宇宙機の高精度軌道決定のための精密非重力外乱モデルの研究

航天器高精度定轨精密非重力扰动模型研究

基本信息

批准号：
14J03417
负责人：
五十里哲
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

精密軌道決定を行うためには，太陽輻射圧をはじめとする非重力外乱の精密計算が必要となるが，様々な形状の宇宙機が存在するため，一般的な計算手法は存在していない．また，高精度な非重力外乱計算には膨大な計算時間がかかってしまうため，計算コストの削減も求められている．さらに，モデル化のために与えられた宇宙機の形状・反射特性情報と軌道上に打ち上げられた宇宙機の実際の情報の間には必ず差異が存在するため，フライトデータを基にモデル補正を行う必要がある．このような，高精度かつ低計算コストかつモデル補正も可能となるような非重力外乱計算手法を構築するため，申請者は「事前計算テンソルを用いた太陽輻射圧計算手法」を考案した．提案手法では，計算コストの高い陰影計算や反射特性計算を事前に行い，その情報を形状に関するテンソルと，反射に関するテンソルとしてそれぞれ圧縮保存しておき，計算時は，それら事前計算テンソルを用いることで，高精度かつ高速に太陽輻射圧を求めるということを行う．この事前計算テンソルによって，形状，反射特性，太陽情報という三つの要素を分割することができるため，フライトデータを利用した光学特性推定を行うことも可能となっている．本年度は，提案手法の実用化に向けて，事前計算テンソルを生成する高速並列演算アルゴリズムの開発や，生成時に用いる基底関数の研究などを行った．またシミュレーションにより，提案手法が従来手法よりも精度・速度両面で優れた手法であると証明した．実用例の一つとして，深宇宙探査機PROCYONにより実際に観測された姿勢運動を，提案手法を用いて表現できるか否かの検証も行い，提案手法の有効性を示すことができた．光学特性推定に関して，一部課題は残るものの，従来手法よりも優れた手法を提案することができており，今後の宇宙開発に貢献できる非重力外乱計算手法を構築できたと考えている．

为了确定精确的轨道，需要精确计算太阳辐射压等非重力扰动，但由于航天器形状各异，没有通用的计算方法。此外，由于高精度的非重力扰动计算需要大量的计算时间，因此需要降低计算成本。此外，由于建模给出的航天器形状和反射特性信息与发射入轨航天器的实际信息之间始终存在差异，因此有必要根据飞行数据进行模型修正。为了构建一种高精度、低计算成本且可进行模型修正的无重力扰动计算方法，申请人设计了一种“使用预计算张量的太阳辐射压计算方法”。在所提出的方法中，预先执行计算量大的着色计算和反射属性计算，并将信息分别压缩并存储为形状相关张量和反射相关张量，并且这些预先计算的张量计算时使用，高精度、高速度地计算太阳辐射压力。使用这个预先计算的张量，可以将形状、反射特性和太阳信息这三个元素分开，从而可以使用飞行数据来估计光学特性。今年，为了将所提出的方法投入实际应用，我们开发了一种高速并行计算算法来生成预计算张量，并研究了生成过程中使用的基函数。此外，仿真表明该方法在精度和速度方面均优于传统方法。作为一个实际例子，我们验证了所提出的方法是否能够表达深空探测器PROCYON实际观测到的姿态运动，并能够证明所提出方法的有效性。尽管光学特性估计方面仍然存在一些问题，但我们能够提出一种优于传统方法的方法，并且我们相信我们已经创建了一种可以为未来空间发展做出贡献的非重力扰动计算方法。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

複雑な形状をした宇宙機に加わる太陽輻射圧の一般的計算手法

适用于复杂形状航天器的太阳辐射压通用计算方法

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Satoshi Ikari;Kakeru Tokunaga;Takuji Ebinuma;Ryu Funase;and Shinichi Nakasuka;五十里哲，徳永翔，海老沼拓史，船瀬龍，中須賀真一
通讯作者：
五十里哲，徳永翔，海老沼拓史，船瀬龍，中須賀真一

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