第1回審査会プレゼンテーション資料

Report
AXELSPACE CUP
st
1
Review
M-SON’s
田中優一郎
俵京佑
泉裕一朗
小沢尭也
高橋正人
濱島大輝
宮里和良
上田直樹
倉重宏康
宝来亮汰
鈴木聡太
安部拓洋
太田佳
古賀将哉
山村悟史
提案するミッション
DKU計画
誰でも!
快適!
宇宙旅行!
20年後の世界
• 民間人が容易に宇宙へ
行ける世の中が到来
• 子どもや老人・病人でも
「快適」に宇宙へ行ける
輸送手段が必要
(※日本宇宙旅行協会HPより転載)
「地球人」的価値観の創出
DKU計画の概要
衛星軌道に乗り,
無重力空間を体験
第2段階燃焼
大気圏外へ
分離
快適!
パラシュート
により帰還
逆噴射で発射場
へとリターン
元の位置へ戻る
(再発射可能)
有人宇宙船
(少人数)
着陸
安価な
小型ロケット
ミッション・ステートメント
「 誰もが快適に宇宙に行ける輸送手段の実現 」
のために,ARLISS Extremeにおいて,打上げ時に生ずる人体
に不快感を与えやすい30Hz以下の振動に焦点を当て,それを
軽減する可変動吸振器を開発し,その実証実験を行うことを
ミッションとする.
軽減
イメージ図
【動吸振器】振動する機械系に,
質量,ばね,ダンパー系を付加す
ることにより,固有振動数周辺で
の共振現象を抑制する装置.
可変動吸振器は,吸振器の固有
振動数などを変化させることで,
振動特性を操作できる.
サクセスクライテリア
【フルサクセス】
客室内部の30Hz以下の特定の振動のパワーを
可変動吸振器によって,客室外部と比べて
TBD秒以内にTBD dB軽減させること.
【検証方法】
ミッション終了後に客室内部と客室外部の加速度データ
を解析しパワースペクトルを取得する. 評価関数を用い
て決定した軽減したい周波数の振動のパワーが,客室
外部に比べて,TBD秒以内にTBD dB軽減できたことを確
認する.
乗り心地と振動の関係
人間の感覚に特に影響を与えるのは30 Hz以下の低周波振動
幸尾治朗,「航空機の乗り心地に関する研究」
風戸昭人・眞田一志,「空気圧制御による鉄道車両の乗り心地向上」
評価関数の指標
30Hz
人体の固有振動数
乗り心地フィルター
ロケットの振動
変化していく低周波振動を軽減する事が求められる
• 強烈なランダム振動が発生
• 飛翔中に振動のスペクトルが動的に変化
M-Vロケットの振動スペクトル
1段モータ点火時(3号機)
2段モータ点火時(3・4号機)
小野田淳次郎・峯杉賢治,「M―V型ロケットの構造・機構」
既存のロケットの振動抑制例
・30 Hz以下の振動を吸収させるためには
柔らかい素材で作る必要がある → 軟性支持になってしまう
・パッシブ制振のため振動周波数の変化に対応できない
イプシロンロケット
©JAXA
©JAXA
エラストマ製の制振機構により 55 Hz以上の振動を吸収
既存の乗り物の可変振動抑制例
空気タンクやコンプレッサーが必要
サイズ大・質量大 → ロケットには不敵
空気バネ
TOYO TIRES,「鉄道車両用空気バネ」,
URL:http://www.toyo-ci.co.jp/product/tetsudo/0101.html
・高周波・低周波振動の軽減が可能
・防振効果が優れている
・圧縮空気が必要
ロードマップ
DKU
計画
振動軽減技術
ARLISS Extreme
可変動吸振器
実証
サイズアップ
実用化
統合・試験
有人宇宙船開発
サブオービタル
旅行実用化
オービタル
旅行実用化
滞在施設
実用化
小型ロケット開発
技術開発
2014
有人
実用化
離着陸
実用化
2024
2034
ミッションイメージ
高度
30km
約15秒間
無重力
振動軽減ループ
1/1000気圧
-60℃
可変動吸振器
動作
解析・振動数決定
サンプリング
動作終了
動作開始
設計
主振動系のばね:
ばね定数,数などは未定
動吸振器:
副振動系,ステッピングモータ,コイル
センサー群:
加速度センサ,カメラ
リニアガイド:
基軸方向以外を拘束
電装基板:
詳細は未定のためブロックで表示
バッテリ:
容量は未定
CanSat外壁:
高剛性の円筒構造
可変動吸振器の動作説明
ステッピングモータ
バネ系
磁石の反発力
ダンパー系
振動する磁石とコイル
N
S
N
S
L L
S
S
N
N
N
S
N
S
コイル
• 磁石間距離を制御
→軽減周波数が変化
• 10cmサイズで人体に有害な
1~100Hzの振動抑制が可能
ARLISS Extreme参加の意義
打上げ・分離・慣性飛行が行われる
ARLISS Extremeでの実証が求められる
低温環境(-60℃)での動作確認:
研究室で所有する低温試験装置で可能
低圧環境(1/1000気圧)での動作確認:
研究室で所有する真空装置で可能
リアルタイムFFTによる振動解析:
研究室で所有する加振機により実験可能
可変動吸振器:
高加速度環境下でのランダム振動の再現が困難
ランダム振動中に生ずる分離衝撃の再現が困難
高加速度環境下から無重量環境への移り変わりの再現が困難
予算
分類名
抵抗等回路素子
マイコン
モータ類
センサ類
BBM
内容
抵抗,コンデンサ,
\5,000
SDカード
mbed
\5,000
小型ステッピング
\10,000
モータ
加速度,角加速度,
\30,000
温度,気圧
\9,000
バッテリー
ネジ,バネ,ワッシャ
等
本体構造部材
アルミ等
ボールスクリュー
機械部品
等
カメラ
その他消耗品
砂漠でのトイレ・
打上げ費用
Wi-Fi利用量も含む
合計
EM
FM
合計
\3,000
\3,000
¥11,000
\1,000
\1,000
¥7,000
\10,000
\10,000
¥30,000
\15,000
\15,000
¥60,000
\3,000
\3,000
¥15,000
\4,000
\4,000
\4,000
¥12,000
\5,000
\5,000
\7,000
¥17,000
\10,000
\5,000
\5,000
¥20,000
\10,000
\3,000
\5,000
\3,000
\5,000
\3,000
¥20,000
¥9,000
\0
\0
\95,000
¥95,000
\296,000
獲得予定予算
AXELSPACE CUP:25万円 研究室予算:5万円 計30万円
スケジュール
可変
動吸振器
単機能
開発
加工&試作
能
代
宇
宙
イ
ベ
ン
ト
ARLISS
設計
試験
AXELSPACECUP
AXELSPACECUP
CanSat
構造
設計
電装
4月
5月
6月
7月
8月
9月

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