名古屋大学 大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 / マイクロ・ナノシステム工学専攻

  航空宇宙機運動システム工学研究グループ / 航空宇宙マイクロ工学グループ

  Aerospace Vehicle Dynamics Research Group   /   Aerospace Micro-Nano Engineering Research Group  

研究の概要

【超小型衛星だからこそできる】へ、
小型からの視点によるユニークな能力の獲得と利用拡大を目指す。

超小型衛星の特徴を生かすには通常サイズの衛星による従来手法をただ小型化するだけではなく、小型になるほど影響が大きくなる①現象を見出し②応用する事による、超小型ならではのユニークな能力の獲得が必要になると考えています。 本グループでは宇宙機が小型になるほど宇宙環境の影響を大きく受ける傾向にある事に注目し、この宇宙環境を宇宙システムの制御に応用して少ないリソースで高機能な超小型衛星バスシステムの構築を目指します。 さらに、これら超小型衛星ならではの技術を駆使した宇宙利用に関する研究を進めます。

研究の詳細

1.研究テーマ  
2.衛星開発プロジェクト 
3.CanSatプロジェクト 
4.研究論文・発表 (抜粋) (研究論文・発表(詳細)) 
5.修士・学士論文 

1.研究テーマ

超小型宇宙機での影響が大きな宇宙環境に注目し、姿勢軌道制御への応用を中心に研究を進める。 

(超)小型宇宙機が大きな影響を受ける宇宙環境(特に磁場と宇宙プラズマ)に注目して、超小型宇宙機のa.能力とb.利用の拡大を目指します。 特に超小型宇宙機の姿勢軌道制御能力の獲得・改善による宇宙利用拡大を狙います。その他、宇宙システムの研究を実施します(C&DH、熱構造、通信、宇宙システム設計、宇宙利用など)。 また、検討のみに終わるのではなく実際に宇宙システムの設計と開発を実施し、提案手法についての宇宙実証にも挑戦したいと考えています。


宇宙機の姿勢制御


惑星間磁場を活用した姿勢変更

近年、より小型の宇宙探査機が提案され検討が進んでいます。本研究では惑星間磁場に着目し宇宙機の磁気モーメントと作用させて、姿勢を変更したり角運動量を管理する手法について検討しています。

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形状異方性による磁気トルク

小型衛星の受ける磁気の力を明らかにする 

慣性モーメントが小さな小型衛星では磁気トルクをはじめとする宇宙環境トルクからより大きな影響を受けると考えられます。特に衛星コンポーネントに含まれる磁性体の形状異方性により生じる磁気トルクに注目しています。 これは地球磁場により励起される磁気モーメントから生じ、非対称性の高い形状の磁性体ほど大きくなります。これまで磁気トルクは残留磁気モーメントにより生じるものがよく検討されてきましたが、この形状異方性による効果も大きいことが分かり、 姿勢制御精度を劣化させる可能性があることが分かりました。この形状異方性により生じる磁気トルクの解明により、小型衛星の姿勢決定・制御精度の向上を目指します。

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宇宙機の軌道制御


磁気プラズマデオービット

姿勢制御用磁気トルカを軌道制御に応用する 

増加し続けるスペースデブリを抑制するため、運用を終了した低軌道人工衛星は、25年以内にデオービット(地球大気圏への再突入)をしなければならないという国際的ルールが定められています。 これは近年需要が増加している超小型衛星でも例外ではありませんが、超小型衛星は質量や体積、電力消費に厳しい制約を持つため、軌道制御能力を持たず、この25年ルールを満たすことができないという問題がありました。 そこでこの問題に対する解決策として、既存の衛星搭載機器を用いた手法である、「姿勢制御用磁気トルカを用いた磁気プラズマデオービット」が提案しています。 この手法は、小型衛星の姿勢制御で標準的に利用されている磁気トルカと低軌道上に存在する宇宙プラズマの干渉により、抗力を発生させるものです.。本研究では、この磁気プラズマデオービットにより衛星の軌道がどのように変化するのか、 また、磁気トルカを制御することによりデオービット時間を短縮することができないかについて検討をしています。 また、このプラズマ抗力を衛星の編隊飛行の形成や維持に使用できないかについても検討を進めています。

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宇宙システム


宇宙環境力を用いた宇宙膜構造の新たな姿勢制御手法 

電磁力を用いて宇宙膜構造を展開・姿勢変更する 

宇宙膜構造の展開や姿勢変更について電磁力を用いた新たな手法を検討しています。提案手法では銅フィルムを膜構造に配置し、フープ応力や宇宙環境磁場とのローレンツ力を用いて膜構造を展開、姿勢変更します。 電流を変化させることにより展開力を調整することや、姿勢を変更することができます。宇宙膜構造に新たな機能

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磁気ドッキングシステム

小型宇宙機の多数機運用を容易に 

近年、多数の小型宇宙機を一つのシステムとして運用する際の重要な一つの技術として衛星のドッキングが挙げられます。質量やスペースの制約が厳しい小型衛星においてドッキングを達成するために、 シンプルな磁石や磁性体を用いて誘導、結合把持、分離を1つのコンポーネントで達成できないか検討しています。より容易に複数宇宙機を用いたミッションの達成を目指しています。

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2.衛星開発プロジェクト

研究成果の軌道上実証のため,回転分離を用いた軌道変更をミッションとするCubeSatの開発を進めています.本ミッションでは,結合した二つの衛星を回転させ分離することで,スラスタレスのコンステレーション形成を達成します. 本衛星では2Uサイズの親機と1Uサイズの子機にそれぞれ電磁石と永久磁石を搭載し,2つの衛星の結合維持と分離タイミングを調整することで,コンステレーション形成の精度を高めます.現在はBBM開発段階にあります. 特に姿勢制御系の研究開発については公益財団法人 JKA 2018年度 機械振興補助事業から ご支援 を頂いています.

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3.CanSat開発プロジェクト


CanSatページへ

実際の人工衛星開発の前訓練として、Canサイズに衛星機能を詰め込んだCanSatの開発を進めています。2018年度は電磁気力を用いた宇宙膜構造の姿勢制御の研究に関連して、 膜展開機構と膜上大電流回路を有したCanSatの開発・打ち上げを行いました。製作したCanSatは、毎年アメリカネバダ州のブラックロック砂漠で行われるARLISSにて、世界から集まったチームとともに打ち上げ実験を行っています。

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4.研究論文・発表

研究論文・発表の一覧はこちら

2018年

雑誌論文

J. Park, S. Matsuzawa, T. Inamori, I. Jeung, Nanosatellite constellation deployment using on-board magnetic torquer interaction with space plasma, Advances in space research, Article in press, 2018.

X. Yaen, W. Xiande, T. Inamori, S. Zhen, S. Xinzhu, C. Hongtao, "Compensation of base disturbance using optimal trajectory planning of dual-manipulators in a space robot", Advances in space research, Vol. 63, Issue 3, pp. 1147-1160, 2019.

T. Inamori, S. Ikari, T. Ito, R. Kawashima, "Interplanetary magnetic attitude control based on an IMF observer in small Spacecraft", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, article in press.

T. Ito, S. Ikari, R. Funase, S. Sakai, Y. Kawakatsu, A. Tomiki, T. Inamori, "Active use of solar radiation pressure for angular momentum control of the PROCYON micro-spacecraft", Acta Astronautica, Elsevier, Vol. 152, pp 299-309, 2018.

T. Kawai, T. Inamori, K. Hori, "Analytical Lorentz force model between one-dimensional linear currents in arbitrary relative positions and directions", IEEE Transactions on Magnetics, vol. 54, no. 8, pp. 1-16, 2018.

R. Kawashima, S. Matsuzawa, J. Park, T. Inamori, "Particle Simulation of Plasma Drag Force Generation in the Magnetic Plasma Deorbit", Journal of spacecraft and rocket, Vol. 55, No. 5, pp. 1074-1082, 2018.

K. Miyata R. Kawashima, T. Inamori, "Detailed Analysis of Aerodynamic Effect on Small Satellites", Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol.16, No.5, pp.432-440, 2018.

国際学会発表

Y. Yamada, T. Inamori, M. Tomooka, "Propellantless Close Range Rendezvous and Docking Using a Single Electromagnetic Device for Small Spacecraft", The 69th International Astronautical Congress, IAC-18-E2.2.5, 2018.

P. Phlaengsorn, H. Truong An, T. Inamori, P. Saisutjarit, "Fuel free angular momentum unloading using the interplanetary magnetic field in small-sized spacecraft", IAC-18-B4,8,15, The 69th International Aerospace Congress, Bremen, Germany, 2018.

S. Ikari, T. Inamori, T. Ito, R. Funase, "Analysis of disturbance anomaly of interplanetary microspacecraft Procyon", AAS 19-526, 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Ka’anapali, HI, 2018.

T. Inamori, M. Fujiwara, Y. Yamada, S. Matsuzawa, "Fuel-free magnetic rendezvous using magnetic coils for Cubesat-sized small satellites", IAC-18-F1.2.3, Germany, 2018.

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5.修士・学士論文

2018年度

修士論文

 

地磁場環境下における宇宙膜構造の姿勢制御,倉橋直希
多連結衛星の回転と分離を用いた燃料フリーコンステレーション形成,松澤真司
相対軌道制御能力を有した磁気デバイスによる宇宙機ドッキング,山田裕己

学士論文

磁気センサを用いた宇宙展開膜面構造物の振動推定,片山光
地球低軌道衛星における搭載磁性体に生じる磁気姿勢外乱トルク,岸信希
超小型衛星における宇宙環境力を利用した非協力物体への接近軌道設計, 田村啓登

2017年度

学士論文

姿勢制御用磁気トルカを用いた小型衛星の編隊飛行, 藤原正寛
小型宇宙機における磁気姿勢制御を目的とした惑星間磁場推定, Hoang Xuan Truong An

2016年度

学士論文

地球低軌道衛星における磁性体形状異方性に注目した受動的姿勢制御, 長尾 茉奈
超小型衛星における宇宙プラズマ抗力を用いたデオービット, 松澤 真司
地球低軌道における環境磁場を用いた宇宙膜構造物の展開, 山田 裕己

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