2019 Fiscal Year Research-status Report
多様な大きさのスペースデブリに適用可能な金属銛によるデブリ捕獲技術の実現
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18K04572
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
田中 宏明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (90532002)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / スペースデブリ / デブリ除去システム / デブリ捕獲技術 / 金属銛 / Johnson Cookモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，2018年度に実施したスペースデブリ模擬構造体への金属銛撃ち込み試験に対応する数値シミュレーションモデルを構築した．このモデルは大型のスペースデブリの一部に相当する周辺が固定された対象，および，小型スペースデブリに相当する固定されていない（自由落下している）対象という，二つの大きく異なる境界条件を有する供試体への金属銛撃ち込みに関する現象を，統一的に表現できるモデルとなっている．衛星構造で広く利用されているアルミニウム合金製供試体への撃込み試験結果との比較の結果，材料の構成則モデルとしてJohnson Cookモデルが有効であることを確認した．この際，数値シミュレーションにおいて，規則性の強いメッシュ分割では銛撃ち込み時の現象を正しく評価できず，三角柱要素によるメッシュ分割が有効であることが明らかとなった．これらの数値解析モデルにより，金属銛撃ち込み時の最小貫入速度を5%程度の誤差で見積もることができた．また，撃ち込み時の現象についても適切に評価できていることを確認した．
次に，構築した数値シミュレーションモデルを用いて多様なスペースデブリに対応できる金属銛形状の検討を開始した．2020年度に実施する銛形状に関する検討に向けて，基準となる金属銛先端形状として，これまで検討を行ってきた円錐型に加え，半球型，二山型，平型の銛モデルを作成し，貫入が可能であることを確認した．特に，先端二山型の銛では対象構造が円形に切り取られ，小さな破片が生じることを，数値シミュレーション上でも確認した．この現象は，別途行った先端二山型銛の撃込み試験結果とも一致している．
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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
2019年度に実施予定であった，固定された対象物，および，固定されていない（自由落下中）対象物への金属製銛撃込み現象を統一的に表現できる，数値シミュレーションモデルの構築を実施した．2018年度までに実施した試験結果との比較を通して，構築した数値解析モデルの妥当性を確認してた．この数値シミュレーションモデルの構築においては多くの知見を得ることができており，より精度の高い解析が可能となっている．また，最終年度に実施予定の多様なスペースデブリに対応できる金属銛形状の検討に向けた予備評価を行い，候補となり得る金属銛形状の基本形状を有する数値シミュレーションモデルを作成し，評価を開始しており，研究はおおむね順調に進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に構築した数値シミュレーションモデルを用いて，金属銛を用いたスペースデブリ捕獲に適した銛形状についての評価を行う．多種の形状を有する銛の数学モデルを用いて，様々な捕獲対象物の角度，固定条件の際の対象物との結合特性を数値シミュレーションにより評価し，有効な銛形状に関する知見を得るとともに，適した形状を探索する．さらに，これらの検討の結果得られた形状の金属銛を製作し，撃ち込み試験を実施，有効性を検証する．さらに，今回の研究において実施した研究の手順をまとめることで，今回対象としたアルミニウム合金以外の構造材料にも適用できる，より汎用的なモデルの構築法および検証法の確立につなげる．
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| Causes of Carryover |
学内業務の関係で，予定していた国際会議への参加ができなかったことによる．その費用については，2020年度に開催される国際会議参加費にて使用する予定である．
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