JP2001114199A - 軌道上非協力物体の姿勢制御方法 - Google Patents
軌道上非協力物体の姿勢制御方法Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
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- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 網やテザー等の大掛かりなシステムによらず
に、簡単な方法で非協力物体の角運動量を減衰させるこ
とができる軌道上の非協力物体の姿勢制御方法を提供す
る。 【解決手段】 宇宙空間軌道上で自由運動を行っている
非協力物体１に他の衛星から角運動量を減らす方向から
投射物２を投射して衝撃を与えることにより、角運動量
を減らすことができる。その結果、非協力物体の運動を
シングルスピンもしくはさらに静止させるにすることが
てき、ロボットアーム等による捕獲が可能となる。
に、簡単な方法で非協力物体の角運動量を減衰させるこ
とができる軌道上の非協力物体の姿勢制御方法を提供す
る。 【解決手段】 宇宙空間軌道上で自由運動を行っている
非協力物体１に他の衛星から角運動量を減らす方向から
投射物２を投射して衝撃を与えることにより、角運動量
を減らすことができる。その結果、非協力物体の運動を
シングルスピンもしくはさらに静止させるにすることが
てき、ロボットアーム等による捕獲が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間軌道上で
タンブリングやニューテーションのような複雑な自由運
動を行っていて捕獲が困難な非協力物体の姿勢制御方法
に関する。
タンブリングやニューテーションのような複雑な自由運
動を行っていて捕獲が困難な非協力物体の姿勢制御方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙空間軌道上で複雑な自由運動を行っ
ている非協力な不具合衛星の回収・修理やスペースデブ
リの軌道外投棄のためには、まずその自由運動を行って
いる物体の捕獲が必要となる。これらの物体は、姿勢制
御が不可能であり、シングルスピンだけでなく、ニュー
テーションあるいはタンブリングを起こしているので、
捕獲衛星からロボットアームで捕獲することは困難であ
る。そこで、従来このような自由運動を行っている非協
力物体の捕獲を容易にするために、その角運動量を減衰
させさせる方法が種々検討されている。従来提案されて
いる方法として、綱・テザー等を非協力物体に巻き付け
ることによりそれ自体の運動量を減衰させる方法、又は
例えば、捕獲衛星のスピン軸を非協力物体のスピン軸に
一致させ、ロボットアーム等で運動に追従し、相対速度
をなくして捕獲する方法（例えば、特開平６−１２７４
９５号公報）などが提案されている。
ている非協力な不具合衛星の回収・修理やスペースデブ
リの軌道外投棄のためには、まずその自由運動を行って
いる物体の捕獲が必要となる。これらの物体は、姿勢制
御が不可能であり、シングルスピンだけでなく、ニュー
テーションあるいはタンブリングを起こしているので、
捕獲衛星からロボットアームで捕獲することは困難であ
る。そこで、従来このような自由運動を行っている非協
力物体の捕獲を容易にするために、その角運動量を減衰
させさせる方法が種々検討されている。従来提案されて
いる方法として、綱・テザー等を非協力物体に巻き付け
ることによりそれ自体の運動量を減衰させる方法、又は
例えば、捕獲衛星のスピン軸を非協力物体のスピン軸に
一致させ、ロボットアーム等で運動に追従し、相対速度
をなくして捕獲する方法（例えば、特開平６−１２７４
９５号公報）などが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、綱・テ
ザーを用いる方法では、そのために綱・テザーやその駆
動部分などの装置、技術を必要とし、全体が大掛かりな
システムとなる問題点がある。一方、ロボットアームな
どで非協力物体の運動に追従する方法は、非協力物体の
運動を外部から推定し、その運動に追従する必要がある
が、推定、追従制御が困難である問題点がある。
ザーを用いる方法では、そのために綱・テザーやその駆
動部分などの装置、技術を必要とし、全体が大掛かりな
システムとなる問題点がある。一方、ロボットアームな
どで非協力物体の運動に追従する方法は、非協力物体の
運動を外部から推定し、その運動に追従する必要がある
が、推定、追従制御が困難である問題点がある。
【０００４】そこで、本発明は、今後の宇宙環境安全等
に必要な故障衛星の修理やデブリの軌道外投棄にとって
重要となる上記問題点を解決しようとするものであり、
その目的とするところは、網やテザー等の大掛かりなシ
ステムによらずに、簡単な方法で非協力物体の角運動量
を減衰させることができる軌道上の非協力物体の姿勢制
御方法を得ることにある。
に必要な故障衛星の修理やデブリの軌道外投棄にとって
重要となる上記問題点を解決しようとするものであり、
その目的とするところは、網やテザー等の大掛かりなシ
ステムによらずに、簡単な方法で非協力物体の角運動量
を減衰させることができる軌道上の非協力物体の姿勢制
御方法を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題の
解決策として、非協力物体の運動を完全に静止させるこ
とができないものの、シングルスピンにすることができ
ればロボットアームで捕獲することは現実的に可能であ
るとの見識から研究した結果、まずニューテーション、
タンブリングしている物体に適切なタイミングでロボッ
トアーム若しくは何か物体を投射することにより衝撃を
何回か与えることにより、徐々にニューテーションを止
め、シングルスピンにすることを知得し、本発明に到達
したものである。
解決策として、非協力物体の運動を完全に静止させるこ
とができないものの、シングルスピンにすることができ
ればロボットアームで捕獲することは現実的に可能であ
るとの見識から研究した結果、まずニューテーション、
タンブリングしている物体に適切なタイミングでロボッ
トアーム若しくは何か物体を投射することにより衝撃を
何回か与えることにより、徐々にニューテーションを止
め、シングルスピンにすることを知得し、本発明に到達
したものである。
【０００６】即ち、上記問題を解決する本発明の軌道上
非協力物体の姿勢制御方法は、該非協力物体に他の衛星
から投射物を投射することにより、衝撃を与えて姿勢運
動を制御することを特徴とするものである。前記投射物
は、デブリを作らないために、テザーによりつながれて
いて、衝突後回収され再投射できるようにする。
非協力物体の姿勢制御方法は、該非協力物体に他の衛星
から投射物を投射することにより、衝撃を与えて姿勢運
動を制御することを特徴とするものである。前記投射物
は、デブリを作らないために、テザーによりつながれて
いて、衝突後回収され再投射できるようにする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。図１は、本発明による軌道上非協力物体の姿
勢制御方法を説明するための模式図である。図におい
て、１は自由運動を行っている故障衛星等の非協力物体
である。該非協力物体１に、投射物投射装置を有する回
収衛星等の他の衛星が接近し、適切なタイミングで非協
力物体の角運動量を減らすような向きに投射物２を投射
することにより、衝撃を与える。このとき、投射物２は
デブリを作らないためにテザー３などにより、衝突後回
収され、再び投射できるようになっている。これを繰り
返して衝撃を何回か与えることにより、非協力物体のニ
ューテーションを徐々に止め、シングルスピンにするこ
とができる。図１において、（ａ）は非協力物体がニュ
ーテーションしている状態、（ｂ）は衝撃を与えてニュ
ーテーション角が小さくなった状態、（ｃ）はシングル
スピン状態になりロボットアーム４で捕獲可能になった
状態をそれぞれ示している。
説明する。図１は、本発明による軌道上非協力物体の姿
勢制御方法を説明するための模式図である。図におい
て、１は自由運動を行っている故障衛星等の非協力物体
である。該非協力物体１に、投射物投射装置を有する回
収衛星等の他の衛星が接近し、適切なタイミングで非協
力物体の角運動量を減らすような向きに投射物２を投射
することにより、衝撃を与える。このとき、投射物２は
デブリを作らないためにテザー３などにより、衝突後回
収され、再び投射できるようになっている。これを繰り
返して衝撃を何回か与えることにより、非協力物体のニ
ューテーションを徐々に止め、シングルスピンにするこ
とができる。図１において、（ａ）は非協力物体がニュ
ーテーションしている状態、（ｂ）は衝撃を与えてニュ
ーテーション角が小さくなった状態、（ｃ）はシングル
スピン状態になりロボットアーム４で捕獲可能になった
状態をそれぞれ示している。
【０００８】図２は非協力物体３がニューテーション運
動を起こしている場合に、投射物により衝撃を与えるこ
とによってニューテーション角を減衰させることができ
るこの発明の原理を示している。ニューテーションを行
っている非協力物体１は、主回転方向角度速度Ω1だけ
でなく、その直交成分角速度Ω2を持っており、その結
果角運動量ベクトルＨは図示に示す方向となり、主回転
方向と一致していない。しかしながら、適切な方向から
力Ｆを加えると、その力によるトルクＴは、直交成分角
速度Ω2を減らす方向に働き、角運動量ベクトルＨは図
にＨ’で示すように主回転軸方向に移動する。その結
果、ニューテーション角θは、図示のようにθ’に減少
する。これを繰り返すことにより、ニューテーション角
θを０にする、即ちシングルスピンにすることができ
る。
動を起こしている場合に、投射物により衝撃を与えるこ
とによってニューテーション角を減衰させることができ
るこの発明の原理を示している。ニューテーションを行
っている非協力物体１は、主回転方向角度速度Ω1だけ
でなく、その直交成分角速度Ω2を持っており、その結
果角運動量ベクトルＨは図示に示す方向となり、主回転
方向と一致していない。しかしながら、適切な方向から
力Ｆを加えると、その力によるトルクＴは、直交成分角
速度Ω2を減らす方向に働き、角運動量ベクトルＨは図
にＨ’で示すように主回転軸方向に移動する。その結
果、ニューテーション角θは、図示のようにθ’に減少
する。これを繰り返すことにより、ニューテーション角
θを０にする、即ちシングルスピンにすることができ
る。
【０００９】以上は、自由運動物体が円筒状で衝撃の
際、摩擦力がないと過程した場合であり、自由運動物体
が円筒状でない場合、もしくは衝撃の摩擦力を考慮した
場合には、さらにシングルスピンを止めることにより運
動を静止させることができる。
際、摩擦力がないと過程した場合であり、自由運動物体
が円筒状でない場合、もしくは衝撃の摩擦力を考慮した
場合には、さらにシングルスピンを止めることにより運
動を静止させることができる。
【００１０】また、ニューテーションだけでなく、タン
ブリング運動を行っている時にも、主回転運動方向でな
い回転を止めるような衝撃を与えるという点で同じであ
り、タンブリングを行っている物体を静止することも可
能である。
ブリング運動を行っている時にも、主回転運動方向でな
い回転を止めるような衝撃を与えるという点で同じであ
り、タンブリングを行っている物体を静止することも可
能である。
【００１１】
【実験例】無重力及び摩擦がないという宇宙空間と同じ
環境を地上で模擬することは非常に難しいが、実験は、
模擬衛星を三軸のジンバル機構（６個のボールベアリン
グ）により保持して、重力によるモーメントがかからな
いようにして、できる限り無重力空間と同じ条件をパッ
シブに模擬し、略無重力状態でニューテーションを行う
ようして、力を加えてその反応調べる実験装置により行
うことができる。
環境を地上で模擬することは非常に難しいが、実験は、
模擬衛星を三軸のジンバル機構（６個のボールベアリン
グ）により保持して、重力によるモーメントがかからな
いようにして、できる限り無重力空間と同じ条件をパッ
シブに模擬し、略無重力状態でニューテーションを行う
ようして、力を加えてその反応調べる実験装置により行
うことができる。
【００１２】ここでは、数値シミュレーションにより本
発明の有効性の確認を行った。数値シミュレーションで
は、重さ４５０Ｋｇ、慣性モーメントＩx＝１１５．２K
gm2、Ｉy＝１１２．２Kgm2、Ｉz＝１３３．７Kgm2の模
擬衛星を採用し、角速度をスピン軸回り３０deg/s、直
交成分１５deg/sでニューテーション運動させた。それ
に、重さ０．５kgの物体を相対速度３ｍ／ｓでぶっつけ
て衝撃をくわえた。それを約１０回繰り返し与えた。そ
のときのニューテーション角の変化を図３に示す。ま
た、そのときの主回転方向軸の軌跡を図４に示す。な
お、図３にａは投射物により衝撃を与えた場合、ｂは衝
撃を与えない場合のそれぞれのニューテーション角の変
化線図である。また、図３において実線は衝撃を与えた
場合、破線は衝撃を与えない場合のスピン軸の一端の軌
跡を示している。
発明の有効性の確認を行った。数値シミュレーションで
は、重さ４５０Ｋｇ、慣性モーメントＩx＝１１５．２K
gm2、Ｉy＝１１２．２Kgm2、Ｉz＝１３３．７Kgm2の模
擬衛星を採用し、角速度をスピン軸回り３０deg/s、直
交成分１５deg/sでニューテーション運動させた。それ
に、重さ０．５kgの物体を相対速度３ｍ／ｓでぶっつけ
て衝撃をくわえた。それを約１０回繰り返し与えた。そ
のときのニューテーション角の変化を図３に示す。ま
た、そのときの主回転方向軸の軌跡を図４に示す。な
お、図３にａは投射物により衝撃を与えた場合、ｂは衝
撃を与えない場合のそれぞれのニューテーション角の変
化線図である。また、図３において実線は衝撃を与えた
場合、破線は衝撃を与えない場合のスピン軸の一端の軌
跡を示している。
【００１３】以上のように、自由運動をしている物体に
衝撃を繰り返し与えることにより、徐々にニューテーシ
ョン角を減らしてシングルスピンにすることができる。
シングルスピンするために必要なトルクは力学的に簡単
に計算され、上記の例では、シングルスピンにするまで
の必要回数は１１回と計算される。以上のような、数値
シミュレーションにより非協力物体に外部から機械的な
衝撃を与えるという単純な方法で自由運動を行っている
物体の姿勢制御が可能であることが確認された。
衝撃を繰り返し与えることにより、徐々にニューテーシ
ョン角を減らしてシングルスピンにすることができる。
シングルスピンするために必要なトルクは力学的に簡単
に計算され、上記の例では、シングルスピンにするまで
の必要回数は１１回と計算される。以上のような、数値
シミュレーションにより非協力物体に外部から機械的な
衝撃を与えるという単純な方法で自由運動を行っている
物体の姿勢制御が可能であることが確認された。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、本発明の軌道上の非協力
物体の姿勢制御方法によれば、網やテザーなどの大掛か
りなシステムを必要としないで、自由運動をしている非
協力物体をシングルスピン運動にさせることができる。
また、単に非協力物体に投射物を投射して衝撃を与える
だけであるので、非協力物体の姿勢運動が厳密に判って
いる必要がなく、タイミング・大きさ・方向誤差等の影
響をあまり受けない。さらに、ロボットアームが巻き込
まれ損傷を受ける等の危険が少ないため安全である、等
の顕著な効果がある。
物体の姿勢制御方法によれば、網やテザーなどの大掛か
りなシステムを必要としないで、自由運動をしている非
協力物体をシングルスピン運動にさせることができる。
また、単に非協力物体に投射物を投射して衝撃を与える
だけであるので、非協力物体の姿勢運動が厳密に判って
いる必要がなく、タイミング・大きさ・方向誤差等の影
響をあまり受けない。さらに、ロボットアームが巻き込
まれ損傷を受ける等の危険が少ないため安全である、等
の顕著な効果がある。
【図１】本発明の軌道上非協力物体の姿勢制御方法を説
明するための模式図であり、（ａ）はニューテーション
している状態、（ｂ）は衝撃を与えてニューテーション
角が小さくなった状態、（ｃ）はシングルスピン状態を
それぞれ示している。
明するための模式図であり、（ａ）はニューテーション
している状態、（ｂ）は衝撃を与えてニューテーション
角が小さくなった状態、（ｃ）はシングルスピン状態を
それぞれ示している。
【図２】本発明の制御方法の原理説明図である。
【図３】本発明の実験例における衝撃を与えたときのニ
ューテーション角の変化を示す線図である。
ューテーション角の変化を示す線図である。
【図４】図３のときの主回転方向軸の軌跡を示す線図で
ある。
ある。
１ 非協力物体 ２ 投射物 ３ テザー
Claims (2)
- 【請求項１】 宇宙空間軌道上で自由運動を行っている
非協力物体の姿勢制御方法であって、該非協力物体に他
の衛星から投射物を投射することにより、衝撃を与えて
姿勢運動を制御することを特徴とする軌道上非協力物体
の姿勢制御方法。 - 【請求項２】 前記投射物がテザーによりつながれて、
衝突後回収され、再投射できるようにした請求項１記載
の軌道上非協力物体の姿勢制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29798499A JP3172770B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 軌道上非協力物体の姿勢制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29798499A JP3172770B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 軌道上非協力物体の姿勢制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001114199A true JP2001114199A (ja) | 2001-04-24 |
| JP3172770B2 JP3172770B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=17853640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29798499A Expired - Lifetime JP3172770B2 (ja) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | 軌道上非協力物体の姿勢制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3172770B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013512145A (ja) * | 2009-11-25 | 2013-04-11 | ポウロス エアー アンド スペース | 不安定なスペース・デブリスの安定化 |
| WO2015053063A1 (ja) * | 2013-10-07 | 2015-04-16 | アストロスケール プライベート リミテッド | 回転抑制装置 |
-
1999
- 1999-10-20 JP JP29798499A patent/JP3172770B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013512145A (ja) * | 2009-11-25 | 2013-04-11 | ポウロス エアー アンド スペース | 不安定なスペース・デブリスの安定化 |
| WO2015053063A1 (ja) * | 2013-10-07 | 2015-04-16 | アストロスケール プライベート リミテッド | 回転抑制装置 |
| JPWO2015053063A1 (ja) * | 2013-10-07 | 2017-03-09 | 株式会社アストロスケール | 回転抑制装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3172770B2 (ja) | 2001-06-04 |
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