(57)【要約】      （修正有）【課題】電力資源が小さい小型衛星のミッションに柔軟性を持たせたり、小型衛星を用いて大型構造物を建設することができ、組立後の制振、位置、姿勢制御等も能動的に行う。【解決手段】宇宙用展開構造物１３を、互いに枢着された複数のモジュール１２から構成し、各モジュール１２は、互いに枢着された複数のパネルから短冊状に構成され、折りたたみ及び展開可能であり、複数のパネルの一部に圧縮気体を充填した中空パネル２を有し、この中空パネル２から圧縮気体が供給され、その駆動力により、複数のパネル１１は展開可能であり、宇宙用展開構造物１３の隅部に設けた４方向スラスタ３から選択的に圧縮気体を噴出させることにより、パネル、宇宙用展開構造物の移動、展開後の制振、移動、姿勢制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに枢着された複数のパネルから短冊状に構成され、折りたたみ及び展開可能な宇宙用展開構造物であって、
圧縮気体を封入可能な中空体を有し、該圧縮気体の駆動力により、前記複数のパネルは展開可能であることを特徴とする宇宙用展開構造物。
【請求項２】
互いに枢着された複数のモジュールを有し、該モジュールは互いに枢着された複数のパネルから短冊状に構成され、折りたたみ及び展開可能な宇宙用展開構造物であって、
圧縮気体を封入可能な中空体を有し、該圧縮気体の駆動力により、前記複数のパネルは展開可能であることを特徴とする宇宙用展開構造物。
【請求項３】
前記中空体は、前記複数のパネルの一部のパネルであることを特徴とする請求項１又は２記載の宇宙用展開構造物。
【請求項４】
前記複数のパネルの表面に沿って展開方向にチューブが取り付けられており、該チューブに前記圧縮気体を注入することにより、前記複数のパネルは展開可能であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の宇宙用展開構造物。
【請求項５】
複数のパネルの一部に４方向スラスタが取り付けられており、該４方向スラスタには前記中空体から圧縮気体が供給され、該圧縮気体を前記４方向スラスタから噴出することにより、複数のパネルを移動するとともに、複数のパネルの位置、姿勢及び振動の制御を可能とすることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の宇宙用展開構造物。
【請求項６】
４方向スラストは、４方向にそれぞれノズルを設け、該ノズルから前記圧縮気体を選択的に噴出可能であることを特徴とする請求項５記載の宇宙用展開構造物。
【請求項７】
前記複数のパネルは、それぞれラッチを有し、該ラッチで隣接するパネルを係止することにより展開状態又は折りたたみ状態を保持することが可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の宇宙用展開構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型衛星を用いた太陽発電衛星、宇宙ステーション、多目的プラットフォーム等の大型構造物を構成する宇宙用展開構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
インフレータブル構造やコールドガスジェットのような圧縮気体を用いた宇宙での駆動技術は、衛星本体に設けられたタンクに蓄えられた圧縮気体を用いられている。しかし、この方法ではタンクを設けるために衛星内に大きな場所を必要とし、貴重な宇宙での空間資源を奪うこととなっている。
【０００３】
また宇宙における展開構造物の構築法は、地上でばねなどを用いて与圧かけた状態でワイヤ等により固定し、火薬による糸の破断により展開を行うことが通常である。この場合、火薬による衝撃や、展開終了時の急な停止による衝撃が衛星の故障の原因となっている。また、火薬がうまく爆発せず、展開に失敗することもある。
【０００４】
また、形状記憶合金を用いた展開方法がある。この場合は衝撃や展開失敗のリスクは軽減されるが形状記憶合金の加熱のためには形状記憶合金の電気抵抗値が小さいため大きな電力が必要である。
【０００５】
ほかに、インフレータブル（風船状の構造物）により展開を行う方法がある。この場合、インフレータブルの体積が大きいと、より多くの気体が必要である上、展開後に気体が宇宙空間に漏れると展開構造物の形状を保てなくなる恐れがある。
【０００６】
小型の推進系としては、ここで想定しているような短時間にある程度強い推力が必要な場合、コールドガスジェットやヒドラジンを用いた3方向スラスタがある。コールドガスジェットは高圧窒素ガスを放出するだけの単純な構造であるが、窒素ガスを貯めておくタンクが必要である。また、ヒドラジンは毒性・引火性があり、取り扱いに注意を要する。ヒドラジン3方向スラスタは加熱機構などが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
小型衛星は、それ自身の質量が小さく（１００ｋｇ以下を想定）、自身よりも質量が大きな宇宙用展開構造物を持ち、展開し、運用することは制御上大きな負担となる。展開時にばねと火薬を用いる方法では衝撃が大きく、小型衛星のような小さい宇宙機には損傷を与える可能性が高い。
【０００８】
インフレータブルによる展開では大量の気体が必要となる上、破損時に形状を保てなくなる恐れがある。推進用のガスジェットに用いる圧縮気体は通常タンクに保管されるが、そのための容積が大きな負担となる。通常は小型衛星だけに3方向スラスタは装備されており、これだけで大型の宇宙用展開構造物の振動を制御することは困難であった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、小型衛星に搭載可能で、きわめて簡単に構築可能であって、小型衛星及び複数のパネルを移動するとともに、位置、姿勢及び振動の制御を可能とする宇宙用展開構造物を実現可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、互いに枢着された複数のパネルから短冊状に構成され、折りたたみ及び展開可能な宇宙用展開構造物であって、圧縮気体を封入可能な中空体を有し、該圧縮気体の駆動力により、前記複数のパネルは展開可能であることを特徴とする宇宙用展開構造物を提供する。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、互いに枢着された複数のモジュールを有し、該モジュールは互いに枢着された複数のパネルから短冊状に構成され、折りたたみ及び展開可能な宇宙用展開構造物であって、圧縮気体を封入可能な中空体を有し、該圧縮気体の駆動力により、前記複数のパネルは展開可能であることを特徴とする宇宙用展開構造物を提供する。
【００１２】
前記中空体は、前記複数のパネルの一部のパネルとすることが好ましい。
【００１３】
前記複数のパネルの表面に沿って展開方向にチューブが取り付けられており、該チューブに前記圧縮気体を注入することにより、前記複数のパネルは展開可能である構成とすることが好ましい。
【００１４】
複数のパネルの一部に４方向スラスタが取り付けられており、該４方向スラスタには前記中空体から圧縮気体が供給され、該圧縮気体を前記４方向スラスタから噴出することにより、複数のパネルを移動するとともに、複数のパネルの位置、姿勢及び振動の制御を可能とすることが好ましい。4方向スラスタは折りたたんだ状態での小型衛星の移動と展開後の振動制御に供するため、4方向へのスラストができるようになっている。
【００１５】
４方向スラストは、４方向にそれぞれノズルを設け、該ノズルから前記圧縮気体を選択的に噴出可能である構成とすることが好ましい。
【００１６】
前記複数のパネルは、それぞれラッチを有し、該ラッチで隣接するパネルを係止することにより展開状態又は折りたたみ状態を保持することが可能である構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明の宇宙用展開構造物によれば、従来電力資源が小さい小型衛星のミッションに柔軟性を持たせたり、小型衛星を用いて大型構造物を建設することができる。また、組立後の制振・位置・姿勢制御も能動的に行うことができる。
【００１８】
また、この宇宙用展開構造物は、小型衛星に設置し、展開構造物の一部に圧縮気体を保管し、それを用いて小型衛星の運動制御・展開構造物の展開・展開後の運動制御を行うことができ、小型衛星の空間資源の有効活用できる。
【００１９】
また、４方向スラスタが展開構造物に取り付けられているため、小型衛星の姿勢制御や展開後の振動制御が容易に行うことができる。
【００２０】
剛の構造物とチューブを組み合わせた展開法を用いることにより、弁で圧縮気体の流量を制御して展開速度を制御し、低衝撃の展開を実現できる。また、気体を必要とするのがチューブの部分だけなので気体の量もインフレータブルに比べ、節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る宇宙用展開構造物を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。
【００２２】
本発明は、小型衛星を用いて建設することのできる宇宙用展開構造物であり、この基本構成は、互いにヒンジにより枢着された複数枚のパネルから主に構成されており、折りたたむこともできるし、展開状態とすることもできる。
【００２３】
そして、宇宙用展開構造物に圧縮気体を封入する手段を設け、その圧縮気体を駆動源として宇宙用展開構造物の展開や運動制御を行うことを特徴とするものである。
【実施例】
【００２４】
本発明の宇宙用展開構造物１０の実施例を以下に説明する。この実施例の宇宙用展開構造物１０は、複数枚の太陽電池パネルから成り、小型衛星１に搭載される構成としたものである。
【００２５】
図１に示す小型衛星１は、その外形寸法が、例えば０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍであり、図示しないＧＰＳ受信機、加速度計、地球センサ、ＣＣＤカメラ、ファイバーオプティカルジャイロ、リアクションホイール等を搭載しており、さらに詳細は後述するが、圧縮気体を噴出する４方向スラスタ３を搭載する。
【００２６】
この実施例の宇宙用展開構造物１０は、小型衛星１に搭載され、図１に示すように折りたたんだ状態から、図２〜図４に示すように徐々に展開され、最終的に図５に示すように展開状態となる。
【００２７】
複数枚の太陽電池パネルが互いにヒンジ５で枢着され短冊状に集合して１つのモジュールを構成している。宇宙用展開構造物１０は、１又は２以上のモジュールから構成される。宇宙用展開構造物１０が複数のモジュール１２から構成される場合は、複数のモジュール１２の配置や結合構造は、その使用目的、規模、小型衛星の構成等に応じて、適宜、設計される。
【００２８】
この実施例の宇宙用展開構造物１０では、図１〜５で示すように、小型衛星１の両側に対となって配置される２つのモジュール群１３、１３から構成され、各モジュール群１３は、４つのモジュール１２から構成されている。
【００２９】
モジュール群１３を構成する４つのモジュール１２は、内外２つづつ連結支持材１４、１４’で結合されており、内外２つの連結支持材１４、１４’がヒンジ１５で互いに枢着されている。内側の連結支持材１４’は、ヒンジ１６により小型衛星１に枢着されている。
【００３０】
モジュール１２は、複数の太陽電池パネル１１から構成されるが、その詳細な構造を図６において説明する。モジュール１２を構成する複数の太陽電池パネル１１は、互いにヒンジ５で枢着され短冊状に構成されている。そして、複数の太陽電池パネル１１の表面に沿って、展開方向に延びるように、２本のチューブ６、６が取り付けられている。
【００３１】
要するに、２本のチューブ６、６は、鉄道の枕木に対して延びる２本のレールのように、複数の太陽電池パネル１１を横切って延びるように取り付けられている。チューブ６は、モジュール１２を折りたたんだ状態では、図６（ａ）に示すように蛇行しており、展開状態では、図６（ｃ）に示すように、複数の太陽電池パネル１１の表面に沿って展開方向に一直線に延びる状態となる。
【００３２】
この実施例の宇宙用展開構造物１０の最小単位である太陽電池パネル１１は、その１枚の面積は０．５ｍ×２．５ｍであり、１つのモジュール１２は、２２枚の太陽電池パネル１１が互いにヒンジ５（図６参照）で枢着されて構成されている。
【００３３】
各太陽電池パネル１１は、ラッチ７（フックと係止ピンから成るもの。）を有し、隣接する太陽電池パネル１１同士が、互いにラッチ７で係止されることにより、図６（ｃ）で示すような、展開状態を保持できるように構成されている。
【００３４】
宇宙用展開構造物１０全体としては、８８枚のパネルから構成される（図５（ｃ）参照）。宇宙用展開構造物１０は、折りたたんだ状態（図１参照）では、外形寸法が２ｍ×２．５ｍ×１ｍであり、展開状態（図５参照）では９．５ｍ×１３．７ｍの面積を持つ。
【００３５】
図５で示すように、宇宙用展開構造物１０の展開状態において、各モジュール１２の最外端には、太陽電池パネル１１ではなく、中空パネル２が配置されている。この中空パネル２の中には、圧縮気体として圧縮窒素が充填されている。
【００３６】
中空パネル４には、それぞれ、図１に示すような、４方向に推進駆動力を発生する４方向スラスタ３が付設されている。４方向スラスタ３は、図示しない管等で適宜で中空パネル４と連通するように取り付けられており、４方向スラスタ３内に圧縮気体として圧縮窒素が供給されている。
【００３７】
４方向スラスタ３は、４方向にノズル１７を持ち、各ノズル１７は、図示しない弁でその開閉が制御され、この弁の制御は小型衛星１の本体内の計算機から有線又は無線で行うように構成されている。各ノズル１７の弁を制御し開くことにより、圧縮窒素を噴出させ、小型衛星１、モジュール１２及び宇宙用展開構造物１０を、移動させ、さらに、位置、姿勢及び展開後の振動制御等を行うことができる。
【００３８】
さらに、中空パネル４には、小型衛星１の本体内の計算機から有線で開閉制御可能な弁９を介して、チューブ６が結合されており、弁９を開いてチューブ６に圧縮窒素を送気し、これにより、チューブ６を伸ばして、図４〜５、図６（ｃ）に示すように、宇宙用展開構造物１０を展開可能とするように構成されている。
【００３９】
なお、上記したとおり、連結支持材１４、１４’は互いにヒンジ１５によって枢着されており、さらに連結材１４’は、小型衛星１にヒンジ１６によって枢着されているが、これらの連結支持材１４、連結支持材１４’及び小型衛星１にわたって、図示しないが、前述のチューブ６と同様のチューブが取り付けられている。
【００４０】
そして、このチューブは、小型衛星に付設された、図示していない弁を有する圧縮気体タンクに接続されている。圧縮気体タンクの弁を開いて圧縮気体タンクから、チューブに圧縮気体を供給することにより、モジュール１２、１２を小型衛星１に対して展開することができる。
【００４１】
（作用）
以上の構成からなる実施例の宇宙用展開構造物１０の作用について、以下に説明する。図１に示すように、小型衛星１に搭載された宇宙用展開構造物１０は、折りたたんだ状態で所定の位置に移動する。この移動は、宇宙用展開構造物１０に付設された４個の４方向スラスタ３の駆動力により行われる。
【００４２】
次に、中空パネル４の圧縮空気を用い、２段階に分けて順次展開を行う。即ち、第１段階の展開は、図２〜３に示すようにモジュール１２の展開である。第２段階の展開は、図４〜５に示すように、各モジュール１２における太陽電池パネル１１の展開である。
【００４３】
第１段階の展開では、ヒンジ１６により連結部材１４が小型衛星１に対して、図２に示すように展開し、また、ヒンジ１５により連結部材１４’が連結部材１４に対して展開し、結局、図３に示すように展開される。
【００４４】
第２段階の展開では、ヒンジ５により太陽電池パネル１１が図４のように展開し、最終的に図５のように展開が完了する。この展開完了後、隣接する太陽電池パネル１１同士を互いにラッチ７で係止して締結し（図６）、展開状態を維持するような状態とする。展開後は、４方向スラスタ３を用いて振動制御等を行う。
【００４５】
なお、ラッチ７は、パネル１１の側面に固定されており、パネル１１が展開すると、パネル１１とともにラッチ７のフックがヒンジ５の軸の周りに回転し、完全に展開したところで、ラッチ７の係止ピンに係合してフックが固定される。
【００４６】
以上、本発明に係る宇宙用展開構造物を実施する最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内でいろいろな実施の態様があることは言うまでもない。さらに、本発明は、いろいろな機能を持つ宇宙用展開構造物を配置することによりさまざまな応用が考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のとおり、本発明に係る宇宙用展開構造物は、電力資源が小さい小型衛星のミッションに柔軟性を持たせたり、小型衛星を用いて大型構造物を建設することができ、さらに組立後の制振、位置、姿勢制御等も能動的に行うことができるから、小型衛星を用いた太陽発電衛星、宇宙ステーション、多目的プラットフォーム等の大型構造物を構成する用途として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】の実施例を説明する図であり、宇宙用展開構造物を折りたたんで小型宇宙船に搭載した状態を示す図である。
【図２】本発明に係る宇宙用展開構造物の展開の第一段階（途中）を示す図である。
【図３】本発明に係る宇宙用展開構造物の展開の第一段階（終了）を示す図である。
【図４】本発明に係る宇宙用展開構造物の展開の第二段階（途中）を示す図である。
【図５】本発明に係る宇宙用展開構造物の展開の第二段階（終了）を示す図である。
【図６】本発明に係る宇宙用展開構造物のモジュールの一部の構造を詳細に説明する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  小型衛星
２  中空パネル
３  ４方向スラスタ
４  ４方向スラスタ３の拡大図
５、１５、１６  ヒンジ
６  チューブ６
７  ラッチ
８  圧縮気体
９  弁
１０  宇宙用展開構造物
１１  太陽電池パネル
１２  モジュール
１３  モジュール群
１４、１４’  連結支持材
１７  ノズル
【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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