【SPROUT打ち上げまで33日です!】

皆さま,こんにちは.
修士1年になりました,大日向です.

SPROUTマスターになろう!本日から二日間は姿勢決定・制御ミッションについてお送りします.今日はまず,姿勢決定・制御ミッションの概要と姿勢決定についてお伝えします.

姿勢決定・制御の概要
SPROUTの姿勢決定・制御ミッションとしては以下のように定めています.

数kg級衛星用姿勢決定・制御技術の実証
太陽センサ.地磁気センサ・ジャイロセンサを用いた姿勢決定実験,磁気トルカを用いた姿勢制御実験を行い,数kg級衛星で可能な姿勢決定・制御レベルを示すことを目指しています.

それでは,姿勢決定・制御の簡単な流れについて説明します.姿勢決定・制御系は大きく分けて,姿勢センサとMPU(実際に計算処理を行うマイコン)とアクチュエータに分かれています.
姿勢決定・制御システム


まず,太陽センサ・地磁気センサ・ジャイロセンサを駆使して姿勢決定(今の自分の姿勢がどの方向を向いているかを知る)を行います.その後,目標姿勢に向かって,磁気トルカを用いて姿勢制御を行います.また,太陽センサ・磁気トルカに関しては,日大で自作を行いました.
自作磁気トルカ自作太陽センサ

それでは,姿勢決定・制御の最初の段階である姿勢決定について説明したいと思います.

姿勢決定
センサには様々なものが存在していますが,SPROUTではコストやサイズなど,様々なトレードオフを経て,
・太陽センサ・・・太陽方向を検知する
・地磁気センサ・・・地球磁場の方向を検知する
・ジャイロセンサ・・・衛星自身の回転の角速度を測定する

の3種類を用いることになりました.これらのセンサを駆使して姿勢決定を行っています.
姿勢決定を行う際には,下図の青線の基準座標(軌道座標系と呼んでいます)に対して,下図の赤線の衛星座標(機体座標系と呼んでいます)がどれぐらいずれているか,というのを計算することによって,現在の自分の姿勢を知ることができます.下図のθを計算することが出来れば,衛星の姿勢が分かります.
基準座標と軌道座標


姿勢決定を行う手法は,様々な方法が既に提案されており,SPROUTに搭載する代表なものとして,TRIAD法q-Method拡張カルマンフィルタなどがあります.これらのワードで検索していただければ,様々な論文がヒットすると思います.SPROUTのオンボードでは実際にこれらを数値計算することによって姿勢を求めています.

以上で,姿勢決定・制御の概要と姿勢決定(今の自分の姿勢を知ること)の説明は終わりです.実は,姿勢決定をするだけでも,センサのノイズの影響の考慮や,計算速度の考慮(あまりに遅いと姿勢制御どころではなくなります)など,考えることは沢山あり,数値計算に様々な工夫が施されています.

本日は姿勢決定・制御ミッションのうち,姿勢決定についてお送りしましたが,
明日はいよいよ姿勢制御について紹介していこうと思います!