2022 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Analysis and Design Theory for High Precision Gossamer Space Structure Systems and Its Experimental Verification
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21H04591
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
宮崎 康行 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, 教授 (30256812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 泰貴 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, 准教授 (70726760)
有田 祥子 静岡大学, 工学部, 助教 (50800629)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | ゴッサマー構造 / 宇宙構造物システム / 展開構造 / 構造設計理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画に沿って，以下の通り実施し，成果を得た．
【内容1：理論構築、解析コード開発】自己展開膜面トラス（SDMT）について，誤差に対する形状精度の感度解析コードを開発した．また，10m級オカルタを有する宇宙機の軌道上応答解析コードを開発し，外乱の影響を明らかにした．さらに，試作した軽量・高精度なCFRP伸展ブームの精度・剛性特性を明らかにし， 軌道上での精度を予測するための解析モデルを構築した．
【内容2：実構造物への理論の適用，高精度化・高安定化】1m級軽量SDMTを試作し，数GHz帯アンテナに適用可能な精度を有することを確認した．また，磁力センサ用伸展マストへの適用を目標とした，軽量かつ中程度の剛性・精度を有するCFRP製伸展ブームの構造様式を明らかにし，伸展機構を開発した．そして，実験によりブームの剛性・精度を評価するとともに，得られた特性を構築した解析モデルが精度よく再現することを示した．さらに，このブームを用いたモーター伸展式トラスを試作し，展開を確認した．本研究では膜面上の配線用に巴形切り紙構造（以下，切り紙）と薄膜印刷回路（FPC）の導入を提案しているが，切り紙については力学モデルを作り，変形量と復元力の関係の推定手法を構築し，その推定結果が寸法誤差2%以下で実験と符合することを示した．また，FPCについては印刷方法を新たに6種考案し，試作したFPCの印刷の均一さ，切り紙による折り畳み性，内部抵抗，作成時間を評価し，結果として，市販のプリント基板と同程度の内部抵抗で，折り畳み可能なポリイミドFPCを，約30分で作成する方法を確立した．
【内容3：要求と構造様式との関係の明示】上述の通り，内容1，2の成果をオカルタの解析や磁気センサ用伸展マストの開発に適用した．また，2025年度打ち上げ予定の小型SSPS技術実証衛星に搭載する展開膜面レクテナにSDMTが採用された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初計画どおりに研究を遂行できたことに加えて，
① 現在，JAXAが進めている超小型探査機ミッションに搭載する磁力計用伸展ブームに，本研究で検討してきたブームが採用されたこと
② SDMTが，2025年度打上げ予定の小型SSPS技術実証衛星「OHISAMA」に搭載される展開レクテナに採用されたこと
③ ②に向けて，宇宙仕様のSDMTを開発できる環境が整ったこと
が挙げられる．言い換えれば，本研究の最終的な狙いである，学術研究を実機開発に適用できる程度まで緻密化・汎用化することが着実に実現しつつあることが，「当初の計画以上に進展している」と判断した理由である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，研究全体については，今後も予定通り進めていく．来年度は本研究の最終年度であるため，これまでの研究成果を学術誌等に発表していくとともに，個々の研究成果をまとめた設計理論案を提示し，学会等でフィードバックを得ることで，設計理論を明らかにする．
その際，実機に搭載されることとなった成果については，実機開発の過程で得られる知見を設計理論に反映させることで，より完成度の高い設計理論を構築する．
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