電磁編隊飛行

電磁編隊飛行( EMFF )は、従来の推進システムの代わりに、反応ホイールと結合した電磁石を使用して、近接する多数の宇宙船の位置と姿勢を制御するという概念を研究しています。寿命が限られることが多い消耗性推進剤を使用する従来の推進システムとは異なり、EMFF システムは太陽エネルギーを使用して磁場を活性化します。マサチューセッツ工科大学宇宙システム研究所は、ダイナミクスと制御モデル、およびそれらの検証のための実験テストベッドを開発することで、この概念を研究しています。

EMFF の磁場は、電流を電線コイルに流すことで生成されます。生成された磁気双極子間の相互作用は、2 台の車両間の分離距離が双極子の物理的サイズに比べて大きい遠距離場近似で簡単に理解できます。さまざまな車両の双極子を制御することで、吸引力、反発力、せん断力を作成できます。リアクション ホイールと組み合わせると、編隊の重心を変更する必要がない限り、任意の操作を実行できます。

EMFF システムは、複数の宇宙船が互いに自由飛行しており、システムの重心を制御する必要がない場合に最も適しています。NASA の地球型惑星探査機(TPF) ミッションと宇宙望遠鏡アセンブリは、このようなタイプのミッションの 2 つにすぎません。EMFF は、消耗品への依存度が低いという最大の利点を提供します。^{[1] [2]} さらに、スラスタの噴出がなくなり、故障した要素をより経済的に交換する能力が向上します。

MIT-SSL は、広い平らな床面上での 2D フォーメーションの制御を実証するために、2 台の EMFF テストベッド車両を構築しました。車両は摩擦のないエア キャリッジ上に吊り下げられ、RF 通信、マイクロプロセッサ、計測システムを使用して完全に自己完結型になっています。液体窒素が極低温を維持し、バッテリーが高温超伝導(HTS) コイルに電力を供給します。テストベッドでは、線形化コントローラと非線形スライディング モード コントローラを使用して、オープン ループ制御とクローズド ループ制御における相対自由度(DOF) の制御を実証しました。

元宇宙システム研究所副所長のレイモンド・セドウィック博士（現在はメリーランド大学カレッジパーク校所属）が、電磁編隊飛行に関する論文で第1回ベピ・コロンボ賞を受賞した。コロンボとともに研究し、コンテストの審査員を務めた航空宇宙学教授のマヌエル・マルティネス・サンチェス氏によると、「審査員は全員一致で、レイの論文は『ベピ』コロンボの革新と独創性、そして厳格さの精神を最もよく表していると判断した」という。

電磁編隊飛行や類似のプロジェクトに関する研究も、以下で進行中です。

• 宇宙科学研究所 / JAXA
• ポーランド科学アカデミー宇宙研究センター
• ミシガン工科大学、コロンブフォース宇宙船について

• Elias, Laila M.、Kwon, Daniel W.、Sedwick, Raymond J.、およびMiller, David W.、「リアクションホイールのジャイロスコープの補強効果を含む電磁編隊飛行ダイナミクス」Journal of Guidance, Control, and Dynamics、第30巻、第2号、2007年3月～4月、pp. 499～511。

• SSL の EMFF ウェブページ
• MIT宇宙システム研究所MSEにおけるその他の研究
• 球体