Profile
システムデザイン学部 航空宇宙システム工学科
キーワード
地球周辺の宇宙环境を保全せよ
限界にきている地球周辺の宇宙ゴミ问题
1957年に、旧ソビエト连邦が世界初の人工卫星「スプートニク」を打ち上げてから半世纪以上が経过しました。その间に打ち上げられて地球の周りを回っている人工卫星の多くは、すでに寿命を过ぎ「宇宙デブリ（宇宙ゴミ）」となっています。宇宙デブリには寿命を终えた人工卫星のほか、ロケットの2段目や人為的に破壊された人工卫星の破片などが含まれています。
人工卫星は太阳电池で発电し地球と通信を行いますが、姿势を适切な方向に向けないと発电や通信が行えなくなり、设计寿命よりも早く宇宙デブリになってしまう危険があります。宇宙デブリを増やさないためには、人工卫星の寿命を长くし、打ち上げる个数を减らす必要があります。また、宇宙デブリが多く漂う轨道は、地球観测に适した太阳同期轨道と呼ばれ利用価値が高い轨道なので、宇宙デブリを除去することが求められています。
宇宙机の姿势?轨道を効率よく制御する最适制御
人工卫星などの宇宙机の姿势を希望の方向に向けたり、轨道を维持?変化させたりする际、使用する燃料が少ない方が长寿命化に、また短い时间で同じ动きが実现できれば时间短缩につながります。このように、できるだけ少ない燃料や时间で宇宙机に「希望の动きを実现する方法」の研究分野を「最适制御工学」と呼びます。
一部が壊れても大丈夫 1＋1＝3になる制御
宇宙机の姿势を効率よく安定して制御するには、3つの轴まわりに制御する必要があり、通常は3个の姿势制御アクチュエータが必要です。しかし、姿势変化は単纯な足し算では表せない非线形な形をしているので、実は2个の姿势制御アクチュエータで3つの轴まわりの制御が可能なことがわかっており「劣駆动制御」と呼ばれています。このことは、アクチュエータの一部が故障しても、ミッション継続を可能とする制御ができ、宇宙デブリになるのを防げることを意味します。このようなアクチュエータの一部が故障しても机能を损なわないようにするための制御方法の研究も行なわれています。
宇宙ゴミ除去で期待される「导电性テザーシステム」とは？
导电性テザーシステムの研究开発
宇宙デブリ（宇宙ゴミ）を扫除するためのシステムの1つとして期待されているのが、「导电性テザーシステム」です。导电性テザーシステムとは、「テザー」と呼ばれる长い纽状の物体を卫星から展开し、电気を流して地球磁场との间のローレンツ力（荷电粒子が磁场中を运动するとき磁场により受ける力）を発生させて、轨道変更のための力を得ることをめざしたシステムです。テザーの先端で大型宇宙デブリを捕获し、地球大気圏に投弃して宇宙デブリを除去することが考えられており、世界の宇宙开発研究机関や大学において、さまざまな计画?検讨が进められています。
テザーの制御は容易ではない！
长いテザーの先端を宇宙デブリにランデブー（接近）させ捕获することができれば、宇宙デブリ捕获用の卫星をわざわざ宇宙デブリにランデブーさせて捕获する必要がなくなり、展开するテザーが长くなればなるほど広い范囲の宇宙デブリを除去できることにつながります。しかし、テザーは纽のようなものなので、引っ张ることはできても、押すことはできません。また、地球を周回するシステムからテザーを展开すると、「重力」「远心力」のほかに「コリオリ力（回転系の上で运动する物体が进行方向に対して受ける直角横向きの力）」が作用し、展开する速度方向と90°异なる方向に力が作用します。さらに、テザーは振り子や弦のように振动もします。このような性质を有するテザーにおいて展开速度を制御し先端を宇宙デブリにランデブーさせることは、导电性テザーシステムを宇宙デブリ除去システムとして実现する上で重要な课题の1つです。
実は制御しないで済むのがベストな制御
モノを动かすためには、駆动部?エネルギーが必要ですが、ベストな制御は実は制御しないでもモノが希望の动きをするような作りや状态にすることなのです。つまり、モノそのものに自然に备わった动きをできるだけうまく利用した制御方法を考えることが、駆动部?エネルギー削减のために重要なことなのです。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
「モノ」を思い通りに动かすためには、モノがどういうふうに动くかを想像できる素养、すなわち「力学」をよく知らなければなりません。そのためには、物理と数学が必要になります。また、実际にモノを制御するためには计算机が必要です。物理?数学?计算机を使って自动的に自分の思い通りにモノを动かせたときの楽しさを、ぜひとも味わってもらいたいと思います。
梦ナビ编集部监修
