電磁編隊飛行（EMFF ）は、従来の推進システムの代わりに、電磁石と反応ホイールを組み合わせ、近接する多数の宇宙船の位置と姿勢を制御するという概念を研究するものです。従来の推進システムは消耗性の推進剤を使用するため寿命が限られることが多いのに対し、EMFFシステムは太陽光エネルギーを利用して磁場を発生させます。マサチューセッツ工科大学宇宙システム研究所は、この概念を探求するため、動力学モデルと制御モデルを開発し、それらの検証のための実験テストベッドを構築しています。
仕組み
EMFFの磁場は、電線コイルに電流を流すことで生成されます。生成された磁気双極子間の相互作用は、2台の車両間の距離が双極子の物理的サイズに比べて大きい場合の遠方場近似で容易に理解できます。様々な車両の双極子を制御することで、引力、斥力、せん断力を発生させることができます。リアクションホイールと組み合わせることで、編隊の重心を変えない限り、あらゆる操縦が可能になります。
アプリケーション
EMFFシステムは、複数の宇宙船が互いに自由飛行しており、システムの重心を制御する必要がない場合に最も適しています。NASAの地球型惑星探査機（TPF）ミッションと宇宙望遠鏡アセンブリは、まさにそのようなミッションの2つです。EMFFの最大の利点は、消耗品への依存度が低いことです。[1] [2] さらに、スラスタの噴出をなくし、故障した部品をより経済的に交換する能力を高めます。
テストベッド
MIT-SSLは、広大な平面上での2次元フォーメーションの制御を実証するために、2機のEMFFテストベッドビークルを構築しました。ビークルは摩擦のないエアキャリッジ上に浮上し、RF通信、マイクロプロセッサ、計測システムを備えた完全な自己完結型です。液体窒素が極低温を維持し、バッテリーが高温超伝導（HTS）コイルに電力を供給します。このテストベッドでは、線形化コントローラと非線形スライディングモードコントローラを用いて、開ループ制御と閉ループ制御における相対自由度（DOF）の制御を実証しました。
受賞歴
元宇宙システム研究所副所長のレイモンド・セドウィック博士（現在はメリーランド大学カレッジパーク校所属）が、電磁編隊飛行に関する論文で第1回ベピ・コロンボ賞を受賞しました。コロンボ氏と共に研究し、コンテストの審査員を務めた航空宇宙学教授のマヌエル・マルティネス＝サンチェス氏は、「審査員は全員一致で、レイ氏の論文は『ベピ』コロンボ氏の革新性と独創性、そして厳格さを最もよく表していると判断しました。」と述べています。
協力者
電磁編隊飛行や類似のプロジェクトに関する研究も、以下の場所で進行中です。
- 宇宙科学研究所 / JAXA
- ポーランド科学アカデミー宇宙研究センター
- ミシガン工科大学のコロンブフォース宇宙船
その他のジャーナル記事
- Elias, Laila M.、Kwon, Daniel W.、Sedwick, Raymond J.、およびMiller, David W.、「リアクションホイールのジャイロスコープの剛性効果を含む電磁編隊飛行ダイナミクス」Journal of Guidance, Control, and Dynamics、第30巻、第2号、2007年3月～4月、pp.499～511。
参考文献
- ^ Kong, Edmund MC; Kwon, Daniel W.; Schweighart, Samuel A.; Elias, Laila M.; Sedwick, Raymond J.; Miller, David W. (2004). 「複数衛星アレイのための電磁フォーメーションフライト」. Journal of Spacecraft and Rockets . 41 (4): 659– 666. doi :10.2514/1.2172. ISSN 0022-4650.
- ^ DW Kwon, 衛星アレイの電磁フォーメーション飛行、マサチューセッツ工科大学、SERC #02-05、第5章、2005年6月、こちらから入手可能。Wayback Machineで2007年4月17日にアーカイブ。
外部リンク
- SSLのEMFFウェブページ
- MIT宇宙システム研究所MSEにおけるその他の研究
- 球体
