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CubeSatの熱伝達の不確定性低減と温度制約を考慮した運用計画立案手法の提案

研究課題

研究課題/領域番号 20K04920
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関名城大学

研究代表者

宮田 喜久子  名城大学, 理工学部, 准教授 (00733156)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード超小型人工衛星 / 宇宙機熱設計 / 運用計画 / 熱伝導 / 宇宙システム / 超小型衛星
研究開始時の研究の概要

真空環境下での熱伝達には多くの不確定性があり,特に小型で熱容量の小さいCubeSatなどでは,その不確定性が全体の機器温度に大きな影響を与えます.しかし,世界的にこの側面に対する研究は遅れています.本研究では,不確定性の要因の推定し,熱・機械的パラメータのばらつきが少ない機械インターフェイスを提案・適用することにより不確定性低減を目指します.また,その不確定性が低減された機器を用いて,温度制約条件を満たしながら,ミッション要求を最大限に満たすような運用計画立案手法を提案します.

研究成果の概要

本研究では超小型人工衛星の開発・運用の更なる効率化のため,世界的に研究開発が遅れており不確定性が確認されている温度管理機能の改善およびその数値モデルの高精度化を目指した.問題解決の手段として,不確実性を低減可能な機器設計手法の提案と温度制約を含んだ宇宙機運用計画系の構築の2つの手段を検討した.
提案手法は,全体的なシステム設計を考慮し,ハードウエア・ソフトウエアの両面の対策を有し,それらの検証は数値解析および実機関連実験を通じて検証されている.また,実際の宇宙実験も近日中に実施予定である.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本成果は,宇宙機熱設計・状態推定において,不確実性を低減するハードウエアとソフトウエアの対策を提案,それらの対策を効果的に融合させる手法を提案した.これらの成果を実装することにより,超小型宇宙機システムの開発期間の短縮,高機能化,運用時間の拡大などが見込まれる.これらの成果を発展させていくことは,今後の宇宙利用拡大,しいては関連する人々の生活の向上に役立っていくことにつながる.

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 5件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Proposal for Shape Memory Alloy Positioning Actuator using Electric Parameter Based Controller2023

    • 著者名/発表者名
      Miyata Kikuko、Kawazoe Yuta、Hara Susumu
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 12 号: 2 ページ: 153-154

    • DOI

      10.1541/ieejjia.L22000583

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • 年月日
      2023-03-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Feasibility study of low-temperature operable electric power supply for CubeSats using passive thermal control with VO<sub>2</sub>-based solid–solid phase change material2023

    • 著者名/発表者名
      Yamagata Masaki R.、Wakita Yurina、Tsuruda Yoshihiro、Miyata Kikuko
    • 雑誌名

      Thermal Science and Engineering Progress

      巻: 37 ページ: 101601-101601

    • DOI

      10.1016/j.tsep.2022.101601

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model-Based Efficient and Safe Spacecraft Operations Planner Focusing on Battery State Management2022

    • 著者名/発表者名
      Miyata Kikuko、Takaki Arata、Hara Susumu
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: 11 号: 3 ページ: 447-457

    • DOI

      10.1541/ieejjia.21006980

    • NAID

      130008118826

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • 年月日
      2022-05-01
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 一般大衆にむけた宇宙機熱設計実習プログラムの構築およびその実践結果の評価2021

    • 著者名/発表者名
      MIYATA Kikuko、TOMIOKA Kota、YAMAOKA Kazutaka
    • 雑誌名

      工学教育

      巻: 69 号: 2 ページ: 2_75-2_80

    • DOI

      10.4307/jsee.69.2_75

    • NAID

      130008006345

    • ISSN
      1341-2167, 1881-0764
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 潜熱蓄熱材を活用した電源温度安定化デバイスと軌道上実証のための1UキューブサットDENDEN-01の開発2024

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 青柳賢英, 山縣雅紀
    • 学会等名
      第17回宇宙ユニットシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 革新的エネルギー技術実証 1U キューブサット DENDEN-01 の開発2023

    • 著者名/発表者名
      山縣 雅紀, 脇田 悠利名, 松本 健, 宮田 喜久子, 青柳 賢英
    • 学会等名
      第 60 回関西・中部支部合同秋期大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 1U CubeSat Denden-01の熱設計と評価について2023

    • 著者名/発表者名
      宮田喜久子, 山縣雅紀, 脇田悠利名, 青柳賢英
    • 学会等名
      第32回スペース・エンジニアリング・コンファレンス
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 超小型人工衛星の効率的な運用計画立案に対する精密バッテリモデルの適用2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤優真, 山縣雅紀, 鶴田佳宏, 宮田喜久子
    • 学会等名
      第32回スペース・エンジニアリング・コンファレンス
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] VO2 系PCM を活用した超小型衛星用電源 の熱制御および搭載を想定した PCM ブロ ック組成の検討2023

    • 著者名/発表者名
      脇田 悠利名, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      第 44 回日本熱物性シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] VO2 系潜熱蓄熱材を活用した宇宙機用電源とその軌道上実証のためのキューブサ ットDENDEN-01 の開発2023

    • 著者名/発表者名
      山縣 雅紀, 脇田 悠利名, 宮田 喜久子, 青柳 賢英
    • 学会等名
      第44回日本熱物性シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 超小型人工衛星のバッテリ充電率制約を考慮した運用計画の立案手法に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 優真, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子
    • 学会等名
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 固-固相変化型潜熱蓄熱材を用いた受動的熱制 御システムおよびその宇宙機への実装検討2023

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
    • 学会等名
      第13回 CSJ化学フェスタ2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Temperature Stabilization Device’s Design and Implementation Method for Nanosatellite System2023

    • 著者名/発表者名
      Kikuko Miyata, Masaki Yamagata
    • 学会等名
      74th International Astronautical Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固-固相転移型潜熱蓄熱材を活用したキューブサット用電源のための熱制御およびその実装検討2023

    • 著者名/発表者名
      脇田 悠利名, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会 2023年度 年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Thermal Contact Resistance Model for Thermal Design of Nano-Satellites2023

    • 著者名/発表者名
      Yuta Kawazoe, Kikuko Miyata
    • 学会等名
      The 34th International Symposium for Space Technology and Science, and the 12th Nano-Satellite Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固-固相転移材料を活用した高信頼性宇宙機用電源の検討とその低温特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      脇田 悠利名, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 民生二次電池の内部抵抗に基づく超小型衛星搭載バッテリーの状態推定の最適化2022

    • 著者名/発表者名
      山本 悠史, 青木 竜也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会 2022年度年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Low-temperature operatable electric power supply for CubeSats using VO2-based phase change material2022

    • 著者名/発表者名
      Yurina Wakita, Kikuko Miyata, Yoshihiro Tsuruda, Masaki R. Yamagata
    • 学会等名
      13th Asian Thermophysical Properties Conference
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超小型衛星用電源の熱制御に適した潜熱蓄熱材およびその実装方法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      第43回日本熱物性シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 固-固相転移材料を用いた宇宙機用蓄熱ブロックの最適化とその保温特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
    • 学会等名
      第59回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋期大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 潜熱蓄熱材を活用した超小型衛星用電源の受動的熱制御の提案とその材料検討2022

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏, 山縣雅紀
    • 学会等名
      第31回スペース・エンジニアリング・コンファレンス(SEC'22)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 潜熱蓄熱材の活用による電力不要の宇宙機用電源熱制御システムの提案2022

    • 著者名/発表者名
      脇田悠利名, 宮田喜久子, 鶴田佳宏,山縣雅紀
    • 学会等名
      第15回宇宙ユニットシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙機用低温作動電源実現のための 潜熱蓄熱材の適用可能性の検討2021

    • 著者名/発表者名
      脇田 悠利名, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      第58回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 電流休止法による民生二次電池の内部抵抗評価とその超小型衛星用電源の軌道上特性推定への適用2021

    • 著者名/発表者名
      青木 達也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      第58回日本航空宇宙学会関西・中部支部合同秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 太陽中性子およびガンマ線観測衛星SONGSの開発状況2021

    • 著者名/発表者名
      宮田喜久子, 山岡和貴, 田島宏康, 松下幸司, 渡部豊喜
    • 学会等名
      第65回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Proposal and evaluation for passive temperature stabilization system for battery performance management2021

    • 著者名/発表者名
      Kikuko Miyata, Yusuke Ogawa, Masaki Yamagata
    • 学会等名
      72nd International Astronautical Congress
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電流休止法を用いた民生電池の内部抵抗評価および超小型衛星用電源の軌道上特性推定2021

    • 著者名/発表者名
      青木 達也, 松山 哲也, 宮田 喜久子, 鶴田 佳宏, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 軌道上材料曝露試験のための低温作動電源実現可能性の検討2021

    • 著者名/発表者名
      脇田 悠利名, 遠藤 大地, 鶴田 佳宏, 宮田 喜久子, 山縣 雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Lecture Series for Encouraging Commercial Space Utilization for the General Public2020

    • 著者名/発表者名
      Kikuko Miyata, Kota Tomioka, Kazutaka Yamaoka, Hidetaka Tanaka, Hiroyasu Tajima
    • 学会等名
      71st International Astronautical Congress
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キューブサットに利用する民生用電池の特異的な低温挙動と種々の内部抵抗診断法による検証2020

    • 著者名/発表者名
      松山哲也,中村和弘,鶴田佳宏,宮田喜久子,山縣雅紀
    • 学会等名
      第64回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] キューブサット用電源の軌道上特性分析に用いる民生用リチウムイオン電池の内部抵抗評価法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      松山哲也,中村和弘,鶴田佳宏,宮田喜久子,山縣雅紀
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 名城大学理工学部交通機械工学科航空宇宙機シ ス テ ム 研究室

    • URL

      https://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/asel/index.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 名城大学理工学部交通機械工学科航空宇宙機システム研究室

    • URL

      https://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/asel/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 名城大学理工学部交通機械工学科航空宇宙機システム研究室

    • URL

      http://www1.meijo-u.ac.jp/~kmiyata/asel/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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