IKAROS の成果およびソーラー電力セイル技術

第５４回宇宙科学技術連合講演会オーガナイズドセッション企画書
１．
セッション名： IKAROS の成果およびソーラー電力セイル技術
２．
オーガナイザ（所属機関情報含む）：森治（JAXA）
３．
セッションの概要（目的・意義・内容など）：
小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」の設計およびフライト結果にかか
わる講演、さらに、将来のソーラー電力セイル技術の基礎・応用研究にかか
わる講演を広く募集する。
４．
セッション形式（講演のみか、パネルディスカッション等を含むか）と構成、発
表時間、件数：
-
５．
講演のみ。
１講演 15-20 分程度とする（発表件数によって調整する）。
個別発表課題と発表者、所属：
１「小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」の開発・運用概要」森治（JAXA）
２「ソーラー電力セイルによる木星圏探査計画」船瀬龍（JAXA）
３「IKAROS セイル展開ミッションの軌道上結果について」澤田弘崇（JAXA）
４「IKAROS セイル膜の展開初期シミュレーションと軌道上結果」奥泉信克(JAXA)
５「IKAROS セイル膜の一次展開シミュレーションと軌道上結果」白澤洋次（東大）
６「IKAROS のセイル膜の二次展開シミュレーションと軌道上展開結果」宮崎康行（日大）
７「数値動解析に基づく IKAROS セイル膜の一気展開の制御則の構築」坂本啓（東工大）
８「IKAROS セイル撮影のための分離カメラシステムと軌道上結果について」松永三郎（東工大）
９「ソーラーセイル展開膜の折りたたみ・収納・展開方式の検討」古谷寛（東工大）
１０「膜面の折り畳みとソーラーセイルの基本構造」名取通弘（早大）
１１「テザー制御型スピンソーラーセイルのためのバーチャルストラクチャ法を用いた姿勢制御に
ついて」松永三郎（東工大）
１２「IKAROS の膜面製作」遠藤達也（JAXA）
１３「小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）における大面積ポリイミド薄膜の開発」宮内雅彦
（カネカ）
１４「IKAROS における薄膜発電システムの軌道上実験」田中孝治（JAXA）
１５「小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）の太陽光圧による加速実証について」池田人
（JAXA）
１６「光圧による姿勢ドリフトを利用した IKAROS の軌道制御手法」三桝裕也（九大）
１７「小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS における誘導設計手法」中宮賢樹（JAXA）
１８「IKAROS における姿勢軌道ダイナミクス同定」津田雄一（JAXA）
１９「IKAROS の姿勢計画と軌道上運用結果」佐伯孝尚（JAXA）
２０「IKAROS VLBI 実験の概要と成果」竹内央（JAXA）
２１「太陽光圧を利用したスピン型ソーラーセイルの姿勢制御手法の IKAROS による軌道上実験結
果」船瀬龍（JAXA）
６．
その他（一般講演からの追加を受け入れるか、実行委員会への要望、等）：
-
一般講演も追加する。
１１月１８日を希望する（ただし、発表件数によって 2 日に分ける可能性もある）。
＜プログラム案（概要）＞
第 1 セッション（IKAROS-1）
11 月 18 日（木）8:50-10:10（S 会場：風）
司会：名取通弘（早大）
１「ソーラー電力セイルによる木星圏探査計画」船瀬龍（JAXA）
２「小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」の開発・運用概要」森治（JAXA）
３「IKAROS の膜面製作」遠藤達也（JAXA）
４「小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）における大面積ポリイミド薄膜の開発」宮内雅彦（カ
ネカ）
第 2 セッション（IKAROS-2）
11 月 18 日（木）13:20-15:00（S 会場：風）
司会：土屋和雄（同大）
５「IKAROS における薄膜発電システムの軌道上実験」田中孝治（JAXA）
６「IKAROS セイル展開ミッションの軌道上結果について」澤田弘崇（JAXA）
７「IKAROS セイル膜の展開初期シミュレーションと軌道上結果」奥泉信克(JAXA)
８「IKAROS セイル膜の一次展開シミュレーションと軌道上結果」白澤洋次（東大）
９「IKAROS のセイル膜の二次展開シミュレーションと軌道上展開結果」宮崎康行（日大）
第 3 セッション（IKAROS-3）
11 月 18 日（木）15:10-16:50（S 会場：風）
司会：石村康生（JAXA）
１０「数値動解析に基づく IKAROS セイル膜の一気展開の制御則の構築」坂本啓（東工大）
１１「IKAROS セイル撮影のための分離カメラシステムと軌道上結果について」松永三郎（東工大）
１２「ソーラーセイル展開膜の折りたたみ・収納・展開方式の検討」古谷寛（東工大）
１３「膜面の折り畳みとソーラーセイルの基本構造」名取通弘（早大）
１４「IKAROS VLBI 実験の概要と成果」竹内央（JAXA）
第 4 セッション（IKAROS-4）
11 月 18 日（木）17:00-18:40（S 会場：風）
司会：竹内央（JAXA）
１５「小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）の太陽光圧による加速実証について」池田人（JAXA）
１６「IKAROS における姿勢軌道ダイナミクス同定」津田雄一（JAXA）
１７「IKAROS の姿勢計画と軌道上運用結果」佐伯孝尚（JAXA）
１８「小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS における誘導設計手法」中宮賢樹（JAXA）
１９「光圧による姿勢ドリフトを利用した IKAROS の軌道制御手法」三桝裕也（九大）
1
＜プログラム案（詳細）＞
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１
【講演題目】
ソーラー電力セイルによる木星圏探査計画
【著者】
船瀬龍，川口淳一郎，森治，津田雄一，佐伯孝尚，澤田弘崇
【講演概要】
現在 JAXA では，小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS の軌道上技術実証実験結果を踏まえて，ソー
ラー電力セイルを用いた木星圏探査ミッション（中型セイル計画）を計画中である．
中型セイル計画では，ソーラーセイルによる光子加速と，電力セイルから得られる大電力によって高比
推力の電気推進機関を駆動するハイブリッド推進方式を用い，木星およびトロヤ群小惑星を探査する．
本ミッションでは，IKAROS よりさらに大型のセイル（50m 級）の展開技術，電力セイルによる大電力
発電技術，高比推力電気推進機関の実証の他，深宇宙探査に必要な様々な工学技術の実証を行う．また，
惑星間軌道を長期間飛翔する機会を利用した各種理学観測ミッションや，オービタによる木星周辺環境
観測ミッション，トロヤ群小惑星へランデブすることによる接近観測ミッション等も実施する．
本講演では，これらのミッションの概要及び検討状況について報告する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
２
【講演題目】
小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」の開発・運用概要
【著者】
森治，津田雄一，澤田弘崇，船瀬龍，山本高行，佐伯孝尚，米倉克英，南野浩之，星野宏和，
遠藤達也，森本睦子，川勝康弘，川口淳一郎
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」は，将来の木星圏探査ミッションを実現するソーラー電力
セイル探査機の開発リスク軽減のフロントローディングとなり，同時に単独ミッションとしても世界
初・世界最先端の技術実証を実現するために計画された．2007 年秋に開発を開始し，2010 年 5 月 21 日
に打ち上げられた．本講演では，IKAROS のバス・ミッション系の開発および運用の概要を報告する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
３
【講演題目】
IKAROS の膜面製作
【著者】
遠藤達也，三桝裕也，横田力男
【講演概要】
IKAROS の膜面は、幅 90ｃｍのロール状の片面アルミ蒸着ポリイミドを貼り合わせてペタルと呼ばれる
台形の膜面 4 枚から構成される。各ペタル同士はベルクロを貼りつけたブリッジと呼ばれるＡ５程度の
2
長方形の小さなポリイミド膜で結合されている。また、膜面にはダストカウンターＡＬＤN，薄膜太陽電
池、帯電計測パッチ、液晶デバイス、温度計、FPC ハーネスが搭載されている。本講演では、膜面の製
造、ミッション機器の搭載、各種試験などの開発経過を紹介する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
４
【講演題目】
小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）における大面積ポリイミド薄膜の開発
【著者】
宮内雅彦，安藤あゆみ，風間健一，鈴木基妥，石田雄一，岩田稔，島村宏之，石澤淳一郎，横
田力男
【講演概要】
これまでに我々は、非対称構造を有するポリイミドフィルムの分子構造が熱的・機械的性質ならびに宇
宙環境特性に与える影響について報告してきた。今回、２０１０年５月に打ち上げに成功した世界初の
一辺１５ｍ正方形状小型ソーラー電力セイル（IKAROS）において、我々がこれまでに開発した新規熱
可塑性ポリイミド薄膜の熱的・機械的物性ならびに、大面積膜材の製造方法、および耐宇宙環境性につ
いて報告する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
５
【講演題目】
IKAROS における薄膜発電システムの軌道上実験
【著者】
田中孝治、相馬央令子、細田聡史、イカロスプロジェクトチーム
【講演概要】
平成２２年５月２２日に打ち上げられた、小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」には膜面に薄膜
太陽電池を搭載している。軌道上での発電実験に関して報告する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
６
【講演題目】
IKAROS セイル展開ミッションの軌道上結果について
【著者】
澤田弘崇（JAXA）
，森治，奥泉信克（JAXA）
，白
澤洋次（東大），宮崎康行（日大）
，名取通弘（早
大）
，松永三郎，古谷寛，坂本啓（東工大）
【講演概要】
2010 年 5 月，小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS が打ち上げられた．IKAROS はスピン型探査機
であり，その遠心力を利用して準静的な一次展開と動的な二次展開にわけてセイルを展開する．IKAROS
で開発された展開機構は軌道上で全て正常に動作し，6 月 9 日にセイルの開発を成功したことを確認した．
本稿では IKAROS の展開機構および，軌道上での展開実験結果について報告する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
3
７
【講演題目】
IKAROS セイル膜の展開初期シミュレーションと軌道上結果
【著者】
奥泉信克(JAXA)，白澤洋次(東大院)，澤田弘崇，森治(JAXA)，羽染円絵(東海大)
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS のセイル膜の４角には，膜面に遠心力を負荷するための先端マ
スが取り付けられている．セイル展開初期に，実証機に固定された先端マスを分離すると，遠心力下で
セイル先端部が過渡振動する．その挙動を確認するため，セイル先端部の力学特性を計測し，先端マス
分離時挙動の数値シミュレーションを実施した．シミュレーション結果と軌道上で先端マス分離時に得
られた各種データとを比較検証する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
８
【講演題目】
IKAROS セイル膜の一次展開シミュレーションと軌道上結果
【著者】
白澤洋次(東大)，坂本啓（東工大）
，澤田弘崇，奥泉信克，森治(JAXA)，羽染円絵（東海大）
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS のセイル膜の一次展開では，十字状に伸びる膜を支持するガイ
ド棒をモータで相対回転させることにより，膜の振動を励起させないよう準静的に膜を展開している．
この展開時の膜の挙動を予測するため，膜の力学特性を計測する実験および数値シミュレーションを実
施した．本稿ではこれらの解析結果および軌道上での一次展開結果について報告する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
９
【講演題目】
IKAROS のセイル膜の二次展開シミュレーションと軌道上展開結果
【著者】
宮崎康行（日大）
，白澤洋次（東大）
，森治，奥泉信克，澤田弘崇（JAXA）
，松
永三郎，牟田梓（東
工大）
【講演概要】
ソーラー電力セイル小型実証機 IKAROS のセイル膜構造の設計・開発の過程において実施した，数値計
算および真空層内でのスケールモデルの実験による二次展開の挙動予測と，軌道上での展開結果，なら
びに，それらから得られた知見について報告する．そして，それらをもとに，今後のソーラー電力セイ
ルにおけるセイル膜構造の設計・開発手法について簡単に議論する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１０
【講演題目】
数値動解析に基づく IKAROS セイル膜の一気展開の制御則の構築
4
【著者】
坂本啓，原口大輔（東工大）
，白澤洋次（東大院），森治（JAXA/ISAS）
【講演概要】
スピン安定型のソーラーセイル膜の展開方法として IKAROS での一次展開のように準静的に膜を繰り出
す方法もあるが，展開機構に不具合が生じた場合には，折りたたまれた膜を動的に展開する方法（一気
展開）に移行せざるを得ない．本研究では，数値解析を用いて一気展開を可能にする姿勢制御則を見出
し，構造パラメータの不確定性に対するロバスト性を評価する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１１
【講演題目】
IKAROS セイル撮影のための分離カメラシステムと軌道上結果について
【著者】
松永三郎，稲川慎一（東工大）
，木村真一（東京理科大）
，澤田弘崇（JAXA）
，
西原俊幸
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS はスピン遠心力を利用してセイルを無事展開した。その展開状
態の全体像を撮影するために、IKAROS 本体から小型カメラを放出し、撮影データを本体に無線で送信
できるシステムを開発した。それは、分離機構、分離カメラ部、送受信機、データ処理部から構成され
る。本稿では、そのシステム概要と軌道上で得られた結果について報告する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１２
【講演題目】
ソーラーセイル展開膜の折りたたみ・収納・展開方式の検討
【著者】
古谷寛，森治，澤田弘崇，奥泉信克
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１３
【講演題目】
膜面の折り畳みとソーラーセイルの基本構造
【著者】
名取通弘，山川宏，勝又暢久
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１４
【講演題目】
IKAROS VLBI 実験の概要と成果
【著者】
竹内央，McCallum Jamie，Reid Brett，Dickey John，Phillips Chris，山口智宏，栗原忍，谷本大
輔，Mercolino Mattia，Horiuchi Shinji，市川勉，吉川真，市川隆一，岳藤一宏，Ping Jinsong，
Liu Qinghui，Hong Xiaoyu，Hoban Timothy
5
【講演概要】
IKAROS VLBI 実験は、日本の深宇宙探査機としては初めて、DDOR(Delta Differential One-way
Ranging)計測専用の広帯域のマルチトーンを用いて探査機の天球面上における位置を正確に求めるため
のものである。本講演では、海外 VLBI 局と連携して行われた実験を通じて獲得した技術を総括すると
ともに、得られた計測精度について報告する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１５
【講演題目】
小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）の太陽光圧による加速実証について
【著者】
池田人，山口智宏，三桝裕也，津田雄一，吉川真
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）は 2010 年 5 月 21 日に、金星探査機（あかつき）と共に
H-IIA ロケット 17 号機で金星遷移軌道に投入された。クリティカルフェーズでは、膜面の１次展開・２
次展開を正常に実施し、セイルの展張に成功。分離カメラによるセイル全体の撮像にも成功した。定常
運用に移行後は、太陽光圧による加速度を評価するために精密軌道決定を実施し、惑星間航行において
光子による史上最大の加速度を実現していることが確認された。
これまでの探査機と比較すると、IKAROS は太陽光圧による加速度が非常に大きく軌道への影響が大
きいため、ソーラーセイル膜面の光学パラメータを含めた加速度モデルを正確に表現することが、軌道
決定を行う上ではもちろんのこと、探査機の航法という観点からも重要となる。柔軟構造物であるセイ
ル膜面の状態は、スピンレートや太陽角によっても変化すると考えられるため、打ち上げ前に膜面の光
学パラメータを精度良く求めることは難しく、軌道上での加速度モデルの推定・評価が重要となる。
IKAROS の軌道決定には、X 帯の 2way RARR (range and range rate)データを用いた。IKAROS は
スピン安定方式の探査機であるため、ドップラーデータに関してはスピンモジュレーションを除去して
軌道決定処理を行っている。このほか、探査機には VLBI 観測用の送信機も搭載されており、日本国内
局、オーストラリア局、ESA 深宇宙局等でΔVLBI 観測を実施する予定である。ΔVLBI と RARR 観測
データを組み合わせることで軌道決定精度が向上すると考えられる。
本講演では、IKAROS の初期運用フェーズ・定常運用フェーズにおける軌道決定結果、セイル展開後
の太陽光圧による加速度評価結果について報告する。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１６
【講演題目】
IKAROS における姿勢軌道ダイナミクス同定
【著者】
津田雄一，佐伯孝尚，三桝裕也，船瀬龍，山口智宏，中宮賢樹，白澤洋次，池田人
【講演概要】
2010 年 5 月 21 日に H2A17 号機で打ち上がった小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS は，同年 6 月
9 日にセイル完全展開を完了した．本稿は，このセイル展開後の太陽光圧が作用している状態での，
6
IKAROS の軌道・姿勢ダイナミクスついて論ずる．
IKAROS は太陽光圧を利用した軌道制御（ソーラーセイル）を実証することをミッション目的のひとつ
としており，宇宙機に作用する太陽光圧トルクおよび並進力を正しく把握することが，このミッション
の根幹技術となっている．
ソーラーセイルにおいては，姿勢運動と軌道運動は，太陽光圧を通して互いにカップリングしており，
IKAROS の実フライトにおいても，この関係を利用した姿勢軌道運用を行うことが必須となっている．
本稿では，実フライトデータをもとに，IKAROS の姿勢軌道ダイナミクスを同定し，姿勢運用へフィー
ドバックするプロセスについて紹介し，IKAROS のようなスピン型のソーラーセイルについて，実運用
から得られた知見を示す．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１７
【講演題目】
IKAROS の姿勢計画と軌道上運用結果
【著者】
佐伯孝尚，津田雄一，船瀬龍，三桝裕也，白澤洋次
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS」は 2010/5/21 に打ち上げられ，6/9 に膜の展開に成功した．
IKAROS の姿勢計画は，通信，電力，熱，光圧加速等の制約を考慮し，打ち上げ以前に検討されていた
が，打ち上げ後も運用実績を反映したアップデートを行ってきた．本講演では，IKAROS の姿勢計画の
概要と軌道上の姿勢運用の結果について述べる．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１８
【講演題目】
小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS における誘導設計手法
【著者】
中宮賢樹，津田雄一，川勝康弘
【講演概要】
小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS のソーラーセイル航行における誘導手法について報告する。
本研究は、将来の中型ソーラー電力セイルミッションに向けた、航行・誘導技術の獲得を目指したもの
である。IKAROS では電源・通信等の制限から厳しい姿勢制約があり、その条件下の軌道の制御可能範
囲を示す。次に、誘導上の重要なパラメータ（セイルの面積や反射係数等）の推定精度向上に合わせた
誘導更新の考え方を示す。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
１９
【講演題目】
光圧による姿勢ドリフトを利用した IKAROS の軌道制御手法
【著者】
三桝裕也，山口智宏，中宮賢樹，池田人，船瀬龍，佐伯孝尚，津田雄一，川口淳一郎
7
【講演概要】
2010 年 5 月に打ち上げられ，現在軌道上で稼働中の小型ソーラー電力セイル IKAROS では，光圧トル
クによる特有の姿勢ドリフトが観測されている．本論文においては，この光圧トルクによる姿勢ドリフ
トを利用した，スピンレートのみを変更することによる軌道制御手法について述べる．また，この軌道
制御手法を IKAROS の実運用上，どのように応用しているかに関して，実績とともに紹介する．
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
8

Download Report