2013 Fiscal Year Annual Research Report
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25289305
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
古谷 寛 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (00190166)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 啓 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (40516001)
名取 通弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00013722)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 宇宙システム / 展開構造 / 展開ブーム / 膜構造 |
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| Research Abstract |
収納法と展開機構の開発：本研究で構築するブーム・膜複合構造の大きな特徴は，他のブーム展張式膜構造の提案ではブーム先端でのみ膜と結合しているのに対し，ブーム・膜を連続的に結合できる構造様式を導入する点である．この新たな「ブーム・膜複合構造」に用いる機構の開発のため，初年度ではまず1.4m×1.4mサイズの展開膜構造試験モデルの試作を通して，以下の課題に取り組み機能試験モデル製作のための課題を検討した．
(1) ブーム・膜結合状態での高収納率を実現するとともに，再現性を持って収納する方法を検討し，十分な再現性を有することを検証した．
(2) 打上げ機械環境でのブーム・膜複合構造での収納膜保持法を検討し，振動試験モデルを試作し，CFRPブームによる保持効果が十分であることを明らかにした．
(3) 次年度以降に製作する機能試験モデル実験の準備として，1.7mx1.7mサイズのスケールアップした展開膜構造試験モデルを試作するとともに，重力保障装置としてホバークラフトによるシステムの試作を行い，ブーム展開が再現良くできることを示した．
以上より，機能試験モデル製作に必要な基礎データならびに地上実験方法の確立をすることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ブーム・膜結合状態での高収納率を実現するとともに，展開再現性の高いブーム膜展開構造を試作モデルを通して実験的に実証することができた．具体的には，1.4mx1,4mブーム・膜展開構造モデルを試作するとともに，1.7mx1.7mブーム・膜展開構造モデルを試作することを通して，新しい折り畳み方法の提案を行い，次年度以降に作成する機能試験モデル製造方法の確立をすることができた．また，打上げ環境でのブーム・膜複合構造の収納膜保持法を検討し，振動試験モデルを試作するとともに，小型衛星の加振レベルによる振動実験を実施することにより，CFRPブームによる保持効果を定量的に明らかにすることができた．更に，重力保障装置としてホバークラフトを用いることを提案し，重力保障装置モデルを製作するととともに展開膜構造モデルに対して展開実験を実施し，提案する重力保障装置の有効性と問題点を明らかにすることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究を通して，実験の結果，ブームの展開力の評価がブーム・膜展開構造を実現するためには重要であることが明らかになった．この結果を踏まえ，次年度は非線形有限要素法を用いたブーム径，ブーム構成の違いによる展開力評価と理論展開力の評価を新たに行い，適切な展開ブームの設計製作を行う．具体的には以下の課題を推進する．
（１）前年度に製作したブーム・膜複合構造に対して，展開ダイナミクスを高速度カメラを用いて定量的に評価し，この結果を課題（２）で開発する展開膜構造解析モデルへの反映を行う．また，デオービット膜を想定したブーム径が更に小さいブーム・膜展開構造の実現のための膜の折り畳み方法と展開膜の構成を検討する．
（２）ブーム・膜複合構造の展開ダイナミクスの推定を数値解析を通じて行い，ブームと連成した膜構造の展開挙動を解明する．このため，ブーム単体における展開力評価を非線形有限要素法ならびに理論解析を通して実施する．
（３）ブーム・．膜複合構造の展開後形状は，姿勢の運動ならびに制御のために把握することが重要である．実際の膜構造は，表面の薄膜太陽電池などのデバイスを含む形状特性が展開後形状に大きく影響するため，それら表面デバイスの影響を数値解析により明らかにし，モデル化を行う．
以上の課題を通して，小型衛星搭載を目的とした機能構造モデルを設計するとともに，環境試験モデルの検討・設計を実施する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初，本研究で研究開発したブーム・膜複合展開構造を搭載予定であった他研究・開発グループによる小型衛星ミッションの仕様が確定できなかったため，最終的な機能試験モデルの詳細仕様が確定できなかった．この結果，展開ブームの径ならびに膜サイズの仕様を決めることができず，一般的なサイズによる展開膜構造モデルでの製作ならびに展開挙動実験をするに留まった．この結果，機能試験モデル用のブームの製作ができなかったことと，これに伴う機能試験モデルならびに保持解放機構が概念設計に留まり，製作が遅れたため次年度使用額が生じた．
現在，デオービット展開膜を想定した小径ブームを用いた展開膜ミッションが新たに具体的なミッションとして提案されてきたため，これに対応した展開膜構造試験モデルを製作し，その展開実験を実施する．この結果を前年度の成果に加えることにより，重力に対して十分な剛性を持つ展開ブームを用いた，機能試験モデルの設計・製作のデータを取得する．また，ブームの非線形構造特性を数値解析などによって明らかにすることにより，機能試験モデルの構造体の設計・製作を実施する．
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[Presentation] Origami-based Membrane Storage and Deployment Technology for De-orbiting Satellites2013
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, R. Funase
Organizer
64th International Aeronautical Congress
Place of Presentation
北京
Year and Date
20130923-20130927
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