電気推進・ソーラーセイルの運用性を考慮した深宇宙探査機軌道設計ツールの開発

考虑电力推进和太阳帆可操作性的深空探测器轨迹设计工具的开发

基本信息

批准号：
10J40142
负责人：
森本睦子
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Japan Aerospace Exploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J40142/
关键词：
航空宇宙工学深宇宙軌道設計電気推進ソーラーセイル

项目摘要

本研究は、「電気推進」や「ソーラーセイル」等の低推力で連続加速をするエンジンを用いた探査機の「運用性」に着目した軌道計画の研究を行う事を目的としている。2010年6月に地球に帰還した「はやぶさ」と同年5月に打ちあがったソーラーセイル実証機「IKAROS」の実ミッションから「運用性」を検証し、運用性を考慮した軌道設計理論を構築し、ツールの開発を行う。将来的にはこの二大低推力推進のハイブリッド型である「ソーラー電力推進」への応用を見据えて研究を行う。深宇宙探査機の軌道は、本来はロケットの打ち上げから惑星空間移行および目的天体への投入軌道、オービターやランデブーもしくはフライバイ等すべて1筆書きでつながった軌道であるが、軌道設計する際には、1)ロケットの打ち上げ軌道2)移行軌道3)目的地到着後の軌道、と分けて設計する事が多い。昨年度まではロケットによる軌道投入問題と切り離し、ロケットによって惑星間に投入された後からの軌道を考えていたが、今年度はロケットによる軌道投入と同時に研究する事とした。そこで、EDVEGA(Electric Delta-V Earth Gravity Assist)による地球再会合までの軌道に焦点をあてた。EDVEGAというのは、ロケットによる軌道投入後、地球との再会合を前提に地球に戻ってくるように設計された軌道で、その間に低推力で加速することで再会合時の速度を大きくするものである。地球スイングバイ後は惑星間移行軌道に入るためにその日時に制約があるが、打ち上げから地球再会合までの時間は理論的には制約がない。しかし、現在のEDVEGAは自由帰還可能な周期の1年や1.4年もしくはその近辺に固定している。そこで、本研究では打ち上げから地球再会合までの時間を自由にとり、燃料を最小にするようなEDVEGA軌道を3次元で求め、ロケットによる投入速度(つまりEDVEGAの始点)と地球スイングバイ時での探査機の重量や速度について体系的に研究を行った。

这项研究旨在对轨道规划进行研究，重点介绍了航天器的“可操作性”，该发动机使用发动机以低推力（例如电推进和太阳帆）连续加速。该公司研究了2010年6月返回地球的实际任务中的“可操作性”，同年5月推出的太阳能航行示范飞机“ Ikaros”建立了考虑可操作性的轨道设计理论，并开发了工具。将来，我们将着眼于应用这两种混合类型的“太阳能推进”，这是低推力推进的混合模型。深空探头的轨道最初是通过一击连接的轨道，从火箭发射到行星空间过渡到轨道，再到目标对象，或者或轨道仪，集合或飞鸟类等，但是在设计轨道时，设计了一个分开设计的：1）IS属于Rocket Orbit，2）3），2）3），3）3）。直到去年，我们已经与火箭的轨道发射发行问题分开了，并且在火箭之间在行星之间引入了轨道，但是今年我们决定在使用火箭的轨道发射的同时对它们进行研究。因此，我们专注于通过Edvega（电气Delta-V Earth Gravity Assist）进入地球团聚的轨道。 Edvega是一个轨道，旨在在火箭引入地球之后返回地球，并假设它将与地球团聚，并在此期间以低推力加速，这是它增加的速度。在地球摇摆之后，对进入行星际过渡轨道的时间和时间有限制，但是从理论上讲，从发射到地球团圆的时间是不受限制的。但是，当前的EDVEGA是在可以进行免费退货的一年或四年或四年或四年或四年固定的。因此，在这项研究中，我们从发射到地球的聚会中自由花了时间，并在三个维度上计算了Edvega轨道，以最大程度地减少燃料，并系统地研究了火箭的投入速度（即Edvega的起点）和地球摇摆过程中航天器的重量和速度。