宇宙における構造システムの動的不安定現象に関する研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550052
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 名取 通弘 宇宙科学研究所, 宇宙探査工学研究会, 助教授 (00013722)
• キーワード: 宇宙構造システム / 動的不安定現象 / 宇宙環境外力 / ソ-ラ-セイルブレ-ド / 太陽輻射圧 / テザ-システム / 重力傾度トルク

研究概要

宇宙環境下では、構造システムは太陽輻射圧、重力傾度トルク、大気抗力、あるいは電磁気力などの宇宙環境外力をうける。またそれらと同時に姿勢変化に大きく依存する熱入力がある。構造の柔軟さとこれら諸外力や熱入力による連成効果により、宇宙構造システムの応答は大きな影響を受ける。特に応答が発散するような場合は、その制御性をも含めて設計の最初から十分な検討がなされなければならない本質的な研究課題である。実際の軌道上の構造物は上記の諸外力や熱入力の様々な組合せのもとに複雑な挙動をするわけであるが、本研究では、太陽輻射圧を受けるソ-ラ-セイルブレ-ドと重力傾度トルクを受けるテザ-システムを扱った。前者では理論解析により宇宙構造物システムにはそのような動的不安定現象が存在することを示し、複雑な不安定応答を十分に解明することができた。後者ではおもに実験解析によって応答をビデオ撮影して、そのような構造システムの挙動を具体的に視覚化することができた。研究実績を列挙すると、以下の通りである。
1.太陽輻射圧のソ-ラ-セイルブレ-ドの構造変形に応じた数式表現の導出
2.ソ-ラ-セイルブレ-ドの動的不安定現象存在の数値計算による証明
3.ソ-ラ-セイルブレ-ドの不安定現象の的確な理解
4.宇宙テザ-システムの地上実験装置の試作
5.宇宙テザ-システムの応答の視覚化と理論解析結果との比較
これらの成果は本研究分野における世界に先駆けた萌芽的な業績と言うことができると思われる。これらをふまえて、将来の大型宇宙システムの構成概念そのものの可否についての選択がはじめて可能となる。

研究成果

• [文献書誌] 名取通弘: "宇宙構造物工学の概要" 土木学会論文集. 410/Iー12. 1-16 (1989)
• [文献書誌] M.Natri,S.NematーNasser,J.Mitsugi: "Instability of a Rotating Blade Subjected to Solar Radiation Pressure" 30th AIAA/ASME/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics and Materials Conferece,Mobile Alabama,April 3ー5. AIAA89ー1210. 468-475 (1989)
• [文献書誌] M.Natori: "Intability Phenomena of Structural Systems in Space" AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics and Materials Conference. (1991)
• [文献書誌] K.Akinaga,M.Natori,K.Ichida: "Graund Simulation Results of a Space Tether System" AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics and Materials Conference. (1991)