ISSL 新人教育情報共有うぃき

2008年度トップページ

2008-01-13T23:48:17+09:00

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22章　低コストの衛星の設計

2007-04-30T02:12:13+09:00

*&size(150%){22章　低コストの衛星の設計} 　・小型衛星(miniture satellite)とは一般に200kg以下　・最近の進歩は目を見張るものがある。　・低コスト、単開発サイクルが売り。 **&size(120%){序章：小型衛星の歴史} 　・''初期の宇宙システム''　　～1965 　　　・打ち上げロケットの性能のため、重量が限られていたため、小型　　　・Telestar…衛星中継TV 　　　・VELA…地球観測衛星。　　　・OSCAR(Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio)…5kg 　　　・その他軍事衛星など。　　　・このころの開発期間は1年半程度　・''小型衛星技術の継続適用''　1965～1985 　　　・世界では月着陸などが出来るほどの大型推進が可能となり、衛星大型化の一途　　　・一方でラジオ衛星が発展を続けていた。　　　・大きな進歩として太陽電池による電池の充電が可能となる。それにより寿命が大幅増　　　・また、一方でヨーロッパや日本などが宇宙分野に乗り出し小型衛星からはじめる　・''近代低コストシステム'' 　　　・OSCARシリーズは10、11までなりかなり信頼性の高いものとなっていた。　　　・革新的技術として"degital store and forward commnication"。　　　　　データを保存して好きなときに受け取ることが出来る。これにより世界規模の　　　　　メールシステムのようなサービスが可能に。大型衛星では不可能なサービス。　　　・時を同じくしてNASAが"Get Away Special"と呼ばれる、小型(<68kg)なら低コストで宇宙まで　　　　　運んでくれるサービスを開始。安定性のためのweightの代わりに搭載する　　　・低コスト、Get Away Specialで打ち上げられる制限内でのバスの高性能化、store and forward 　　　　　により、小型衛星も航空宇宙産業の本流に戻ることとなる　　　・ALEXIS…X線顕微鏡実験衛星。45kgの高性能バスを実現。　　　・この時代の小型衛星は10年前の大型衛星と同じ働きをするほどになっていた。　　　・一方

10章　衛星の設計とサイジング

2007-04-29T00:53:34+09:00

*&size(150%){10章　衛星の設計とサイジング} *&size(150%){10.1 要求条件、制約条件と設計プロセス} ・スタートは要求条件と制約条件のベースライン作り(Table10-3) 　→各章のロードマップ的なもの・初期段階における設計決定やトレードオフ(Table10-4) *&size(150%){10.2 宇宙機の構成} ・設計アプローチを決定→全体配置→サブシステムの性能割り当て　→イタレーションで詳細配置決定・２つの方法論　①Top-down方式：全体設計→設計要求割り当て　②Bottom-up方式：詳細設計を統合→設計要求割り当て・Configuration driver：宇宙機構成の決定因子(Table10-5) 　→ココには宇宙機のコンポーネント設計の概算方法もあり。・宇宙機のサイズの決定方法：Table10-6 ・Fig.10-1に様々な宇宙機の構成が紹介されている。　・太陽電池アレイの搭載方法：①筐体上　②パネル上　　→初期構成では電力要求と筐体上に十分な面積をとれるかを確認。→10.3 　・姿勢制御ではバスとペイロードの両方の指向性から考える。→10.4.2 　　→各機器は２軸を制御することにより１つの明確な方向性を持つ。　　ex）Spin stabilization：シンプルで堅牢な制御方法(ロバスト)。　　　　(Dual-spinでは逆方向に回転するPlatform部を持つ。) 　　→姿勢制御方式は太陽電池アレイの設定にも影響する。　　　→スピン制御：筐体上　　　　３軸制御：パネル上　... 　・慣性モーメントを増加させるブーム：重力傾斜制御 *&size(150%){10.3 設計Budget} ・Budget：そのコンポーネントの設計におけるあらゆるパラメータのリスト。(P.4参照) ・推進剤Budget作成　・軌道維持などの速度変化や姿勢制御への推進剤要求を評価することで作成する。　・典型的な４つの要素：①速度制御用　②姿勢制御用　③マージン(～25%)　④残余(1～2%) 　　→Table10-7を参照。(ロケット方程式：速度増分→推進剤質量) ・電力Budget作成　・ペイロードの電力要求をバスの電力

第十四章：ミッションオペレーション

2007-04-29T02:41:00+09:00

**第十四章　ミッションオペレーション *序章 mission operationとは衛星の制御やデータ配信、はたまたその計画作成をふくむ一連の活動である。（Fig14-2を見ると良く分かる）以後そのままmisson operationという言葉を使います。（和訳しないほうが感覚的にいい気がする） misson operationは衛星の生涯コストに大きく影響します。 misson operationの要素をしっかり理解することでコスト削減や、効果的なオペレーションを達成できます。 misson operationのコストと複雑さは、人、自動化の度合い、ソフトウェアの量が大きく影響されます。１４－１はミッションの複雑さがコストや効率に大きく影響される話。１４－２は現在の衛星運用についてのまとめ１４－３は人員育成について１４－４は衛星運用のプランナーについての話１４－５は工学的補助についえの要求のまとめ table14-1は全てのまとめであろうスタッフレベルとmisson operationのコストを見積もる過程がまとめられてあります。まあここからはつれづれと書いてある順に書きます。 *14.1　ミッションオペレーションの概要 misson operationの主な要素は以下の三つ衛星のバスの命令、制御を行うチーム要求を活動に落とし込むプランナー衛星を健康にたもち、データをユーザの要求に合わせる技術スタッフである。 Fig14-1にそれらの人々の義務がのっています。そのあとの段落には早期の衛星のミッション決めフェーズで決定したことがいかに運用のコストや効率に影響するかということが書いてあります。衛星ミッションの主な要素は、衛星デザイン地上局のシステムデザイン misson operation です。それらの要素をトレードし、イタレーションすることで衛星のコストやミッションの成功率の改善につながる。今後の議論をするために衛星を三つのタイプに分けてtable14-2にまとめてある。これらを分けて議論することで衛星の複雑さやmisson operationのサイジング（チーム編成など）がやりやすくなります。。 *14.2　衛星のオペレーション

18章　打ち上げシステム

2007-04-28T23:40:25+09:00

*&size(150%){18章　打ち上げシステム} 　　注）この章で言う「ペイロード」とは打ち上げシステムと衛星のインターフェースや　　　　　フェアリングも含めた全ての機器のことを指す。　　・打ち上げシステムの主な役割は、衛星をさまざまな環境から守りつつ、　　　目的の軌道の目的の速度まで到達させることである。　　・今まで、打ち上げシステムと衛星本体は別々に開発されてきたが、そこにも、　　　　より効率的にする改善の余地がある。　　　　　　・打ち上げシステムの信頼性は85～95％程度だが、コスト的に考えて、より多くのコストがかかる　　　衛星自体の予算をそちらに回すことで全体の信頼性が上がるということもありうる **&size(150%){18.1　基本的な打ち上げロケットの考察} ・打ち上げシステムの選定手順　　　　STEP1：要求、制約をまとめる　　　　　　　　・重量　　　　　　　　・軌道　　　　　　　　・予算　　　等　　　　STEP2：打ち上げシステムの使用可能な構成の分析や洗い出しをする　　　　　　　　・衛星の燃料重量　　　　　　　　・推力重量比　　　　　　　　・信頼性　　　　　等を検討する　　　　STEP3：衛星の概念的な設計を元に可能性のある打ち上げシステムを選定する　　　　　　　　・設定可能な性能マージン　　　　　　　　・打ち上げ予定vs打ち上げ可能日程　　　　　　　　・予算　　　　　　　　　　　　　　　　　　等を検討する　　　　STEP4：選定した打ち上げシステムから衛星のサイズ設計と環境設計をする　　　　　　　　・大きさと形　　　　　　　　・最大化速度　　　　　　　　　・振動周波数と強さ　　　　　　　　・投入軌道精度　　　　等は最悪の方向に見積もっておく　　　　STEP5：性能、コスト、リスク日程を考えイタレーションをする　・打ち上げ中、ロケットにかかる力は推力、重心にかかる重力、空力中心にかかる空気力の3つ。　　　推力の発生方向を調整することにより、姿勢や運動方向を調整する。　・全体の速度増分とは推進剤による速度増から、重力と空気抵抗による速度損失を引いたものである。　　　推力重量比が高いほど急激に上昇するため重力による速度損

20章　コストモデリング

2007-04-28T22:16:14+09:00

*&size(150%){20章　コストモデリング} 　　・コスト見積もりの計画方法、高度なシステム計画に役立つコストとその見積もりの関係、コスト見積もりにおける不確定な部分の評価方法についてのべる。　　　　　　 **&size(150%){20.1 コスト見積もり入門} 20.1.1 見積もりのポイント表20-1にコスト見積もりの概要についてまとめてある。中でもCBS（コストの分析、分解）は、データをまとめ重要な費用を確認し、私たちが今扱うシステムとほかのシステムとを比較するのに役立つ情報を与えるという大切な役割を担う。その詳細について表20-2にまとめてある。また、費用分配はスケジュールやマイルストーンにそって行われる。このスケジュールはコスト評価とトレード情報を早く見ることには必要ないが、計画し資金を調達する上で重要である。そして見積もりには、トレード情報と費用概要、資金調達情報などの典型的な想定が必要なだけでなく、政府の提供するデータなども必要。このようにしてコストを理解しほかのプログラムと比較することができる。コスト分析とシステムコンセプトはどのコストモデルを適用すべきかを決める。コストモデル結果は、それぞれのシステムのコスト見積もり、ライフサイクル、スケジュールによって構成される。たとえば、ほかのシステムとのコスト比較、主なコストドライバー、ライフサイクルコストに最大の影響を与えるミッション要求、重要な想定と要求に対してどれほどライフサイクルコストが敏感であるか、コストとリスクデータの比較、、などの要素を含んでいる。ライフサイクルコストは3つの主な段階に分けることができる。「調査・開発・試験評価（RDT&E)」→設計、分析、ブレッドボード試験、ブラスボード、プロトタイプ、資格品を作るまでを含む。「製造」→フライト品を作り打ち上げるまでを含む。「管理」→運用し、メンテナンスを施し、取り替えるまでを含む。 20.1.2コスト見積もりの方法コストモデルを作るのには3つの方法がある。１．詳細上昇型見積もり：システムを作る上での低い段階から確認してその材料や労働力にかかるコストを見積もる。しかし時間がかかるので、前もったシステム勉強に使うべき方法。２．アナログ見積もり：類似項目のコスト情報を使ってサイズや複雑さを

13章　通信の基本設計概念

2007-04-23T01:07:52+09:00

*&size(150%){13章　通信の基本設計概念} 　　・リンクの整備やその操作、システム設計の要点　　　（注：良く出てくるTT&Cとは以下の機能を持つハードウェア　　　　　　・地上局から直接またはリレー衛星を通してコマンドを受信し復調解読して各サブシステムに分配制御する　　　　　　・各サブシステムのテレメトリデータを取得・編集・記録・変調して地上局へ直接またはリレー衛星で伝送する） **&size(150%){13.1 通信の基本設計概念} &size(135%){''13.1.1'' 　''衛星と地上局の幾何によって設計を決める。''} 　　・衛星と地上局の幾何的な関係は図13-2に示されるようにさまざまである。　　　その長所短所については表13-2に書いてある　　　　　　　　A:Store & forward　地上局と通信可能な範囲に入ったらためていたデータを送る　　　　　　・長所：打ち上げ費用が安い。アンテナのビーム幅が広いので衛星のアンテナのサイズは小さくてすみ指向制御が必要ない。　　　　　　・短所：アクセスするのに時間がかかり、伝送遅れも長い。　　　　B:Geostationary　実質的にすべてのリレー衛星システムや気象衛星が使っている。静止軌道。　　　　　　・長所：アンテナ指向制御がいらない。管制しやすい。衛星の切り替えが不要。　　　　　　・短所：同期軌道との伝播遅れが0.25secある。　　　　C:Molniya Orbit　ロシアが使っている　　　　　　・長所：北極地域をカバーする　　　　　　・短所：アンテナ指向制御が複雑　　　　D:Geostationary Orbit with Crosslink　2つの衛星と2つの地上局で常にデータをおろす。　　　　　　・長所：常に受信できる　　　　　　・短所：片方の地上局は外国にあることが多く、その安全性は保障されず維持費も高い。複雑。　　　　E:Low-Altitude Crosslinked　20以上の衛星を相互に接続し、パケット通信でデータをおろす。　　　　　　・長所：伝送手段が多いので冗長性が高い。低軌道なので、狭い範囲を指向することによる妨害伝播を防ぐ。伝送電力が少なくて済む。　　　　　　・短所：衛星

6章　アストロダイナミクスの序章

2007-04-21T02:35:39+09:00

*&size(150%){6章　アストロダイナミクスの序章} 衛星の軌道を扱う。6.1では古典的なケプラー軌道について、基礎用語、基礎概念を導入する。 6.2では3体問題、摂動力について論じる。6.3では主に惑星探査で用いられる軌道制御、軌道計画について述べる。 6.4ではロケット発射時刻、場所の目標軌道に対する依存性を、6.5では軌道補正について述べる。 **&size(150%){6.1 ケプラー軌道} ヨハネス・ケプラーによって予測された惑星の軌道運動は、ニュートンによって数学的にその正しさが証明された。ケプラーの法則とは 1. 惑星の軌道は太陽をひとつの焦点とした楕円である。 2. 惑星と太陽を結ぶ線が単位時間あたり掃く面積は、常に一定である。(面積速度一定の法則、角運動量保存則) 3. 軌道周期の2乗は、楕円の長半径の3乗に比例する。の3つをいう。 &size(135%){''6.1.1''} ケプラー問題は、全系には2つの天体しか存在せず、それぞれが球対照であるような2体問題として扱う。運動方程式は解析的に解くことができて、楕円解は r=a(1-e^2)/(1+ecosθ)と書ける。 aは楕円の長半径、eは離心率、θは近日点離角である。 &size(135%){''6.1.2''} 惑星と呼ばれる天体の太陽に対する軌道は楕円であるが、一般の天体の軌道はその力学エネルギー(運動エネルギー＋位置エネルギー)によって楕円、放物線、双曲線のいずれになるかが決まる。これらは円錐曲線とも呼ばれ、「直」円錐の各断面である。またエネルギーによってa,eの範囲が決まる(table6-1)。放物線軌道はエネルギーが0であり、双曲線では正になる。つまり地球重力圏からの脱出に伴うエネルギーは最小である。 E=V^2/2-μ/r=0 <->vesc=√(2μ/r) &size(135%){''6.1.3''} 運動方程式は３次元２階の微分方程式であるから、積分定数は６つある。それらを相対初期位置、相対初期速度として解くこともできるが、それはあまり見通しのよい方法ではない。古典的にはそれらを正準変換して得られる「軌道の６要素」を用いるそのうち５つは定数、１つは時間によって変化する。

８章　宇宙環境と生存能力

2007-04-20T18:24:49+09:00

*&size(150%){８章　宇宙環境と生存能力} *&size(150%){8.1　宇宙環境} ・地球近傍の宇宙や大気環境はパフォーマンスやシステム寿命にかなり影響する。　　・具体的にはサイズ、重量、複雑さ、コストへ影響。　　・費用のかかる機能不良、コンポーネントやサブシステムの欠損さえありうる。　　・その他にもプラズマや放射線物質の例 &size(150%){8.1.1　プラズマと宇宙機の帯電} ・地球の磁場は式(8-1)で表される。　・太陽風と地球磁場の影響で地球の夜側に磁場が引き伸ばされる。(＝Magnetotail) 　・薄いプラズマシートがこのMagnetotailを分岐させる。(Fig.8-1) 　・太陽風と地球磁場の相互作用→太陽風の運動ＥがMagnetotailの磁気Ｅに変換　　　　　　　　　　　　　　　→無限に蓄積できないため、Magnetic Substormがそれを消散　　　　　　　　　　　　　　　→電圧を与えられたプラズマが発生！　　　　　　　　　　　　　　　→地球の静止軌道に拡がる。　　　　　　　　　　　　　　　→宇宙機表面が強い負電圧に帯電してしまう。・有害な表面帯電は主に10～20keVの電子が支配的な軌道で発生する。・低軌道：高緯度で帯電が発生する。　→低温、低密度のプラズマを通過する宇宙機とオーロラの電子の衝突によるもの・高軌道：深夜から夜明けに対応した経度間で極磁気嵐(Magnetospheric Substorm)の間、発生する。・宇宙機の設計では次の点に注意！　①プラズマによるDifferential Charging(何コレ？)の電位を機能停止電位より十分下に保つ。　②結果として生じる静電気的放電に耐えられるようにする。 &size(150%){8.1.2　捕捉された放射線} ・ヴァンアレン帯は宇宙機にとって永遠の危険！・電子は内部域と外部域を中心とする２つのドーナツを合わせたようなエリアに優先的に入る。(Fig.8-2) 　→ヴァンアレン帯の詳細はWikipediaが分かりやすい。・Magnetic L-shell:ダイポール軸のまわりで磁場線を回転させることで生じる面　→式(8-2)を満たす。　→一般化されたＬの概念は地磁気

6章　天文学の序章

2007-04-20T18:00:44+09:00

ISSL 新人教育情報共有うぃき

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22章 低コストの衛星の設計

10章 衛星の設計とサイジング

第十四章：ミッションオペレーション

18章 打ち上げシステム

20章 コストモデリング

13章 通信の基本設計概念

6章 アストロダイナミクスの序章

８章 宇宙環境と生存能力

6章 天文学の序章