衛星の力学

Satellite Mechanics

997E404

75ASASE524

神澤　拓也

Takuya Kanzawa

2026年度後期

2026年度

②Second semester

金曜4限

4th on Friday

創域理工学研究科　機械航空宇宙工学専攻

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Graduate School of Science and Technology

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

人工衛星の姿勢制御の基盤である姿勢の力学を、単一剛体から複雑な多体系（マルチボディ）まで段階的に解説する。また、講師のこれまでの研究開発の経験をもとに、実際の人工衛星（地球観測衛星など）における姿勢制御について、発展的な内容も含めて解説する。

姿勢制御は、地球観測衛星などのミッションを実現するキー技術であるが、姿勢の力学は、3次元空間での回転として扱われるため、数学的に難しい側面がある。本講義では、姿勢制御の根底にある力学の原理に重点を置き、姿勢表現・角速度などの基礎から始め、単一剛体の姿勢（回転）運動をもとに、マルチボディとしての複雑なダイナミクスまで系統的に説明する。本講義の目的は、姿勢の力学を計算プロセスも含めて理論的に理解し、ベクトル・行列を用いた運動方程式の定式化など、解析方法を習得することである。また、地球観測衛星などの実際の研究開発で、力学がどのように応用され、課題解決に用いられているか説明する。

人工衛星の姿勢制御系の研究開発に必要となる姿勢の力学について、以下の能力を習得することを目標とする。
1．姿勢制御系の構成・機能などを理解し、それを説明できること
2．ベクトル・行列を用いた衛星の姿勢表現の基礎を理解し、それを解析に利用できること
3．衛星の姿勢運動を3次元多体系の力学として理解し、それを解析に利用できること
4．実際の人工衛星での力学の応用方法を理解し、それを説明できること

本講義では、ベクトル・行列の計算を多用するため、ベクトル解析・線形代数の基礎を理解していることが望ましい。講義は、資料投影により実施する。

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準備学習の詳細は「授業計画」の欄を参照すること。各講義の後には講義資料を復習し、理解を深めること。

出席・レポート（課題）・小テスト（省略する場合もあり）を総合的に判断して、成績を判定する。講義態度等も評価の対象とする。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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「宇宙ステーション入門」　狼嘉彰、冨田信之、中須賀真一、松永三郎（東京大学出版会）、その他の専門書・論文などは各講義で紹介する。

カッコ内に、各講義の内容に関連するキーワードを示すので、参考にすること。
［1］　講義の説明、人工衛星の姿勢制御系の全体概要
［2］　姿勢表現とキネマティクス①（方向余弦行列・オイラー角）［3］　姿勢表現とキネマティクス②（オイラー軸まわりの回転・クォータニオン）［4］　姿勢表現とキネマティクス③（角速度）［5］　単一剛体のダイナミクス（オイラーの運動方程式）［6］　軸対称剛体の回転運動（ニューテーション・ジャイロトルク）［7］　衛星の姿勢制御方式（バイアスモーメンタム・ゼロモーメンタム方式）［8］　自然外乱と受動的な姿勢安定（重力傾斜トルク・重力傾斜安定方式）［9］　姿勢制御アクチュエータを搭載した衛星のダイナミクス（リアクションホイール・コントロールモーメントジャイロ）［10］　コントロールモーメントジャイロによる衛星の姿勢変更（CMG駆動則）［11］　柔軟構造物が付着した衛星のダイナミクス①（剛体モード・弾性モード）［12］　柔軟構造物が付着した衛星のダイナミクス②（伝達関数・共振）［13］　アイソレータによる擾乱絶縁（回転機器の不釣り合い）［14］　リンク機構を搭載した衛星のダイナミクス（ヤコビ行列）［15］　人工衛星の姿勢の力学：まとめ

授業担当者の実務経験：人工衛星のプロジェクトや姿勢制御系の研究開発
講義では、理論が実際の人工衛星にどのように応用されているか示す。

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