強摂動環境下の天体力学の新展開 －超遠方天体への自律ランデブー技術の確立

• 研究課題/領域番号: 18H01628
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24010:航空宇宙工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 津田 雄一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50370101)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 誘導 / 航法 / 制御 / 太陽系探査

研究成果の概要

本研究は，超遠方の天体への自律ランデブー誘導航法を実現を目指したものである．遠方・強摂動といった遠方天体ランデブー特有の力学環境を精緻にモデル化した上で，天体ないし，天体近傍での他宇宙機へのランデブー航法誘導の理論の構築と画像航法模擬実験を行った，自律性・信頼性・実時間性の高い天体相対光学航法アルゴリズムとして，VCC法を応用した天体輪郭とのテンプレートマッチング手法と，複数の人工標識を地表へ配置する能動的な対地相対航法アルゴリズムを案出した．両手法は，小惑星探査機はやぶさ２の実観測データを用いて有効性が評価された．また，それらを用いたミッション構想，キー技術抽出にも進展があった．

研究成果の学術的意義や社会的意義

世界の宇宙探査の趨勢は，高重力天体や遠方小天体への離着陸を含むミッションである．小惑星探査機はやぶさ２は，小天体離着陸を世界に先駆けて成功させたものの，高々3.6億キロメートルの距離において，地上からの指令にかなり依拠した手法で着陸を成功させたものである．本研究は，より大きな天体や遠方の天体で必要となる，高度に自律的な天体相対の宇宙機の軌道管理の手法を開発したものである．本研究の成果は，より遠くの，より大きな天体への離着陸ミッションの構想実現へ貢献できるものと期待される．

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous estimation of spacecraft position and asteroid diameter during final approach of Hayabusa2 to Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: Takao Yuki、Mimasu Yuya、Tsuda Yuichi
  • 雑誌名: Astrodynamics 巻: 4 号: 2 ページ: 163-175
  • DOI: 10.1007/s42064-020-0078-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autonomous image-based navigation using vector code correlation algorithm for distant small body exploration (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohira Genki、Kashioka Shuya、Takao Yuki、Iyota Taketoshi、Tsuda Yuichi
  • 雑誌名: Acta Astronautica 巻: - ページ: 400-413
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2020.10.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rendezvous to Asteroid with Highly Uncertain Ephemeris: Hayabusa2’s Ryugu‐Approach Operation Result (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Tsuda, Hiroshi Takeuchi, Naoko Ogawa, Go Ono, Shota Kikuchi, Yusuke Oki, Masateru Ishiguro, Daisuke Kuroda, Seitaro Urakawa, Shin-ichiro Okumura and Hayabusa2 Project Team
  • 雑誌名: Astrodynamics J. 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visual localization for asteroid touchdown operation based on local image features (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Anzai, Takehisa Yairi, Naoya Takeishi, Yuichi Tsuda, Naoko Ogawa
  • 雑誌名: Astrodynamics J. 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extension of Stable Terminator Orbit around Small Bodies (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Oki, Y. Tsuda, J. Kawaguchi
  • 雑誌名: Acta Astronatuca 巻: 157 ページ: 180-188
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2018.12.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability Analysis of Coupled Orbit-Attitude Dynamics Around Asteroids Using Finite-Time Lyapunov Exponents (2019)
  • 著者名/発表者名: Shota Kikuchi, Yuichi Tsuda, Makoto Yoshikawa, Jun’ichiro Kawaguchi
  • 雑誌名: Journal of Guidance, Control and Dynamics 巻: 42(6) 号: 6 ページ: 1289-1305
  • DOI: 10.2514/1.g003879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prearrival Deployment Analysis of Rovers on Hayabusa2 Asteroid Explorer (2018)
  • 著者名/発表者名: Van wal, S., Tsuda, Y., Yoshikawa, K., Miura, A., Tanaka, S., Scheeres, D.
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: 55(4) ページ: 797-817
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stability Analysis of Generalized Sail Dynamics Model (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono, G., Kikuchi, S., Tsuda, Y.
  • 雑誌名: Journal of Guidance Control and Dynamics 巻: 41(9) 号: 9 ページ: 2011-2018
  • DOI: 10.2514/1.g003418
  • 査読あり
• [学会発表] Estimation of the Spacecraft Position Based on Point Cloud by Applying Polar Hough Transform (2022)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira Yuki Takao, Iaketoshi Iyota, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Navigation Using Ultra-Wideband Ranging with Artificial Markers for Small Body Exploration (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohira, G., Takao, Y., Yoshikawa, M., Tsuda, Y.
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] The Deep Space Orbital Transfer Vehicle Inspired by the Hayabusa2 Technology (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuto Takei, Takanao Saiki, Roger Gutierrez Ramon, Naoko Ogawa, Yuya Mimasu, Maiko Yamakawa, Yusuke Maru, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] In-Orbit Change in Phase by Lagrange Points Stand-by Transfers (2022)
  • 著者名/発表者名: Roger GUTIERREZ-RAMON, Yuto TAKEI, Takanao SAIKI, Yuichi TSUDA, and Yasuhiro KAWAKATSU
  • 学会等名: 33rd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代小天体サンプルリターンの構想について (2022)
  • 著者名/発表者名: 津田雄一，嶌生有理，次世代サンプルリターン WG（準備）チーム
  • 学会等名: 第22回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] "Position Estimation Method by Asteroid Shape Images and Image Coding Method for On-board Optical Navigation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira Yuki Takao, Iaketoshi Iyota, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 31ST AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Rendezvous Trajectories for DS-OTV Mission on Weak Stability Boundary Orbits (2021)
  • 著者名/発表者名: Roger Gutierrez Ramon, Yuying Liang, Yuichi Tsuda, Yasuhiro Kawakatsu
  • 学会等名: AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Autonomous Navigation Based on Point Cloud and Hough Transform for Distant Exploration (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira Yuki Takao, Taketoshi Iyota, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 31st Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
• [学会発表] Deep Space Orbital Transfer Vehicle (DS OTV): the status of conceptual studies (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuto Takei, Takanao Saiki, Yusuke Maru, Yuya Mimasu, Naoko Ogawa, Roger Gutierrez Ramon, Maiko Yamakawa, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 31st Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
• [学会発表] オンボード画像マッチングにおける参照画像生成を目的とした組み込みRISC-Vシステムの検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高島 浩司，伊与田 健敏（創価大学），津田 雄一（ISAS/JAXA）
  • 学会等名: 第64回 自動制御連合講演会
• [学会発表] Trajectory Design Techniques in the CRTBP for a DS-OTV Mission (2021)
  • 著者名/発表者名: Roger Gutierrez-Ramon, Yuying Liang, Yuto Takei, Takanao Saiki, Yuichi Tsuda, Yasuhiro Kawakatsu
  • 学会等名: 31st Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
• [学会発表] Position Estimation Method by Asteroid Shape Images and Image Coding Method for On-board Optical Navigation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira, Yuki Takao, Taketoshi Iyota, and Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 31st AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Design of a Deep Space Orbit Transfer Vehicle (DS-OTV) Architecture (2020)
  • 著者名/発表者名: Gutierrez-Ramon, R., Liang, Y., Tsuda, Y.
  • 学会等名: AIAA/AAS, Astrodynamics Specialist Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Optical Navigation by Perspective Projection Estimation using Shape Model for Far-Distant Small Body Explorations (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohira, G., Kashioka, S., Takao, Y., Iyoda, T., Tsuda, Y.
  • 学会等名: 71st International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] The self-position estimation of a spacecraft for descent and landing on an asteroid using a shape model of asteroid (2020)
  • 著者名/発表者名: 柏岡 秀哉, 大平 元希, 高尾 勇輝, 伊与田 健敏, 津田 雄一
  • 学会等名: 30th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
• [学会発表] Design of a Deep Space Orbit Transfer Vehicle (DS-OTV) Architecture (2020)
  • 著者名/発表者名: Gutierrez-Ramon, R., Liang, Y., Tsuda, Y.
  • 学会等名: 30th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics
• [学会発表] The Concept of Deep Space Orbital Transfer Vehicle (DSOTV) Inspired by Hayabusa2 Technology (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuto Takei, Takanao Saiki, Yuya Mimasu, Naoko Ogawa, Roger Guitierrez Ramon, Yuki Kubo, Maiko Yamakawa, Yuki Takao, Yusuke Maru, Satoshi Nonaka, YuichiTsuda
  • 学会等名: ISAS Planetary Exploration Workshop
• [学会発表] Concept and Feasibility of a Deep Space OrbitTransfer Vehicle (2020)
  • 著者名/発表者名: Roger Gutierrez Ramon, Yuichi Tsuda, Takanao Saiki, Yuto Takei, Yuya Mimasu, Yusuke Maru, Satoshi Nonaka, Shinichiro Tokudome
  • 学会等名: 第64回宇宙科学技術連合講演会
• [学会発表] Frozen Orbits under Radiation Pressure and Zonal Gravity Perturbations (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Kikuchi, Y. Oki, and Y. Tsuda,
  • 学会等名: 30th AIAA/AAS Space Flight Mechanics Meeting, Orlando, Florida, 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Landmark-Free Optical Navigation Around Small Bodies: Application to the Hayabusa2 Touchdown on Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takao, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 70th International Astronautical Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Position estimation method using asteroid shape model and vector code correlation for onboard optical navigation (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira, Yuki Takao, Miyuki Kadokura, Toshio Iyota, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 32nd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] 画像列を用いた小惑星形状・探査機相対運動の逐次推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 透馬, 矢入 健久, 武石 直也, 津田 雄一, 尾川 順子
  • 学会等名: 2019年度人工知能学会全国大会
• [学会発表] Onboard optical navigation for asteroid explorer by asteroid shape model (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuya Kashioka, Genki Ohira, Yuki Takao, Toshio Iyota, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: The 2019 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Landmark-Free Optical Navigation Around Small Bodies: Application to the Hayabusa2 Touchdown on Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takao, Yuichi Tsuda
  • 学会等名: 70th International Astronautical Congress, Washington D.C., 2019.
  • 国際学会
• [学会発表] MINERVAII-2のリュウグウ周回軌道設計 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大木優介、吉川健人、菊地翔太、津田雄一
  • 学会等名: 第29回 アストロダイナミクスシンポジウム
• [学会発表] Guidance and Navigation Result of Hayabusa2 Asteroid Rendezvous Operation (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Tsuda, Hiroshi Takeuchi, Naoko Ogawa, Go Ono, Shota Kikuchi, Yusuke Oki, Masateru Ishiguro, Daisuke Kuroda, Seitaro Urakawa, Shin-ichiro Okumura and Hayabusa2 Project Team
  • 学会等名: 32nd International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] Deployment Analysis and Trajectory Reconstruction of Minerva-II Rovers on Asteroid Ryugu (2019)
  • 著者名/発表者名: Stefaan Van wal, Y. Tsuda, K. Yoshikawa
  • 学会等名: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Retrograde Teardrop Orbits about Asteroids: Application to the Hayabusa2 Mission (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kikuchi, Y. Oki, T. Saiki, Y. Takei, H. Takeuchi, G. Ono, H. Ikeda, and Y. Tsuda
  • 学会等名: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Model-Based Optical Navigation for Autonomous Landing on Asteroids (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao, Y., Tsuda, Y., Saiki, N., Ogawa, N.
  • 学会等名: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Hayabusa2 Mission Solar Conjunction Phase for Hovering Satellite: Trajectory Design, Navigation and Post-Operation Evaluation (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Soldini, Y. Tsuda, T. Yamaguchi
  • 学会等名: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of Bidirectional Reflection Distribution Function on a Solar Cell with a Microstructure (2018)
  • 著者名/発表者名: Kashioka, S., Tsuda, Y
  • 学会等名: International Astronautical Congress (IAC), Bremen, 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 小惑星形状の点群データを用いた自律誘導航法に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 柏岡秀哉, 大平元希, 高尾 勇輝, 伊予田健敏,津田 雄一
  • 学会等名: 第62回宇宙科学技術連合講演会, 福岡, 2018
• [学会発表] 画像航法用VCC(ベクトル符号相関法)アルゴリズムのオンボー ド処理化に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大平元希, 柏岡秀哉, 高尾勇輝, 門倉美幸, 伊与田健敏, 津田雄一
  • 学会等名: 第62回宇宙科学技術連合講演会, 福岡, 2018
• [学会発表] On-board processing of VCC (vector code correlation) algorithm for image navigation system (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohira, G., Kashioka, S., Takao, Y., Kadokura, M., Tsuda, Y.
  • 学会等名: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [学会発表] Study of Estimation of the Position of the Spacecraft by Point Cloud Data (2018)
  • 著者名/発表者名: Kashioka, S., Ohira, G., Takao, Y., Iyota, T., Tsuda, Y.
  • 学会等名: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [学会発表] Retrograde Teardrop Orbits around Small Celestial Bodies (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地翔太、大木優介、津田雄一、武井悠 人、竹内央、佐伯孝尚、池田人、大野剛
  • 学会等名: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [学会発表] Trajectory Design and Operations for Solar Conjunction during Hayabusa2 Hovering Phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Stefania Soldini
  • 学会等名: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [産業財産権] パラレルリンクロボット (2020)
  • 発明者名: 武井悠人，津田雄一，佐伯孝尚，三桝裕也，尾川順子
  • 権利者名: 武井悠人，津田雄一，佐伯孝尚，三桝裕也，尾川順子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-176927
  • 出願年月日: 2020