超小型衛星の宇宙実験による軌道上における宇宙エレベータの運動解析

• 研究課題/領域番号: 15H02224
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械力学・制御
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 能見 公博 静岡大学, 工学部, 教授 (20325319)
• 研究分担者: 青木 義男 日本大学, 理工学部, 教授 (30184047) ; 山極 芳樹 静岡大学, 工学部, 教授 (30220255)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円); 2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2016年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2015年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円)
• キーワード: 超小型衛星 / 宇宙テザー / 宇宙ロボット / 宇宙ロボティクス

研究成果の概要

本研究では，宇宙軌道上でテザー伸展を行い，昇降機（クライマー）を移動させる軌道エレベーター（軌道ELV衛星）を開発する．まず1km～2km程度のテザーを搭載できる衛星を開発し，数値シミュレーションおよび地上実験による評価検証を行い，ミッションの成立性を検証した．しかし，宇宙デブリ（ごみ）問題により宇宙実験が困難となったため，スケールを縮小した10cm立方のCubeSatを再開発，同様に評価検証を行った後に打ち上げへと繋げた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

1km以上のテザー伸展による軌道エレベーター実験は，重力，軌道運動による遠心力・コリオリ力，その他自然外力による複雑な場である宇宙環境（軌道上）において，機械力学の観点からも非常に興味深い．実衛星を開発した後に，ミッションを目的とした数値シミュレーションおよび地上実験による評価検証は有意義な成果であり，今後の宇宙テザー利用へと繋げていくことが期待できる．スケールを縮小した10cm立方のCubeSatは，宇宙力学環境もスケール縮小されるが，エレベーター実験は世界初であり，日本がこの分野を先導する観点からも意義が高い．

研究成果

• [国際共同研究] FH Aachen(ドイツ)
• [国際共同研究] FH Aachen(ドイツ)
• [雑誌論文] Effects of Ascending and Descending Climbers on Space Elevator Cable Dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, Y., Otsuka, K., Yamagiwa, Y. and Doi, H.
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: 145 ページ: 165-173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cable Dynamics and Control at the Simultaneous Deployment of the Cables from GEO Station during Space Elevator Construction (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamagiwa, Y., Tao, K., Sato, S., Otsuka, K and Ishikawa, Y.
  • 雑誌名: Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan 巻: 16 ページ: 165-171
  • NAID: 130006425117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spherical gyroscopic moment stabilizer for attitude control of microsatellites (2018)
  • 著者名/発表者名: Sajjad Keshtkar, Jaime A. Moreno, Hirohisa Kojima, Kenji Uchiyama, Masahiro Nohmi, Keisuke Takaya
  • 雑誌名: Acta Astronauticahttps 巻: 143 ページ: 9-15
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2017.10.033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Space Experiments on Basic Technologies for a Space Elevator Using Microsatellites (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Yamagiwa, Masahiro Nohmi, Yoshio Aoki, Yu Momonoi, Hirotaka Nanba, Masanori Aiga, Takeru Kumao, Masahito Watahiki
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: 138C ページ: 570-578
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自主創造を目指した宇宙開発に関する分野横断PBLの取り組み (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 雑誌名: 大学教育と情報 巻: 158-1 ページ: 13-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study about the Simultaneous Deployment Performance of the Cables from GEO Station at the Space Elevator Construction (2017)
  • 著者名/発表者名: Tao, K, Yamagiwa, Y., Ishikawa, Y. and Otsuka, K.,
  • 雑誌名: Acta Astronaitica 巻: TBD
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space Experiments on Basic Technologies for a Space Elevator Using Microsatellites (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiki Yamagiwa, Masahiro Nohmi, Yoshio Aoki, Yu Momonoi, Hirotaka Nanba, Masanori Aiga, Takeru Kumao, Masahito Watahiki
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: TBD ページ: 570-578
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2016.12.022
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Obayashi Corporation’s Space Elevator Construction Concept (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, Y., Tamura, T., Otsuka, K., Horiike, T., Iwaoka, T., Masui, N., Katsuya Hamachi, K., Katsuyama, Y., Aoki, Y., Yamagiwa, Y., Inoue, F. and Omoto, E.
  • 雑誌名: Journal of British Interplanetary Society 巻: 69-6/7 ページ: 227-239
  • 査読あり
• [雑誌論文] 学科統合型の初年次教育の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村文紀，青木義男
  • 雑誌名: 大学教育と情報 巻: 2015-4 ページ: 32-36
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on Dynamic Response of FRP Float for Light Seaplane (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Aoki, Akihisa Tabata, Goichi Ben, Ryo Goto
  • 雑誌名: Journal of Civil Engineering and Architecture 巻: 10-2 ページ: 175-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金の卵としての「宇宙エレベーター」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 雑誌名: マーケティングホライゾン 巻: 11 ページ: 28-30
• [雑誌論文] 超小型衛星STARS-IIのミッション計画と運用結果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 雑誌名: 航空宇宙技術 巻: 14 号: 0 ページ: 53-58
  • DOI: 10.2322/astj.14.53
  • NAID: 130005076276
  • ISSN: 1884-0477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 宇宙エレベーターにおける運用時のケーブルダイナミックスの概説 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山極芳樹，土井日向，大塚清敏，石川洋二
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌 巻: 63-6 ページ: 205-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] ＧＭＲセンサアレイ型ワイヤロープ検査機 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 雑誌名: 検査技術 巻: 20-6 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 低速度衝撃曲げ負荷を受けるCFRP/Steelハイブリッド材の応答挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金 炯秀，邉 吾一，青木 義男
  • 雑誌名: 実験力学 巻: 15 号: 3 ページ: 194-199
  • DOI: 10.11395/jjsem.15.194
  • NAID: 130005102009
  • ISSN: 1346-4930, 1884-4219
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Past Results and Future Missions of STARS Series Satellite (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi
  • 学会等名: 27th International Symposium on Space Flight Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Development and Launch of Mini-Elevator Demonstration Cubesat STARS-Me (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi and Yoji Ishikawa
  • 学会等名: the IAA SciTech Forum' 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Mini Space Elevator Demonstration Satellite STARS-Me (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi and T. Kumao
  • 学会等名: The International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space
  • 国際学会
• [学会発表] STARS Project, Cubesat project in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi
  • 学会等名: International Conference on Cubesat Technology (I2CT)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optimum Control of Cable Deployment of Space Elevator from GEO Station in Two Directions (2018)
  • 著者名/発表者名: (1)Yamagiwa, Y., Sato, S., Sato, T., Arita, S., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.
  • 学会等名: 69th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Tether Material and Deployment Mechanism for Tethered Satellite Constellations (2018)
  • 著者名/発表者名: Darren Raymond Coste and Yoshio Aoki
  • 学会等名: 69th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Linear Direct Drive Motor Mechanism for Use in Tethered Satellites (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Maeda and Yoshio Aoki
  • 学会等名: 69th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] The effects of payload transportation on the tethered systems in low earth orbit (2018)
  • 著者名/発表者名: Shun Yokota and Yoshio Aoki
  • 学会等名: 69th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Research of Wire Rope Damage Identification Techniques using Sensor Fusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenya Ohtsuka, Akihisa Tabata, Jun Maeda and Yoshio Aoki
  • 学会等名: The Sixth Japan-US NDT Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] STARS Elevator Technology Demonstration and Mission Process for Debris Mitigation (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi, Y. Yamagiwa, Y, Aoki.
  • 学会等名: the 1st IAA Conference on Space Situational Awareness (ICSSA)
  • 国際学会
• [学会発表] STARS-ELEVATOR MISSION PLAN FOR TETHER DEPLOYMENT AND CLIMBER TRANSLATION (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi
  • 学会等名: the 68th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 静岡大学SATRSプロジェクト (2017)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: JpSEC宇宙エレベータ学会
• [学会発表] Verification of Space Elevator Technologies (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Fukiba, K., Aoki, Y. and Kanda, T.
  • 学会等名: 68th International Astronautical Congress, Adelaide
  • 国際学会
• [学会発表] Cable Dynamics and It’s Control at the Simultaneous Deployment of the Cables from GEO Station during Space Elevator Construction (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamagiwa, Y., Tao, K., Sato, S., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.
  • 学会等名: 31st International Symposium of Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] STARSシリーズ衛星によるテザーシステムの宇宙実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: 7th UNISEC Space Takumi Conference
  • 発表場所: 東京都目黒区・東京工業大学
  • 招待講演
• [学会発表] STARS-II（GENNAI）とSTARSプロジェクトの展望～高松から浜松へ～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: 第16回信州衛星研究会並びにGPM相乗り衛星打ち上げ3周年記念講演会
  • 発表場所: 長野県長野市・信州大学
  • 招待講演
• [学会発表] 乗客が受ける加速度に応じた遊戯機械安全装置に関する一考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 学会等名: 技術講演会 2016年度昇降機・遊戯施設等の最近の技術と進歩
  • 発表場所: 東京新宿区，日本機械学会会議室
• [学会発表] 宇宙エレベーター建設における静止軌道上からのケーブル同時展開の制御と挙動について (2017)
  • 著者名/発表者名: 田尾公希，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二
  • 学会等名: 2016年度宇宙輸送シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県相模原市・宇宙科学研究所
• [学会発表] テザー小型衛星におけるテザー伸展挙動解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤勝治，山極芳樹，石川洋二，大塚清敏，田尾公希
  • 学会等名: 2016年度宇宙輸送シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県相模原市・宇宙科学研究所
• [学会発表] Past Results and Future Plans for Tether Technology Demonstration in STARS Project (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi
  • 学会等名: Fifth International Conference on Tethers in Space
  • 発表場所: Michigan University, Ann Arbor, MI, USA
  • 年月日: 2016-05-24
  • 国際学会
• [学会発表] 静岡大学宇宙プロジェクト(宇宙ゴミ除去システム等)と信州衛星研究会との連携 (2016)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: 信州衛星研究会
  • 発表場所: 長野県長野市, 信州大学
  • 年月日: 2016-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙エレベーター建設における静止軌道上からのケーブル同時展開時の展開性能について (2016)
  • 著者名/発表者名: 田尾公希，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二
  • 学会等名: 2015年度宇宙輸送シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県相模原市, JAXA相模原
  • 年月日: 2016-01-14
• [学会発表] Mission Plan and Development of Space Orbital Elevator Demonstration Satellite SATRS-E (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi, Y. Yamagiwa, and Y. Aoki
  • 学会等名: ISEC 2016 Space Elevator Conference
  • 発表場所: Museum of Flight, Seatle, USA
  • 国際学会
• [学会発表] 軌道エレベータ衛星STARS-Eの試作機開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 能見公博，山極芳樹，青木義男
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 北海道函館市・函館アリーナ
• [学会発表] Dynamic Response Analysis of CFRTP Cylindrical Member for Front Collision of Automobiles (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Ishiwata, Yoshio Aoki et. Al.
  • 学会等名: Canada-Japan-Vietnam Workshop on Composite
  • 発表場所: Vietnam,Ho Chi Minh City,Pullman Saigon Centre
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Study of a Prototype Climber for the Partial Space Elevator (2016)
  • 著者名/発表者名: Shun Yokota, Tomohiro Kakuta, Darren Coste and Yoshio Aoki
  • 学会等名: Proceedings of 5th International Conference on Tether in Space
  • 発表場所: Michigan University, Ann Arbor, MI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] STARS-Eテザー移動機構の設計とBBMの評価試験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 角田智寛, 横田隼, 青木義男
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 北海道函館市函館アリーナ
• [学会発表] Development of Microsatellites for Verifying the Basic Technologies of Space Elevator in Space (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Aoki, Y., Momonoi, Y., Nanba, H., Aiga, M., Kumao, T. Watahiki, M. Otshuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • 学会等名: 67th International Astronautical Congress,
  • 発表場所: Guadalajara Convension Center, Guadalajara, Mexico
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Ascending and Descending Climbers on Space Elevator Cable Dynamics, (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa, Y., Otsuka, K. Yamagiwa, Y. and Doi, H.
  • 学会等名: 67th International Astronautical Congress,
  • 発表場所: Guadalajara Convension Center, Guadalajara, Mexico
  • 国際学会
• [学会発表] Study about the Performance for Simultaneous Deployment of the Cables from GEO Station under the Space Elevator Construction, (2016)
  • 著者名/発表者名: Tao, K., Yamagiwa, Y., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • 学会等名: 67th International Astronautical Congress,
  • 発表場所: Guadalajara Convension Center, Guadalajara, Mexico
  • 国際学会
• [学会発表] Space Experiments of Basic Technologies of Space Elevator by Using Microsatellites, (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Aoki, Y., Momonoi, Y., Nanba, H., Aiga, M., Kumao, T. and Watahiki, M.
  • 学会等名: The Fifth International Conference on Tether in Space,
  • 発表場所: Michigan University, Ann Arbor, MI, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Study about the Simultaneous Deployment Performance of the Cables from GEO Station at the Space Elevator Construction, (2016)
  • 著者名/発表者名: Tao, K., Yamagiwa, Y., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • 学会等名: The Fifth International Conference on Tether in Space,
  • 発表場所: Ann Arbor, USA
  • 国際学会
• [学会発表] 宇宙エレベーターにおける静止軌道上からのケーブル同時展開建設方法の最適化について (2016)
  • 著者名/発表者名: 田尾公希，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 北海道函館市函館アリーナ
• [学会発表] テザー伸展実証超小型衛星‘STARS-C’の開発およびフライトモデルの性能検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 相賀雅紀，熊王丈留，綿引雅一，山極芳樹，能見公博
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 北海道函館市函館アリーナ
• [学会発表] 宇宙テザー基礎技術実証超小型衛星STARS-Cの設計開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 相賀雅紀，熊王丈留，綿引雅一，山極芳樹，能見公博
  • 学会等名: 2016年度電子情報通信学会宇宙航行・エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 茨城県つくば市・筑波宇宙センター
• [学会発表] 軌道エレベータ衛星STARS-Eの親子衛星分離構造の設計検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小島，山本，林，能見
  • 学会等名: 第24回スペース・エンジニアリング・コンファレンス
  • 発表場所: 香川県琴平市, 琴参閣
  • 年月日: 2015-12-22
• [学会発表] 宇宙エレベーターとその実現に向けた取組み (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 学会等名: 一般社団法人軽金属学会第129回秋期大会
  • 発表場所: 千葉県習志野市, 日本大学生産工学部
  • 年月日: 2015-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] STARS-E計画 (2015)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: 第13回信州衛星研究会
  • 発表場所: 長野県飯田市, 南信州・飯田産業センター
  • 年月日: 2015-11-10
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙エレベーター；そのしくみと研究開発の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山極芳樹
  • 学会等名: 第13回信州衛星研究会
  • 発表場所: 長野県飯田市, 南信州・飯田産業センター
  • 年月日: 2015-11-10
• [学会発表] 静岡発！宇宙に飛び出そう 人工衛星開発 in 浜松 (2015)
  • 著者名/発表者名: 能見公博
  • 学会等名: 子ども宇宙教室２０１５
  • 発表場所: 静岡県焼津市, ディスカバリーパーク焼津天文科学館
  • 年月日: 2015-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] MISSION PAST RESULTS AND FUTURE PLANS OF SPACE TETHERED AUTONOMOUS ROBOTIC SATELLITE STARS (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nohmi
  • 学会等名: International Astronautical Congress
  • 発表場所: Jersalem, Israel, The Jerusalem International Convention Center
  • 年月日: 2015-10-13
  • 国際学会
• [学会発表] STARS-Elevator の開発構想 (2015)
  • 著者名/発表者名: 能見，青木，山極
  • 学会等名: 第59回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 鹿児島県鹿児島市, かごしま県民交流センター
  • 年月日: 2015-10-08
• [学会発表] 宇宙エレベータケーブルの大気圏内空気外力の長期影響について (2015)
  • 著者名/発表者名: 大塚清敏，石川洋二，山極芳樹
  • 学会等名: 第59回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 鹿児島県鹿児島市, かごしま県民交流センター
  • 年月日: 2015-10-07
• [学会発表] 宇宙エレベーター建設における静止軌道上からのケーブル同時展開における展開性能の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田尾公希，藤井慎一郎，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二
  • 学会等名: 第59回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 鹿児島県鹿児島市, かごしま県民交流センター
  • 年月日: 2015-10-07
• [学会発表] STARS-Elevatorのクライマ設計と基礎実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横田隼，角田智弘，小川隼，青木義男
  • 学会等名: 第59回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 鹿児島県鹿児島市, かごしま県民交流センター
  • 年月日: 2015-10-07
• [学会発表] 宇宙開発技術からうまれたプローブクライマーと災害時緊急通信基地局 (2015)
  • 著者名/発表者名: 青木義男
  • 学会等名: 日本設計工学会2015年度春季研究発表講演会
  • 発表場所: 東京都目黒区, 東京工業大学
  • 年月日: 2015-05-30
  • 招待講演
• [備考] STARSプロジェクト
  • URL: http://stars.eng.shizuoka.ac.jp/index.html
• [備考] STARS-Me衛星
  • URL: http://stars.eng.shizuoka.ac.jp/starsme.html
• [備考] 静岡大学STARSプロジェクト
  • URL: http://stars.eng.shizuoka.ac.jp/
• [備考] STARS PROJECT
  • URL: http://stars.eng.shizuoka.ac.jp/