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Active Shape Control of Membrane Space Structures via Distributed Input Utilizing Solar Radiation Pressure

Research Project

Project/Area Number 18J11615
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

高尾 勇輝  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords宇宙膜面構造物 / 分布定数系 / 形状制御 / 実験 / マルチボディ / ソーラーセイル / 太陽光圧 / 最適制御 / 振動モード解析 / 自励振動 / 分散制御 / 多粒子モデル
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,スピンによる遠心力で展開される宇宙膜面構造物に対して,その形状を軌道上でアクティブに制御する方策を与えるものである.前年度は,膜面の変形ダイナミクスの解析的モデルを用いて,構造特性の解析と形状制御システムの構築を行った.これを踏まえて,本年度の研究では,以下に挙げる3つの主要な成果を獲得した.
1) 連続体である膜面を多数の粒子で近似する数値解法を用いて,多様な条件下における形状制御のシミュレーションを実施した.有限時間内における粒子分布の推移や振幅スペクトルを観測することで,形状制御の精度や安定性に関する定量的な評価を行った.特に,制御に用いる振動モード毎に異なる特徴があることが分かり,本研究が提案する制御システムの特性を体系的にまとめることができた.
2) 直径1m級の大型真空チェンバーを用いて,形状制御の地上実験を実施した.これまでの研究で構築した制御モデルに基づいて,制御装置のハードウェア設計・製作,および制御ソフトウェアの開発・実装を行った.実験では,チェンバー内でポリイミド膜を回転させ,設計した制御則に基づく入力を与え,デプスカメラを用いたリアルタイム形状測定を行った.実験結果は数値解析の結果と良く整合しており,提案手法の妥当性を実証することができたといえる.
3) 本研究が扱うアクティブ形状制御手法を応用して,ソーラーセイルの軌道・姿勢運動の同時制御を実現する枠組みを考案した.ソーラーセイルを変形可能な立体構造物に拡張することで,従来と比較して自由度の高いミッション設計が可能となる.この事実を立証するため,リファレンスミッションを設定し,ミッション要求に合わせた軌道設計と最適制御則を導出を行った.
本研究の意義は,無限の自由度を持つ宇宙機の軌道・姿勢・構造ダイナミクスを,太陽光圧という単一のリソースで制御することを可能にした点にある.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Optimal Interplanetary Trajectories for Spinning Solar Sails Under Sail-Shape Control2019

    • Author(s)
      Yuki Takao, Osamu Mori, Jun'ichiro Kawaguchi
    • Journal Title

      Journal of Guidance, Control, and Dynamics

      Volume: 42 Issue: 11 Pages: 2541-2549

    • DOI

      10.2514/1.g003776

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-Excited Oscillation of Spinning Solar Sails Utilizing Solar Radiation Pressure2019

    • Author(s)
      Yuki Takao, Osamu Mori, Jun'ichiro Kawaguchi
    • Journal Title

      Astrodynamics

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Active Shape Control of Spinning Solar Sails by Exciting Static Waves: Experimental Study Under Vacuum Environment2019

    • Author(s)
      Yuki Takao, Masanori Matsushita, Nobukatsu Okuizumi, Yasutaka Sato, Osamu Mori, Jun'ichiro Kawaguchi
    • Organizer
      29th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Attitude Control of Spinning Solar Sails Based on Modal Analysis2018

    • Author(s)
      Yuki Takao, Shota Kikuchi, Osamu Mori, Jun'ichiro Kawaguchi
    • Organizer
      2018 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 太陽光圧を用いた構造共振によるスピン型宇宙膜面構造物のアクティブ形状制御2018

    • Author(s)
      高尾勇輝,森治,川口淳一郎
    • Organizer
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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