伸展巻取が可能な宇宙テザー（ロープ・ワイヤ）制御装置の研究開発

可伸缩空间系绳（绳/线）控制装置的研发

• 批准号: 22H01427
• 负责人: 能見 公博
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01427/
• 关键词: 宇宙テザー; リール機構; モーター駆動制御; 宇宙機器熱解析

本年度は、リール機構試作を行った。高精度制御を可能とするリール機構を目的とし、打ち上げ振動・衝撃に耐えること、微小重力環境において柔軟なテザーを高精度に制御できること、熱真空環境において回転体であるリールを安定して駆動させること、を考慮して試作した。第一にリール軸受けの開発を行った。高精度制御を実現するためには、リール回転機構の軸受けの摩擦低減は必須である。固体潤滑、宇宙用グリス、宇宙用潤滑油などを比較し、またベアリングの機構を考慮して、含侵材に潤滑油を浸透させてテフロンカバーによる飛散防止機構を用いた手法で開発した。第二にレベルワインダーと張力測定機構の開発を行った。テザー巻取が可能なリール機構とするため、リールに平滑して巻き取るためにレベルワインダー（リールと離れた場所でテザーをガイドし、左右に動かすことで、リールに巻き付くテザーを平滑化する）を用いることが必要であり、軌道上微小重力環境（重力傾斜によるテザー張力）とテザー伸展時の張力変化を考慮するとともに、伸展抵抗を最大限抑えることができるテザー張力測定機能を持つレベルワインダーを開発した。第三にモータ制御法の構築を行った。バネ力による伸展初速度への追従、過大張力によるリバウンド回避、装置内でテザーがたるむことの回避、これらを実現する高精度制御が可能となる制御プログラムを開発、さらに前述のリール回転摩擦、レベルワインダーの摩擦を踏まえたアルゴリズムとした。試作したリール機構について、宇宙機械環境への耐性を評価した。具体的には振動衝撃試験を実施し、試験前後でのリール回転性能を評価した。リール機構として大きな問題は発生しなかったが、組み付け手法になどがリール回転性能に影響することが分かったため、複数方法で試行してリール回転性能を評価、これは次年度に継続予定である。

今年，我们进行了原型卷轴机制。这种卷轴机制的目的是提供高精度控制，其设计目的是能够承受发射振动和影响，能够在微重力环境中以很高的精度控制柔性tethers，并在热真空环境中稳定地驱动卷轴，即转子。首先，我们开发了卷轴轴承。为了实现高精度控制，必须在卷轴旋转机制的轴承中减少摩擦。我们比较了固体润滑，空间油脂，空间润滑油等，还考虑了轴承的机制，并使用使用特氟龙盖子盖上的防碎机制进行了轴承的机理，在那里润滑油被渗透成浸渍的材料。其次，我们开发了水平的绕线器和张力测量机制。为了使其成为一种可用于缠绕系绳的卷轴机构，有必要使用级别的绕线器（将系绳引导到远离卷轴的位置，并向左和向右移动以使缠绕在卷轴周围的束带平滑）将其向下平滑并将其缠绕。我们已经开发了一种具有绳索张力测量函数的水平绕线器，该函数考虑了轨道上的微重力环境（由重力倾斜引起的绳索张力）以及绳索扩展过程中张力的变化，并且还可以抑制延伸阻力。第三，构建了一种运动控制方法。我们开发了一个控制程序，该程序使高精度控制能够实现这些步骤，跟踪由于弹簧力而引起的初始延长速度，避免由于过度张力而避免反弹，并避免了设备内部的系绳下垂，还使用了一种算法，并考虑了上述卷轴旋转摩擦和电平摩擦的算法。评估了原型卷轴机制对空间机械环境的抵抗力。具体而言，进行了振动冲击测试，以评估测试前后的卷轴旋转性能。尽管卷轴机制没有重大问题，但发现组装技术会影响卷轴旋转性能，因此我们尝试了多种方法来评估卷轴旋转性能，并计划在明年继续进行。