太陽系内のカオス的輸送機構の解明と応用：中エネルギー軌道力学の展開

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J00678
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 大島 健太 国立天文台, 天文情報センター, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Keywords: ラグランジュ点 / 周期軌道 / 不変多様体 / チューブダイナミクス / 遷移軌道 / 衝突軌道 / 正則化 / 平面円制限三体問題

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，ループ構造を持つ高エネルギー軌道の相空間構造を解析するために有用なポアンカレ断面を導入し，平面円制限三体問題においてラグランジュ点L1, L2, L3周りのリアプノフ軌道に付随する安定多様体を解析した結果，エネルギー的な禁止領域が消失してもL1, L2, L3に付随する安定多様体が互いに協働して相空間内に閉じたセパラトリクス構造を形成することを見出した．非線形性の弱い低エネルギー条件とは異なり，線形解析からは予測できない本質的な非線形現象であると考えられる．さらに，低エネルギー条件における安定多様体チューブ内部のtransit orbitの定義を拡張することで，高エネルギー条件においてL1, L2, L3に付随する安定多様体に囲まれた軌道群は低エネルギー条件下のtransit orbitと共通の性質を持つことを明らかにした．地球-月系および太陽-木星系において定性的に同じ結果が得られており，系によらない普遍的な現象であることが示唆される．
また，低エネルギー条件における衝突軌道の遷移軌道解析への利用可能性を明らかにするため，平面円制限三体問題を用いて天体から離れたポアンカレ断面への衝突軌道の到達可能性を調べた．その結果，地球-月系および太陽-木星系において，極低エネルギー条件では衝突軌道が天体近傍から離脱できないが，極低エネルギー条件を除く低エネルギー条件では，中・高エネルギー条件と同様に衝突軌道がポアンカレ断面に到達できるため，遷移軌道解析にその相空間構造が有用であることがわかった．
以上の本年度の研究成果をまとめると，平面円制限三体問題において，ラグランジュ点に付随する遷移現象の理解の枠組みを低エネルギー条件から高エネルギー条件に拡張し，天体近傍への遷移現象の衝突軌道に基づく解析手法を高エネルギー条件から低エネルギー条件に拡張した．

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] EQUULEUS trajectory design (2020)
  • Author(s): Kenshiro Oguri, Kenta Oshima, Stefano Campagnola, Kota Kakihara, Naoya Ozaki, Nicola Baresi, Yasuhiro Kawakatsu, and Ryu Funase
  • Journal Title: The Journal of the Astronautical Sciences Volume: 未定 Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s40295-019-00206-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatial unstable periodic quasi-satellite orbits and their applications to spacecraft trajectories (2019)
  • Author(s): Kenta Oshima and Tomohiro Yanao
  • Journal Title: Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy Volume: 131 Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10569-019-9901-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linking low- to high-energy dynamics of invariant manifolds, transit orbits, and singular collision orbits in the planar circular restricted three-body problem (2019)
  • Author(s): Kenta Oshima
  • Journal Title: Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy Volume: 131 Pages: ー
  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10569-019-9934-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mission analysis for the EM-1 CubeSats EQUULEUS and OMOTENASHI (2019)
  • Author(s): Stefano Campagnola, Javier Herdando-Ayuso, Kota Kakihara, Yosuke Kawabata, Takuya Chikazawa, Ryu Funase, Naoya Ozaki, Nicola Baresi, Tatsuaki Hashimoto, Yasuhiro Kawakatsu, Toshinori Ikenaga, Kenshiro Oguri, and Kenta Oshima
  • Journal Title: IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine Volume: 34 Pages: 38-44
  • DOI: 10.1109/MAES.2019.2916291
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] From Low- to High-Energy Dynamics of Invariant Manifold Tubes, Transit Orbits, and Singular Collision Orbits in the Planar Circular Restricted Three-Body Problem (2019)
  • Author(s): Kenta Oshima
  • Organizer: 天体力学N体力学研究会
• [Presentation] 平面円制限三体問題における高エネルギー不変多様体チューブと低エネルギー衝突軌道に基づく遷移軌道解析 (2019)
  • Author(s): 大島健太
  • Organizer: アストロダイナミクスシンポジウム
• [Presentation] ラグランジュ点に付随する遷移現象の低エネルギーから高エネルギー領域にまたがる統一的理解 (2019)
  • Author(s): 大島健太
  • Organizer: 宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] Linking low- to high-energy dynamics of invariant manifold tubes, transit orbits, and singular collision orbits (2019)
  • Author(s): Kenta Oshima
  • Organizer: AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference
  • Int'l Joint Research