Lightweight wireless phase synchronization techniques for next-generation extremely large microwave interferometers

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K14352
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 杉原 アフマッド清志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙探査イノベーションハブ, 宇宙航空プロジェクト研究員 (70867548)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マイクロ波放射計 / 干渉型放射計 / 無線電波干渉計 / 薄膜アンテナ / 衛星編隊飛行 / 衛星相対航法 / 膜面形状測定 / 超小型衛星惑星探査

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はソーラーセイルや編隊飛行衛星に搭載可能な大面積マイクロ波干渉計を実現させるために必要な基準信号の無線位相分配技術を実証する事である。提案技術のコアとなる無線分配技術を1年度目に実験的に実証し、2年度目に同技術をマイクロ波干渉計に組み込み基準同期型サブアレイアンテナを実験的に実証した。3年度目には膜面貼付が可能な1枚の基板に上記技術を実装したサブアレイ基板を完成させ、本研究の目標である大面積マイクロ波干渉計技術の実験的実証を達成した。結果は国際学会複数で発表した。現状では、提案技術の成立性は実験的に実証され、実用化に向けた課題を検討している段階である。特に、薄膜構造体に多数のサブアレイを搭載するためには基板の薄膜化が重要となるため、サブアレイアンテナを薄膜ポリイミド基板で試作中である。
本研究から複数の研究テーマが派生した。まず、干渉法を用いた膜形状計測技術はアンテナ間の相対位置を測定する技術であるため、編隊飛行する衛星群の相対航法センサとして応用する事が可能である。この技術を将来の探査ミッション候補に提案し、宇宙実証に向けて検討を進めている。
また、ポリイミド膜にアンテナを転写する技術を応用する事で超小型衛星に超軽量低周波アンテナを搭載する事が可能になる。特に、超小型ソーラーセイルを用いた小惑星レーダートモグラフィ探査をケーススタディとして取り上げ、ミッション全体の成立性を評価する段階まで検討を進めた。その他にも小型衛星群を用いた地球観測・惑星探査も検討を進めている（それぞれ世界初の方式）。アンテナ膜をロール状に展開する事で数百m級のアンテナも実現可能になると考え、衛星システム設計を含めて検討を進めている。

Research Products

• [Journal Article] Thermal Control of Array Antenna Transmitters Attached on Space Membrane Structures (2024)
  • Author(s): Y. Takeda, S. Takeda, S. Koike, K. Sawada, M. Fujita, Y. Takahashi, M. Moritani, Y. Saito, H. Hagiwara, S. Tamura, K. Nagai, S. Kanamaru, K, You, S. Shirane, D. Mitchao, M. Matsushita, A. K. Sugihara, Y. Takao, C. Hatakeyama, H. Sakamoto
  • Journal Title: Journal of Evolving Space Activities Volume: 2 Pages: -
  • DOI: 10.57350/jesa.114
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation Flying Along Artificial Halo Orbit around Sun-Earth L2 Point for Interferometric Observations (2023)
  • Author(s): K. Sugiura, Y. Takao, A. K. Sugihara, Y. Sugawara and O. Mori
  • Journal Title: Acta Astronautica Volume: 208 Pages: 36-48
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.03.040
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Status of HELIOS-R Membrane-Deployed Microwave Interferometer Demonstration Mission (2024)
  • Author(s): Ahmed Kiyoshi Sugihara, Takehisa Wada, Tamotsu Suda, Shigeo Kawasaki, Tomoyo Shibata, Masahiro Fujita, Osamu Mori and Ayako Torisaka
  • Organizer: 75th International Astronautical Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-static Radar Tomography of Small Bodies with Micro-miniature Solar Sails (2024)
  • Author(s): Ahmed Kiyoshi Sugihara, Yuki Takao, Atsushi Kumamoto, Takaaki Matsuura, Tomoyo Shibata, Ayako Torisaka and Osamu Mori
  • Organizer: 75th International Astronautical Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time-of-flight-based relative displacement measurement on ultra-small space structures for deep space exploration (2024)
  • Author(s): Tomoyo Shibata, Ahmed Kiyoshi Sugihara, Ayako Torisaka and Osamu Mori
  • Organizer: 75th International Astronautical Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フォーメーションフライト衛星群・大面積膜構造体に配置可能な薄型マイクロ波干渉計の技術実証 (2023)
  • Author(s): 杉原 アフマッド清志
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 分離型小型着陸機のランデブー・ドッキングにおける電波航法システムの概念検討 (2023)
  • Author(s): 杉原 アフマッド清志, 藤田 雅大, 楠本 哲也, 芝田 朋世, 菊地 隼仁, 森 治
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 超小型着陸機による小天体表面サンプリング手法に関する検討 (2023)
  • Author(s): 菊池 隼仁, 杉原 アフマッド清志, 森 治
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 超小型ソーラー電力セイルの開発研究と月以遠探査への応用 (2023)
  • Author(s): 中条 俊大, 高尾 勇輝, 多々良 飛鳥,中嶋 哲大, 安田 萌恵, 小林 大輝, 荒井 湧介, 渡邉 奎,立川 璃子, 尾崎 直哉, 森 治, 宮崎 康行, 松下 将典, 杉原 アフマッド清志, 鳥居 航, 冨木 淳史, 松浦周二
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会, 2023年10月
• [Presentation] 超小型ソーラー電力セイルによる惑星間空間探査ミッション (2023)
  • Author(s): 高尾 勇輝, 中条 俊大, 多々良 飛鳥,中嶋 哲大, 安田 萌恵, 小林 大輝, 荒井 湧介, 渡邉 奎, 立川 璃子, 尾崎 直哉, 森 治, 宮崎 康行, 松下 将典, 杉原 アフマッド清志, 鳥居 航, 冨木 淳史, 松浦周二
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会, 2023年10月
• [Presentation] 小型ソーラー電力セイルによる外惑星領域探査 (2023)
  • Author(s): 森 治, 高尾 勇輝, 松下 将典, 杉原 アフマッド清志, 宮崎 康行, 佐藤 泰貴, 奥泉 信克, 久保 勇貴, 尾崎 直哉, 船瀬 龍, 西山 和孝, 月崎 竜童, 田畑 邦佳, 森下 貴都
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] 発電・アンテナ機能を有する軽量膜展開構造物HELIOS-Rの開発状況 (2023)
  • Author(s): 松下 将典, 高尾 勇輝, 杉原 アフマッド清志, 森治, 楠本 哲也, 藤田 雅大, 中川 雄登, 大木 春仁, 西村尚, 保田 瞬, 渡邊 秋人, 堀 利行, 伊藤 裕明, 佐藤 泰貴, 宮崎 康行, 奥泉 信克, 大月 幸穂, 鶴谷 柊朔, 中川 果帆, 米田 大晟, 芝田 朋世, 山川 真以子, 金丸 宙, 森谷 元喜, 永井 和希, 竹田 有希, 坂本 啓, 白根 篤史, 岡田 健一
  • Organizer: 第67回宇宙科学技術連合講演会
• [Presentation] マイクロ波干渉計を応用した膜面形状測定法 (2023)
  • Author(s): 杉原 アフマッド清志, 和田 武尚, 須田 保, 藤田 雅大, 川﨑 繁男, 森 治
  • Organizer: 第33回 アストロダイナミクスシンポジウム
• [Presentation] 遠方ターゲットに対して適用可能なビーコンを用いた相対航法誘導 (2023)
  • Author(s): 藤田 雅大, 杉原 アフマッド清志, 森 治, 津田 雄一
  • Organizer: 第33回 アストロダイナミクスシンポジウム
• [Presentation] Wireless Reference Frequency Distribution for Membrane-Deployed Distributed Microwave Interferometer Concept (2023)
  • Author(s): Ahmed Kiyoshi Sugihara, Takehisa Wada, Tamotsu Suda, Yuichiro Nada, Masahiro Fujita, Shigeo Kawasaki, Osamu Mori
  • Organizer: IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Constellation Around Small Bodies Using Spinning Solar Sails Under Simultaneous Orbit-Attitude-Structure Control (2023)
  • Author(s): Takao, Y., Mori, O., Kikuchi, S., Oki, Y., Sugihara, A. K., and Kusumoto, T.
  • Organizer: 6th International Symposium on Space Sailing
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] New Solar Power Sail Program in the Post-OKEANOS Era (2023)
  • Author(s): Mori, O., Masanori, M., Sugihara, A. K., Takao, Y., Chujo, T., Miyaszaki, Y., Satou, Y., Okuizumi, N., Sakamoto, H., Funase, R., Ozaki, N., Kubo, Y., Watanabe A.
  • Organizer: 6th International Symposium on Space Sailing
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on Deep Space Relative Radio Navigation Using Beacons (2023)
  • Author(s): M. Fujita, A. K. Sugihara, O. Mori and Y. Tsuda
  • Organizer: 34th International Symposium on Space Technology and Science
  • Int'l Joint Research