超小型探査機に向けた可変形状ソーラーセイルの推進剤フリーな軌道・姿勢同時制御

超小型航天器变形太阳帆无推进剂同步轨道及姿态控制

基本信息

批准号：
21K14345
负责人：
中条俊大
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

まず，前年度に検討を開始した，一軸ジンバル付きの傘型ソーラーセイルの軌道・姿勢同時制御に関する検討をブラッシュアップした．所望の軌道制御を実現するために適切な姿勢を平衡点（トルクフリーな姿勢）とするジンバル角の解析解を導出し，リアクションホイールを組み合わせた制御則の構築と安定性解析，セイルの変形などのモデル誤差の影響の評価，推進剤フリーなアンローディングの方法の考案と検証を行った．さらに，軌道・姿勢同時制御の制御フローを具体化し，太陽-地球系ラグランジュ点周りの周期軌道におけるあるミッションシナリオの中での制御の成立性をシミュレーションにより確認した．この内容は国際会議にて発表した．また，前年度に引き続き，超小型ソーラーセイル探査機によるミッション設計に資する，太陽-地球系および地球-月系ラグランジュ点周辺の（準）周期軌道に関する解析を行った．特に，地球-月系ラグランジュ点周辺において，ソーラーセイルの積極的な姿勢制御を取り入れることで初めて成立する，月の裏側の観測に適した新たな軌道を見出し，その設計法の考案と特性調査を行った．従来研究では月の裏側近傍に滞在するには非常に大きなソーラーセイルが必要であるとされてきたが，姿勢制御を積極的に行えば小さなソーラーセイルでも軌道が成立することを示した．他にも，学術雑誌に投稿した前年度の研究成果が掲載された．

首先，我们把去年开始研究的单轴万向伞伞型太阳帆同步轨道和姿态控制研究进行了梳理。为了达到理想的轨迹控制，我们以适当的姿态为平衡点（无扭矩姿态）推导万向架角度的解析解，构建结合反作用轮的控制律，进行稳定性分析、帆变形等我们评估了模型误差的影响，并设计并验证了无推进剂卸载方法。此外，我们还明确了同步轨道和姿态控制的控制流程，并通过仿真验证了日地系统绕拉格朗日点周期轨道上特定任务场景下控制的可行性。此内容是在国际会议上提出的。延续去年，我们对日地系统和地月系统拉格朗日点周围的（准）周期轨道进行了分析，这将有助于超小型太阳帆探测器的任务设计。特别是，我们将围绕地月系统拉格朗日点发现一条适合观测月球背面、只能通过太阳帆主动姿态控制才能建立的新轨道，并设计出一种设计方法并调查其特点。之前的研究表明，需要非常大的太阳帆才能停留在月球背面附近，但我们已经证明，如果主动进行姿态控制，即使是小型太阳帆也可以建立轨道。此外，还发表了上一年提交给学术期刊的研究成果。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Attitude Orbit Integrated Control of Solar Sail with Single Axis Gimbal Mechanism

单轴万向机构太阳帆姿态轨道综合控制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chujo Toshihiro;Watanabe Kei;Takao Yuki
通讯作者：
Takao Yuki

可変形状機能によるソーラーセイルの軌道・姿勢同時制御とセイル構造システムの設計

利用变形函数同步控制太阳帆轨迹与姿态及帆结构系统设计

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tanaka Tomoki;Hirano Hirohiko;Ohara Yuki;Nishimoto Misa;Iijima Katsuya;中条俊大
通讯作者：
中条俊大

平面円制限四体問題におけるソーラーセイルの地球-月系L1/L2周りの周期軌道

太阳帆绕地月系L1/L2的周期轨道在平面圆受限四体问题

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
中条俊大;高尾勇輝
通讯作者：
高尾勇輝

Synodic Resonant Halo Orbits of Solar Sails in Restricted Four-Body Problem

受限四体问题中太阳帆的共振晕轨道

DOI：
10.2514/1.a35324
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Spacecraft and Rockets
影响因子：
1.6
作者：
Chujo Toshihiro;Takao Yuki
通讯作者：
Takao Yuki

ソーラーセイルの姿勢制御に基づいた地球-月系L2周りの小さな準周期軌道

基于太阳帆姿态控制的绕地月系L2小准周期轨道

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chujo Toshihiro;Watanabe Kei;Takao Yuki;中条俊大
通讯作者：
中条俊大

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发表时间：
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0
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通讯作者：
超小型ソーラー電力セイルによる航行技術実証ＷＧ

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DOI：
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0
作者：
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通讯作者：
楠絵莉子