人工衛星搭載用薄膜太陽電池の展開構造

• 研究課題/領域番号: 16760648
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京工業大学 (2005); 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 (2004)
• 研究代表者: 武市 昇 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 研究員 (90371153)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2005年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円); 2004年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: 展開構造物 / 展開機構 / ニューマチックアクチュエータ / 準静的展開

研究概要

人工衛星の展開構造物が薄膜太陽電池のように軽量・柔軟である場合、それに伴い展開機構も現行のものと比べて小型軽量化が望まれる。展開機構には、展開終了時の衝撃を最小に抑え、十分な信頼性を確保することが要求される。技術調査および検討の結果、ニューマチックアクチュエータに着目した。このアクチュエータは、袋状の構造物の内部に封入した液体或いは固体を軌道上で加熱・気化させ展開させるメカニズムであり、展開メカニズムおよび付属機器がいずれも簡潔であるという特長を有する。さらに、展開抵抗力となる定トルク或いは定摩擦を生じるような機構を追加すれば、展開抵抗力とアクチュエータ展開力とがほぼつりあった状態を保ちながら展開することができるので、結果として準静的な展開が実現できると期待される。ただしこのためには、アクチュエータの展開力が一定の気体量の元で展開角度に対して単調減少であるという特徴を有することが必要である。そこで、単純袋形状、蛇腹形状、単純袋形状の多段形状の3種類の構成のアクチュエータを考案・試作し、実験により評価した。
単純袋形状のアクチュエータは変形量が大きく、展開終了直前に急激に展開力が増加するため展開終了時に大きな衝撃力が発生することを確認した。急激な形状変化を生じなければ、単調減少となることが期待される。さらに、宇宙環境で使用できる膜材料であるポリイミドは、折り曲げた際に折り目に破損が生じやすいという特性を持つ。そこで蛇腹形状だけでなく多段形状をも考案した。実験により、いずれの形状のアクチュエータも期待通りの特性を有することを確認した。また、定荷重機構との組み合わせにより非常にゆっくりした展開動作を実現できることを確認した。また、小型軽量に製作することも容易であるので、並列化により展開信頼性を確保することが出来るものと期待できる。