。
姿勢センサDLASでは、これまでに、軌道上でトラブルなく動作し、数百枚の画像を取得し、パラメータ最適化を試みていて、軌道上でセンサ劣化等を継続的に観測している。
長大高剛性伸展ブームを実際にCFRPで試作することで断面形状実現のための製造技術の問題点を明らかにし、製造方法についての見通しが得られた。また、収納・展開機構については、ブームにダメージを与える要因を明らかにし、その解決方法を検討した。
新しいスターシェードの様式を提案でき、その有効性を示せた。
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| Strategy for Future Research Activity |
可変形状姿勢制御を実際に実用の域にするために、初期角運動量や外乱がある状態でのパドル駆動制御方法だけでなく、磁気トルカやリアクションホイールを併用した制御則を確立、実装する必要があり、それぞれを検討する。また、パドルの展開機構、駆動機構、保持解放機構の検討、さらには軌道上での展開挙動を地上実験から精度よく推定する方法を検討する。
そして、可変形状姿勢制御を実証するための超小型衛星ひばりのシステム開発を行う。特に、可変形状姿勢制御の機能実験について、令和元年度の試作実験を基に、軌道上での実施を考慮した設計と地上実験、および軌道上での性能予測法の確立を目指す。
姿勢センサDLASについては、機械学習による画像認識用パラメータの最適化や姿勢決定アルゴリズムの改良を行い、軌道上パラメータ書き換え、ソフトウエアの更新を行うことで、精度向上を図る。
宇宙ミッションを想定した長大高剛性伸展ブームの設計を行い、十分な長さの収納・展開を実現できるモデルを実際に試作する。また、小型衛星への搭載のためのブーム収納・展開機構のモデルを製作し、実験を通してその有効性を検証する。
スターシェードについては、高精度製造方法を検討するとともに、小型衛星を用いた技術実証ミッションを検討する。
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[Presentation] 画像認識を用いた低コストかつ高性能な地球センサ・スタートラッカーの性能評価と運用計画2018
Author(s)
渡邉 奎, 菊谷侑平, 佐々木謙一, 小澤俊貴, 新谷勇介, 小泉 翔, 増田雄斗, 岩崎陽平, 古谷航志, 間宮英生, 谷津陽一, 松永三郎
Organizer
第62回宇宙科学技術連合講演会
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