MEMSミラーを用いた超小型宇宙望遠鏡用1秒角指向制御装置の研究

基于MEMS镜的微型空间望远镜1角秒指向控制装置研究

基本信息

批准号：
21K14342
负责人：
藤田伸哉
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14342/
关键词：
宇宙望遠鏡超小型衛星 MEMSミラー系外惑星姿勢制御

项目摘要

本研究の目的は、10kg級の超小型衛星でも指向精度1秒角が達成可能な宇宙望遠鏡を、MEMSミラーを使用して実現することにある。1年目の昨年度は、主にMEMSミラーのフィードバック制御を行うための光学系の設計と実験を主に実施した。研究提案時の概念的な光学系の設計状態から各部の検討を詳細化し、概念実証機に相応しく市場での調達が容易な光学素子を使用して光学実験台上に実験光学系を構築した。光学性能については改良の余地が残るものの、光路設計のコンセプトを満足する装置が構築した。一方で、世界的な半導体不足の影響からMEMSミラーを制御するための電子回路を構成するための部品が入手できなくなり、計画に遅れが生じた。続く本年度（2年目）では、入手できなくなった正規品の制御回路の代替となる回路の開発から着手し、複数回の試作を経てPCから制御することのできるMEMSミラー駆動回路が完成した。1年目に構築した光学実験台上の試験装置へと統合し、レーザー光源を利用したオープンループ状態での駆動実験を行い、実験には十分な約1秒角精度のMEMSミラー駆動能力があることを確認した。MEMSミラーの制御回路の開発と平行して、望遠鏡にて撮影した星像位置をリアルタイムに求めるための画像処理ソフトウェアを開発した。星像の明るさピークを検出する「大津法」を使用することでし、バックグラウンドの変化にロバストなアルゴリズムとした。実験室内に構築した暗室とスターシミュレータを利用し、サブピクセル単位かつ20Hzで星像位置を検出可能であることを確認した。

这项研究的目的是实现一个空间望远镜，即使使用MEMS镜子，即使对于10公斤级的超小卫星，也可以达到1弧度的方向精度。去年，第一年，我们主要在光学系统上进行了设计和实验，以控制MEMS镜子。研究建议时的概念光学系统的设计状态对每个部分进行了检查，并在光学实验表上使用适用于概念验证机器和易于在市场上购买的光学元素在光学实验表上构建了实验光学系统。尽管仍然可以改善光学性能的空间，但构建了满足光路设计概念的设备。另一方面，由于全球半导体短缺，用于构建用于控制MEMS镜子的电子电路的组件已经变得不可用，导致计划延迟。在第二年（第二年），我们开始开发一个电路，该电路将取代不再可用的正版产品的控制电路，在多个原型之后，我们完成了可以从PC控制的MEMS镜像驱动电路。该测试被整合到第一年构建的光学实验表上的测试设备中，并使用激光光源在开放环状态进行了实验，并确认该实验具有足够的MEMS镜像驱动能力，约为1个弧形精度。与MEMS镜像的控制电路的开发并行，我们开发了图像处理软件，以确定望远镜实时捕获的星形图像的位置。通过使用检测恒星图像的亮度峰的“ OTSU方法”，我们为不断变化的背景创建了强大的算法。我们使用内置在实验室内建造的暗室和星级模拟器，确认可以在子像素单元中在20Hz处检测到恒星图像位置。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

On-orbit Calibration of a Telescope Alignment for Earth Observation using Stars and QUEST

使用恒星和 QUEST 对地球观测望远镜进行在轨校准

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shinya Fujita;Yuji Sato;Toshinori Kuwahara;Yuji Sakamoto;Junichi Kurihara
通讯作者：
Junichi Kurihara

Lessons Learned from On-orbit Gyroscope Malfunction and Recovery Operation of Microsatellite RISESAT

微型卫星RISESAT在轨陀螺仪故障及恢复操作的经验教训

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shinya Fujita;Toshinori Kuwahara;Kazuki Kibune;Naoya Shiraishi;Yuji Sato;Yuji Sakamoto;Junichi Kurihara
通讯作者：
Junichi Kurihara

Development of Spin Stabilization Control System for the Cosmic Dust Observation CubeSat

宇宙尘埃观测立方体卫星自旋稳定控制系统的研制

DOI：
10.1109/sii52469.2022.9708909
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of 2022 IEEE/SCIE Symposium on System Integration
影响因子：
0
作者：
S. Fujita;R. Ishimaru;Y. Sakamoto;K. Maeda;O. Okudaira;Y. Yuji;T. Kuwahara;T. Matsui
通讯作者：
T. Matsui