2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a far-infrared interferometer for balloon observations
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21H01127
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
金田 英宏 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30301724)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大薮 進喜 徳島大学, 教養教育院, 准教授 (10396806)
和田 武彦 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, 助教 (50312202)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 宇宙干渉計 / 遠赤外線 / 気球観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、気球干渉計の望遠鏡光学系の調整機構の開発と、姿勢制御系の評価試験を実施した。
光学系について、基線長約5 mの大型干渉計系の光路差を精密に調整するために光路途中に設けられている2次平面鏡に対して、その鏡のチルト・シフトの6自由度を精密に調整するための駆動機構を組み上げた。具体的には「ラムダポット」と呼ばれる特殊な方式で6個の直線モーターを駆動させて、鏡のチルトとシフトを独立に微調整する仕組みである。名古屋大学全学技術センターの技術職員の方のサポートを得ながら、パーツの組み上げ、駆動システムの整備、モーターの駆動確認などを実施した。この光学調整システムを完成させて、プロジェクトが科学目的達成のために要求するチルト・シフトの精度を満足することを確認するための試験の準備を進めた。実際の評価試験は、次年度に行う予定である。
また、姿勢制御系について、高空間分解能での干渉計観測を実現するため、本気球干渉計では高精度な制御が可能な三軸制御方式を採用しているが、より最適なアルゴリズムの開発のために、新しい姿勢制御シミュレーターの構築を開始した。また、並行して、実際の干渉計ゴンドラを用いて、ヨー角(z軸まわり) の制御実験を開始した。その過程における既存のリアクションホイールの性能調査により、姿勢制御の要求精度を満足しないことが判明した。具体的には、リアクションホイール駆動に用いているステップモーターの量子誤差およびバックラッシュが制御の精度を悪化させていることが分かった。そこで、より高性能なリアクションホイールの開発が必要不可欠であるとの判断に至った。ダイレクトドライブ方式のモーターを調達し、リアクションホイールの再組上げを次年度に行うこととした。
以上の実験のために技術支援者を雇用して作業を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
既存のリアクションホイールの性能では要求姿勢精度を満足できないことが判明したため、高性能なダイレクトドライブモーターを調達して、あらたに再設計・再製作したリアクションホイールを用いて制御試験を行う必要性が生じた。また、実機の干渉計ゴンドラを用いた制御実験において、姿勢制御シミュレーターを用いた予測とは大きく異なる振る舞いを示すことが判明したため、制御アルゴリズムに問題があるとの結論に至り、そのための改修が必要となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
制御試験において、ヨー軸（Z軸）の精制御の実験を実施し、アルゴリズムを改修したシミュレーションの結果との整合性を確認する。両者の一致が確認され、要求性能が満足されることを実証したのち、他の軸のリアクションホイールの改修に進む。また、姿勢制御のオンボードコンピューターのOSをLinuxベースに更新して、ドライバ回路も一新する。最終的に気球用大型ゴンドラの高精度姿勢制御システムとして完成させ、開発の成果をまとめる。
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