惑星アエロブレーキ基礎技術の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15106013
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 八坂 哲雄 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (80261238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 麻生 茂 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40150495) ; 永山 邦仁 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (20040446) ; 西田 迪雄 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10025968) ; 室園 昌彦 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (10190943) ; 宇田 暢秀 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (20160260)
• Keywords: 惑星探査 / エアロブレーキ / エアロキャプチャー / アブレーション / 小型衛星

Research Abstract

探査機の大気圏突入時の空力加熱低減法の一つにアブレーションがある.炭素系アブレータが解離,電離した高温空気に接した場合に,このアブレータから放出された炭素が高温空気と反応して生成される化学種を,VSL解析を通じて求めるとともに,アブレータ面への熱流束を,壁温を変化させて求めた.また,真空中でカーボンをターゲットとしたレーザーアブレーション試験をおこない,2台の高速度カメラ(ストリーク・駒撮写真)を用いて発生するプラズマプルームを観測し,プルームは,少なくとも2種類以上の速度の異なる粒子群からなることが確認された.
テザーの伸展履歴を制御することにより,オービターの軌道が変更可能か検討した.これは,それ自体における軌道変更はもちろん,アエロブレーキの補助としての軌道変更,さらに大気の効果や投入誤差の影響を修正する軌道変更手法として応用できる.現在までに,支配方程式を導出し,軌道パラメータをかなり自由に変更できそうなことを数値的に検証した.
アエロブレーキ実証用小型宇宙実験機の構体設計を行った.構体の構造材料は炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材料(CFRP)である.汎用構造解析コードNastranを用いて,静荷重解析,固有値解析,動荷重解析を行い,ピギーバック衛星として打ち上げられる実験機の強度を保証した.また,CFRP積層板成形用オートクレーブの制御プログラムを完成させた.
大規模な太陽電池パドルのような極めて大規模な柔軟宇宙構造物が外力や熱負荷を受けた場合の,非定常な温度分布および動的な構造応答を数値解析するコードを開発した.特徴的な点として,熱の波動性と,熱弾性完全連成の効果を取り入れ,一次元の縦波や,はり構造の曲げの波に対して,両者の影響を検討した.

Research Products

• [Publications] M.Miyazaki, T.Yasaka: "Small Satellites from Hands-On to Deep Space"The Fourth Japan/Korea Joint Workshop on Aeronautics and Astronautics. 89-94 (2003)
• [Publications] 坂本祐二, 笠原孝高, 八坂哲雄: "単独局によるテザー衛星システムの軌道決定手法"第47回宇宙科学技術連合講演会. 537-542 (2003)
• [Publications] T.Yasaka: "Outpost in Jovian System - A Stepwise Long-term Undertaking"Proc.5^<th> IAA Int^<nl> Conf.On Low-Cost Planetary Missions. ESA SP-542. 175-180 (2003)
• [Publications] Y.Sakamoto, T.Yasaka: "Methods for the Orbit Determination of a Tethered Satellite System by a Single Ground Station"Memoirs of the Faculty of Engineering Kyushu University. 63・3. 185-202 (2003)
• [Publications] S.Aso, T.Yasaka, H.Hirayama, R.E.Poetro, S.Hatta: "PRELIMINARY STUDIES ON THE PLANETARY ENTRY TO JUPITER BY AEROCAPTURE TECHNIQUE"Proc.5^<th> IAA Int^<nl> Conf. On Low-Cost Planetary Missions. ESA SP-542. 195-202 (2003)
• [Publications] M.Hirakawa, K.Abe, M.Nishida, K.Takeishi, M.Matsuura: "Application of a 20 kW Arc-Heated Wind Tunnel to Evaluation Tests of Wall Catalysis"Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Science. 45・150. 217-223 (2003)
• [Publications] D.Nakazono, K.Abe, M.Nishida, K.Kurita: "Supersonic O2-jet Impingement on Liquid Iron with Surface Chemistry"ISIJ Int.. 44・1. 91-94 (2004)
• [Publications] N.Uda, K.Kunoo, K.Ono, T.Nagayasu: "Effect of Impact Damage on Compression Fatigue Response of AS4/PEEK Composite Laminates"Proceedings of the 14th International Conference on Composite Materials. Paper #1523(CD-ROM). 1-10 (2003)
• [Publications] 永井弘人, 室園昌彦: "超大型宇宙構造物の熱弾性波動の伝播"第45回構造強度に関する講演会. 75-77 (2003)
• [Publications] 永井弘人, 室園昌彦: "超大型宇宙構造物の動的応答に及ぼす熱弾性波動と完全連成の影響"第47回宇宙科学技術連合講演会. 1586-1591 (2003)