太陽輻射圧を利用した人工衛星の姿勢制御

• 研究課題/領域番号: 03650055
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 片山 忠一 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (70081255)
• 研究分担者: 杉山 吉彦 大阪府立大学, 工学部, 教授 (90032268)
• 研究期間 (年度): 1991 – 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 1992年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1991年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 人工衛星 / 姿勢制御 / 太陽輻射圧 / 安定性 / 柔軟付属物 / 光圧板

研究概要

大型の太陽電池パドルなどを太陽輻射圧を受ける光圧板として使い、光圧板の角度を変えることによって太陽輻射圧によるトルクの方向と大きさを調整し、衛星の姿勢制御を行うことを検討した。光圧板の柔軟性は、光圧板と衛星本体の間のヒンジを粘弾性ヒンジとすることで代表させた。
まず、光圧板の柔軟性を無視し、光圧板を剛体として扱った場合の衛星の挙動について考察した。衛星本体の慣性モーメント比とスピンレート比をパラメータに衛星の姿勢制御の安定図を作成した。安定領域近傍のパラメータ点において、衛星の姿勢変化に及ぼす各パラメータの影響を確認した。
次に、衛星の姿勢制御に及ぼす光圧板の柔軟性の影響を考察した。光圧板のパラメータとして、ヒンジの回転バネの剛性パラメータと圧力中心パラメータをとり、安定図を作成した。光圧板の圧力中心の位置がヒンジから遠くなるにしたがって、衛星が安定であるために必要なバネ剛性の下限値が大きくなることが分かった。回転バネの剛性の違いによる衛星の挙動を比較した結果、光圧板の柔軟性により衛星姿勢の不安定化が誘発されるケースのあることが見出された。一つは、粘弾性ヒンジのバネ剛性が小さ過ぎて光圧板が倒れてしまい、制御トルクを得ることが不可能になってしまうケース、もう一つは、ダンパーの減衰比が小さい時、バネ剛性が大きくなるにつれて、衛星の姿勢に対して外乱となる非対称不規則振動が光圧板に発生したケースである。
太陽輻射圧トルクを利用して光圧板の振動を制御することを提案した。太陽輻射圧トルクによる衛星の姿勢制御の効果の少なかったケースに対して、光圧板の振動制御を併用することによって姿勢安定性が向上することを示した。とくに光圧板の減衰が小さいために起こる姿勢不安定に対して有効であると思われる。