2020 Fiscal Year Annual Research Report

Study on harpooning metal anchors for capturing space debris of various sizes.

Research Project

Project/Area Number	18K04572
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)
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)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	Space debris / Active debris removal / Harpoon / Free falling target / Johnson Cook model
Outline of Annual Research Achievements	本研究では大型から小型まで多様なサイズのスペースデブリに対して統一的に適用可能な，金属銛を用いたスペースデブリ捕獲技術に向けて，固定された対象物，および，自由落下中の対象物への金属製銛の撃込を可能とする試験装置を開発したほか，対応する数値解析モデルの構築を行っている．2020年度は金属製銛によるスペースデブリ捕獲に適した銛先端形状に関する指針を得るために，先端が円錐形状，半球形状，平形状，二山形状の４種類の先端部を有する金属製銛の撃ち込みに関する数値解析と試験を実施し，その際の貫入現象，必要貫入速度および貫入後の状態を評価，比較した．また，撃込み対象に対して角度を変化させた解析，試験を実施し，撃ち込み角度と貫入特性の関係についても評価を行った．その結果，先端二山の形状を用いることで，全体的により少ない速度での貫入が可能となるが，貫入孔部が円板として切り出されてしまうため，新しいデブリが生じてしまうこと，また，貫入によりきれいな円孔が生じるため，貫入後の保持力が得られないことを確認した．一方，先端円錐形状銛は貫入速度が比較的小さく，また，花弁状に対象物を裂きながら貫入することで貫入後の保持力が得られた．先端半球形状，平形状の銛では必要貫入速度が円錐形状に比べても高いケースが多く，また，貫入後に保持力が得られないなど先端円錐形状銛に劣ることを明らかにした．このことから，金属製銛単体での結合強度については先端円錐形状銛が最も優れていると言える．