CubeSATによる宇宙テザー伸展挙動解析モデルの宇宙実証研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06599
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 山極 芳樹 静岡大学, 工学部, 教授 (30220255)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 能見 公博 静岡大学, 工学部, 教授 (20325319)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 宇宙テザー / 衛星開発 / ダイナミックス

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，テザー挙動解析モデルの検証と改善を行うために，短期間かつ低コストで開発できるCubeSat により，テザー伸展に焦点を絞った軌道上実験を実施して展開時および展開後のケーブル挙動についてのデータ取得することを目的としている．平成28年度は，平成27年度に製作したCubeSatのフライトモデルに対し通信実験を，地上検証用モデルでテザー伸展制御・衛星姿勢制御則の検証を，またそれと並行して地上局の整備を実施し，2016年11月にJAXAに衛星を受け渡し，12月9日に打ち上げ，19日に「きぼう」からの放出を行い，本実験であるテザー伸展を行うため軌道上運用を実施した．本実験は平成29年度中に実施予定である．研究全体のとりまとめ及びテザー伸展技術（解析モデル検討を含む）を主として研究代表者とその研究室が実施し，衛星本体の通信試験を分担者（能見）及びその研究室が実施し，軌道上運用は両研究室で実施中である．研究実績は下記の通りである．
・衛星開発：フライトモデルと同等の地上検証用リール機構について衛星に実装したテザー張力制御プログラムの作動を確かめ，また，磁気トルカについて，その衛星姿勢制御性能の評価を実施し，想定される状態から衛星を安定させることが可能なことを確かめた．衛星通信についてコマンド・データ送受信性能を確かめた．
・地上局：昨年度製作した地上局について衛星との通信が可能な状態に調整を行った．
・テザー挙動解析モデル：本研究グループで過去に開発した宇宙テザー挙動解析モデルおよび宇宙エレベーターケーブル伸展モデルをもとに，今回の衛星によるテザー伸展に適合するモデルを構築し，それを使って本衛星のテザー伸展時の挙動を解析した．さらに，次期衛星についても伸展挙動を検討した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28 年度の当初の予定は，衛星の軌道上運用およびテザー伸展実験の実施・データ取得であったが，衛星打ち上げ自体が当初の予定（平成28年度中）より9か月遅れたので，宇宙実験実施には至っていない．しかしながら，地上局調整も含めて軌道上運用を実施しており，次年度実験実施可能な状態である．開発衛星のテザー挙動解析モデルについては，すでに完成し本実験の条件での解析を実施しており，予定通りといえる．
以上から，本研究課題はおおむね予定通り進んでいると判断できる．

Strategy for Future Research Activity

平成28年度で衛星を軌道運用状態まで持ってきており，テザー挙動解析モデルも完成しているので，最終年度である平成29年度は，当初の目的を達成するために下記の方針で研究を進める．

宇宙実験を実施し，そのデータとテザー挙動解析モデル計算結果との比較によりテザー挙動解析モデルの改善に反映する．加えて，本成果を日本学術会議のマスタープラン2014 に採用された超小型衛星ミッション中の宇宙エレベーターPJ 提案に基づき，次期軌道エレベーター技術宇宙実験（軌道上で展開したテザー上でのクライマ昇降実験）の設計に反映する．

Research Products

• [Journal Article] Study about the Simultaneous Deployment Performance of the Cables from GEO Station at the Space Elevator Construction (2017)
  • Author(s): Tao, K, Yamagiwa, Y., Ishikawa, Y. and Otsuka, K.,
  • Journal Title: Acta Astronaitica Volume: TBD Pages: TBD
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.01.032
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Space Experiments on Basic Technologies for a Space Elevator Using Microsatellites (2017)
  • Author(s): Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Aoki, Y., Momonoi, Y., Nanba, H., Aiga, M., Kumao, T. and Watahiki, M.,
  • Journal Title: Acta Astronautica Volume: TBD Pages: TBD
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.12.022
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Obayashi Corporation’s Space Elevator Construction Concept (2016)
  • Author(s): Ishikawa, Y., Tamura, T., Otsuka, K., Horiike, T., Iwaoka, T., Masui, N., Katsuya Hamachi, K., Katsuyama, Y., Aoki, Y., Yamagiwa, Y., Inoue, F. and Omoto, E.
  • Journal Title: Journal of British Interplanetary Society Volume: 69 Pages: 227-239
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 宇宙エレベーター建設における静止軌道上からのケーブル同時展開の制御と挙動について (2017)
  • Author(s): 田尾公希，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二，
  • Organizer: 2016年度宇宙輸送シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所，相模原，神奈川県
  • Year and Date: 2017-01-20
• [Presentation] テザー小型衛星におけるテザー伸展挙動解析 (2017)
  • Author(s): 佐藤勝治，山極芳樹，石川洋二，大塚清敏，田尾公希，
  • Organizer: 2016年度宇宙輸送シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所，相模原，神奈川県
  • Year and Date: 2017-01-20
• [Presentation] Development of Microsatellites for Verifying the Basic Technologies of Space Elevator in Space (2016)
  • Author(s): Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Aoki, Y., Momonoi, Y., Nanba, H., Aiga, M., Kumao, T. Watahiki, M. Otshuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • Organizer: 67th International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: Guadalajara, Mexico
  • Year and Date: 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Impact of Ascending and Descending Climbers on Space Elevator Cable Dynamics, (2016)
  • Author(s): Ishikawa, Y., Otsuka, K. Yamagiwa, Y. and Doi, H.
  • Organizer: 67th International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: Guadalajara, Mexico
  • Year and Date: 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study about the Performance for Simultaneous Deployment of the Cables from GEO Station under the Space Elevator Construction, (2016)
  • Author(s): Tao, K., Yamagiwa, Y., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • Organizer: 67th International Astronautical Congress
  • Place of Presentation: Guadalajara, Mexico
  • Year and Date: 2016-09-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙エレベーターにおける静止軌道上からのケーブル同時展開建設方法の最適化について (2016)
  • Author(s): 田尾公希，山極芳樹，大塚清敏，石川洋二，
  • Organizer: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 函館アリーナ，函館，北海道
  • Year and Date: 2016-09-09
• [Presentation] テザー伸展実証超小型衛星‘STARS-C’の開発およびフライトモデルの性能検証 (2016)
  • Author(s): 相賀雅紀，熊王丈留，綿引雅一，山極芳樹，能見公博，
  • Organizer: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • Place of Presentation: 函館アリーナ，函館，北海道
  • Year and Date: 2016-09-09
• [Presentation] 宇宙テザー基礎技術実証超小型衛星STARS-Cの設計開発 (2016)
  • Author(s): 相賀雅紀，熊王丈留，綿引雅一，山極芳樹，能見公博，
  • Organizer: 2016年度電子情報通信学会宇宙航行・エレクトロニクス研究会
  • Place of Presentation: JAXAつくば宇宙センター，つくば，茨城県
  • Year and Date: 2016-06-24
• [Presentation] Space Experiments of Basic Technologies of Space Elevator by Using Microsatellites (2016)
  • Author(s): Yamagiwa, Y., Nohmi, M., Aoki, Y., Momonoi, Y., Nanba, H., Aiga, M., Kumao, T. and Watahiki, M.
  • Organizer: The Fifth International Conference on Tether in Space
  • Place of Presentation: Ann Arbor, USA
  • Year and Date: 2016-05-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study about the Simultaneous Deployment Performance of the Cables from GEO Station at the Space Elevator Construction (2016)
  • Author(s): Tao, K., Yamagiwa, Y., Otsuka, K. and Ishikawa, Y.,
  • Organizer: The Fifth International Conference on Tether in Space
  • Place of Presentation: Ann Arbor, USA
  • Year and Date: 2016-05-26
  • Int'l Joint Research