三体力学系における運用の不確定性に対してロバストな周期軌道設計および軌道制御手法

三体动力系统中对运行不确定性具有鲁棒性的周期性轨道设计和轨道控制方法

• 批准号: 22KJ0612
• 负责人: 近澤 拓弥
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0612/
• 关键词: ロバスト軌道設計; 軌道維持制御; 周期軌道; 多体問題

今年度は超小型探査機の軌道設計への適用を前提とし、分散に着目した確率最適制御を用いた周期軌道の軌道維持手法の構築と目標とする周期軌道への遷移軌道問題を主として研究を遂行した。前者では実際の運用時に生じ得る軌道投入誤差、軌道制御や軌道決定誤差などの不確定性を確率的事象とみなし、最小燃料消費量でそれらの誤差の広がりを抑える制御手法を提案した。軌道の周期性に合わせた制御を行うことで誤差の分散がある範囲に収まることを理論とシミュレーションの両面から確認を行い、その有効性を示した。この研究成果は33rd International Symposium on Space Technology and Scienceにて発表を行った。後者では目標とする周期軌道への軌道遷移問題を扱い、非線形性が強い月のスイングバイからスタートするという問題設定の下研究を遂行した。打ち上げ条件が大きく変化する場合において、その条件変更を不確定性とし、これらに対するロバスト性向上が取り組んだ課題である。スイングバイ運用時に使用されるB-planeとスイングバイ前後の軌道パラメータの写像を組み合わせることで、時間的制約がある中で低い計算コストで軌道設計が完了される新しいツールの提案を行った。理論面の成果は日本航空宇宙学会主催の宇宙科学技術連合講演会において発表した他、実際に打ち上げられた超小型探査機EQUULEUSの軌道設計、運用においても一部で用いられた。実際の運用においても有効性を示すことができ、現在この成果に関して発表に向けた準備を進めている。

今年，在轨道设计上应用超小型航天器的前提下，使用概率的最佳控制，主要研究了循环轨道维护方法的周期性轨道维护方法。在前者中，在实际操作时产生的不确定性，例如轨道插入错误，轨道控制和轨迹确定错误，是一个随机事件，并提出了一种控制方法，可以抑制这些错误的传播，并最小燃料消耗。从理论和模拟的两个方面确认了控制轨道时期轨道时期轨道时期的理论和模拟的确认，表明其有效性。这项研究的结果在第33届国际太空技术与科学研讨会上宣布。在后者中，我们处理了轨道过渡到目标周期轨道的问题，并根据摇摆开始的问题进行了研究，该问题具有很强的非线性。当发射条件发生重大变化时，条件的变化是不确定性的，并且鲁棒性的改善是一个挑战。通过组合在挥杆操作过程中使用的B平面，以及摇摆之前和之后的轨道参数的副本，我们提出了一种新工具，以低计算成本来完成轨道设计。理论结果是在日本航空协会赞助的太空科学和技术演讲中宣布的，并部分用于Ultra -Small航天器Equuleus的轨道设计和操作。该有效性可以在实际操作中显示，我们目前正在为结果做准备。

项目成果

月間遷移軌道を用いたロバスト軌道設計

使用每月过渡轨道的稳健轨道设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 近澤拓弥;川勝康弘
• 通讯作者: 川勝康弘

月スイングバイ軌道を起点とした軌道設計

从绕月轨道开始的轨道设计

• 发表时间: 2021
• 作者: 近澤拓弥;川勝康弘
• 通讯作者: 川勝康弘

Swingby and Science Orbits Design for the Lunar CubeSat EQUULEUS

Swingby 和 Science 月球立方体卫星 EQUULEUS 的轨道设计

• 发表时间: 2021
• 作者: Takuya Chikazawa;Dei Tos Diogene Alessandro;Yousuke Kawabata;Kota Kakihara;Yasuhiro Kawakatsu
• 通讯作者: Yasuhiro Kawakatsu

Covariance Control Approach for Stationkeeping of Halo Orbits in the Earth-Moon System

地月系统晕轨道定位的协方差控制方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya CHIKAZAWA;Naoya OZAKI;Kota KAKIHARA;Akihiro ISHIKAWA and Yasuhiro KAWAKATSU
• 通讯作者: Akihiro ISHIKAWA and Yasuhiro KAWAKATSU