(57)【要約】【課題】  自律型自発展開用の展開可能なマストを提供する。【解決手段】  マストは、長手方向の展開軸Ｘ、この軸Ｘに垂直な平面ＹＺに平行な２つのプラットフォームを有する少なくとも１つの基本構造ユニット（１０）を備える。基本構造ユニットは、長手方向の展開軸Ｘに平行に互いに積み重ねられたＮ段のステージ（Ｅ１、．．．、Ｅｉ、Ｅｉ＋１、．．．、ＥＮ）を備え、Ｎは２以上であり、ｉは１〜Ｎ−１の間にある。各ステージ（Ｅｉ）は、少なくとも３つの長手方向の可撓性テープばね（１１）を備え、Ｎ段のステージが、平面ＹＺに平行な連結プラットフォーム（１５）によって２つずつ互いに固定され、２つの隣接した下部ステージと上部ステージ（Ｅｉ、Ｅｉ＋１）の角度が展開軸Ｘを中心とする回転により互いに角度的にオフセットされ、下部ステージ（Ｅｉ）のテープばねが上部ステージ（Ｅｉ＋１）の各テープばね間に介挿されている。【選択図】図４
2014198558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の展開軸Ｘを有する少なくとも１つの基本構造ユニット（１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を備える自律型自発展開用の展開可能なマストであって、前記基本構造ユニットが、ともに前記軸Ｘに垂直な平面ＹＺに平行である下部プラットフォーム（１３）と上部プラットフォーム（１２）、および前記長手方向の展開軸Ｘに平行に互いに積み重ねられたＮ段のステージ（Ｅ１、．．．、Ｅｉ、Ｅｉ＋１、．．．、ＥＮ）を備え、ここで、Ｎが２以上であり、ｉが１〜Ｎ−１の間にある展開可能なマストにおいて、各ステージ（Ｅｉ）が、少なくとも３つの長手方向の可撓性テープばね（１１）を備えており、前記Ｎ段のステージが、前記平面ＹＺに平行な連結プラットフォーム（１５）によって２つずつ互いに固定されることと、２つの隣接した下部および上部のステージ（Ｅｉ、Ｅｉ＋１）が、前記展開軸Ｘを中心とする回転により互いに角度的にオフセットされ、前記下部ステージ（Ｅｉ）の前記テープばねが、前記上部ステージ（Ｅｉ＋１）の前記テープばね間に介挿されることとを特徴とする、展開可能なマスト。
【請求項２】
全ての前記テープばね（１１）が同一であり、長さが同じであることを特徴とする、請求項１に記載の展開可能なマスト。
【請求項３】
２つの隣接した下部および上部のステージ（Ｅｉ、Ｅｉ＋１）が、前記２つの隣接したステージ（Ｅｉ、Ｅｉ＋１）に共通の連結プラットフォーム（１５）によって互いに固定されることを特徴とする、請求項２に記載の展開可能なマスト。
【請求項４】
各上部プラットフォーム（１２）、下部プラットフォーム（１３）、および連結プラットフォーム（１５）が、規則的に分散された固定用突起（１４、１６ａ、１６ｂ）を備え、各固定用突起が、テープばねの一端の固定専用であることを特徴とする、請求項３に記載の展開可能なマスト。
【請求項５】
前記２つの隣接した下部および上部のステージ（Ｅｉ、Ｅｉ＋１）が、長手方向のオーバラップ領域（１７）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の展開可能なマスト。
【請求項６】
各連結プラットフォーム（１５）に固定された前記固定用突起（１６ａ、１６ｂ）が、前記連結プラットフォームの前記平面ＹＺに対して傾斜しており、前記下部ステージ（Ｅｉ）の前記テープばねの前記固定用突起（１６ａ）の傾斜が、前記マストの頂部へと向けて配向され、前記上部ステージ（Ｅｉ＋１）の前記テープばねの前記固定用突起（１６ｂ）の傾斜が、前記マストの底部へと向けて配向されることを特徴とする、請求項５に記載の展開可能なマスト。
【請求項７】
格納位置において、全ての前記テープばね（１１）が、その長さ方向に２つに折り曲げられていることと、同じ構造ユニット（１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の全ての前記下部プラットフォーム、連結プラットフォーム、および上部プラットフォームが互いに積み重ねられていることとを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の展開可能なマスト。
【請求項８】
互いに積み重ねられた複数の同一構造ユニット（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の展開可能なマスト。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの自律型自発展開用の展開可能なマストを備えることを特徴とする、衛星。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律型自発展開用の展開可能なマストおよび少なくとも１つのこうしたマストを備える衛星に関する。本発明は特に、軌道上で展開しなければならない宇宙機器の分野に適用され、より具体的には、センサもしくはアンテナなどの衛星用の宇宙機器、または例えば望遠鏡などの長焦点距離の器械に適用される。
【背景技術】
【０００２】
２つの宇宙機器を数メートル離して連結するように設計された展開可能マストは、一般に、互いに積み重ねられた複数のマスト部分から構成され、互いに連接され、その展開がモータ駆動される。各マスト部分は一般に、ヒンジによって連接され、掛け金によってロックされた複数の剛性梁から構成される。このタイプのマストには、展開するためにモータを使用しなければならないという欠点があり、質量が大きく、連接部の信頼性の問題が生じる。さらに、打上げ用ロケットの頭部覆いの下の格納位置においてこの梁は剛性であるため、マストが全体として大きなサイズを占める。打上げ用ロケットの頭部覆いの下の展開可能な構造に割り当てられる空間は限られているため、マストが格納位置にあるときのマストの全体としてのサイズを低減して、展開位置でのその領域を最適化することが重要である。したがって、マストは、質量を低くすることと同時に、展開時の長さ／積み重ね時の体積の比ができる限り高くなければならず、宇宙用途に適合するよう展開位置でのマストの安定性と剛性が十分に高くなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、既存の展開可能マストの欠点がなく、全体としてのサイズが小さく、軽量で、製造が簡略であるという利点を有し、打上げ用ロケットの頭部覆いの下に格納されたときのマストの体積が最適化され、非常に長い範囲にわたって軌道上での信頼性の高い展開を可能にし、モータを使用することなく展開の制御を可能にし、展開時にマストを剛性が高く安定にする、展開可能マストを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的のために、本発明は、長手方向の展開軸Ｘを有する少なくとも１つの基本構造ユニットを備える自律型自発展開用の展開可能なマストであって、この基本構造ユニットが、ともに軸Ｘに垂直な平面ＹＺに平行である下部プラットフォームと上部プラットフォーム、および長手方向の展開軸Ｘに平行に互いに積み重ねられたＮ段のステージを備え、ここで、Ｎが２以上であり、ｉが１〜Ｎ−１の間である、展開可能マストに関する。各ステージは、少なくとも３つの長手方向の可撓性テープばねを備えており、Ｎ段のステージが、平面ＹＺに平行な連結プラットフォームによって２つずつ互いに固定され、２つの隣接した下部ステージと上部ステージの角度が展開軸Ｘを中心とする回転により互いに角度的にオフセットされ、下部ステージのテープばねが上部ステージの各テープばね間に介挿されている。
【０００５】
有利には、全てのテープばねは同一であり、長さが等しい。
【０００６】
有利には、２つの隣接した下部ステージと上部ステージは、この２つの隣接したステージに共通の連結プラットフォームによって互いに固定される。
【０００７】
有利には、各上部プラットフォーム、下部プラットフォーム、および連結プラットフォームは、規則的に分散された固定用突起を備え、各固定用突起は、テープばねの一端の固定専用である。
【０００８】
有利には、２つの隣接した下部ステージと上部ステージは、長手方向のオーバラップ領域を含む。
【０００９】
有利には、各連結プラットフォームに固定された固定用突起は、連結プラットフォームの平面ＹＺに対して傾斜しており、下部ステージのテープばねの固定用突起の傾斜は、マストの頂部へと向けて配向され、上部ステージのテープばねの固定用突起の傾斜は、マストの底部へと向けて配向される。
【００１０】
格納位置においては、全てのテープばねが、有利にはその長さ方向に２つに折り曲げられ、同じ構造ユニットの全ての下部プラットフォーム、連結プラットフォーム、および上部プラットフォームが、有利には互いに積み重ねられる。
【００１１】
有利には、展開可能マストは、互いに積み重ねられた複数の同一構造ユニットを備える。
【００１２】
本発明はまた、少なくとも１つの自律型自発展開用の展開可能マストを備える衛星に関する。
【００１３】
添付の概略図を参照しながら、純粋に例示的かつ非限定的な例として提示される説明の過程で、本発明の他の特徴および利点がはっきりと明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】単一ステージの基本構造ユニットを備える、展開位置での本発明によるマストの第１の例を示す図である。
【図２ａ】本発明による展開位置でのテープばねの一例の概略斜視図である。
【図２ｂ】本発明によるテープばねの概略断面図である。
【図３】本発明によるマストの、下部プレートまたは上部プレートの一例の概略斜視図である。
【図４】マルチステージの基本構造ユニットを備える、本発明による展開位置でのマストの第２の例を示す図である。
【図５ａ】本発明による同じ基本構造ユニットの２つの隣接ステージ間の、連結プラットフォームの一例の概略斜視図である。
【図５ｂ】本発明による連結プラットフォーム上の２つの隣接ステージのテープばねの、固定の一例の概略斜視図である。
【図６ａ】テープばねを省いた状態の、本発明による格納位置でのマストの基本構造ユニットを示す概略斜視図である。
【図６ｂ】テープばねをマストの外部に向けて曲げた状態の、本発明による格納位置でのマストの基本構造ユニットを示す概略斜視図である。
【図６ｃ】テープばねをマストの内部に向けて曲げた状態の、本発明による格納位置でのマストの基本構造ユニットを示す概略斜視図である。
【図７】テープばねをマストの外部に向けて曲げた状態の、互いに積み重ねられて固定された３つの基本構造ユニットを備える、本発明による格納位置でのマストを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１には、本発明による展開位置での展開可能なマストの一例が示してあり、このマストは、単一ステージの基本構造ユニットを備える。基本構造ユニット１０は、長手方向の展開軸Ｘに沿って延在する少なくとも３つのテープばね１１、上部プラットフォーム１２、および下部プラットフォーム１３から構成される。下部および上部のプラットフォームは、Ｘ軸に直交する平面ＹＺに平行である。テープばねは全て同一のものであり、全てのばねの長さおよび形状が同じである。各テープばねは、下部プラットフォーム１３に堅く取り付けられた下端、および上部プラットフォーム１２に堅く取り付けられた上端を有する。
【００１６】
テープばねは、凸状の第１の面１０１、凹状の第２の面１０２、および曲率半径Ｒの円形弧状の一部分を有する可撓性のあるブレードまたはストリップ状のものとして宇宙技術分野で知られており、これらは、例えば図２ａおよび２ｂに示してある。テープばねは、本質的にその固有の弾性エネルギーにより、いかなるモータも使用することなく、自然に展開軸Ｘに平行な長手方向に自律的に展開する傾向がある。
【００１７】
基本構造ユニット１０の上部プラットフォーム１２および下部プラットフォーム１３は、剛性でも弾性でもよく、軸Ｘを中心に好ましくは対称な形状である。例えば、上部プラットフォーム１２および下部プラットフォーム１３はそれぞれ、例えば図３に示すように円盤またはリングの形状を有してもよく、多角形または円形の周囲輪郭を有してもよい。上部または下部のプラットフォームのそれぞれは、好ましくはその周辺に規則正しく分散された固定用突起１４を備え、各固定用突起は、テープばねの一端の固定専用である。基本構造ユニット１０が３つのテープばねを備えるとき、上部または下部のプラットフォームはそれぞれ、図３に示すように３つの固定用突起を備える。固定用突起１４は、各上部プラットフォーム１２または下部のプラットフォーム１３の周りに規則正しく分散していることが好ましく、対応するプラットフォームの平面ＹＺ内に配置される。図１および図３において、固定用突起１４は、基本構造ユニット１０の外部に向けて、したがってマストの外部に向けて延在するように配向されるが、これらの突起を、基本構造ユニット１０の内部に向けて延在するよう、逆方向に配向させることも同様に可能である。同様にして、図１において、テープばねは、その凹面がマストの外部に向くように配向されるが、これらのテープばねを、その凹面がマストの内部に向くように逆方向に配向させることも同様に可能である。
【００１８】
単一ステージを備える基本構造ユニット１０は、本発明によるマストの最小構成であるが、マストの長さを長くしなければならない場合には利点が限られる。なぜなら、各テープばね１１の長さが増すにつれてマストの剛性が低下するからである。複数の基本構造ユニットを互いに積み重ねることによってマストの長さを増すことが可能であるが、各基本構造ユニットが１つのステージしか備えておらず、数多くの構造ユニットが存在する場合、折り畳んだ位置でのマストのコンパクトさが最適化されない。
【００１９】
図４には、展開位置でのマストの一例が示してあり、このマストは、下部プラットフォーム、上部プラットフォーム、およびＮ個のステージＥ１、．．．、Ｅｉ、Ｅｉ＋１、．．．、ＥＮから構成される基本構造ユニット１０を備え、ここで、Ｎは２以上の整数であり、ｉは両端値を含む１〜Ｎ−１の間にあり、長手方向の展開軸Ｘに平行に互いに積み重ねられ、２つずつ互いに堅く固定される。下部プラットフォーム１３および上部プラットフォーム１２は、Ｘ軸に直交する平面ＹＺに平行である。各ステージは、展開位置にあるとき、長手方向の展開軸Ｘに平行に延在する少なくとも３つのテープばね１１を備え、これら３つのテープばね１１は、連結プラットフォーム１５、上部プラットフォーム１２、または下部プラットフォーム１３にそれぞれ固定された２つの両端部を有する。２つの隣接ステージＥｉおよびＥｉ＋１は、これら２つの隣接ステージに共通の連結プラットフォーム１５によって互いに固定してもよく、連結プラットフォーム１５は剛性とすることも弾性とすることもできる。例えば、図５ａおよび図５ｂに示すように、各連結プラットフォーム１５は、例えば円盤またはリングの形状など、好ましくは軸Ｘを中心に対称である形状を有し、多角形または円形の周囲輪郭を有してもよい。各連結プラットフォームは固定用突起１６ａ、１６ｂを備え、各固定用突起１６ａ、１６ｂは、下部ステージＥｉ、この下部ステージＥｉに隣接した上部ステージＥｉ＋１それぞれのテープばね１１のそれぞれの端部の固定専用である。２つの隣接ステージＥｉ、Ｅｉ＋１のテープばね１１の各端部を固定するためには、各連結プラットフォーム１５の固定用突起１６ａ、１６ｂの数が、基本構造ユニット１０のステージＥｉのテープばね１１の数の２倍である。したがって、図４に示すように、基本構造ユニットの各ステージＥｉが３つのテープばねを備えるとき、各連結プラットフォーム１５は６つの固定用突起を備え、これらの突起に、下部ステージＥｉおよび隣接している上部ステージＥｉ＋１の６つのテープばね１１がそれぞれ固定される。各連結プラットフォーム１５に固定された固定用突起１６ａ、１６ｂは、連結プラットフォーム１５の平面ＹＺに対して傾斜しており、この傾斜は、下部ステージＥｉに対して上部ステージＥｉ＋１のテープばねにおいて方向が逆向きである。下部ステージＥｉのテープばねの固定用突起１６ａは、マストの頂部に向けて傾斜してもよいが、上部ステージＥｉ＋１のテープばねの固定用突起１６ｂは、マストの底部に向けて傾斜して、２つの隣接ステージＥｉとＥｉ＋１との間に長手方向のオーバラップ領域１７を形成してもよく、これにより、マストの剛性が増し、格納位置に折り畳んだときの基本構造ユニット１０のコンパクトさが改善されるという利点が生まれる。２つの連続した連結プラットフォーム１５は、したがって同じステージＥｉに属しており、したがって、これら２つの連結プラットフォームの平面ＹＺに対して逆方向に配向された固定用突起１６ａ、１６ｂを備える。図４、５ａ、５ｂでは、各連結プラットフォーム１５に固定された固定用突起１６ａ、１６ｂは、各連結プラットフォームの外部周辺部に取り付けられ、マストの外部に向けて延在するが、あるいは、固定用突起１６ａ、１６ｂがマストの内部に向けて延在するよう、それらを逆向きに取り付けることも同様に可能である。
【００２０】
各ステージＥｉのテープばね１１の各端部は、連結プラットフォーム１５の固定用突起１６ａ、１６ｂ上、または上部プラットフォーム１２もしくは下部プラットフォーム１３の固定用突起１４上に取り付けられたフランジによってテープばねを固定するように組み込んでもよく、またはリベット締めもしくは接着剤で取り付けてもよい。マストが複数の基本構造ユニット１０を備えるとき、各基本構造ユニット１０の基部および頂部に配置された下部プラットフォーム１３および上部プラットフォーム１２により、２つの連続した基本構造ユニットのテープばね１１間の連結が実現する。
【００２１】
マストをバランスさせるために、固定用突起１４、１６ａ、１６ｂおよびそれらに固定されたテープばね１１を、長手方向の展開軸Ｘを中心に優先的に規則正しく間隔を空けて配置してもよく、また各連結プラットフォームの２つの固定用突起の間の角度の値は同一でもよい。
【００２２】
２つの隣接ステージは、展開軸Ｘを中心とする回転により互いに角度的にオフセットされていて、隣接する上部ステージＥｉ＋１のテープばねの間に下部ステージＥｉのテープばねを介挿し、また隣接する上部ステージＥｉ＋１の固定用突起１６ｂの間に下部ステージＥｉの固定用突起１６ａを介挿する。したがって、同じ連結プラットフォーム１５に連結された２つの連続したステージのテープばね１１はまた、互いに角度的にオフセットされている。
【００２３】
基本構造ユニット１０は、格納位置に折り畳まれるとコンパクトな状態になり、図６ａの部分図に示すように、上部プラットフォーム１２、下部プラットフォーム１３、および基本構造ユニットの様々なステージ間の連結プラットフォーム１５全てが互いに積み重ねられており、この図６ａにはテープばねが示されておらず、図６ｂにはテープばねがマストの外部に向けて曲げられている様子が示されており、図６ｃの部分図にはマストの内部に向けて曲げられたテープばねのみが示してある。図６ｂおよび図６ｃでは、基本構造ユニットは、１ステージ当たり３つのテープばねからなる６つのステージを備えており、すなわち、積み重ねた状態の基本構造ユニットの上部プラットフォーム、下部プラットフォーム、および連結プラットフォームの全てを積み重ねたものから構成された環状リングの周辺に規則正しく分散された合計で１８のテープばねを備えている。このコンパクトな状態では、テープばね１１は、その長さ方向に２つに重ねて折り曲げられており、図６ｂに示すようにマストの外部に向けて固定用突起が延在するとき、この折曲げはマストの外部に向かうことができ、図６ｃに概略示すようにマストの内部に向けて固定用突起１６ａ、１６ｂが延在するとき、この折曲げはマストの内部に向かうこともできる。２つの連続した連結プラットフォーム１５は、したがって同じステージＥｉに属しており、互いに逆に取り付けられた固定用突起１６ａ、１６ｂを備えており、それらの間の距離は、テープばねの最大弾性曲げを実現するように決定される。固定用突起のそれぞれ向き合う対において、この距離は同一である。
【００２４】
テープばね１１は、宇宙環境に適合した材料で製造され、金属、または、例えばエポキシ樹脂もしくはシアネート樹脂に埋め込まれたカーボン・ファイバなどの複合材料で製造してもよい。複合材料は、金属よりも熱膨張係数がはるかに低いため好ましい。上部プラットフォームおよび下部プラットフォーム、ならびに連結プラットフォームは、カーボンから作製することが好ましい。
【００２５】
マストは、いかなる連接部、ヒンジ、旋回軸、またはモータも備えていない。格納位置では、全ての基本構造ステージＥｉの全てのテープばね１１が弾性エネルギーを蓄えるが、それは２つに折り畳まれた位置にテープばねを保持する力によるものである。テープばね１１は、積重ねシステムによって、折り畳まれた位置に保持される。テープばねが展開され、テープばねによって蓄えられた弾性エネルギーを開放するとき、テープばね上の力を解放することによってマストの受動展開が実行される。展開が急激にならないよう、マストの展開の制御を可能にする制動手段を使用することも可能である。例えば、テープばねの展開速度は、モータの制御の下でケーブルを徐々に繰り出すことによって制御してもよい。
【００２６】
例えば図７に示すように、長手方向の展開軸Ｘに沿って互いに積み重ねられた、連続した基本構造ユニットの数を増やすことによってマストの長さを増減させてもよく、マストは、互いに積み重ねられた３つの構造ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備え、これら３つの構造ユニットは、それらが積み重ねられた状態にあり、したがってコンパクトな状態にある。図７の実施形態において、積み重ねられた位置では、各構造ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、１ステージ当たり３つのテープばねからなる６つのステージから構成された環状リングに対応しており、すなわち、環状リングの周辺に規則正しく分散された合計で１８のテープばねに対応している。３つの積み重ねられた環状リングは、３つの基本構造ユニットに対応する。
【００２７】
宇宙用途では、例えばマストを使用して、装置またはアンテナを衛星の本体から離して移動することができる。この場合、マストの下部ステージの下部プラットフォーム１３は、衛星の本体に固定され、離して移動される装置は、マストの上部ステージの上部プラットフォーム１２に固定される。
【００２８】
具体的な実施形態とともに本発明を説明してきたが、本発明は、それらに限定されるものではなく、説明した手段の全ての技術的な均等物、および、本発明の範囲内にある場合にはそれらの組合せを含むことが明らかである。具体的には、全ての図は、マストの外部に向けてその凹面１０２を配向させたテープばねの構成を示すが、代わりに、全てのテープばね１１を１８０°回転して、マストの外部に向けてその凸面１０１を配向させるようにそれらのばねを取り付けることも同様に可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  基本構造ユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  構造ユニット
１１  テープばね
１２  上部プラットフォーム
１３  下部プラットフォーム
１４  固定用突起
１５  連結プラットフォーム
１６ａ、１６ｂ  固定用突起
１７  オーバラップ領域
１０１  凸状の第１の面
１０２  凹状の第２の面
【図１】
2014198558.tif 000003
【図２ａ】
2014198558.tif 000004
【図２ｂ】
2014198558.tif 000005
【図３】
2014198558.tif 000006
【図４】
2014198558.tif 000007
【図５ａ】
2014198558.tif 000008
【図５ｂ】
2014198558.tif 000009
【図６ａ】
2014198558.tif 000010
【図６ｂ】
2014198558.tif 000011
【図６ｃ】
2014198558.tif 000012
【図７】
2014198558.tif 000013
【外国語明細書】
2014198558000001.pdf