人工衛星ロケット学生による高高度への教育衛星

JAXA/他大学との連携
宇宙環境利用
宇宙機システム
深宇宙探査機
ロケット
人工衛星
国際宇宙ステーション
高高度落下実験
太陽光発電
打ち上げ機
微小重力実験
通信・地球観測・GPS・・
軌道変換機
超軽量宇宙
構造
水ロケット
教育・啓蒙
制御シス
テム
超大型宇宙
構造
水/LN2ロケット
学生による高高度への教育衛星
（CANSAT等）打ち上げ
帯電特性計測
衛星システム
主な研究課題
|
|
人工衛星を対象とした研究課題
y
超軽量宇宙構造に関する基礎的研究
y
軽量・大型宇宙展開構造の研究
y
展開宇宙構造の高信頼化に関する研究
y
衛星システム・コンステレーションの高度化に関する研究
y
人工衛星表面材料の内部帯電に関する研究
ロケットを対象とした研究課題
y
Hydro/LN2 ロケットエンジンに関する研究
y
実用 Hydro/LN2 ロケットシステムに関する研究
超軽量宇宙構造に関する基礎的研究
D
1
超軽量宇宙構造を創生する新たな構造トポロジ
M 薄板の面内剛性を利用した構造トポロジーと実用的展開構造
1 物への適用に関する研究（ M2：実験、試作設計・評価、理論
解析、数値シミュレーション)
B
1
薄板の面内剛性を利用した展開構造の設計と特性評価
（2009: B4:実験、試作設計・評価、数値シミュレーション）
B
2
超軽量展開パネル構造の設計と特性評価（2010: B4実験、
試作設計・評価、数値シミュレーション）
B
3
曲率を持つ薄板構造の変形モード抑制法に関する研究
（2010: B4実験、試作設計・評価、数値シミュレーション)
Ｍ展開型張力安定化構造に関する研究（２０１１新設テーマ）
２
Ｍ伸長膜要素を用いた新たな展開構造トポロジーに関する研究
3
B 生物形態の宇宙展開構造への応用に関する研究（2010:
4 B4 数値シミュレーション)
D
2
機械設計と電気設計の同時最適化
SPRINT-A
c JAXA
軽量・大型宇宙展開構造の研究
D
3
超軽量・大型展開アンテナの設計法
M ケーブル構造で構成した衛星搭載用アンテナの軽量設計法の検
1
討（M2：実験、試作設計・評価、理論解析、数値シミュレーション）
B
1
大型展開アンテナの軽量化を実現する展開支持構造に関す
B
2
軽量展開宇宙構造の展開特性に及ぼすヒンジ摩擦およびク
る研究 (2009:B4：実験、試作設計・評価、理論解析)
リアランスの影響に関する研究（2009: B4：試作設計・評価、
数値シミュレーション）
B
4
高剛性ケーブルネットワーク構造の安定化に関する研究
（2010 B4：試作設計・評価、数値シミュレーション）
M 階層モジュラー構造による大規模構造の構築法に関する研究
2
B 超軽量展開支持構造の設計と特性評価（2010 B4：試作設
1
計・評価、数値シミュレーション）
M ホモロジ構造(構造変形モードと機能阻害モードの分離）設計法に
3 関する研究
B
1
ホモロジー設計による支持構造の極限軽量化に関する研究
（2010 B4：試作設計・評価、数値シミュレーション）
展開宇宙構造の高信頼化に関する研究
D 高精度地上試験評価法に関する研究
4
M 下方支持による重力補償装置の重力補償特性に関する研究
1
(2010 M1:実験、試作設計・評価、理論解析）
B
1
展開構造物の展開特性に及ぼす重力補償特性の影響に
B
2
下方支持による重力補償装置の開発（2009 B4：実験、試
B
3
展開構造物の展開特性に及ぼす重力補償特性の影響に
関する研究（2009:B4：理論解析、数値シミュレーション）
作設計・評価、理論解析）
関する研究（2010:B4：理論解析、数値シミュレーション）
【継続テーマ】
Ｄ柔軟大規模宇宙構造の解析法に関する研究
5
M Corrotational-FEMによる展開宇宙構造の解析法に関する研
１
究（次年度新規テーマ）
衛星システム・コンステレーションの高度化に関
する研究
D
6
Formation Flight 衛星システムに関する研究
M
1
磁気フォーメーション・フライト方式を用いた近距離相対位置及び姿
勢制御に関する研究（ M2：理論解析、数値シミュレーション
B
1
D
7
軌道上環境保全に関する研究
M
１
デブリ捕獲衛星関する研究
B
1
小型衛星による微小デブリ回収のための膜構造に関する研究
(2009/2010 B4：実験、試作設計・評価、理論解析)
c JAXA
各研究テーマの概要
D1-M1 薄板の面内剛性を利用した構造トポロジーと実用的展開構造物への適用に関する研究：
紙をわずかに曲げると立ち上がる。
トランプを互いに寄せ合うとピラミッドができる。これは薄い板へ加わる荷重をわずかな面外剛性へ伝えるのではなく、桁違いに大きな面内
剛性に伝える、というメカニズムである。本研究では、薄板に曲率を与え、その形状を制御することで、これまでにない、軽量な構造を構成
できることを、理論的に示し、概念モデルによってその効果を検証すると同時に、その応用として小型衛星へ用いる太陽電池パドル構造
へ適用する。（M2:矢口 2010）
D1-M1-B1 薄板の面内剛性を利用した展開構造の設計と特性評価：小型衛星へ適用する軽量太陽電池パドル構造の展開様式
と薄板に曲率を与えるための構造構成法を検討し、試作モデルによりその妥当を検証した。合わせて、振動および静荷重に有効な
モード形状の制御方法を示した。（B4:中子 2009）
D1-M1-B2 超軽量展開パネル構造の設計と特性評価：機能材料、構造材料、機構を統合した統合化設計（Integrated
Structure) の適用例として、薄膜パネルと、ＳＴＥＭ、ケーブルを組み合わせた展開構造モデルを考案、試作し、その構造特性を有
限要素モデルも合わせて用い、評価する。(B4:竹内 2010)
D1-M1-B3 曲率を持つ薄板構造の変形モード抑制法に関する研究（ＪＡＸＡ共同研究）：ＪＡＸＡ小型科学衛星SPRINT-Aのサブ
ミッションへの搭載を前提に、薄板に曲率を付与して負荷質量をできるだけ与えずに剛性を飛躍的に向上させる構成を提案、その
効果を概念モデル、構造検証モデルの振動試験によって評価する。 (B4: 井上 2010)
D1-M２伸長膜要素を用いた新たな展開構造トポロジーに関する研究:：薄膜の伸長特性を利用した展開収納構造の新たな概念を創
出し、その特性と応用例を示す。
D1-M2-B1 生物形態の宇宙展開構造への応用に関する研究：こうもりの羽の収納メカニズムを構造力学、材料力学、機構学の視
点で分析し、収納展開をスムーズに行うための展開収納メカニズムと、宇宙展開構造への応用方法について検討する。(B4: 塙
2010)
各研究テーマの概要 (CONT’D)
D3-M1ケーブル構造で構成した衛星搭載用アンテナの軽量設計法の検討：１０ｍを超える大型展開アンテナ反射鏡面は、面積あ
たりの質量が0.5kg 程度であり、ゴッサマ構造（ゴッサマ：クモの糸や、風にたなびく絹の布）と言われる。このような構造では、形状
を成立させるために必要最低限の材料で構造を軽量化する必要がある。本研究では、世界最大、最軽量のアンテナ反射鏡を超え
る構造を提案する。目標面積密度は0.2kgであり、非線形構造特性の最適化により初めて実現する。（M2:觀音寺 2010）
D3-M1-B1 大型展開アンテナの軽量化を実現する展開支持構造に関する研究: アンテナ反射鏡面構造の軽量化技術を俯瞰
し、現時点で最軽量のアンテナ構造の特性を材料力学的な視点から体系づけ、最適化の指針を立論する。それらを踏まえ、世
界最軽量アンテナの展開支持構造の設計概念を創出し、試作モデルで、その妥当性を検証する。（B4:奈良 2009）
D3-M1-B2軽量展開宇宙構造の展開特性に及ぼすヒンジ摩擦およびクリアランスの影響に関する研究: ETS-VIII（きく８号）の
15mアンテナは、軌道上で無事に展開したが、得られた軌道上展開特性と比較すると、地上試験結果に基づいて解析予測した
展開特性には 40％程度の誤差が含まれていた。この誤差が解析に考慮できなかったヒンジのクリアランスおよび摩擦モデル
の不適切によるものと推定し、ヒンジのクリアランスおよび摩擦モデルの展開特性に与える影響を評価する。（B4:森 2009）
D3-M1-B3 高剛性ケーブルネットワーク構造の安定化に関する研究: 伸び剛性の高いケーブル構造でテンション・トラス構造
を構成する場合に、支持構造の変形モードがケーブル構造の安定にどのような影響を与えるか、調べ、ケーブル構造の安定
性に影響を与えない支持構造の変形モードおよび、最低限必要な剛性を明らかにする。（B4:黒川、M2觀音寺 2010）
D3-M2 階層モジュラー構造による大規模構造の構築法に関する研究
D3-M1-B3 階層モジュラー構造による超軽量展開支持構造の設計と特性評価 : フラクタルパターンの応用例として、階層モ
ジュラ構造に基づいたモジュール構造の構築を行い、単位モジュールの特性評価で全体構造特性を明らかにすることができる、
スケーラブル構成設計法の提案を行う。（B4:黒川 2010)
D3-M3 ホモロジ構造(構造変形モードと機能阻害モードの分離）設計法に関する研究
D3-M3-B4 ホモロジー設計による支持構造の極限軽量化に関する研究 :ホモロジー設計を応用した極限軽量化設計の例とし
て、ケーブル構造が張力状態を維持することを制約条件として、支持構造の剛性配分を最適化し、トポロジーを含めた最適化
設計を行う。（B4:我謝 2010)
各研究テーマの概要 (CONT’D)
D4-M1下方支持による重力補償装置の重力補償特性に関する研究：１０ｍを超える展開宇宙構造に作用する重力の
影響は、自分自身の展開力の1万倍以上になる。このような構造の評価は台風の中で団扇の風力を測定しているよう
なものである。また、地上展開試験を実施するには展開構造物の規模より一回り大きい規模の試験装置を構築する必
要がある。今後、数１０ｍ以上の規模の展開構造物を試験するためには、新たな重力補償装置を実現する必要がある。
吊り下げを下方支持にするだけで、地上試験装置の規模は大幅に縮小することが可能である。しかしながら、従来の
下方支持送致では3次元展開に適用できない。そこで、インフレータブル構造を応用した下方支持装置を開発する。
（M1:植田 2010）
D4-M1-B1 下方支持による重力補償装置の開発：吊り下げを下方支持にするだけで、地上試験装置の規模は
大幅に縮小することが可能である。しかしながら、従来の下方支持送致では3次元展開に適用できない。そこで、
インフレータブル構造を応用した下方支持装置を開発する。（B4:植田 2009）
D4-M1-B2 展開構造物の展開特性に及ぼす重力補償特性の影響に関する研究：下方支持装置を実際の軽
量アンテナ構造に適用した場合の特性を数値シミュレーションで解析する。その結果を従来の吊り下げ式の重
力補償装置と比較した場合と比較することで、下方支持装置の有用性と問題点を検討する。（B4:竹下 2009）
D4-M1-B3 展開構造物の展開特性に及ぼす重力補償特性の影響に関する研究：展開構造の展開特性に及ぼ
す重力の影響は極めて顕著であり、展開構造の持つ特性に合わせて適切な方法をとることが必要であるが、こ
れまでの多くの地上展開試験では、試験を成立させることのみが目的になっており、有効な重力補償方法が適
用されているか十分に検討された例が少ない。本研究では、展開特性と重力補償特性を理論的に考察し、重
力補償方法の最適化について検討する。（B4:近藤 2009/ B4 石本2010 継続テーマ）
各研究テーマの概要 (CONT’D)
D6-M1 磁気フォーメーション・フライト方式を用いた近距離相対位置及び姿勢制御に関する研究：
複数衛星を編隊飛行させることで、これまでに不可能であったミッションが実現可能になる。超長基
線や、超高精度アライメントはその一つである、X線望遠鏡の性能を飛躍的に向上させるためのア
ライメント精度の実現を可能とする近距離FFの制御技術を提案する。（M2:山崎）
D7-M1 デブリ捕獲衛星関する研究
D7-M1-B1小型衛星による微小デブリ回収のための膜構造に関する研究：デブリ捕獲は、軌道
上の環境保全にとって急務である。本研究では、エアロゲルを膜面状に展開したトロール漁法
式のデブリ捕獲衛星を対象にする。厚みのある膜を折り畳む方法論はこれまで研究された例
がない。本研究では、折りたたみパターンに応じた形状パラメータの最適化手法について提案
する。（B4:小池 2009）【継続】
外部連携テーマ
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超大型展開アンテナの研究（東工大/京大：科研費テーマ:2009 - ）
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薄型電池パドルの開発研究（ＪＡＸＡ共同研究 2010- ）
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D1-M２展開型張力安定化構造に関する研究
超大型展開アンテナ（３０ｍ）の開発（ＪＡＸＡ開発に参加 2008 - ）
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D1-M1 薄板の面内剛性を利用した構造トポロジーと実用的展開構造物への適用に関する研究
観測ロケットによる環状展開構造実験（東大生産技術研究所共同参加 2010 -）
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D1-M1 薄板の面内剛性を利用した構造トポロジーと実用的展開構造物への適用に関する研究
ＳＰＲＩＮＴ−Ａ搭載ＥＤＴパドルの開発（ＪＡＸＡ開発に共同参加 2010 -）
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D3-M1ケーブル構造で構成した衛星搭載用アンテナの軽量設計法の検討
D3-M2 階層モジュラー構造による大規模構造の構築法に関する研究
D3-M3 ホモロジ構造(構造変形モードと機能阻害モードの分離）設計法に関する研究
D3-M1ケーブル構造で構成した衛星搭載用アンテナの軽量設計法の検討
D3-M2 階層モジュラー構造による大規模構造の構築法に関する研究
D3-M3 ホモロジ構造(構造変形モードと機能阻害モードの分離）設計法に関する研究
有限要素解析ツールの開発（ＪＡＸＡ/東大/京大/大阪府大・・・2008 - ）
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D5-M1 Co-rotational FEMによる展開宇宙構造の解析法に関する研究

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