階層膜面モジュラー構造による宇宙構造物構築に関する研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23560958
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 名取 通弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00013722)
• Keywords: 展開型膜面モジュール / 断続展開 / 振動特性 / 自動組み立てシステム

Research Abstract

本研究は、階層モジュラー構造の概念に展開型膜面モジュールを導入し、それを宇宙構造物システムの構築に適用してその有用性を明らかにしようとする。研究は (1) 展開型膜面モジュールの検討、(2) 自動組立の動作計画の検討、(3) 軌道上構築のシミュレーションの３項目からなる。
(1) については前年度に導入した組紐被覆 Bi-Convexによる膜面モデルの展開特性と展開後の構造特性について、実験およびシミュレーショの両面から詳細な検討を行い、両者のよい一致を得た。この構造方式は本研究に使用する一モジュールとして機能できるだけでなく、それを単独の展開膜面構造として使用することも有用で、その導入により、将来の太陽電池アレイや膜面アレイアンテナなどの展開アレイ構造物の開発が具体的に可能になることが期待される。
(2) については、将来のモデル実験に資するハードウェアについて検討した。そのためのモジュール構造にはリリース･回転･ラッチの機能をはたす分布型のアクチュエータが必要である。本研究ではモジュール間の結合部を独立させて、そこにそれらの機能を集約させる概念を新たに提示し、その基本的な機能を実証する結合部モデルの設計製作を行って、十分に実用可能な結果を得た。自動組み立てのアルゴリズムについては、結合部をあらたに導入して、初期にモジュールを集積した形状から直列状の形状（開ループ形状）への自動組立についての拡張を行った。
(3) については、(1) で検討したモデルの中心構体の角速度データの取得により、中心構体の自由回転を含むモジュールの展開解析シミュレーションを実施できた。また (2) で導入した結合部を含んだ自動構築アルゴリズムにより、展開を含まないモジュールの開ループ形状構成についてシミュレーションを実施した。

Research Products

• [Journal Article] Analysis of Dynamic Behaviour of Inflatable Booms in Zigzag and Modified Zigzag Folding Patterns (2014)
  • Author(s): N. Katsumata, M. C. Natori and H. Yamakawa
  • Journal Title: Acta Astronautica Volume: 93 Pages: 45-54
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deployment Characteristics of Braid Coated Bi-Convex Tape and Bi-SMA Convex Tape Booms for Deployable Membrane Structures (2014)
  • Author(s): Katsumata N., Kaimori M., Yamasaki M., Higuchi1 K., Natori M., and Yamakawa H.
  • Journal Title: J. Mechanics Engineering and Automation Volume: Vol.4, No.1 Pages: 52-62
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Stepwise Deployment of Membrane Structures with Rolled-up Booms: Experiments and Simulations (2014)
  • Author(s): Okuizumi, N., Katsumata, N., Kobayashi, H., Ikuta, H., Yamazaki, M., Ito, Y., Natori, M.C., and Yamakawa, H.
  • Organizer: AIAA 2014-1039, AIAA Spacecraft Structures Conf., (SciTech2014)
  • Place of Presentation: National Harbor, Maryland, USA
  • Year and Date: 20140113-20140117
• [Presentation] 有限要素解析による膜面展開用シリンドリカルブームの復元力の検討 (2013)
  • Author(s): 佐藤泰貴, 古谷寛, 坂本啓, 名取通弘, 渡邊秋人
  • Organizer: 第22回スペースエンジニヤリングコンファレンス (SEC’13-C04), 日本機械学会
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Year and Date: 20131220-20131221
• [Presentation] ブーム・膜一体巻きつけ 型の展開膜宇宙構造物の開発 (2013)
  • Author(s): 坂本啓, 古谷寛, 佐藤泰貴, 名取通弘
  • Organizer: No. P08, 第22回スペース・エンジニアリン グ・コンファレンス(SEC'13)
  • Place of Presentation: 東京都千代田区
  • Year and Date: 20131220-20131221
• [Presentation] Study on Optimum Connecting Points of Boom-Membrane Structure as a Basic Model for Larger Lightweight Space Structure (2013)
  • Author(s): A. Torisaka1, Y. Sato, M.C. Natori, T. Akita, H. Yamakawa, N. Kobayashi
  • Organizer: 24th Int’l. Conf. Adaptive Structures and Technologies
  • Place of Presentation: Aruba
  • Year and Date: 20131007-20131009
• [Presentation] Deployment Characteristics of Braided Coated Bi-Convex Tape Booms Partly Used SMA for Deployable Membrane Structures (2013)
  • Author(s): N. Katsumata, M. Kaimori, K. Higuchi, M.C. Natori and H. Yamakawa
  • Organizer: 24th Int’l. Conf. Adaptive Structures and Technologies
  • Place of Presentation: Aruba
  • Year and Date: 20131007-20131009
• [Presentation] Origami-Based Membrane Storage and Deployment Technology for De-orbiting Satellites (2013)
  • Author(s): H. Sakamoto, H. Furuya , Y. Satou, M.C. Natori, A. Watanabe, N. Kawabata, R. Sakai, N. Okuizumi, O. Mori, Y. Shirasawa, M. Takai, N. Katsumata, A. Torisaka and R. Funase
  • Organizer: IAC-13-B4.6A.4, 64th Int’l. Astronautical Congress
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 20130923-20130927
• [Presentation] 組紐被服ブームからなる膜面宇宙構造物の展開実験 (2013)
  • Author(s): 山崎雅宣，友松秀樹，田代真樹，勝又暢久，名取通弘，山川宏
  • Organizer: 第55回構造強度に関する講演会, 3A03, 日本航空宇宙学会･日本機械学会
  • Place of Presentation: 室蘭
  • Year and Date: 20130807-20130809
• [Presentation] Conceptual Model Study Using Origami for Space Applications (2013)
  • Author(s): M.C. Natori, N. Katsumata, H. Yamakawa, H. Sakamoto and N. Kishimoto
  • Organizer: ASME DETC2013-13490, Proc. ASME 2013 Int’l. Design Engineering Technical Conf.
  • Place of Presentation: Portland, Oregon, USA
  • Year and Date: 20130804-20130809
• [Presentation] Numerical Simulation of Stepwise Deployment of Membrane Structure with Booms Using Multi-Particle Approximation Method (2013)
  • Author(s): Okuizumi, N., Ito, Y., Natori, M., Katsumata, N., Yamakawa, H.
  • Organizer: ISTS 2013-c-56, 29th Int’l. Symp. Space Technology and Science
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20130602-20130609
• [Presentation] Model Study of Membrane Space Structures Based on a Stepwise Deployment Concept (2013)
  • Author(s): Natori, M.C., Katsumata, N., Yamakawa, H., Watanabe, A., Kawabata, N., Okuizumi, N., Mori, O., Shirasawa, Y., Sakamoto, H. and Furuya, H.
  • Organizer: ISTS 2013-c-55, 29th Int’l. Symp. Space Technology and Science
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20130602-20130609
• [Presentation] Wrapping Experiments of Piecewise Straight Fold Membrane for Large Solar Sail (2013)
  • Author(s): Y. Satou, H. Furuya, H. Sakamoto, Y. Shirasawa, O. Mori, N. Okuizumi, M.C. Natori
  • Organizer: ISTS 2013-c-54, 29th Int’l. Symp. Space Technology and Science
  • Place of Presentation: Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20130602-20130609
• [Presentation] Deployable Membrane Structures with Rolled-up Booms and Their Deployment Characteristics (2013)
  • Author(s): M.C. Natori, N. Katsumata, N. Okuizumi, A. Watanabe and H. Yamakawa
  • Organizer: AIAA-2013-1596, 54th AIAA/ASME/ASCE/ AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conf
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 20130408-20130411
• [Presentation] Repeatability of Stored Configuration of a Large Solar Sail with Non-negligible Thickness (2013)
  • Author(s): H. Sakamoto, S. Kadonishi, Y. Satou, H. Furuya, Y. Shirasawa, N. Okuizumi, O. Mori, H. Sawada, J. Matsumoto, M.C. Natori, Y. Miyazaki and M. Okuma
  • Organizer: AIAA 2013-1804, 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conf.
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 20130408-20130411
• [Presentation] 円筒CFRPブームを用いた巻き付け型展 開膜構造の検討
  • Author(s): 古谷寛, 佐藤泰貴, 坂本啓, 名取通
  • Organizer: No. A4, 第29回宇宙構造・材料シンポジウム
  • Place of Presentation: 神奈川県相模 原市