Presentation Electrical failure on satellite's power harnesses due to small debris impacts

Hirai, Takayuki  ,  Higashide, Masumi  ,  Kurosaki, Hirohisa  ,  Kawakita, Shirou  ,  Mando, Yuki  ,  Yamaguchi, Shota  ,  Tanaka, Koji  ,  平井, 隆之  ,  東出, 真澄  ,  黒崎, 裕久  ,  川北, 史朗  ,  万戸, 雄輝  ,  山口, 翔太  ,  田中, 孝治

Loss of satellite functions due to space debris collisions includes not only mechanical failures like breakup of satellite main bodies but also electric failures such as decrease in power supply from solar arrays and power harnesses. In particular, the past hypervelocity impact experiments suggest that sustained arcs and resulting ground faults on the power harnesses could be triggered by impacts of tiny space debris particles smaller than 1 mm which constantly impact on satellite surfaces. To perform the appropriate satellites' design for debris protection, it is important to adequately assess the risk of electrical failures on the satellite power harnesses. This presentation reports the results of hypervelocity impact experiments with more realistic impact conditions and simulated internal circuits than the past studies. In the experiments, single particles of aluminum oxide smaller than 1 mm were accelerated to nearly 7 km/s by the two-stage light gas gun of JAXA/ISAS. Our results suggest that the risk of fatal electric failure on a single line of power harness routed behind the solar array paddles is lower than that expected from the past studies.
デブリ衝突による衛星の機能損失には, 衛星構体を物理的に破壊する機械的損傷だけでなく, 太陽電池や電力ハーネスといった電源系機能の低下・喪失をもたらす電気的損傷も含まれる. 特に, 電力ハーネスの持続放電および、それに起因した地絡・短絡故障といった電気的損傷は, 比較的衝突頻度の高い直径1mm以下の微小デブリでも発生しうることが, これまでの研究により示唆されている. したがって電力ハーネスの電気的損傷リスクを正しく評価することは, 衛星に適切なデブリ防護設計を施す上で重要である. 本講演では, 従来研究よりも実環境に近い衝突条件および回路構成を用いた衝突実験の結果を報告する. 衝突実験にはJAXA宇宙科学研究所の二段式軽ガス銃を用い, 直径1mm以下の酸化アルミニウム粒子単発を秒速7kmで衝突させた. 実験の結果, 太陽電池裏面の電力ハーネス単線に関しては, 微小デブリ衝突により持続放電といった甚大な電気的損傷が発生するリスクは低いことが示唆された.
Meeting Information: The 7th Space Debris Workshop (October 18-20, 2016. Chofu Aerospace Center, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)(CAC)), Chofu, Tokyo, Japan
Physical characteristics: Original contains color illustrations
会議情報: 第7回スペースデブリワークショップ (2016年10月18-20日. 宇宙航空研究開発機構調布航空宇宙センター(JAXA)(CAC)), 調布市, 東京
形態: カラー図版あり

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