小惑星近傍での強摂動環境における探査機軌道設計

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21075
• 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: 菊地 翔太 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, 宇宙航空プロジェクト研究員 (90830068)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 探査機 / 軌道設計 / 小惑星 / 摂動 / 太陽光圧 / 重力場

研究実績の概要

小惑星の重力は小さくまた重力場が歪であるため，小惑星近傍では力学的に外乱の強い環境（強摂動環境）が形成され，物体の軌道運動は強く乱される．本課題では，小惑星探査ミッションにおける，強摂動環境下での探査機軌道設計手法について研究を行った．2018年度には，強摂動環境下でも燃料消費が少なくかつ自由度の高い安定な小惑星周回軌道として，1周に1回少量の速度変化を与えることで，人工的に周期性を持たせるRTO (Retrograde Teardrop Orbit) という周回軌道を考案・提案した．RTOの設計手法と基礎理論を構築し，RTO軌道群を求めることで，所要燃料や周期，安定性などの軌道力学的性質を体系的に理解することができた．さらに，この力学理論を発展させ，太陽光圧と重力場による探査機運動の乱れを解析的に表現することで，燃料を使わずに長期間安定となる軌道運動および姿勢運動の条件を導出した．2019年度には，前年度に構築したRTOに関する基礎理論に基づき，はやぶさ２の小惑星リュウグウ周回運用を行うためのRTOを設計した．加えて，反復的数値計算とリュウグウ重力場モデルとを応用して，2018年度末から2019年度にかけて，はやぶさ２の高精度着陸軌道を設計した．本年度の研究によって設計された着陸軌道を用いて，はやぶさ２は2019年に2回のリュウグウに着陸に成功した．補助事業期間延長後の2020年度には，はやぶさ２のフライトデータを用いた事後解析から，実際の着陸運用において着陸精度1 mを達成したことを明らかにし，本研究で提案する軌道設計手法の有用性が示された．

研究成果

• [雑誌論文] Design and Reconstruction of the Hayabusa2 Precision Landing on Ryugu (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Kikuchi, F. Terui, N. Ogawa, T. Saiki, G. Ono, K. Yoshikawa, Y. Takei, Y. Mimasu, H. Ikeda, H. Sawada, S. Van Wal, S. Sugita, S. Watanabe, and Y. Tsuda
  • 雑誌名: Journal of Spacecraft and Rockets 巻: 57 ページ: 1033～1060
  • DOI: 10.2514/1.A34683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hayabusa2 Landing Site Selection: Surface Topography of Ryugu and Touchdown Safety (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Kikuchi, S. Watanabe, T. Saiki, H. Yabuta, S. Sugita, T. Morota, N. Hirata, N. Hirata, T. Michikami, C. Honda, Y. Yokota, R. Honda, N. Sakatani, T. Okada, Y. Shimaki, K. Matsumoto, R. Noguchi, Y. Takei, F. Terui, N. Ogawa, K. Yoshikawa, G. Ono, Y. Mimasu, H. Sawada, H. Ikeda, C. Hirose, T. Takahashi, et al.
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 216 ページ: 116
  • DOI: 10.1007/s11214-020-00737-z
  • 査読あり