2014 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙機の高精度軌道決定のための精密非重力外乱モデルの研究
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14J03417
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
五十里 哲 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 非重力外乱 / 精密軌道決定 / 太陽輻射圧 / 熱輻射圧 / 測位衛星 / 深宇宙探査機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
I．測位衛星みちびきにおける非重力外乱の解析
測位衛星みちびきの非重力外乱モデルに関して，従来の経験的モデルによって推定された加速度と，解析的モデルによって計算された加速度を1年間に及び比較し，現状の解析的モデルに含まれる誤差を評価した．その結果，構造モデルを精密にしていくことで加速度誤差が低減されること，従来小さいと考えられて無視されてきた熱輻射圧が，みちびきの例では大きな誤差を引き起こしていることを明らかにした．誤差を低減することはできたものの，依然として大きな誤差が残っており，その改善案として「構造モデルの更なる精密化」，「反射モデルの精密化」，「熱輻射圧計算のための温度推定精度の向上」，「レイトレースなど複雑な光積分計算の必要性」を提示しその影響を定量的に示した．
Ⅱ. 超小型深宇宙探査機PROCYONの姿勢制御系開発と宇宙用素材の光学特性の精密測定
本研究は測位衛星の軌道決定に焦点を当てて始まったものであるが，非重力外乱は深宇宙探査機の軌道・姿勢運動にも大きな影響を与えている．よって，深宇宙探査機の姿勢運動を解析することでも，非重力外乱モデル構築に必要なデータを集めることができ，最終的にはモデル精度評価を行うことができる．よって，超小型深宇宙探査機PROCYONの姿勢制御系開発に参加し，現在は軌道上データ取得と解析を行っている．軌道上の探査機の生データを取得できることはとても貴重であり，このデータを活用することで本研究のさらなる発展が期待される．また，精密非重力外乱モデルを構築するためには，宇宙機表面の素材の光学特性を精密に測定する必要がある．PROCYONの精密非重力外乱モデルを構築するため，PROCYONに使われている太陽電池やMLIといった宇宙機特有な材質の光学特性を測定した．本測定結果と軌道・姿勢運動に及ぼす影響評価結果は平成27年度に学会報告を行う予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はまず，これまでの研究結果をまとめるため「測位衛星みちびきにおける非重力外乱の解析」を行った．これにより，計画していた研究内容の影響力を定量的に評価し，その重要性を国内外の学会で発表した．
また，当初は計画していなかったが，非重力外乱が深宇宙探査機の姿勢運動に与える影響に着目し，超小型深宇宙探査機PROCYONプロジェクトの姿勢制御開発を行い，打ち上げられたPROCYONから得られる姿勢運動データから非重力外乱の影響評価ができるようにした．これにより，平成28年度に予定していた測位衛星を用いたモデル検証に加え，深宇宙探査機を用いたモデル検証も行えるようになり，本研究の一般性をより高めることができると考えている．特に，大学がメインとなって開発したPROCYONにおいては，その構造データな軌道上データに研究者が直接アクセスできるため，より多くの情報を収集できる点で優れており，本研究のさらなる発展が期待される．
さらに当初の計画通り，「宇宙機素材の光学特性，熱特性の詳細計測実験」を行った．この時，開発データに関して秘匿性の高い測位衛星ではなく，大学がメインとなって開発したPROCYONを利用することで，宇宙用太陽電池やMLIといった宇宙機特有の材質10点以上の光学特性(BRDF:Bidirectional Reflectance Distribution Function)を詳細に測定することができた
しかし，これら光学特性測定と解析が遅れてしまい，平成26年度中に学会発表や論文投稿を行うことができなかった．これらの成果発表は平成27年度に行う予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは平成26年に得た光学特性測定の結果とそれが非重力外乱モデル構築に与える影響評価結果を学会発表や投稿論文として成果発表を行う．また，PROCYONの軌道上データを引き続き継続して取得し，モデル構築やモデル検証に利用する．
さらに当初の計画通り，宇宙機の詳細な構造，姿勢，光学特性モデルを考慮した精密非重力外乱計算アルゴリズムの構築を行う．平成26年度に明らかにしたように，宇宙機の精密非重力モデルを構築するためには，「構造モデルの更なる精密化」，「反射モデルの精密化」，「レイトレースなど複雑な光積分計算」が必要となる．これらの計算はコンピュータグラフィックス分野で活発なものだが，その技術を応用し，物理的に正しい光の伝達を解析し太陽輻射圧を正確に計算するアルゴリズムを構築する必要がある．また，レイトレースなどの計算は計算コストが高く，そのままでは軌道決定計算と合わせて実行することは難しい．計算アルゴリズムを如何に高速化するか，必要なデータ量を如何に削減するかを，必要とする非重力外乱モデル精度に合わせて選択できるような自由度をアルゴリズムに組み込む必要があると考えている．
さらに，「熱輻射圧」の重要性も明らかになった．熱輻射圧を求めるためには，宇宙機最外面の温度が必要となるが，これまで宇宙機内面の温度にのみ注目が集まっており，最外面の温度は十分研究されてこなかった．宇宙機最外面温度のモデル化についても平成27年度に取り組む予定である．
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Research Products
(3 results)
