衛星コンステレーション用サービスデポの最適配置問題

核心概念

本研究では、高高度軌道上の衛星コンステレーションのためのオンオービットサービスデポの最適配置問題を提案する。低推力推進システムを活用し、デポと顧客衛星間の往復コストを最小化するように、デポの数と位置を同時に最適化する。

要約

本研究では、オービタル施設配置問題(OFLP)と呼ばれる新しい最適化問題を提案している。OFLPは、離散的な候補地点の中から、デポの数と位置を同時に最適化する。デポとクライアント衛星間の往復コストは、低推力推進システムを用いたQ-Lawコントローラを用いて計算される。また、デポの打ち上げ及び軌道投入コストも考慮される。
具体的には以下の通り:

候補デポ位置を離散的に定義し、デポの数と位置を同時に最適化する。
デポとクライアント衛星間の往復コストは、Q-Lawコントローラを用いて低推力推進システムの観点から計算する。
デポの打ち上げ及び軌道投入コストも、有効LEO質量(EMLEO)の観点から考慮する。
最適化問題は、デポの総EMLEO(打ち上げ+往復コスト)を最小化するように定式化される。
最適化問題の解を得た後、デポの位置をさらに連続的に最適化する。
複数クライアントを1回の往復で訪問するケースについても事後的に分析を行う。

統計

デポの乾燥質量は𝑚𝑑,dry
デポの最大打ち上げ質量は𝑚𝑙,max = 12,950 kg
サービサの乾燥質量は𝑚𝑠,dry
サービサの搭載質量は𝑚𝑠,𝐿

引用

なし

抽出されたキーインサイト

Orbital Facility Location Problem for Satellite Constellation Servicing Depots

by Yuri Shimane... 場所 arxiv.org 04-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2302.12191.pdf

深掘り質問

デポの最適配置は、コンステレーションの軌道要素の分布や更新頻度によってどのように変化するか?

デポの最適配置は、コンステレーションの軌道要素の分布や更新頻度によって大きく影響を受けます。例えば、軌道要素が似通った複数のクライアントが同時にサービスを必要とする場合、デポの配置はその需要に応じて調整される必要があります。また、更新頻度が高いコンステレーションの場合、デポの配置はより効率的で迅速なサービス提供を可能にするように最適化されるでしょう。さらに、複数のコンステレーションの軌道要素が異なる場合、それぞれの特性に合わせてデポの配置が調整されることが重要です。総じて、コンステレーションの軌道要素の分布や更新頻度は、デポの最適配置に直接影響を与える要因となります。

デポの最適配置問題に、デポ間の協調や競争の要素を導入することで、どのような解が得られるか?

デポ間の協調や競争の要素を導入することで、デポの最適配置に新たな側面が加わります。例えば、デポ間の協調を考慮することで、複数のデポが効率的にリソースを共有し、サービス提供を最適化することが可能となります。一方、デポ間の競争要素を導入すると、各デポがより効率的で効果的なサービス提供を目指し、競争力を高めることが期待されます。このように、デポ間の協調や競争の要素を取り入れることで、より効率的で持続可能なデポの配置が実現される可能性があります。

デポの最適配置問題を、宇宙環境の持続可能性の観点から拡張することはできないか?

デポの最適配置問題を宇宙環境の持続可能性の観点から拡張することは非常に重要です。例えば、デポの配置が燃料やリソースの効率的な利用を促進し、宇宙環境への影響を最小限に抑えるように設計されることが重要です。また、デポの最適配置が宇宙ごみの発生や環境への負荷を軽減するように考慮されることで、宇宙環境の持続可能性を向上させることが可能です。さらに、再利用可能なデポの設計やエネルギー効率の最適化など、持続可能性を考慮した拡張がデポの最適配置問題に組み込まれることで、宇宙環境へのポジティブな影響をもたらすことができます。