現在,世界各国で月や火星を対象とした土壌調査が計画・実行されている.従来の土壌回収方法は,ドリル等を用いた機械的な掘削方式であったが,制御や構造が複雑であるという問題があった.そこで,この問題の克服を狙いとして,磁気力を用いた動作が単純な試料採取機構を開発した.試作した装置の性能実験により,磁性体試料の回収を行った.また,大気中と真空中での性能比較により,真空環境での収量の向上を確認した.さらに,磁界中での粒子挙動の数値解析を行うことで,本採取機構の月・火星環境での有用性を検証した.

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Since the number of satellites in Earth orbit is steadily increasing, space debris will eventually pose serious problem to near-Earth space activities if left in orbit, and so effective measures to mitigate it are becoming urgent. This paper discusses an active space debris removal system, and proposes a simple light weight robot arm for capturing non-cooperative space debris.

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Experimental equipment facilities on the International Space Station (ISS) are required not to disturb the microgravity environment, and the facilities must be designed so that the generated disturbances do not violate the microgravity requirement. In order to make validation of the design, experimental or analytical verification must be performed according to the ISS program documentation. As the microgravity requirement is classified as three categories: (a) Quasi-steady Requirements (b) Vibratory Requirements (c) Transient Requirements, this study attempts several approaches for the category (b) to measure or estimate the parts level disturbance, which is required as the first step to estimate the system level disturbance. Next, system level verification is attempted based on the results of the approaches for parts level. As one of examples of experimental equipment facilities for this study, the Engineering Model (EM) of the Electrostatic Levitation Furnace (ELF) is utilized.

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近年提唱された新たな宇宙推進システムである帯電セイル(E-Sail)について,セイルのテザーに働く推力を数値的に評価した.著者らがこれまでに提案した手法を用いてテザー周りの電位分布を修正し、先行研究の手法に倣って再度見積もりを行った結果,5kVにおいてこれまでの推力評価値の66%程度となった.さらに,実際にPICシミュレーションを用いて,V_0=0.6から2kVの場合の推力値を計算した.見積もり値とPICシミュレーションの結果を比較したところ,PICの結果は見積もりよりも大きな推力値となった.

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Spacecraft instruments or components that have mechanically moving part generate undesired disturbances and thus affect spacecraft performance such as pointing stability of mission payloads. With the growing demand for high pointing accuracy in observation satellites, these disturbances are now emerging as a major cause of pointing stability deterioration. In recent years, multi-axis vibration isolation systems have been required and installed in observation satellites to attenuate complex transmission of dynamic internal disturbances. In this paper, a Stewart-platform-based vibration isolation system aiming at next-generation geostationary observation satellites is proposed. This system consists of the six isolator struts which support a mission payload against a satellite main body and isolates disturbance transmission in six degrees of freedom. To design this system, the transmissibility matrix which characterizes the performance of multi-axis vibration isolation is firstly derived from a simple dynamic model. Valid physical parameters such as single isolator dynamic stiffness and geometric layout of the platform are examined and a prototype of the vibration isolation system is developed based on this result. Experimental results show that the prototype accomplished 1/10 vibration transmissibility in six degrees of freedom above 20 Hz across the board. Also, compatibility to mechanical environment was demonstrated through the vibration and shock testing under specific environmental profiles.

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ロケット打上時において,宇宙機やその搭載機器は厳しい振動環境に曝されており,近年の宇宙機軽量化や開発コスト削減の観点から,振動環境の低減による設計制約の緩和や試験省略は重要な課題である.しかし,宇宙機の振動環境低減技術は個々に対するオーダーメイドの形でしか提案されていない現状にある.また,他業界で一般的に利用されるような汎用性のある防振アイソレーターを宇宙機へ適用することは,宇宙特有の厳しい環境条件に対しては困難であり,利用実績がほとんどない.したがって,本研究では様々な搭載機器に汎用的に利用可能な防振アイソレーターの開発に向けた基礎検討を行う.防振アイソレーターには宇宙環境にも耐えうるよう金属材料を用いることとし,その性能を解析により評価した.解析の結果から,本研究における防振アイソレーターは必要とされる防振機能を有し,さらに,準静的荷重による破損や累積疲労損傷による破壊を生じないとする構造的性能を十分に満足する解析結果を得ることができた.

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Electric sail uses natural solar wind plasma stream to generate a propulsive force and it allows a spacecraft to perform orbit transfer with small reaction mass. The aim of this paper is to investigate the performance and feasibility of electric sail kinetic impactor for asteroid deflection missions. Asteroid mitigation scenario and simulation model for electric sail are given. Through detailed studies using numerical simulations, performance of electric sail kinetic impactor is emphasized.

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近年,宇宙空間に存在するデブリが急増しているため,除去が必要である.しかし,デブリは通信機器などが存在しない非協力対象であるため,デブリからの位置情報が得られない。そのためチェイサー側で自律的に位置を推定する技術が必要不可欠である.本論文では角度情報しか得られない相対航法時において,逐次最小二乗法を用いたデブリ推定手法を提案する.また,デブリ近接時には角度情報を用いただけでは観測量の可観測性が低下し,軌道推定が困難になる.そこで,軌道マヌーバを組み合わせた手法について提案し,その結果を報告する.

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本論文では,太陽-地球-月-宇宙機からなる制限4体系を,太陽-地球-宇宙機系と地球-月-宇宙機系の2つの制限3体系を結合したモデルを用いて,地球周回低軌道および月周回低軌道を境界条件として与える月遷移軌道の設計を行う.そのために,太陽-地球-宇宙機系では,地球近傍のチューブ(不変多様体)の構造を調べることで地球周回低軌道を離れる出発軌道を提案し,地球-月-宇宙機系においては,月近傍のチューブを調査することによって,月周回低軌道に輸送される到着軌道を見出す.それぞれの系において導出した軌道が接続点で滑らかにつながるように月遷移軌道を設計する.最後に,必要となるΔVについて他の手法と比較を行い,本論文による軌道の有効性を示す.

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短期間かつ高信頼度での開発が求められる超小型衛星では,ハードウェア,およびソフトウェアにおいて実績品を再利用することが有効である.しかし,衛星によって構造やミッションが異なることから,ソフトウェアは各機関が毎回個別に開発することが多い.そこで本研究では,姿勢制御系ソフトウェアのモジュールを衛星の構造に応じて自動生成するシステムの構築を行った.これにより,多様な超小型衛星において再利用性の高い姿勢制御系ソフトウェアを実現する.

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宇宙航空分野では新しいビジネスモデルが生み出され、新規参入企業により活況を呈している.この市場はグローバルな競争にさらされ、効率性・コスト・品質・安全性・国際基準準拠などの多くの課題が発生している.また新規機能や新規サービスの実現へイノベーションが次々と生まれているが、それはシステムをより複雑なものとし、開発はより困難なものとなりつつある.つまり開発環境におけるイノベーションも同時に求められているのである.モデルベース開発(Model Based Development:MBD)は自動車業界で発展した開発プロセスであるが、宇宙航空業界においてはMBSEなどと結びついてさらに有効な手法となっている.本著では、宇宙航空分野における開発におけるMBDの特長と事例について紹介し、その有効性を明らかにする.

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本研究では,超小型衛星の姿勢制御性能向上を目指して形状可変式姿勢制御の提案を行う.これは,衛星構造の駆動可能部分を利用して,その部分を駆動することに伴う衛星本体への反トルクによって姿勢制御を行うというものである.エネルギー効率,姿勢安定度と迅速性の両立性といった点で,このような方式は従来のリアクションホイールなどを用いた方式に対する優位性を持つ可能性がある.解析とこの方式が有用になると考えられるミッションシーケンスを設定した数値計算によって,これらのメリットを確かめている.

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The 4th-made satellite in STARS-project, "STARS-E", which is occupied in development of tethered satellite, has been developed with the aim of the orbital elevator satellite. STARS-E is an ultra-small satellite, that size is roughly 50cm cubic and weight is 50kg class, and it is considered as the mission that about 2km of tether extension and a robot to up and down the tether. Among the various mechanisms that are used in satellite, I attention to the separation mechanism that separate mother-satellite and daughter-satellite. And I proposal and study about design alternatives of retention mechanism that hold 2 satellites of mother-satellite and daughter-satellite, each mass consists of 25kg, and injection(separation) mechanism that able to extension the tether, about 2km, using a compression spring.

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Including the development of the International Space Station, space development, such as launch its own satellite in each country it is developed. Among them, ultra-small satellite than artificial satellite ever be developed and manufactured at low cost and short period of time, observations and satellite - is attracting attention as a method of a new space development by possible communication between the grounding. By space development has become familiar, in the universities and technical colleges began to research and development of ultra-small satellites are actively carried out. This time, Nohmi laboratory at the University, a member consisting Yamagiwa laboratory, to develop the ultra-small satellite "STARS-C" project was started. This project was selected in chance of being released from the Japanese Experiment Module "Kibo" of the International Space Station that Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) has been public offering. Stars-C to be launched this time, is composed of two satellites (2U) ultra-small satellite of each 10cm class. The mechanism, after release, two satellites which are coupled to separate between the universe, the mounted tether simultaneously to 100m extended to control the attitude. It should be noted that with such a mechanism, contained the device to the 10cm class, and it is very difficult to assemble. Or more than, I development of the above mechanism, the device rests housing of the design, and performed the evaluation. Also, we have to simulate the behavior of the universe in consideration of the attitude control of the satellite.

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今日,衛星ミッションが複雑化し,状況監視のニーズが高まっている.宇宙機から分離し独立した視点で監視を実現する分離カメラへの関心が高まっているが,こうした状況の中,高解像度で高頻度の画像取得が求められている.しかし,高解像度画像を取得した際,データ量が多く,分離カメラで用いる簡易な通信装置では,高頻度の画像伝送が困難である.そこで,画像圧縮をイメージセンサ内で実現する民生用高解像度イメージセンサを活用することで,実時間での高解像度画像の取得及び伝送を実現することを考えた.このような民生デバイスは撮像能力に加えて演算能力も有する分宇宙環境で適応性,特に放射線耐性に関して不安が残る.そこで,本論文では,画像処理能力を内蔵した民生撮像デバイスの放射線耐性について試験を行ったので報告する.

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In this paper, we suggest the antenna placement optimization method for the micro-satellite in consideration of an operation condition of the satellite and its earth station using a genetic algorithm (GA) for two purposes, maximizing a margin of its link design and reducing the burden from the communication system to the other subsystems of the satellite by reducing a control of the satellite's attitude or a gimbal of the antenna for an antenna's pointing to the earth station. We defined an evaluation function that calculates the mean bit rate in its design life expressed in the follow parameter, its transmitter antenna gain in the direction of the earth station and a free space propagation loss as a weighting. For optimizing, we consider to maximize this function's value, that is equal to maximize a mean C/N0 in design life. We adapted this optimization method to an amateur band antenna of a 50kg class micro-satellite called TSUBAME as its validation example. This optimization improved the margin of its link design about 2 times than a former model, its flight model.

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近年,宇宙開発が活発になり,故障した人工衛星の修理や回収などの軌道上でのロボット作業が検討されている。このような作業を、コスト圧縮のために低コストで実現できる小型衛星の活用が期待されている。また、接触を伴う作業の場合、適切な接触制御を行う必要があるが,一般的には機能停止した衛星は姿勢制御が行えず,専用の把持機構を持たない非協力対象であるので、その接触には高度な演算能力が求められる。そこで、本研究では小型衛星搭載可能で高度な演算能力を備えた計算機であるBoCCHAN-1を用いて微小重力模擬実験装置を開発し,非協力ターゲットに対して接触制御を行い,接触維持が小型計算機で実現できることを目指した.

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A vibrating membrane behavior induced by an impact loading is measured by photogrammetry using a grating projection method, and a spatial distribution characteristic of the displacement spectrum magnitude on the vibrating membrane surface is investigated. Three membrane models, which are a flat membrane model, a wrinkled membrane model and a miura-ori membrane model, are treated. The results show that the spatial distribution of the logarithmic magnitude of the spectra on the vibrating membrane surface has a similar distribution characteristic regardless of the existence of wrinkles and creases, while the vibration characteristics, which are a flexural wave propagation and a natural frequency, are sensitive to the membrane surface features.

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This report describes some numerical analysis by finite element method with quarter-point element. To obtain the stress intensity factor which is important physical parameter to show the stress singularity near the crack tip, by the finite element method, some finite element formulations exist. In this report, we use the quarter-point element.

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It is necessary to develop satellite with large diameter reflectors to offer high communication services, or to obtain image pictures with high resolution for radio astronomy. The purpose of this study is establishment of cable network structure integrated with compression members for 10m class deployable precise and large antenna reflectors. The cable network is a key theory to make prerace parabola surface. In this study, we propose design method for cable network structure integrated with compression members. In the design process of the cable network systems, many parameters and conditions are required to be determined such as extension rigidity of cable and compression member, cable network topologies and tie cable tensions. We suggested the new design method that introduced cable adjustment. As the result of this study, we showed the design guidelines of reduction deformation of supporting structure and reflection area loss using numerical analysis. And, it is possible to reduce the deformation of the support structure. Even when many number of facets, proposed the design method inclusive cable network compression member maintain tension balance.

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本研究ではレールファスナで結合されたバイコンベックスブームの伸展収納挙動を実験的に評価した.バイコンベックスブームは軽量,高剛性,高収納性といった優れた特徴を持つ伸展ブームである.本研究ではコンベックスブームをレールファスナで結合して閉断面を形成する方法を提案する.そして,その試作機を用いた吊り下げ重力補償の伸展収納試験を行い,レールファスナを用いたバイコンベックスブームの伸展収納挙動を評価した.その結果,ブームの潰れた状態から円形断面への復元力が低く,ブームが屈曲する現象が見られた.そこで伸展収納機構にガイドを追加することでブームの円形断面への復元力を高めると,ブームの剛性が高められ正常に伸展収納が可能であることを示す.

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近年,衛星搭載のアンテナや太陽電池パネルは,観測周波数の高周波化や高感度化,大電力要求に対応するために,大型化かつ高精度化している.そこで,著者らは,地上ならびに軌道上で,大型構造物の形状を高速かつ高精度に計測する技術の研究開発に取り組んできた.これまで採用してきた基準面を用いたキャリブレーション法において,キャリブレーション過程と計測過程を完全に独立に行うことで,可搬型の計測装置を使った簡便な高精度計測を実現してきた.しかし,キャリブレーション過程と計測過程で,カメラ・プロジェクタ距離等の計測系諸元が変化することが容易に想定され,計測系の変化は計測精度に影響を及ぼす.そこで,本論文では,計測対象物そのものを基準面として利用し,変形のみを計測する手法を提案し,その実現可能性について考察した.

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