研究紹介

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スペースデブリ環境のモデリングの研究

研究の概要

現在デブリの衝突リスクがどの程度あるか、将来どのようになっていくか等の基盤的な知見がないと適切なデブリ対策は検討できないため、デブリ環境のモデリングの研究を実施しています。

JAXAでは九州大学と共同で開発したデブリ推移モデルNEODEEMを用いて、今後のデブリ数の推移予測や、宇宙機へのデブリ衝突確率等を評価しています。デブリ推移モデルは宇宙環境保全のために費用対効果の高い対策を検討し、 国際機関間スペースデブリ調整会議(IADC)で国際的なデブリ低減ガイドライン等を議論するために不可欠です。

図1はIADCで、6機関がそれぞれのモデルを用いて同一条件から予測した、低軌道の10cm以上のデブリ数の推移予測です。今後打ち上げられる宇宙機がデブリ低減ルールを十分守ったとしても、今すでに軌道上にあるデブリ同士の衝突により、 数が増加してしまうことが予測されています。さらに、近年は小型衛星の数が急増していることや、今後ラージコンステレーションと呼ばれる数百機、数千機の衛星群が計画されていることから、デブリ低減ガイドラインの見直し等が議論されています。

図2は推移モデルを用いた、衝突確率が高く、破片を多数発生させる可能性のある大型デブリを年間5個ずつ除去した場合の推移予測結果です。推移モデルを用いて、どのデブリをどのくらい除去すればよいか、どのデブリを除去すると効果が高いか等を評価しています。

図1 IADCでのデブリ推移予測
IADC-12-08, Rev.1 January, Stability of Future LEO Environment, Working Group 2 Action Item 27.1
図2 年間5個ずつデブリ除去した場合の効果

また、地上から観測が困難なサブミリ~センチ級のデブリは、軌道上にどのくらいあるか精確に把握できておらず、世界的な課題となっています。微小デブリが衝突して宇宙機が故障しないように防護設計をすることや、防御も出来ないサイズのデブリは これ以上増加させないようにするために、十分な発生防止策を取ることが重要です、そこで、図3のような微小デブリの衝突を検知するセンサを開発し、デブリモデル向上に貢献することを目指しています。

図3 サブミリ級デブリセンサ

研究実績

発表論文
  • S. Kawamoto, T. Hirai, S. Kitajima, S. Abe, T. Hanada, "Evaluation of Space Debris Mitigation Measures Using a Debris Evolutionary Model", Trans. JSASS Aerospace Tech. Japan, Vol.16, pp.599-603, 2018.
  • M. Zemoura, T. Hanada, S. Kawamoto, "Removal targets' classification: how time considerations modify the definition of the index", Advances in Space Research, Vol.60, pp. 1163-1187, 2017.
  • Maki Nakamura, Yukihito Kitazawa, Haruhisa Matsumoto, Osamu Okudaira, Toshiya Hanada, Akira Sakurai, Kunihiro Funakoshi, Tetsuo Yasaka, Sunao Hasegawa, Masanori Kobayashi, "Development of in-situ micro-debris measurement system", Advances in Space Research, Vol.56, pp.436–448, 2015.