Construction of Analysis and Design Theory for High Precision Gossamer Space Structure Systems and Its Experimental Verification

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04591
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Miyazaki Yasuyuki 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)
• 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) ; 奥山 圭一 日本大学, 理工学部, 教授 (30442461)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: ゴッサマー構造 / 宇宙構造物システム / 展開構造 / 高精度構造 / 自己展開構造

Outline of Final Research Achievements

The analytical model and methods necessary to realize a high-precision gossamer structure has been clarified and applied the results to space missions. The main results can be summarized as follows. 1) Development of a structure preserving solution for self-extending membrane surface structures, 2) Development of a method for evaluating viscoelastic deformation of membrane surface folds, 3) Elucidation of deformation characteristics of Tomoe-Ori structure for surface wiring, Improvement of the shape accuracy of 4) solar sail structures, 5) extension boom for supporting magnetic sensors on deep space probes, and 6) self-deploying membrane surface rectenna. In addition, the design method of a general thin-walled open-section bistable boom and its deployment/stowage mechanism was clarified, and the design and analysis method of this research was adopted in ongoing space projects.

Free Research Field

宇宙構造物工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した、自己伸展構造の非線形動力学の構造保存解法およびその解析コード、ゴッサマー構造の形状精度保証法は、柔軟多体力学の発展をけん引するのみならず、従来は困難であった、ゴッサマー構造の運用時の精度保証を可能とし、宇宙構造物工学の発展に貢献する。実際、従来、ゴッサマー構造は、軽量で展開・収納性に優れるものの、高精度化はもちろんのこと、軌道上での精度を保証することすら難しく、適用可能なミッションが限られていた。本研究はソーラーセイルやセンサ搭載用伸展ブーム、衛星間無線送電用展開膜面レクテナといった実ミッションに実際に適用することで、この状況を打破し、今後の宇宙利用の拡大に寄与する。