| 研究課題/領域番号 |
22K14420
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
山口 皓平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (30808613)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 地球接近小惑星 / サンプルリターン / カオス理論 / フロケ理論 / 軌道設計 / capture dynamics |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，地球に接近する軌道を持つ小惑星（地球接近小惑星）の速度を変更し，地球近傍に長期間にわたって拘束される軌道（拘束軌道）へと遷移させる手法を検討するものである．小惑星を地球付近に留めることで物理的なアクセス性が向上し，探査やサンプルリターンなどの科学ミッション，ひいては資源探査，採掘といった将来の産業への貢献が期待できる．
初年度は計画に従い，地球接近小惑星速度の変化量と地球近傍における軌道の関係の定式化を行った．特に，小惑星軌道のカオス性・安定性の関係に注目した．軌道変更後の小惑星軌道がカオス性を有する場合，軌道の予測が困難となり，近傍からの早期脱出や地球への衝突の可能性を持つことになる．本研究では，小惑星自身，地球，太陽の三体の影響を考慮し，小惑星の速度変化をJacobi積分という１つのスカラ量の変化に置き換えた．Jacobi積分はこの系の保存量であり，軌道変更によって生じるJacobi積分の人工的な変化と変更後の軌道がもつカオス性の関係を明らかにした．本検討により，地球近傍の小惑星軌道がカオス性を有することを回避するのに必要なJacobi積分の変化量を計算することが可能となった．また，拘束軌道の安定性をフロケ理論によって判定するシステムも開発し，拘束軌道が周期軌道となる条件を解明することが可能となった．なお，以上の検討に伴って，シンプレクティック積分法を用いた高精度な軌道シミュレータを開発した．
今後は，初年度で検討した内容を応用して研究を進めるとともに，国内外における研究成果の発信を加速させる．現在，第34回International Symposium on Space Technology and Scienceでの発表が決定しており，今後も積極的な情報発信を行っていく．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度の予定とした「小惑星の地球近傍における軌道のカオス性と安定性の解明・理論構築」がおおむね達成されたことから，本課題は現時点においておおむね順調に進展していると判断する．
本研究では地球近傍における軌道を制限三体問題として取り扱い，更に小惑星速度の変化をJacobi積分の変化に置き換える手法を採用している．本アプローチにはJacobi積分の計算に高い精度が求められることから，検討の根幹をなすシステムとしてシンプレクティック積分を用いた軌道シミュレータを作成した．また小惑星速度の変更後に軌道が有するカオス性を調査するため，軌道がもつカオスの度合いを判別する指標であるSALIの計算システムを開発した．最後に，速度変更後の軌道の安定性をフロケ理論により判定するシステムを開発した．加えて，以上３つを組み合わせることで小惑星の地球近傍拘束の可否を判断するシステムを開発した．更に，公開されている地球接近小惑星のデータを用いた検討も行った．現在，この検討の対象とした小惑星の数は限られているものの，次年度以降の研究につながる重要な成果が得られたと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画に従い，２年目に予定していた「拘束軌道へ投入するための小惑星の効率的な軌道変更手法の構築」に進む．また，初年度のシステムのブラッシュアップも同時に進める．
初年度の検討では，小惑星速度の変化をJacobi積分というスカラ量に置き換えるという問題の定式化に適した取り扱いを行った．２年目は，軌道変更に必要となるJacobi積分の変化を達成する手法を検討していく．Jacobi積分の変化が小惑星に発生する速度の変化と結びつくことで，本研究内容の実現可能性を高めることが期待できる．具体的な手法としては，小惑星衝突機を用いた速度変更について検討する．小惑星衝突機の軌道形状は，長半径と離心率で特徴づけることが可能である．またJacob積分は軌道長半径と離心率の関数として近似可能であることから，衝突によって発生するJacobi積分の変化を，宇宙機を投入する軌道形状の関数として定式化する．また，定式化した結果からJacobi積分の変化量を最大化するための宇宙機の小惑星に対する衝突軌道の最適制御則を構築する．検討には申請者がこれまで整備してきた軌道計算用の数値計算ライブラリを用い，効率的に推進する．
研究内容の発信にも積極的に取り組む．初年度に構築したツールを積極的に活用することで，学会発表や論文投稿を行う．既に第34回International Symposium on Space Technology and Scienceでの発表が決定しており，今後も発表の機会を積極的に獲得していく．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2022年度開催の海外出張関連費用として確保していた約30万円が次年度使用額として生じた．理由は，2022年開催の国際会議の申し込み時点において新型コロナウィルスの影響が不透明であったこと，海外でのウィルス感染時に入国制限を受ける事例が多数見られたことを勘案し，海外出張を見送ったためである．
次年度以降の当初計画と合わせて適切に使用する．特に，海外出張旅費，新たに生じた論文出版に関する費用など，適切に使用する．
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