(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押さえ機構、解放機構および展開機構を備えた展開式太陽帆を有し、該太陽帆が、ターンテーブル（１０）を介してコイル式ラチスブーム（１）に取り付けられてキャニスタ（Ｃ）内に収容されている衛星用の展開式太陽帆アセンブリであって、前記太陽帆は、上部コーン（７）、中間コーン（８）および底部コーン（９）を含み、前記上部コーン（７）および前記中間コーン（８）は、宇宙適合材料製の複数の薄膜セグメント（１７）を互いに接合し、上部コーン内側リング（１３）および上部コーン外側リング（１４）のアセンブリに固定して形成されており、前記底部コーン（９）は、宇宙適合材料製の比較的厚い膜の少なくとも２つのセグメント（２２）を底部コーン内側リング（１１）、底部コーン中間リング（２５）および底部コーン外側リング（２１）のアセンブリに固定して形成されており、前記中間コーン（８）の上下縁部（１９、２０）は、それぞれ前記上部コーン外側リング（１４）および前記底部コーン外側リング（２１）に取り付けられていることを特徴とする展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項２】
前記宇宙適合材料は、アルミ蒸着カプトン膜であって、アルミ蒸着側が前記上部コーンおよび前記中間コーンの内側で、カプトン側が前記上部コーンおよび前記中間コーンの外側であり、また、アルミ蒸着側が前記底部コーンの外側で、カプトン側が前記底部コーンの内側である請求項１に記載の展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項３】
前記ターンテーブル（１０）は、前記上部コーン内側リング（１３）および前記上部コーン外側リング（１４）に１組の放射状スポーク（１６）によって連結されている請求項１または２に記載の展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項４】
前記放射状スポーク（１６）は、グラスファイバ強化プラスチック製である請求項３に記載の展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項５】
前記コーンの前記薄膜セグメント（１７）は、傾斜側部に沿って接着接合部（１８）で付着されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項６】
前記コーンの内側および外側縁部は、固定手段（２４）によってそれぞれ前記底部コーン内側リング（１１）および前記底部コーン外側リング（２１）に取り付けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の展開式太陽帆アセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載の衛星用の展開式太陽帆アセンブリを製造する方法であって、テンプレートを使用して前記上部コーン（７）、前記中間コーン（８）および前記底部コーン（９）のセグメントを、縁部に切り欠きを伴わないで正確に切断する段階と、上部コーン内側リング（１３）、上部コーン外側リング（１４）、底部コーン外側リング（２１）、底部コーン中間リング（２５）および底部コーン内側リング（１１）を組み立てる段階と、しわのない接合が得られるように固定具を使用して前記コーンの前記セグメントの付着および硬化を行う段階と、接着剤によって前記上部コーン（７）を前記中間コーン（８）に、また該中間コーン（８）を前記底部コーン（９）に接合する段階と、宇宙船に取り付けるための帆からの導電路によってアースタブを設ける段階と、テンプレート（３３）を使用して前記太陽帆を規則的に折り畳む段階と、前記帆をコイル式ラチスブーム（１）に取り付ける段階と、該ブームおよび帆を前記キャニスタ（Ｃ）内に収納し、押さえ機構、解放機構および展開機構を設ける段階とを含む方法。
【請求項８】
前記上部コーン、前記中間コーンおよび前記底部コーンの前記セグメントは、アルミ蒸着カプトンで形成されており、前記上部コーンおよび前記中間コーンは、アルミ蒸着側が内側に面するようにして形成され、前記底部コーンは、アルミ蒸着側が外側に面するようにして形成されている請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星用の展開式太陽帆アセンブリおよびそれの製造方法に関する。片側に太陽電池アンテナ（solar array）を有する宇宙船において、太陽電池アンテナに加えられる太陽放射トルクと釣り合うために、太陽帆が必要である。そのような展開式太陽帆および関連機構は以下の要件を満たさなければならない。
１．打ち上げ機エンベロープ内にはまるように収納可能でなければならない。
２．形状は、全季節を通して最小限の不釣り合いトルク変動にすることができなければならない。
３．気象観測用ペイロードの冷却器への熱入力を最小限に押さえるため、太陽帆を宇宙船から十分に離して展開させなければならない。
４．展開した帆アセンブリは、システムの固有周波数要件を満たさなければならない。
５．運用寿命全体を通して帆の熱的および光学性質が安定してなければならない。
６．帆は、宇宙船にアースする(grounding to the space craft)ための装備を有していなければならない。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明による展開式太陽帆アセンブリは、上記要件のすべてを満たすように製造されている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、押さえ機構、解放機構および展開機構を備えた展開式太陽帆からなり、上記太陽帆が、ターンテーブルを介してコイル式ラチスブームに取り付けられてキャニスタ内に収容されている衛星用の展開式太陽帆アセンブリであって、上記太陽帆は、上部コーン、中間コーンおよび底部コーンを含み、上記上部コーンおよび上記中間コーンは、宇宙適合材料製の複数の薄膜セグメントを互いに接合し、上部コーン内側リングおよび上部コーン外側リングのアセンブリに固定して形成されており、上記底部コーンは、宇宙適合材料製の比較的厚い膜の少なくとも２つのセグメントを底部コーン内側リング、底部コーン中間リングおよび底部コーン外側リングのアセンブリに固定して形成されており、中間コーンの上下縁部は、それぞれ上部コーン外側リングおよび底部コーン外側リングに取り付けられていることを特徴とする展開式太陽帆アセンブリを提供している。
【０００４】
本発明はまた、上記の衛星用の展開式太陽帆アセンブリを製造する方法であって、テンプレートを使用して上部コーン、中間コーンおよび底部コーンのセグメントを、縁部に切り欠きを伴わないで正確に切断する段階と、上部コーン内側リング、上部コーン外側リング、底部コーン外側リング、底部コーン中間リングおよび底部コーン内側リングを組み立てる段階と、しわのない接合が得られるように固定具を使用してコーンのセグメントの付着および硬化を行う段階と、接着剤によって上部コーンを中間コーンに、また中間コーンを底部コーンに接合する段階と、宇宙船に取り付けるための帆からの導電路によってアースタブを設ける段階と、テンプレートを使用して太陽帆を規則的に折り畳む段階と、帆をコイル式ラチスブームに取り付ける段階と、ブームおよび帆を前記キャニスタ内に収納し、押さえ機構、解放機構および展開機構を設ける段階とを含む方法を提供している。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明による展開式太陽帆アセンブリを説明する。
【０００６】
太陽帆は、上部コーンリングアセンブリ上に組み立てられた上部コーン（７）と、底部リングアセンブリ上に組み立てられた底部コーン（９）と、上部コーン（７）および底部コーン（９）の両方に取り付けられた中間コーン（８）とを含む。上部コーンリングアセンブリは、上部コーン内側リング（１３）および上部コーン外側リング（１４）からなり、スポーク（１６）が上部コーン外側リングおよび上部コーン内側リングを連結している。スポークは、好ましくはグラスファイバ強化プラスチック製である。底部コーンリングアセンブリは、底部コーン内側リング（１１）、底部コーン中間リング（２５）および底部コーン外側リング（２１）からなる。底部コーン内側リングおよび底部コーン外側リングは、レーシング糸(lacing thread)（２４）で取り付けられている。太陽帆は、ターンテーブル（１０）を介してキャニスタ（Ｃ）内でコイル式ラチスブーム（１）(coilable lattice boom)に取り付けられている。太陽帆の底部すなわち内側端部は、インターフェースブロック（４７）を通るピボットを介してコイル式ラチスブーム（ＣＬＢ）に取り付けられている。発射抑制アセンブリ(launch restraint assembly)５が、規則的に折り畳んで収納された帆（１２）を押さえている。キャニスタ（Ｃ）および発射抑制アセンブリ（５）を貫通しているタイロッド（３）が、収納状態のラチスブームアセンブリ（１）を保持している。収納可能なラチスブーム（１）は、駆動部（２）と、ブームおよび帆を解放して展開させるボルトカッタ（４）とを備えている。ブーム伸張機構（６）も、太陽帆駆動機構と組み合わされている。上部コーン（７）および中間コーン（８）は、片側にアルミ蒸着したカプトン膜(kapton)製のセグメント（１７）で形成されており、セグメントのアルミ蒸着側は上部コーンおよび中間コーンの内側向きに保持され、カプトン膜の非アルミ蒸着側は上部コーンおよび中間コーンの外側向きに保持されている。底部コーンも、上部コーンおよび中間コーンの薄いアルミ蒸着カプトン膜と比較して厚い片面アルミ蒸着カプトン膜製の少なくとも２つのセグメントで形成されている。カプトン膜のアルミ蒸着側は、底部コーンの外側向きに保持されている。中間コーンおよび底部コーンのセグメントの傾斜直線縁部は、接着接合部（１８、２３）で付着されている。
【０００７】
底部コーンの内側および外側縁部は、取り付け手段（２４）を使用してそれぞれ底部コーン内側リング（１１）および底部コーン外側リング（２１）に接合されている。底部コーン中間リング（２５）は、接着剤によって底部コーンに取り付けられている。コーンのセグメントは、必要な熱的および光学性質、環境要件、およびコンパクトな収納および軽量化の能力を満たす適当な宇宙適合材料(space compatible material)で形成することができる。打ち上げ中に太陽帆を確実にコンパクトに収納すると共に、打ち上げ機エンベロープ内にうまくはめ込むために、太陽帆（１２）は規則的に折り畳まれて、宇宙船インターフェース（２８）に押さえつけられている。太陽帆（１２）のコンパクトな折り畳みは、カメラのベローズと同様であり、底部コーンの跳ね返りがスタンドオフ(stand off)（３０）によって助けられる。中間コーン（８）のセグメント（１７）の複数の接合部（１８）が、折り畳み基準として使用される。折り畳みパターンは、半径方向折り目（３２）および接線方向折り目（３１）からなり、折り目を案内して位置決めするために、テンプレート（３３）が使用される。テンプレート（３３）は、平滑な表面を有し、尖ったコーナー部分を備えていない。
【０００８】
底部コーン（９）は、支持固定具（２９）によって支持され、中間コア（８）はベローズの形に折り畳まれている。上記折り目が決して展開中のＣＬＢの邪魔にならないようにするために、折り畳みフィルムおよび上部コーン内側リング（１１）の間に最小限のギャップ（Ｘ）が設けられている。打ち上げ中の折り目の滑りを防止するために、上部コーン外側リング（１４）および底部コーン中間リング（２６）から折り畳みフィルムがのぞく最大長さ（Ｙ）が与えられている。
【０００９】
展開機構は、キャニスタ（Ｃ）内に収容されたコイル式ラチスブーム（１）を有し、制御駆動部（２）用のラニヤードが設けられている。ＣＬＢ（１）は、長さ全体に等間隔に位置するヒンジアセンブリによって三角当て木(triangular battens)（３５）に相互連結された連続縦通材（３４）からなる。
【００１０】
各区画の３対の対角線(diagonals)（３６）が、自己展開可能なブーム（１）に必要なせん断およびねじり剛さを与える。ブーム（１）は、展開した帆に必要な剛直度を与える。ブームの熱歪みを避けるために、ブームの長さ全体にプレツイスト特性(pre-twist feature)が与えられている。完全収納状態のブームの展開開始時に得られる自己展開力は小さいので、縦通材（３４）の底端部に追加力を与えることによって、確実にブームが早期伸張(strightening)できるようにするため、ばね駆動機構（６）が設けられている。
【００１１】
キャニスタ（Ｃ）内にコンパクトに収納されたＣＬＢ（１）および折り畳まれた帆（１２）が宇宙船（２８）に取り付けられる。発射抑制アセンブリ（５）が、収納状態の帆（１２）を押さえる。キャニスタ（Ｃ）を貫通しているタイロッド（３）が、ＣＬＢ（１）および発射抑制アセンブリ（５）を押さえている。タイロッド（３）を専用のボルトカッタ（４）で切断することによって、帆（１２）の解放が行われる。制御駆動部（２）が、制御された展開を行う。キャニスタ（Ｃ）の底板（３７）に取り付けられたばね駆動機構（６）は、据え込み末端(swaged terminal)（４０）、ワイヤロープ（４１）およびタブ（４２）を介してＣＬＢの縦通材端部取り付け金具（３９）に連結されたばね（３８）を含む。ばね（３８）は、マンドレル（４３）によって案内され、マンドレル（４３）に設けられた端部キャップ（４４）によって支持されている。ブラケット（４６）に連結されたマイクロスイッチ（４５）が、ＣＬＢ（１）の直線状伸張を監視する。
【００１２】
本発明による展開式太陽帆アセンブリは、以下のようにして製造される。テンプレートを使用して、上部コーン（７）、中間コーン（８）および底部コーン（９）のセグメントを、縁部に切り欠きを伴わないで正確に切断する。上部コーン内側リング（１３）、上部コーン外側リング（１４）、底部コーン中間リング（２５）および底部コーン内側リング（１１）を周知のように組み立てる。しわのない接合が得られるように、固定具を使用してコーンのセグメントの付着および硬化(curing)を行う。接着剤によって、上部コーン（７）を中間コーン（８）に接合し、また中間コーン（８）を底部コーン（９）に接合する。導電タブおよび帆から宇宙船までの導電路からなるアース機構を設ける。
【００１３】
本発明による太陽帆の組み立ておよび折り畳み手順は、必要に応じた様々な寸法および形状の帆の製造に採用することができる。駆動機構およびブーム用の新規な早期直線状伸張機構は、単純で、信頼性が高く、様々な寸法の太陽帆の展開に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】駆動機構を備えた収納状態にある展開式太陽帆を示す。
【図２】駆動機構で展開した状態にある太陽帆を示す。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】太陽帆を示す。
【図５】上部コーンの上面図である。
【図６】中間コーンの正面を示す。
【図７】中間コーンの平面を示す
【図８】底部コーンの正面を示す。
【図９】底部コーンの側面を示す。
【図１０】上部コーンリングアセンブリを示す。
【図１１】図１０のＢ部の詳細を示す。
【図１２】底部コーンリングアセンブリを示す。
【図１３】図１２のＣ部の詳細を示す。
【図１４】図１２の側面を示す。
【図１５】図１２の平面を示す。
【図１６】収納状態にある太陽帆を示す。
【図１７】太陽帆の折り目パターンを示す。
【図１８】ブームを直線状に伸張させる底端部駆動機構を示す。
【符号の説明】
７  上部コーン
８  中間コーン
９  底部コーン
１０  ターンテーブル
１１  底部コーン内側リング
１３  上部コーン内側リング
１４  上部コーン外側リング
１７  薄膜セグメント
２１  底部コーン外側リング
２５  底部コーン中間リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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