2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of Construction Theory of Large Gossamer Space Structure System and Quest for Feasible Construction Scenario
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18H03817
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
宮崎 康行 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30256812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
名取 通弘 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 名誉教授 (00013722)
石村 康生 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10333626)
岸本 直子 摂南大学, 理工学部, 教授 (60450714)
上土井 大助 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (90816828)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大型宇宙構造物システム / ゴッサマー宇宙構造物 / 構造解析理論 / 高精度計測 / 構造設計論 / 構築シナリオ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大型ゴッサマー宇宙構造物の実現に向けて、【課題1】挙動推定・製造・試験・組立・運用の容易さの観点からゴッサマー構造の大型化を可能にする構造概念・様式を明らかにすること、【課題2】展開，結合／分離等を、設計・開発・運用に耐えるレベルまで精密に予測できる力学理論を示すこと、【課題3】課題1、2の成果を具体的な構造物の例に適用し、その宇宙空間での構築手順を明らかにすること、【課題4】大型ゴッサマー構造の適用例に対し、その実現シナリオを示すことの4つの課題を設定し、以下の成果を得た。
【課題1】実験室規模での展開膜面モジュールの展開・結合・分離・移動実験に供する三つのモジュールのうち、らせん折りおよび多重らせん折り膜面に対応する二つのモジュールの設計および製作を行い、それぞれ単独での展開・収納機能の確認を行った。また、真空チャンバー内で実施した膜面展開実験で得た画像データに対し、格子投影法に画像補間を適用した新しい解析法を開発・適用し、3次元座標データを復元できた。
【課題2】前年度に定式化した、ALE法とEM法による自己伸展構造の解析手法を修正し、自己伸展機構をより詳細に模擬できる手法を明らかにした
【課題3】大型のモジュール型自己展開膜面トラスの構築手順を明らかにした。また、宇宙太陽光発電システムの構築に必要となる永久磁石やソレノイドを利用したパネル間結合機構の設計の最適化に向けて、当該機構の電磁界解析を実施できる環境を構築した。そして、一般的な展開構造の結合部の機械特性について、特に摺動と剛性の観点から整理し、新しい結合機構の設計を行った．無摺動ジョイントの実機実証を行い、原理が確かめられた。さらに、ジョイント部の剛性評価の簡易モデルを構築し、各部材の感度評価を実施した。
【課題4】スターシェードの実現に向けて、超小型衛星2機を用いた10m級オカルタ技術の実証ミッションを設計した。
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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
課題1～4のうち、課題1の一部、すなわち、計測系の構築を除いて、年度初めに設定した計画を完了することができた。加えて、スターシェードについては、超小型衛星2機を用いた10m級オカルタ技術および観測技術実証ミッションEuryopsを設計し、理学系の研究者とも議論をすることで、ミッションの妥当性を示すところまで達成することができた。また、宇宙太陽光発電システムについても、HTV-Xでの基礎技術実証ミッションが正式に採択され、また、その次の段階である30m級静止降水レーダについても、観測周波数を変更することでより早く実現が可能であることを明らかにすることができた。このように、課題1の一部を除いては、当初計画を越えて成果を得ることができた。一方で、課題1については、当初は、2020年度に予定している航空機を用いた微小重力環境でのゴッサマー構造物の展開実験に必要となる計測系を構築することを計画していたが、航空機とのインターフェース調整が完了せず、その結果、微小重力実験の内容を詳細まで詰めることができなかった。そのため、この状況で計測系を構築することは時期尚早と判断し、予算を2020年度に繰り越し、インターフェース調整が確定した時点で構築することとした。ただし、それに代わって、画像データに欠損がある場合にも画像補間を行うことで格子投影法による形状復元が可能であることを示し、新しい計測法を明らかにすることができた。以上のことから、課題1については、当初計画は達成できなかったものの、当初計画になかった、新しい計測法を示すことはできた。
以上のことから、研究全体として、「当初の予定以上に進展している」とまではいえないものの、順調に進展していると判断するにいたった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは、前年度の課題1の残り、すなわち、微小重力実験に向けた計測系の構築を行う。その上で、2020年度は本研究の最終年度ということから、研究のまとめに入る。具体的には以下の通りである。
【課題1】自己展開トラスの変形特性（振動特性や展開時の変形挙動特性）を明らかにし、オカルタや超軽量太陽電池アレイ、膜面アレイアンテナなどに適用することを想定して、挙動推定・製造・試験・組立・運用の容易さの観点でモジュール型自己展開膜面トラスを評価する。
【課題2】課題1に必要となる、自己展開トラスの展開、結合／分離の柔軟多体力学解析理論を明らかにし、数値解析によりその妥当性を示す。特に、トラス部材用ブームが収納ハブから離れる部分にALE型の構造保存解法を適用することで、系全体のエネルギ・運動量・角運動量を厳密に保存する手法をまとめる。
【課題3】スターシェードおよびSSPSの軌道上での構築手順をまとめる。
【課題4】スターシェードおよびSSPSについて検討した実現シナリオをまとめる。特に、10m級オカルタを搭載した数十kg級超小型衛星と望遠鏡を搭載した超小型衛星の2機を用いて系外惑星直接観測技術を実証するミッション「Euryops」のより詳細な概念設計を進め、実現に必要な技術を整理する。
以上の通り、2020年度はこれまでの研究のまとめが中心であり、それに加えて、微小重力実験と数値解析を行うことで課題1、2を完了させる。さらに、成果については学術誌に投稿するとともに、本研究の成果を最大限にするために、課題4について民間やJAXA等の研究機関との連携を進め、より早く実現できる道筋を探求することで、大型ゴッサマー宇宙構造物の実現シナリオの精度を高めていく。
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Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Optimization and Demonstration of 3D Self-Assembly System of Hierarchical Modular Space Structure Using Electromagnet2020
Author(s)
Torisaka, A., Hasegawa, S., Miura, S., Parque, V., Miyashita, T., Yamakawa, H. and Natori, M.C.
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Journal Title
7th AIAA Space Structures Conf., AIAA SciTech 2020 Forum
Volume: 1
Pages: pp.1 - 21
DOI
Peer Reviewed
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