強摂動環境下の天体力学の新展開 －超遠方天体への自律ランデブー技術の確立

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01628
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 津田 雄一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50370101)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 太陽系探査 / 誘導 / 航法

Outline of Annual Research Achievements

申請書に記載の全体計画に基づき，本年度は以下の2つの活動を進めた．
１）はやぶさ・はやぶさ２の実運用データを活用した小天体相対誘導航法の体系化：本年度ははやぶさ２が小惑星Ryuguへ到着し，画像航法評価の源泉となりうる良質のデータを多数取得した．これらのはやぶさ２運用データを，天体相対航法誘導の観点で抽出整理し，画像航法情報としてデータベース化を行った．また，はやぶさ２プロジェクトが出力する航法情報と，当研究で検討している画像マッチング手法を比較することで，航法の観点での一次評価を実施した．はやぶさ・はやぶさ２は地球距離2AU前後にて小惑星への着陸を試みるが，その際に得られる天体モデリングや誘導航法の知見を利用し，3AU以遠の超遠方天体への着陸のための課題抽出を行った．特に，小惑星環境特有の強摂動下の天体力学の解析技術の研鑽・集約の観点で，実データのあるRyuguを対象に，ランデブー軌道や周回軌道の検討を実施し，解析人材及び解析ツールを蓄積した．
２）画像航法技術の研究：天体相対航法を実現するための最も重要な要素技術に，天体画像処理技術が挙げられる．本年度は，自律運用に有望な自動画像認識技術を複数抽出し，実時間アルゴリズム化することを目指して，机上検討を実施した．さらに，１）のデータベースを入力とする，画像航法のソフトウェアシミュレーション評価のプラットフォームを構築した．
１）２）の一連の活動により，自律画像航法の基本的な実験環境を整えた．

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初掲げた2つの活動項目 １）はやぶさ・はやぶさ２の実運用データを活用した小天体相対誘導航法の体系化，２）画像航法技術の研究 ともに，当初計画通り進捗した．はやぶさ２ミッションから本研究の進展に必要なデータを取得できたことも，計画通りの進捗に寄与した．

Strategy for Future Research Activity

申請書に記載の全体計画に基づき，本年度は以下の2つの活動を進める．
１）画像航法データベース化の完成
はやぶさ２は2018年6月27日に小惑星Ryuguに到着し，以降たくさんの観測画像データが取得できている．昨年度までに完成した画像航法データベースシステムへの，観測画像の登録を引き続き進めるとともに，天体相対誘導航法の解析技術について研究を進める．はやぶさ２プロジェクトより，実際の運用実績に基づく誘導航法精度を取り込むことで，現実的な設計パラメータを絞り込む．また，前年度に引き続き，小天体研究のコミュニティとの研究会等を通じて，小天体相対誘導航法手法について広く研究題材を創出することを心がける．
２）画像航法技術の研究
前年度の検討結果に基づき，天体画像処理技術のハードウェア回路を製作する．複数の画像処理アルゴリズムを試行し，「遠方天体自律相対光学航法」に適した手法を探索する．研究遂行に当たっては，画像処理および組み込み機器の専門家を集めた研究会を定期的に実施する．

Research Products

• [Journal Article] Extension of Stable Terminator Orbit around Small Bodies (2019)
  • Author(s): Y. Oki, Y. Tsuda, J. Kawaguchi
  • Journal Title: Acta Astronatuca Volume: 157 Pages: 180-188
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2018.12.027
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stability Analysis of Coupled Orbit-Attitude Dynamics Around Asteroids Using Finite-Time Lyapunov Exponents (2019)
  • Author(s): Shota Kikuchi, Yuichi Tsuda, Makoto Yoshikawa, Jun’ichiro Kawaguchi
  • Journal Title: Journal of Guidance, Control and Dynamics Volume: 42(6) Pages: 1289-1305
  • DOI: 10.2514/1.G003879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prearrival Deployment Analysis of Rovers on Hayabusa2 Asteroid Explorer (2018)
  • Author(s): Van wal, S., Tsuda, Y., Yoshikawa, K., Miura, A., Tanaka, S., Scheeres, D.
  • Journal Title: Journal of Spacecraft and Rockets Volume: 55(4) Pages: 797-817
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stability Analysis of Generalized Sail Dynamics Model (2018)
  • Author(s): Ono, G., Kikuchi, S., Tsuda, Y.
  • Journal Title: Journal of Guidance Control and Dynamics Volume: 41(9) Pages: 2011-2018
  • DOI: 10.2514/1.G003418
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Deployment Analysis and Trajectory Reconstruction of Minerva-II Rovers on Asteroid Ryugu (2019)
  • Author(s): Stefaan Van wal, Y. Tsuda, K. Yoshikawa
  • Organizer: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Retrograde Teardrop Orbits about Asteroids: Application to the Hayabusa2 Mission (2019)
  • Author(s): S. Kikuchi, Y. Oki, T. Saiki, Y. Takei, H. Takeuchi, G. Ono, H. Ikeda, and Y. Tsuda
  • Organizer: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Model-Based Optical Navigation for Autonomous Landing on Asteroids (2019)
  • Author(s): Takao, Y., Tsuda, Y., Saiki, N., Ogawa, N.
  • Organizer: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hayabusa2 Mission Solar Conjunction Phase for Hovering Satellite: Trajectory Design, Navigation and Post-Operation Evaluation (2019)
  • Author(s): S. Soldini, Y. Tsuda, T. Yamaguchi
  • Organizer: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka'anapali, HI, 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of Bidirectional Reflection Distribution Function on a Solar Cell with a Microstructure (2018)
  • Author(s): Kashioka, S., Tsuda, Y
  • Organizer: International Astronautical Congress (IAC), Bremen, 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 小惑星形状の点群データを用いた自律誘導航法に関する研究 (2018)
  • Author(s): 柏岡秀哉, 大平元希, 高尾 勇輝, 伊予田健敏,津田 雄一
  • Organizer: 第62回宇宙科学技術連合講演会, 福岡, 2018
• [Presentation] 画像航法用VCC(ベクトル符号相関法)アルゴリズムのオンボー ド処理化に関する研究 (2018)
  • Author(s): 大平元希, 柏岡秀哉, 高尾勇輝, 門倉美幸, 伊与田健敏, 津田雄一
  • Organizer: 第62回宇宙科学技術連合講演会, 福岡, 2018
• [Presentation] On-board processing of VCC (vector code correlation) algorithm for image navigation system (2018)
  • Author(s): Ohira, G., Kashioka, S., Takao, Y., Kadokura, M., Tsuda, Y.
  • Organizer: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [Presentation] Study of Estimation of the Position of the Spacecraft by Point Cloud Data (2018)
  • Author(s): Kashioka, S., Ohira, G., Takao, Y., Iyota, T., Tsuda, Y.
  • Organizer: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [Presentation] Retrograde Teardrop Orbits around Small Celestial Bodies (2018)
  • Author(s): 菊地翔太、大木優介、津田雄一、武井悠 人、竹内央、佐伯孝尚、池田人、大野剛
  • Organizer: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018
• [Presentation] Trajectory Design and Operations for Solar Conjunction during Hayabusa2 Hovering Phase (2018)
  • Author(s): Stefania Soldini
  • Organizer: 28th Workshop on JAXA Astrodynamics and Flight Mechanics, Sagamihara, 2018