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月惑星探査機の設計や制御の指針を与えるため、本研究では、月や火星の地表面で探査機（探査車や着陸機）に生じる力や沈下の関係（「地盤と機械の相互作用」）を解析し、その関係を表す数理モデルを構築することを目的とする。そこで本研究では、(A)月や火星の特有環境を模擬する実験装置の開発、(B)走行実験による地盤と車輪の相互作用モデルの構築、(C)着地実験による地盤と着陸脚の相互作用モデルの構築に取り組んだ。以下、最終年度及び研究期間全体を通じて実施した研究実績の概要を示す。
2019年度、(A)において月や火星の特有環境を模擬するために、月や火星の砂(レゴリス)の機械的特性を模擬した砂であるレゴリスシミュラントを敷き詰めた真空チャンバを整備した。(B)及び(C)において、(A)で製作した真空チャンバの中で車輪の走行や着陸脚の着地を模擬する試験装置を製作した。
続いて2020年度、(B)において2019年度に制作した試験装置を用いて車輪の走行実験を行い、計測データに基づき地盤と車輪の相互作用を表す数理モデルを導出した。大気中と真空中における走行実験の比較から、圧力の違いが車輪の走行挙動に及ぼす影響がわずかであることを定量的に示した。(C)では、着陸脚の着地を模擬する試験装置を用いて着地実験を行った。大気中および真空中で行った着地実験から、真空環境における地盤と着陸脚の相互作用を表すために必要な基礎データを取得した。
最終年度である2021年度、(B)および(C)において車輪の走行や着陸脚の着地に関する数値シミュレーションを実施し、地盤と車輪や着陸脚の相互作用を解析した。また、(C)では、さまざまな実験条件で着陸脚の着地実験を行い着陸脚の挙動を調べることで、地盤と着陸脚の相互作用を表すモデルを構築した。加えて、この成果を国際学会で発表した。
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