小型衛星搭載伸展ブームの開発に関する研究

九州大学　航空宇宙工学コース軽構造システム工学研究室

学部 4 年　　久松　翔

背景

Fig.1 QSAT

中小企業中小企業

小型衛星小型衛星開発開発

大　学大　学

Polar Plasma Observation SatellitePolar Plasma Observation Satellite

QSAT(QSAT(QQshu shu SatSatellite)ellite)

九州大学九州大学九州工業九州工業

大学大学福岡工業福岡工業

大学大学

　・磁気センサ　・プラズマプローブ　　－高周波プローブ　　－電位計測プローブ

搭載ミッション機器搭載ミッション機器

目的

磁気センサ→ 衛星自身が作り出す磁場の

影響を避けるために衛星構体から 1500mm 以上離す．

電位計測プローブ→ 衛星構体と電気的に絶縁さ

れた状態で衛星構体から 400mm 以上離す．

要求を満たす小型衛星用伸展ブームの開要求を満たす小型衛星用伸展ブームの開発発

ミッション機器配置要求ミッション機器配置要求

Fig.2 Configuration of Mission Instrument

伸展ブーム（伸展マスト）

Fig.4 Extension mast of ADEOS-ⅡFig.3 Coilable extendible mast

伸展ブーム概略図

Fig.5 Schematic drawing of boom

(a) Side view (before extension)

(b) Side view (after extension)

(c) Top view

・構造が単純・楽に伸展力を与えられる（引張ばね）

試作モデル

Fig.6 Prototype model of Extension Boom

(b) After extension(a) Before extension

部材： GFRPベアリング：イグリデュール X　　　　　　　　（ポリマー）ボルト・ナット： RENYワッシャー：テフロンヒンジ部部品：アルミ

ベース板との連結部

Fig.7 Connecting part with base plate

(b) Enlarged view (c) Enlarged view from the backside

(a) Connecting part

・ベース板に長穴を切る・ボルトを用いて連結・ボルトにはフランジブッシュをはめる

ヒンジ部のベアリング

ボールベアリング　 NSK 販売（株）　ステンレス鋼 製　大気中用

Last fiscal year

スライドベアリング　イグス（株） 　ポリマー 製　潤滑油不要

Current year

• ミッション機器の要求から，材料は非磁性体である必要がある．• 真空中では潤滑油が揮発するため，逆に摩擦が大きくなる可能性がある．

部材・ばねの連結部

• ばねが固定できておらず，がたつく．•Ｌアングルが薄いために変形しやすい．

Fig.8 Connecting part with boom members and springs

(a) Last fiscal year

ブロックにスリットを切って，その中にばねのフックを通し，ボルトにかけて固定．

(b) Current year

伸展力の計算

Fig.9 Calculation model for extension force

x

z

引張ばねの伸び：

ばねの引張力：

lLδ cos'2

kδP

ブーム部材長さ： L = 100[mm]

ヒンジの中心間の距離： L’ = 90[mm]

引張ばねの自然長： l = 52[mm]

ばね定数： k = 0.0763[N/mm]

引張ばねによるブームの伸展力は

tan cos ' 249

2 48tan

49

2 48l L k P F

伸展力測定試験

Fig.10 Measurement device of extension force

ロードセル

動ひずみ測定器

ロータリーエンコーダ

ステッピングモータ

伸展力

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Extension length [mm]

Ext

ensi

on f

orce

[N

]

―　 実験値―　 計算値

Fig.10 Relation between extension length and extension force

伸展初期・伸展完了時の伸展力が小さい

伸展開始時の伸展補助

• 圧縮ばねを用いて初期の伸展を補助

• ばねはベース板の角の４ヶ所もしくは２ヶ所に設置

• ばねの座屈防止用ガイドをつける

Compression　spring

Fig.11 Storage shape of extension structure with compression spring

伸展動作確認試験

Fig.13 extension test with compression spring

Fig.12 extension test without compression spring(a) Before extension

(a) Before extension

(b) After extension

(b) After extension

ダミーウェイト

まとめ

• 非磁性材料を用いて伸展ブームを製作した．

• ブームの伸展力は，非線形に変化し，伸展開始時・完了時には小さいことが分かった．

• 伸展動作確認試験を行い，拘束解除直後から伸展完了時まで伸展動作が滑らかに行われることを確認した．