膜・ケーブル宇宙構造の構造・制御の同時最適設計に関する研究

膜/索空间结构同步优化设计与控制研究

• 批准号: 07J05939
• 负责人: 坂本 啓
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J05939/
• 关键词: 宇宙構造物; 膜構造; ゴサマー; 有限要素法; 幾何学的非線形; 動力学; ソーラーセイル; 同時設計

初年度は研究計画に従い,膜面宇宙構造(以下,ゴサマー構造と呼称)の地上実験と数値解析の両方を実施し,まず地上実験によって数値解析結果の精度検証を行うことを目指した.しかしゴサマー構造の動力学を地上において観察することは非常に困難であり,2008年2月22日に筑波の低圧環境設備で実施したソーラーセイル展開実験では,数値解析結果と比較できるほど精度の良い定量データを計測することができなかった.私は就職のため当初の3年の研究計画うちの1年目終了時で特別研究員を辞退するが,今後も,この1度の低圧実験失敗で得た知見を礎として,受入れ研究者・宮崎教授との共同研究を続け,ゴサマー構造の地上実験法のひとつの手法の確立を目指していく所存である.いっぽう数値解析に関する研究では,宮崎教授の指導のもと,幾何学的非線形有限要素法の枠組みの中で新たな要素を開発し,その解析法を用いて,現在JAXA宇宙科学研究本部で検討されているソーラーセイル実証衛星の動力学シミュレーションを行った.具体的には,ソーラーセイル膜が次第に繰り出されていく機構を模擬し,「長さを変える要素」に対し「ヒンジのような幾何学的拘束」を与えるモデルを開発した.これを別のモデリング方法(多粒子モデル)での解析結果と比較し,それぞれのモデリング方法の特徴を明らかにし,さらにそれらの解析結果を実機の設計へ活かす検討を行った.この研究については近く論文を執筆・投稿する予定である.今後は,スケールモデルによる地上実験と,数値解析,という二つの手法をどのように組み合わせることで信頼性の高い人工衛星の設計につなげていくか,という方法論を知識化することが重要と考えている.そしてゴサマー構造の動力学の解明による制御系の同時設計へとつなげていきたい.1年間という短期ではあったが,申請書に記した研究目的へ一歩向かう成果を挙げることができた.

在第一年，根据研究计划，我们对膜表面空间结构进行了基础实验和数值分析（以下称为GoSamer结构），旨在首先验证数值分析结果的准确性。 2008在Tsukuba的低压环境设施中，无法高精度的定量数据无法衡量数值分析结果。为了找到一份工作，他拒绝在他的第一个三年研究计划的第一年结束时拒绝成为一名特别研究人员，但他将根据低压实验中的单个失败所获得的知识，继续与接受的研究员宫崎骏合作，并旨在为Gosamer结构建立地面实验的方法。另一方面，在数字分析的研究中，他在几何非线性元素方法的框架内开发了新元素，并且使用这种分析方法，他目前正在研究Jaxa太空科学研究。我们对总部正在研究的太阳帆示范卫星进行了动态模拟。具体而言，我们开发了一个模型，该模型模拟了逐渐弹出太阳能帆膜的机制，并将“铰链样几何约束”提供给“改变长度的元素”。将其与另一种建模方法（多颗粒模型）的分析结果进行了比较，我们阐明了每种建模方法的特征，并进一步研究了要在实际机器设计中使用的分析结果。进行了这项研究。我计划尽快写论文。我认为重要的是要知道如何结合两种方法：使用比例模型和数值分析以实现高度可靠卫星的设计。我想通过阐明GoSamer结构的动力学来将它们连接到控制系统的同时设计。尽管这是一年的短期，但我能够取得成果，使我朝着应用程序中提到的研究目标迈出了一步。

项目成果

Formation Control and Reconfiguration Through Synthetic Imaging Formation Flying Testbed(SIFFT)

通过合成成像编队飞行试验台（SIFFT）进行编队控制和重构

• 发表时间: 2007
• 作者: Kuroda J;Kimura S;Strasser A;et. al.;森仲 雅一;坂本 啓;Christophe P. Mandy;横田明日美;福田 至宏;Swati Mohan
• 通讯作者: Swati Mohan

Implementation of Satellite Formation Flight Algorithms Using SPHERES Aboard the International Space Station

在国际空间站上利用 SPHERES 实施卫星编队飞行算法

• 发表时间: 2007
• 作者: Kuroda J;Kimura S;Strasser A;et. al.;森仲 雅一;坂本 啓;Christophe P. Mandy
• 通讯作者: Christophe P. Mandy

太陽輻射圧によるソーラーセイル膜変形の有限要素解析

太阳辐射压引起的太阳帆膜变形的有限元分析

• 发表时间: 2007
• 作者: Kuroda J;Kimura S;Strasser A;et. al.;森仲 雅一;坂本 啓
• 通讯作者: 坂本 啓