地球―月系の複雑な物流体系と高額なコスト投入により、月面居住基地の展開と運用を支える革新的な信頼性パラダイムの確立が急務となっている。これに対し、本論文は信頼性―冗長設計、予備品在庫、宇宙船軌道計画を統合する協調最適化手法を提案し、この新たなパラダイムの基礎を築く。長期月面居住基地の建設を導くため、2段階の計画モデルを開発した。第一段階ではサブシステムの冗長構成と基準在庫の設定により、最小質量コストで信頼性と可用性目標を達成する。第二段階では、宇宙船の燃料種類、推進剤質量、転移軌道を最適化し、第一段階の居住モジュールと予備品を含む総発射質量を最小化する。このモデルは、ランダムな予備品需要、長期補給間隔、制限された転移軌道などの制約条件を革新的に統合し、冗長設計、予備品戦略、ロケット段階分割、飛行経路の協調最適化を初めて実現した研究である。9ノードかつ23回の速度変更を含む地球―月ノードネットワークで検証された「冗長―予備品―軌道」割当モデルは、発射質量、在庫補給周期、転移軌道、速度インクリメント、比推力の間に顕著な結合関係があることを示した。本研究は宇宙物流理論を信頼性維持計画に初めて融合し、経済的かつ信頼性の高い深宇宙有人基地展開のための新たな研究方向を切り拓いた。

信頼性―冗長配分;予備品;宇宙物流;ロケット段階;生命維持システム