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。

这项研究的目的是利用MEMS反射镜创建一个空间望远镜，即使使用10公斤级的微型卫星也能达到1弧秒的指向精度。去年，第一年，我们主要设计和实验了MEMS反射镜反馈控制的光学系统。从提出研究提案时的概念光学系统设计状态开始，我们详细检查了每个部分，并使用适合概念验证设备且易于在市场上采购的光学元件在光学实验台上构建了实验光学系统。市场。尽管光学性能仍有改进的空间，但构造了满足光路设计理念的器件。然而，由于全球半导体短缺，构建控制 MEMS 镜子的电子电路所需的零件不再可用，导致项目延迟。在接下来的财年（第二年），我们开始开发一种电路来取代不再可用的官方控制电路，经过几次原型制作，我们完成了可以从PC控制的MEMS镜子驱动电路。我们将其集成到我们第一年建造的光学实验台上的测试设备中，并使用激光光源进行开环状态下的驱动实验，精度约为1角秒的MEMS镜面驱动能力已经足够我证实了这一点。在开发 MEMS 反射镜控制电路的同时，我们还开发了图像处理软件，用于实时确定望远镜拍摄的星体图像的位置。通过使用“大津方法”来检测恒星图像中的亮度峰值，该算法对背景的变化具有鲁棒性。使用实验室内置的暗室和恒星模拟器，我们确认可以以亚像素为单位、以 20Hz 的频率检测恒星图像位置。

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