(57)【要約】【課題】  低コストかつ簡素な構成で、任意の物体に任意のデバイスを固定することが可能な、デバイス固定装置等を提供する。【解決手段】  デバイス固定装置１０は、例えばスペースデブリ除去デバイス２０に取り付けられ、前方向に伸展する伸展部１１と、伸展部１１の前端に取り付けられ、スペースデブリが備えるＰＡＦの内部に挿入される係合部１２とを備えている。係合部１２は複数の突出部材１３と、これら突出部材１３を放射状に配置した状態で伸展部１１の前端に固定する突出部材固定部材１４とを備えている。係合部１２は、突出部材１３が収納状態にあるときには、当該係合部１２全体がＰＡＦ（空洞部）の開口よりも小さくなるように構成され、また、伸展部１１の伸展によりＰＡＦの開口内に挿入された後には、突出部材１３を収納状態から突出状態に移行させるよう構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間が開口よりも広い空洞部を有する任意の物体に対して、任意のデバイスを固定するデバイス固定装置であって、
前記デバイスに取り付けられ、前方向に伸展する伸展部と、
当該伸展部の前端に取り付けられ、前記物体の開口の内部に係合する係合部と、
を備え、
前記係合部は、
収納状態から突出状態に移行可能であるとともに、突出状態では、前記空洞部の開口の半径よりも長い棒状で維持される、複数の突出部材と、
これら突出部材を放射状に配置した状態で前記伸展部の前端に固定する突出部材固定部材と、を備え、
前記係合部は、前記突出部材が収納状態にあるときには、前記係合部全体が前記空洞部の開口よりも小さくなるよう構成され、かつ、前記伸展部の伸展により前記空洞部の開口内に挿入された後には、前記突出部材を収納状態から突出状態に移行させるように構成されていることを特徴とする、
デバイス固定装置。
【請求項２】
前記物体が、前記空洞部としてＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有するスペースデブリであり、
前記デバイスがスペースデブリ除去デバイスであることを特徴とする、
請求項１に記載のデバイス固定装置。
【請求項３】
前記係合部は、前記突出部材を３つ以上備え、かつ、
突出状態にある当該突出部材同士の角度がそれぞれ等角度となるように、前記突出部材固定部材により前記伸展部の前端に固定されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載のデバイス固定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス固定装置を備える、デバイス。
【請求項５】
前記物体がＰＡＦを有するスペースデブリであり、前記デバイスがスペースデブリ除去デバイスであるときに、
ＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）を備えていることを特徴とする、
請求項４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口よりも広い空洞部を有する任意の物体に任意のデバイスを固定するためのデバイス固定装置、並びに、このデバイス固定装置を備えるデバイスに関する。例えば、任意のデバイスがスペースデブリ除去デバイスであって、任意の物体がＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有するスペースデブリである場合であれば、このＰＡＦに対してスペースデブリ除去デバイスを容易に固定することが可能なスペースデブリ除去デバイス固定装置と、これを備えるスペースデブリ除去デバイスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
スペースデブリは年々増加の一途をたどっており、宇宙利用や宇宙開発に大きな影響を及ぼしつつある。そこで、現存するスペースデブリを積極的に除去するためにさまざまな技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、地球磁場との電磁気的な相互作用によってスペースデブリを軌道変更させる力を得る導電性のテザー（ＥＤＴ）を備える、スペースデブリ軌道変換用テザー装置が開示されている。このテザー装置は、スペースデブリ除去作業を行う作業衛星に設けられ、テザーを伸展可能に保持するテザー機構、スペースデブリの構造部分を把持可能な捕獲機構、並びに、作業衛星が備えるロボットアームに結合・分離可能な取っ手等を備えている。
【０００４】
作業衛星のロボットアームによってテザー装置がスペースデブリの捕獲部位に近接させられると、テザー装置は、捕獲機構によって捕獲部位を把持し、その後にテザーを伸展する。さらにその後、テザー装置は、取っ手をロボットアームから分離する。これにより、テザー装置は、作業衛星から分離されるので、スペースデブリとともに対象軌道から投棄されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８０９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の技術では、作業衛星が備えるロボットアームによって、テザー装置をスペースデブリの捕獲部位に近傍させる必要があるため、ロボットアームは、高度の位置制御や動作制御が必要となる。また、テザー装置の捕獲機構は、構造部分を把持するために開閉可能な指および指駆動部を備える構成となっているため、捕獲機構の構造は非常に複雑なものとなる。それゆえ、特許文献１に開示の技術では、テザー装置もこれを搭載する作業衛星もその構成が複雑になり、かつ、重量増加も招くおそれがある。そのため、特許文献１に開示の方法では、スペースデブリの除去が可能であっても、高コストな方法となり、技術的難度も高いものになってしまう。
【０００７】
言い換えれば、テザー装置等のスペースデブリ除去デバイスをスペースデブリに固定する際に、簡素かつ軽量化可能な手法を採用することができれば、低コストでスペースデブリを除去することが可能になる。
【０００８】
また、スペースデブリ除去デバイスに関わらず、空洞部を有する物体に任意のデバイスを固定する用途では、簡素かつ軽量化可能な手法を用いた低コストなデバイス固定装置が求められている。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、低コストかつ簡素な構成で、空洞部を有する物体に任意のデバイスを固定することが可能なデバイス固定装置、およびこれを備えるデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るデバイス固定装置は、前記の課題を解決するために、内部空間が開口よりも広い空洞部を有する任意の物体に対して、任意のデバイスを固定するデバイス固定装置であって、前記デバイスに取り付けられ、前方向に伸展する伸展部と、当該伸展部の前端に取り付けられ、前記物体の開口の内部に係合する係合部と、を備え、前記係合部は、収納状態から突出状態に移行可能であるとともに、突出状態では、前記空洞部の開口の半径よりも長い棒状で維持される、複数の突出部材と、これら突出部材を放射状に配置した状態で前記伸展部の前端に固定する突出部材固定部材と、を備え、前記係合部は、前記突出部材が収納状態にあるときには、前記係合部全体が前記空洞部の開口よりも小さくなるよう構成され、かつ、前記伸展部の伸展により前記空洞部の開口内に挿入された後には、前記突出部材を収納状態から突出状態に移行させるように構成されている。
【００１１】
前記構成によれば、伸展部を伸展させて、任意の物体の空洞部内に係合部を挿入し、その後、係合部から放射状に複数の突出部材を突出させることになる。突出部材は、突出状態では空洞部の開口の半径よりも長い棒状で維持されるので、突出部材が突出した状態の係合部は、前記空洞部の開口よりも大きい広がりを有することになる。空洞部の内部空間は開口よりも広いため、係合部は空洞部内で抜け落ちることなく係合される。それゆえ、簡素な構成で任意のデバイスを任意の物体に容易に固定することが可能となる。
【００１２】
前記構成のデバイス固定装置においては、前記物体が、前記空洞部としてＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有するスペースデブリであり、前記デバイスがスペースデブリ除去デバイスであってもよい。
【００１３】
また、前記構成のデバイス固定装置においては、前記係合部は、前記突出部材を３つ以上備え、かつ、突出状態にある当該突出部材同士の角度がそれぞれ等角度となるように、前記突出部材固定部材により前記伸展部の前端に固定されている構成であってもよい。
【００１４】
また、本発明に係るデバイスは、前記構成のデバイス固定装置を備える構成である。
【００１５】
前記構成のデバイスは、例えば、前記物体がＰＡＦを有するスペースデブリであり、前記デバイスがスペースデブリ除去デバイスであるときに、ＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）を備えている構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、以上の構成により、低コストかつ簡素な構成で、空洞部を有する物体に任意のデバイスを固定することが可能な、デバイス固定装置、およびこれを備えるデバイスを提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るデバイス固定装置の代表的な一例である、スペースデブリ除去デバイス固定装置の構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置を備えるスペースデブリ除去デバイスの構成の一例を示す模式図である。
【図３】図２に示すスペースデブリ除去デバイスによるスペースデブリの除去方法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。本実施の形態では、物体がスペースデブリであり、デバイスがスペースデブリ除去デバイスである場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００１９】
［スペースデブリ除去デバイス固定装置の構成例］
図１に示すように、本発明に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、伸展部１１および係合部１２を備えており、係合部１２は、突出部材１３および突出部材固定部材１４から構成されている。このスペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、図２に示すように、ＰＡＦ１０１を有するスペースデブリ１００に対して、スペースデブリ除去デバイス２０を固定するために用いられる。なお、以下の説明では、便宜上、スペースデブリ除去デバイス固定装置１０を「デバイス固定装置１０」と略記し、スペースデブリ除去デバイス２０を「除去デバイス２０」と略記する。
【００２０】
伸展部１１は、除去デバイス２０の前方に取り付けられ、図１上に示す収縮した状態から、図１中に示すように除去デバイス２０の前方向に伸展するように構成されている。
【００２１】
係合部１２は、伸展部１１の前端に取り付けられ、図２に示すように、スペースデブリ１００が有するＰＡＦ（Payload Attach Fitting）１０１の内部に挿入可能となっている。ＰＡＦ１０１は、人工衛星をロケットに固定するための機械的インターフェースであって、図２に示すように、開口１０２を有する略円錐形である。スペースデブリ１００がロケットの一部等であれば、本体である構造体１０３がＰＡＦ１０１を備えている構成となっている。係合部１２は、伸展部１１の伸展により開口１０２からＰＡＦ１０１内に挿入可能となっている。このＰＡＦ１０１は、内部空間が開口よりも広い空洞部に相当する。
【００２２】
係合部１２は、突出部材１３および突出部材固定部材１４を備えている。突出部材１３は、係合部１２に複数設けられ、図１上および図１中に示すような収納状態から、図１下に示すような突出状態に移行可能に構成されている。突出部材固定部材１４は、これら突出部材１３を放射状に配置した状態で伸展部１１の前端に固定している。また、突出部材１３が突出状態にあるときには、図２に示すように、その全長がＰＡＦ１０１の開口１０２の半径よりも長い棒状に維持される。
【００２３】
係合部１２は、突出部材１３が収納状態にあるときには、当該係合部１２全体（すなわち収納状態にある突出部材１３および突出部材固定部材１４）がＰＡＦ１０１の開口１０２よりも小さくなるように構成されている。また、係合部１２は、伸展部１１の伸展によりＰＡＦ１０１の開口１０２内に挿入された後には、突出部材１３を収納状態から突出状態に移行させるよう構成されている。
【００２４】
係合部１２が備える突出部材１３の個数は特に限定されず、複数すなわち２つ以上であればよい。前記の通り、突出部材１３は、開口１０２の半径よりも長い棒状となるように突出するので、例えば、図２の構成例Ｉに示すように、突出状態の突出部材１３が直線状となる位置関係で突出部材固定部材１４により２つ固定されていれば、少なくとも開口１０２の直径よりも大きくなる。そのため、係合部１２がＰＡＦ１０１内で係合可能となるので、除去デバイス２０をスペースデブリ１００に固定することができる。
【００２５】
また、突出部材１３は、図２の構成例ＩＩのように３つ以上設けられていることが好ましい。これにより、係合部１２が突出部材１３を３つ備えていれば、２つの場合（構成例Ｉ）と比較して突出状態の突出部材１３が面状に広がることになる。それゆえ、係合部１２によるＰＡＦ１０１内での係合状態をより安定化することができる。さらに、図２の構成例ＩＩＩに示すように、突出部材１３は４つ設けられていてもよい。
【００２６】
なお、図２下方の構成例Ｉ〜ＩＩＩは、図２上方に示すデバイス固定装置１０を固定したスペースデブリ１００の斜視図を、図中ブロック矢印Ｖ方向から見た状態を示す模式的な平面図に相当する。また、図２下方の構成例Ｉ〜ＩＩＩでは、開口１０２と構造体１０３と区別する便宜上、ＰＡＦ１０１の開口１０２に網掛けを施している。
【００２７】
ここで、係合部１２が突出部材１３を３つ以上備えている場合には、突出状態の突出部材１３同士で形成される角度がそれぞれ等角度となるように構成されていることが好ましい。例えば、図２の構成例ＩＩでは、突出部材１３が３つ設けられているので、これら突出部材１３はそれぞれ１２０°をなすように、突出部材固定部材１４により固定されていればよい。また、図２の構成例ＩＩＩでは、突出部材１３が４つ設けられているので、これら突出部材１３はそれぞれ９０°をなすように、突出部材固定部材１４により固定されていればよい。
【００２８】
言い換えれば、係合部１２が突出部材１３を３つ以上備えていれば、突出状態にある突出部材１３の先端を結んだ多角形が正多角形となるように、それぞれの突出部材１３の位置が突出部材固定部材１４によって規定されていることが好ましい。これにより、突出状態にある突出部材１３がＰＡＦ１０１の開口１０２内で均等な方向に広がることになるので、ＰＡＦ１０１内での係合状態をより安定化することができる。
【００２９】
伸展部１１および係合部１２の具体的な構成は特に限定されない。例えば、伸展部１１および係合部１２は一つの伸展式ロボットアームとして構成されてもよい。この場合、伸展部１１は大型の伸展式アームであり、係合部１２が備える突出部材１３は、伸展部１１に比べて小型の伸展式アームであればよく、突出部材固定部材１４は、小型の伸展式アームを大型の伸展式アームに固定する部材であればよい。
【００３０】
また、伸展部１１および突出部材１３が伸展式アームであれば、これらを伸展駆動させる駆動部は、公知の構成を採用することができる。また、伸展部１１を伸展させる駆動部は除去デバイス２０近傍または内部に設けられていればよく、突出部材１３を伸展させる駆動部は突出部材固定部材１４に一体的に設けられていればよい。
【００３１】
あるいは、伸展部１１および突出部材１３は、それぞれ公知の伸展型のアクチュエータまたは公知の機械的な伸展部材等で構成されてもよい。機械的な伸展部材としては、例えば、筒状に収納された状態から棒状の伸展状態に変化可能な伸展バネを挙げることができる。このとき、突出部材固定部材１４は、複数の突出部材１３となるアクチュエータまたは伸展部材等を放射状に固定する部材として構成されればよい。
【００３２】
また、伸展部１１および突出部材１３は、いずれも同様の構成であってもよいが、異なる構成であってもよい（例えば、伸展部１１が伸展式アームで複数の突出部材１３がアクチュエータであってもよい）。伸展部１１は、突出部材１３および突出部材固定部材１４を備える係合部１２を除去デバイス２０の前方に移動させるように伸展できる構成であればよく、また、突出部材１３は、突出状態でＰＡＦ１０１内に十分に係合できる程度の剛性を発揮できる構成であればよい。
【００３３】
［スペースデブリ除去デバイスの構成例］
本発明に係るデバイス固定装置１０は、公知の除去デバイス２０に適用することができる。本実施の形態では、除去デバイス２０は、図２に示すように、ＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）２１を備えており、図示しないが、例えば除去デバイス２０内に巻き取られた状態で収容されている。また、このＥＤＴ２１の先端は、デバイス固定装置１０に連結されている。このような除去デバイス２０は、公知の構成のスペースデブリ除去衛星３０に取り付けられている。
【００３４】
ＥＤＴ２１は、導電性を有するテザーであり、デバイス固定装置１０がスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に係合することで、当該スペースデブリ１００に固定される。スペースデブリ１００が地球を周回する軌道上を進行するに伴ってＥＤＴ２１が地球磁場中を移動すると、当該ＥＤＴ２１に誘導起電力およびローレンツ力が生じる。その結果、スペースデブリ１００に対しては、その進行方向とは逆方向に推進力が生じるので、当該スペースデブリ１００の推進速度を低減させることができる。推進速度が低減すれば、スペースデブリ１００の高度も徐々に低下するので、最終的にスペースデブリ１００は軌道上から離脱して大気圏に突入することになる。
【００３５】
なお、本実施の形態の除去デバイス２０は、ＥＤＴ２１を備える構成に限定されず、公知の他の構成であってもよい。例えば、公知のスラスタを備える構成を挙げることができる。このようなスラスタを備える除去デバイス２０は、デバイス固定装置１０に直接連結されてもよいが、ＥＤＴ２１のようなテザーを介してデバイス固定装置１０に連結されてもよい。
【００３６】
次に、デバイス固定装置１０を備える除去デバイス２０の固定動作について、図３を参照して具体的に説明する。
【００３７】
まず、除去デバイス２０はスペースデブリ除去衛星３０の前方に設けられており、図３のブロック矢印Ｍ１に示すように、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に向かって接近する。次に、デバイス固定装置１０による固定動作が可能な距離までスペースデブリ除去衛星３０が接近すれば、デバイス固定装置１０の伸展部１１が伸展し、これにより係合部１２がＰＡＦ１０１の開口１０２内に挿入される。なお、この時点では、突出部材１３は収納状態にある。
【００３８】
次に、係合部１２は突出部材１３（図３では係合部１２を模式的に示しているので、突出部材１３および突出部材固定部材１４については符号を付していない）を突出させる。これにより、突出状態となった突出部材１３は、ＰＡＦ１０１内で開口１０２よりも大きな広がりを有することになる。それゆえ、係合部１２は、開口１０２から脱離しないでＰＡＦ１０１内に係合され、結果として、除去デバイス２０はデバイス固定装置１０を介してスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に固定される。
【００３９】
次に、スペースデブリ除去衛星３０は、図３のブロック矢印Ｍ２に示すように、スペースデブリ１００から離脱する方向に移動する。これに伴い、除去デバイス２０内に収容されていたＥＤＴ２１が引き出される。ＥＤＴ２１が十分に引き出されれば、スペースデブリ除去衛星３０は、除去デバイス２０を切り離す。その後は、ＥＤＴ２１の作用によってスペースデブリ１００の推進速度が低減し、地球周回軌道からデオービットされる。
【００４０】
このように、本発明に係るデバイス固定装置１０は、伸展部１１を伸展させて、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１内に係合部１２を挿入し、その後、係合部１２から放射状に複数の突出部材１３を突出させる。突出部材１３は、突出状態ではＰＡＦ１０１の開口１０２の半径よりも長い棒状で維持されるので、この状態の係合部１２は、ＰＡＦ１０１の開口１０２よりも大きい広がりを有することになる。ＰＡＦ１０１の内部は一般に開口１０２よりも広いものが多いため、複数の突出部材１３が突出した係合部１２はＰＡＦ１０１内で抜け落ちることなく係合される。それゆえ、簡素な構成で除去デバイス２０をスペースデブリ１００に容易に固定することが可能となる。
【００４１】
しかも、ＰＡＦ１０１は、人工衛星をロケットに固定するための機械的インターフェースであって、その構成は基本的に規格化されている。それゆえ、係合部１２の構成に合わせて規格化することが可能となる。加えて、ＰＡＦ１０１の開口１０２の直径は相対的に大きいため、係合部１２をＰＡＦ１０１の開口１０２よりも小さくなるように構成しやすくなる。それゆえ、伸展部１１によってＰＡＦ１０１内に係合部１２を挿入する際にも、高精度な位置制御を行う必要性がない。
【００４２】
また、係合部１２がＰＡＦ１０１内に挿入されれば、突出部材１３を突出させるだけでデバイス固定装置１０をＰＡＦ１０１に係合させることができる。それゆえ、デバイス固定装置１０の制御構成の簡素なものとすることができる。
【００４３】
このように、本発明に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置は、ＰＡＦを有するスペースデブリに対して、スペースデブリ除去デバイスを固定するデバイス固定装置であって、前記スペースデブリ除去デバイスに取り付けられ、前方向に伸展する伸展部と、当該伸展部の前端に取り付けられ、前記スペースデブリが備える前記ＰＡＦの内部に係合する係合部と、を備え、前記係合部は、収納状態から突出状態に移行可能であるとともに、突出状態では、前記ＰＡＦの開口の半径よりも長い棒状で維持される、複数の突出部材と、これら突出部材を放射状に配置した状態で前記伸展部の前端に固定する突出部材固定部材と、を備え、前記係合部は、前記突出部材が収納状態にあるときには、前記係合部全体が前記ＰＡＦの開口よりも小さく構成され、かつ、前記伸展部の伸展により前記ＰＡＦの開口内に挿入された後には、前記突出部材を収納状態から突出状態に移行させるよう構成されていればよい。
【００４４】
前記構成によれば、伸展部を伸展させて、スペースデブリのＰＡＦ内に係合部を挿入し、その後、係合部から放射状に複数の突出部材を突出させることになる。突出部材は、突出状態ではＰＡＦの開口の半径よりも長い棒状で維持されるので、突出部材が突出した状態の係合部は、前記ＰＡＦの開口よりも大きい広がりを有することになる。ＰＡＦの内部は一般に開口よりも広いものが多いため、係合部はＰＡＦ内で抜け落ちることなく係合される。それゆえ、簡素な構成でスペースデブリ除去デバイスをスペースデブリに容易に固定することが可能となる。
【００４５】
しかも、ＰＡＦは、人工衛星をロケットに固定するための機械的インターフェースであって、その構成は基本的に規格化されている。それゆえ、係合部の構成に合わせて規格化することが可能となる。
【００４６】
加えて、ＰＡＦの開口の直径は相対的に大きいため、係合部をＰＡＦの開口よりも小さくなるように構成しやすくなる。それゆえ、伸展部によってＰＡＦ内に係合部を挿入する際にも、高精度な位置制御を行う必要性がない。
【００４７】
また、係合部がＰＡＦ内に挿入されれば、突出部材を突出させるだけでデバイス固定装置をＰＡＦに係合させることができる。それゆえ、デバイス固定装置の制御構成の簡素なものとすることができる。
【００４８】
なお、前記の通り、本実施の形態では、内部空間が開口よりも広い空洞部を有する物体として、ＰＡＦを有するスペースデブリを例示し、物体に固定されるデバイスとして、スペースデブリ除去デバイスを例示しているが、本発明はこれに限定されず、空洞部を有する物体に任意のデバイスを固定する分野に広く適用できることは言うまでもない。
【００４９】
また、本発明は本実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、内部空間が開口よりも広い空洞部を有する物体に任意のデバイスを固定する分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０    デバイス固定装置
１１    伸展部
１２    係合部
１３    突出部材
１４    突出部材固定部材
２０    スペースデブリ除去デバイス（デバイス）
２１    ＥＤＴ
３０    スペースデブリ除去衛星
１００    スペースデブリ
１０１    ＰＡＦ（空洞部）
１０２    ＰＡＦの開口
１０３    構造体（スペースデブリの一部）
【図１】
2014228025.tif 000003
【図２】
2014228025.tif 000004
【図３】
2014228025.tif 000005