【宇宙】ソーラー電力セイル実証機「イカロス」の姿勢制御用液晶デバイス動作を分離カメラで確認--JAXA

http://www.isas.jaxa.jp/home/IKAROS-blog/index.php?itemid=663

＞ソーラー電力セイルはまさに遠くの天体に行くための探査機です．遠くの天体に行く場合，電力と燃料が大きな問題になります．
＞巨大なセイルに貼り付けた薄膜太陽電池で大電力を得て，ソーラーセイルとイオンエンジンのハイブリッド推進で外惑星を探査するという方法は，
＞ボイジャーとは一味違った日本流の惑星探査であり，太陽系大航海時代を先導できると信じています．
(省略)
＞セイルの展開挙動は，非常に複雑ですので，実際に展開実験を行い，これを解析モデルに反映していきます．
＞小さな真空層で手のひらサイズのセイルを広げることから始まり，だんだんセイルを大きくしていき，大気球や観測ロケットを使った実験に至りました．
＞スケートリンクの上でカーリングのストーンを先端マスにして実験したこともあります．
＞超薄膜のセイルを広げるのは難しく，うまくいかないことも多いのですが，たくさんの仲間・学生と力を合わせてやる実験はとても楽しいです．

＞IKAROSのセイル展開は，これまでの一連の実験を受け，ソーラー電力セイルへつながる最後のかけ橋になると言えます．
＞正確な解析モデルを完成するためには，どうしても重力や空気抵抗のない環境で実際に大型のセイルを展開する必要がありました．
＞IKAROSの各種展開データを用いることで，超大型のソーラー電力セイルが設計可能となります．

今回の実験で、ついに最終データが揃って、次は究極の形をした夢の探査機が木星に向かって飛ぶわけか。
http://www.isas.jaxa.jp/j/special/2005/plan/03.shtml

>今回の実験で、ついに最終データが揃って、次は究極の形をした夢の探査機が木星に向かって飛ぶわけか。

飛ばすのはNASAだけどな。
原子力電池を使えない日本にとっては、
外惑星への航行システムであるソーラー電力セイルは、無用の長物。
JAXAは、今、イカロスプロジェクトで、自分たちでは活用できない道具を作ろうとしている。

>>175
イカロスサイズの一辺14m、200m^2、効率5%の薄膜太陽電池を用意すれば、
木星軌道で500Wの発電能力あるよ。ボイジャーのRTG(初期470w)に匹敵。
イオンエンジンを一時止めてやれば、観測機材を動かすには充分でしょう。
木星圏まではこれでいけるんじゃなかろうか。

>>175
原子力電池だけでは、電気は作れても推力は発生させることは出来ないよ。

＞原子力電池を使えない日本にとっては、
無理して使う必要が無いからだろ。
研究で、人と同じ事をしても、つまらないからね。

打ち上げロケットによる加速＋原子力電池＋化学スラスタによる減速で周回軌道では、戻ってこれないので例えばエウロパからのサンプルリターンは無理だけど、
（帰るには木星側から地球に向けて発射するロケットが必要だからね）

太陽光圧で加速しながら電気を作り同時にイオンエンジンで加速する方法なら、着陸機でサンプルを採取した後に行く時と逆のことをすれば戻ってこれるからな。

変な言い方だけど、ソーラー電力セイルは、外惑星への片道切符。

目的地に着いたら、頻繁に機敏に姿勢制御することになる。
鈍重なセイルを外さないと観測もサンプル採取も出来ない。
だから、セイルを外した後、観測機器等を動かすための
エネルギー源を用意しとかないといけない。
現状では、そのエネルギー源は原子力電池しかない。

つまり、原子力電池を使用出来ない国は、
ソーラー電力セイルを活用する探査機を作って打ち上げることが出来ない。
現状では、日本は原子力電池を使えない。
JAXAは、今、ソーラー電力セイルの技術開発をしてる。

この矛盾はなんだろうね・・・

>>179
というか今のJAXAに外惑星往復切符が買えるとは思えない・・・・
ホイヘンスをはじめ、観測時間が限られてもいい着陸機はRTG積んでないのも多いよ。
（ホイヘンスは熱源アイソトープは持ってたけど）

日本は一足飛びに宇宙原子炉に手を出して欲しいな。
作り方によっては、打ち上げ時は放射性を持たないで、墜落しても劣化ウラン振りまくのと同等程度の害しかない原子炉作れないだろうか？

ミノフスキー粒子とIフィールドがあれば。。。。

>>179
その子機にも太陽電池をつけとけば良いと思うけど？
目的の惑星までは、セイルと一体化した状態で航行し、目的地に着いたら分離して観測＆サンプル取得。
もちろん、分離する太陽電池は一体化している時も発電用に使う。
その太陽電池は観測や制御にしか使わないから、小型でもOKだろう。

＞観測や制御にしか使わないから

そこが一番エネルギー食うところだと思うけどねｗ

>>183
どう考えても、一番電気食うのはイオンエンジン駆動用の電源だろ…

イカロスの子供向けの説明が実に切なく書かれてて思わずグッと来た…

JAXAで計画しているソーラー電力セイル探査機は木星スイングバイの際に
子機を分離、本体はトロヤ群小惑星の観測に向かう。サンプルリターンは
想定していないようだし、観測するだけならセイルを張ったままでもできるだろう
（セイルを太陽に正対させたまま、カメラやセンサーだけを動かせばいい）。

大体アメリカにしても、原子力電池用のアイソトープはもう作っていないはず。
あと何個分だっけ？

太陽電池の効率が上がったのもあって木星は既に太陽電池で探査可能な範囲だよ
NASAだとジュノーはもとから太陽電池だしESAのJGOも太陽電池の予定

>>186
今あるのはMSL用とJEO用の2個かな
オバマ政権になってから再生産と新型原子力電池実証機の予算がついた

>>182
うーん、ソーラーセイルマンセーの自分でもそこまでやるのは大変かなと思う。
この辺は一次・二次電池で電池容量がある範囲で諦めるか、
通常の高効率太陽電池で、乏しい電力で頑張る省エネ型でいくか（電力いる通信は親機中継を期待）
別の電源を用意するか考えた方がいいかなと思う。
ヒドラジン燃料電池なんてのがあったよね。姿勢制御スラスタと燃料共用できれば面白そう。
http://www.apg.jaxa.jp/info/event/pdf/2005exh11.pdf

帆を畳むとか、切り離した後、帰還用に再度帆を広げるとか、手はありそうだけどね。
（帰還用の帆は重りになるから不利だけど、
効率次第ではありかもね。予備にもなるし）

>>188
>>186の言うとおり、もともとJAXAの計画でも、子機に分離する予定だよ。
その後はそれぞれ別の場所に探査に向かう。
それを、もうちょっと頑張って再ドッキング出来るようにすれば、サンプルリターンも可能なんじゃないか？と思ってね。

>>190
>子機に分離する予定だよ
いや、それは知ってるけど、
木星圏となれば、100Wでも通常太陽電池パネルで10m^2、
薄膜なら40m^2が必要だ。これを子機にも用意するのは、結構たいへんでないかねえと思う次第。

ORIONみたいにぱっと広げる薄膜太陽電池を軽く作れるかな？ｗ
http://home.h03.itscom.net/abe0005/uchuu/uchuu/orion/i-orion2.jpg

>>191
まだ計画の初期検討段階だけど、子機（オービター）にも薄膜太陽電池を使う予定だね。

https://ssl.tksc.jaxa.jp/sss/sss10/pdf/P2-92.pdf
・中型探査機は，探査機，木星オービター，（木星プローブ：オプション）で構成される．
・木星フライバイ時にオービターが分離され、木星周回軌道へ投入される。
・その後、探査機はL4点に向かい，トロヤ群小惑星にランデブー観測する。
・探査機はクルージング中，太陽系ダスト，赤外線背景放射、ガンマ線バースト等の観測を行う．
・太陽帆の一部は薄膜太陽電池になっており，イオンエンジンをはじめとする探査機システムへ
電力を供給する．オービターの電力確保にも，薄膜太陽電池を利用する．
・その他，ヒータ電力を削減するため、低温動作する２液推進機関や推進系統合型の燃料電池
技術などの新規技術を数多く採用する．

>>192
へえ、確かに書いてあるね。
一瞬、分離前の電力供給の話では？とも思ったけど、それはひねくれた読み方だなｗ
明示的に薄膜太陽電池展開の図がないのでどうかなあと思ったが、

http://www-irc.mtk.nao.ac.jp/~fumi/JT/yano_s_1st.pdf
こっちのスライド４枚目に明示的に書いてあった。
＞＊膜面には薄膜太陽電池，木星オービターには膜面パドルを搭載

地球軌道に物体を置いた場合、
太陽の重力による重力加速度ってどれくらいなの？

万有引力定数とか式とかって、中学校じゃなかったけ？

太陽光に押されて太陽から離れるのはわかるんだけど
近づくのは減速することで遠心力が引力に負けるからなんでしょ？
どの程度なのかなーと思ってさ。

>>196
太陽光に押されて太陽から離れるのではなく、公転進行方向に加速することで太陽から離れる。
太陽に近づくのも遠ざかるのも、同じ原理だよ。
＋−が違うだけ。

>>197
なるほど。
でも遠ざかるなら別に進行方向に加速する必要はないような気が。
たとえば帆を45度とかに張るのではなく
太陽光をもっとも受ける方向に帆を張る方が効率的なんじゃないのかね？

>>198
常に太陽に引っ張られる方向に重力加速度がかかっているんだから、
その加速度を上回る推進を行わないと、太陽からは遠ざかれないんじゃないか？

>>198
太陽光を最も受ける　＝　太陽に対して真正面に帆を向けている

この状態では、「遠心力＋光圧での力」と「引力」が釣り合う距離まで離れるが、それ以上太陽から離れなくなる。
太陽からもっと離れるには、公転進行方向に加速する必要がある。

というか第二宇宙速度とか第三宇宙速度とかご存知？

太陽を中心とした巨大な渦潮の流れの中で
サーフィンやってるようなもんだしな

ウィンドサーフィンですな

液晶を使った制御技術とかよく思い付くな...
天才に発想力が合わさって最強に見える

>>200
うーん、すみません、ちとわかんないんですが、光圧は受け続けるんですよね？
でもってすでに公転軌道にあるわけですよね？
慣性で軌道に乗ってて空気抵抗もない。
ならなんでわざわざ接線方向に加速するのかと？

渦巻きの例だと、脱出するなら接線方向じゃなくて真っ直ぐ外に泳ぎませんか？
それに光をもっとも大量に受けられる「太陽に対して真正面に帆を向けている」方が
その物体が得られるエネルギーは大きくなるのではないかと。

>>204
君は力学を基礎から学んだ方がよいと思います

>>204
極端にスケールの違う話を同列で語られても困るが。
太陽を周回している時点で、軌道速度持ってるんだよ。
軌道速度持ってないと、太陽にまっすぐ落ちるのは理解してる？
仮に静止してても太陽の引力に逆らえる推力持ってるなら、
まっすぐ離れることも可能だが、そんな強力な推力は現在の技術では無いよ。

『宇宙戦艦やまと』みたいに強力なエンジンがあれば何処にでもいける。

しかし、現状では太陽の引力に反発するのがやっとだ。

力学を学んでいない私がチャチャを入れると、手っ取り早く太陽から
進行方向に対して直角、つまり遠ざかるような圧力の受け方をしても
軌道が楕円になるだけで必ずしも遠くへ行く軌道にはならないという
理解でよろしいでしょうか？

>>203
「液晶」・「太陽光」とくると、オッサン世代は「2001年〜」（1968）を思い出すなあ。

あの映画では、宇宙飛行士のボタン操作でヘルメット（バイザー？）が
一瞬にして真っ黒になったシーンがあってさ

進行方向に対して直角な加速によって得られる速度ベクトルと元々持っていた
速度ベクトルを合成すると、長方形の対角線になる。しかし、対角線の長さより
2辺の長さの和の方が大きい……なんか違うような。

>>204
渦巻で外側に泳いだほうがいいのは、水の抵抗があるから。
いくら軌道方向に加速しても、水の抵抗で減速してしまうからね。
抵抗のない宇宙空間では、軌道方向に加速するのがいい。

だからロケットの打ち上げの時は垂直で、空気が薄くなってきたら横に飛ぶようにしている、のかもしれない。

>>204
こればっかりは実際に考えるしかないと思うよ。
軌道運動している物体は、単純に円運動で考えれば、
太陽からの重力によって軌道を曲げられ、結果円運動をしています。
そこで、太陽と反対方向の力をソーラーセイルで掛けたとします。
すると、軌道を曲げる力が弱くなったのと同じになりますので、
その分だけ曲がりが弱くなります。結果、その弱くなった曲がりに応じた高い軌道に落ち着き、
それ以上は上がることはなくなってしまいます。
普通の高い軌道とちょっと違うのは、少し軌道速度が遅いのにその高い軌道にとどまっているという点。
これを維持するのにソーラーセイルの力が使われ続けます。

イカロスの場合、自重350kgに対しソーラーセイルの力は1g重前後。
その程度だと、向心力の式v^2/rで考えれば、Vが一定ならrは1/(350*1000)だけ増えることになります。
地球軌道なら、400km強軌道を上げるだけで終わり。これはいくら時間をかけても変化しません。

これに対して軌道速度を加速する方向で臨めば、上記のVを弄ることになりますので、その効果は積算されることになります。
時間をかければその効果はだんだん大きくなるわけです。
これが多少効率が悪くても軌道方向に加速する理由です。

なお、これは太陽重力＞＞ソーラーセイル推力　である場合限定です。
もしも太陽重力に対しソーラーセイル推力が大きい場合は、太陽に背を向けて加速するだけでも、
運動方向がすぐに太陽に背を向ける方向になるため、結果探査機は速度も加速されます。
それでも、軌道速度加速の方が能率良いかも知れません。

>>212
＞普通の高い軌道とちょっと違うのは、少し軌道速度が遅いのにその高い軌道にとどまっているという点。

このへんちょっと説明はしょっちゃった
軌道を上げる時点で、速度は落ちちゃいます。移行時点で、わずかに太陽に対して上昇向きに動くので、
太陽重力に速度を減じられてしまいますから。
だから、正確には、この軌道で予想される速度より遅い速度のまま、その軌道に落ち着く、って感じでしょうか。
新しい軌道で必要な速度は、元の軌道での速度よりずっと遅いのですが、上昇の過程でそれ以上に速度が落ちてしまう。
それ以上に落ちているのになぜかその軌道にとどまると言った感じ。


これを逆用し、ありえない軌道にとどまるためにソーラーセイルやイオンエンジンを利用しようと言った計画もあるようです。
極や高緯度の上空で静止する静止衛星とか。

ヨットじゃなくて帆船でいいじゃん
宇宙帆船

>>212-213
微小な推力を長期間発生する宇宙機って、通常の化学推進の宇宙機とは
ぜんぜん違う軌道計算が必要だよなあ。

計算も独自だし、運用も独自だし、ノウハウを身に付けられれば・・・

>>215
微小な推力でも通常の化学推進でも軌道の計算方法は同じかと…
柔らかい布がスピンする機体の姿勢制御は初めてだから、新しいノウハウ身につくね。

>>215
うん、自分で計算できないんだよね。それ故に。
倍精度実数程度で積算したら、あまりに推力が小さいので誤差が酷くてシミュレーションにならなかったorz
簡単に入手できる倍々精度演算をサポートした言語って何かある？できれば趣味で遊ぶのでフリーで・・・

寝る−

>>217
UNIX に昔からある bc が無限精度だよ。
あと perl の Math モジュールに任意精度整数があるから、
整数演算に置き換える方法がわかっていれば使えるね

>>219
＞あと perl の Math モジュールに任意精度整数があるから、
あ、これなら使えそうだ、やってみるわ。

PSU4周年記念】エネミーダンスパーティー【MMD】http://app.xrea.jp/nicoview/?id=sm11950958

>>207
波動エンジン始動10秒前！

フライホイール接続！！

エネルギー充填120%

どら焼きには見えない
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