2015 Fiscal Year Annual Research Report
スピン型ソーラーセイルの膜面の形状と構造を考慮した姿勢ダイナミクス
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14J04481
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中条 俊大 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 | 宇宙大型薄膜構造物 / スピン型ソーラーセイル / 固有振動モード解析 / 多粒子モデル / 振動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度行った，スピン型ソーラーセイルの多粒子モデルを用いた過渡応答解析について，より詳細な考察を行った．固有関数解析と連続体解析による振動解析結果をもとに，フーリエ変換によりそれぞれの振動スペクトルを求めると，低周波の振動が支配的であること，その低周波数を固有関数解析がうまく捉えられていることが分かった．これにより，支配的な周波数を調べる上で固有振動モード解析が有用であることを定量的に評価できた．
一方で，スピン型ソーラーセイルの姿勢運動を制御する方法の一つとして，セイル膜面の形状を制御させることで太陽光圧によるトルクを生み出す方法が考えられる．ここでは，セイル膜面と探査機本体を接続するテザーの取り付け位置を，アクチュエータによって動かすことを考える．すなわち，セイル膜面の根本に相当するテザー取り付け位置を振動させることで，任意の固有振動モードを励起させるということである．
例えば，スピン型ソーラーセイルの2次の固有振動モードでは，全体が傾いたような形状をしている．この固有振動数は探査機のスピンレート（回転数）とほぼ一致しており，セイル膜面は探査機の回転と同期して振動することが分かる．セイル膜面の振動と探査機の回転が同期する場合，慣性空間から見ると常に一方向に傾いた状態を保つことになり，これにより光圧によるトルクを変化させることができる．ここで，テザー取り付け位置をこの固有振動数に合わせて振動させれば，この固有振動モードが共振によって励起されることが期待される．
これを確かめるために，まず制御則を組み込めるように多粒子モデルを改良した．
このモデルを用いて，上述した振動入力に対する応答の一例を計算した．傾向として固有振動モード解析から期待される通りにセイル膜面形状を制御することができた．
現在，同様の制御手法によって任意の固有振動モードを励起させる手法を検討中である．
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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
スピン型ソーラーセイルの姿勢運動を制御するにあたって，その基本的運動について固有振動モードの観点からまとめ上げ，さらに制御手法の指針を立てた上で，その解析に必要な計算モデルの構築をすることができたから．
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| Strategy for Future Research Activity |
セイル膜面の振動制御手法について深く検討を行う．一般に，大型薄膜構造物のような分布定数系の制御は難しく，特にスピン型ソーラーセイルのように，制御アクチュエータが限られており，さらに慣性空間から見て定在波となる必要がある場合は，一層難しい．まず簡易的なモデルに対し，固有振動モード解析の観点から制御則を構築し，その有用性を多粒子モデルにより確認することを目指し，検討を行う．
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