月トランスファーにおけるフェージング軌道の設計プロセスの確立と軌道特性の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560825
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 川勝 康弘 Japan Aerospace Exploration Agency, 宇宙科学研究本部, 准教授 (80373439)
• Keywords: 飛行力学 / 軌道設計

Research Abstract

打上後、すぐに月へ向かった初期の月探査機と異なり、近年の月探査機の多くは、地球を廻る長楕円軌道を数周回した後に月に到る「フェージング軌道」を採用している。フェージング軌道を用いる主たる理由は、充分な打上ウィンドウを確保できるという運用上のメリットがあるためである。その半面、月へ直接向かうダイレクト軌道と比較した場合、飛行経路が長くなり軌道制御の回数も増えるため、軌道設計が複雑になる。
本研究では、まず体系的なフェージング軌道の設計プロセスを確立する。解空間の構造を解明し、それを考慮したモデルを用いて適切な初期値を与え、所望の解に確実に収束させるという手順を確立する。続いて、それを用いてフェージング軌道を幅広く設計・分析し軌道特性を解明する。様々な設計パラメータを変更した場合の、軌道設計結果への影響の解析(すなわち感度解析)により、フェージング軌道の特性を明らかにする。これにより、より優れたフェージング軌道を、より円滑に設計することが可能になる。
本研究は「設計プロセスの確立」「軌道特性の解明」の2段階から構成され、それぞれは、検討に使用するプログラムの開発と、検討本体、および成果発表に区分される。3年間の研究期間の1年目にあたる本年度は、「設計プロセスの確立」の検討に使用するプログラムの開発を実施した。
まず、軌道設計の中心となる軌道運動解析プログラムを開発した。その主たる機能は軌道伝播とターゲティングであり、そのほとんどはこれまでの軌道設計で使用してきたプログラムを転用できた。フェージング軌道に適用するための主たる変更点は軌道制御回数増にともなう制御変数の追加と、重力場高次項の追加であった。つづいて、初期値算出用の簡易モデル構築に用いるための、摂動解析プログラムを開発した。これは、軌道周回ごとの摂動量を算出するプログラムである。