(57)【要約】      （修正有）【課題】既に軌道にある衛星の寿命を延ばすことに役立つテクノロジーを提供する。【解決手段】ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行うサービス衛星は把持機構を有する。把持機構は、ホスト衛星の外部表面から延在するインターフェースリングに取り付くことによって外方向に延在するインターフェースリングを介するホスト衛星とサービス衛星との間の相互接続を実現する。把持機構がインターフェースリングに取り付くことにより、結合した重心を備える相互接続ユニットが形成される。サービス衛星は、少なくとも２つのスラスターと少なくとも１つのコントローラとを有する。コントローラは、スラスターから発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からそれぞれオフセットするように少なくとも２つのスラスターを選択的に方向付けすることにより、相互接続ユニットを実質的に静止軌道に維持する。【選択図】図３
2018172110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行うためのサービス衛星であって、
本体と、
少なくとも２つのスラスターと、
少なくとも１つのコントローラと、を有し、
本体が、本体に取り付けられ、且つ、ホスト衛星の外部表面から延在するインターフェースリングに取り付くことによって外方向に延在するインターフェースリングを介するホスト衛星とサービス衛星との間の相互接続を実現し、それにより結合した重心を備える相互接続ユニットを形成するように構成された把持機構を備え、
少なくとも１つのコントローラが、少なくとも２つのスラスターのそれぞれを、スラスターの点火中において少なくとも２つのスラスターから発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からそれぞれオフセットするような角度方向に選択的に向けることにより、相互接続ユニットを実質的に静止軌道に維持するように構成されている、サービス衛星。
【請求項２】
把持機構が、インターフェースリングと係合するように構成された少なくとも２つのアームを含んでいる、請求項１に記載のサービス衛星。
【請求項３】
少なくとも１つのコントローラが、少なくとも２つのスラスターそれぞれを、結合した重心が複数の推進ベクトルと相互接続ユニットの結合した重心を通過する平面との複数の交点の間に位置するように、選択的に動かすように構成されている、請求項１に記載のサービス衛星。
【請求項４】
少なくとも１つのコントローラが、
第１の期間中、少なくとも２つのスラスターにおける第１のスラスターを第１の角度方向に向けるとともに第１のスラスターを点火し、
第１の期間中、少なくとも２つのスラスターにおける第２のスラスターを第１の角度方向と異なる第２の角度方向に向けるとともに第２のスラスターを点火し、
第１の期間に続く第２の期間中、第１のスラスターを第２の角度方向に向くように動かすとともに第１のスラスターを点火し、
第２の期間中、第２のスラスターを第１の角度方向に向くように動かすとともに第２のスラスターを点火する、ように構成されている、請求項３に記載のサービス衛星。
【請求項５】
少なくとも１つのコントローラがさらに、推進ベクトルによって発生して相互接続ユニットの少なくとも１つの軸を中心とするトルクが実質的に平衡をとるように、少なくとも２つのスラスターのそれぞれの推進レベルを調節するように構成されている、請求項１に記載のサービス衛星。
【請求項６】
コントローラが、
第１のスラスターが第１の角度方向に方向付けされているとき、少なくとも２つのスラスターを第１の推進レベルで点火し、
第１のスラスターが第２の角度方向に方向付けされているとき、少なくとも２つのスラスターを第１の推進レベルと異なる第２の推進レベルで点火する、ように構成されている、請求項４に記載のサービス衛星。
【請求項７】
コントローラが、第２の推進レベルを決定するために、
第１のスラスターが第１の角度方向に方向付けされているときに少なくとも２つのスラスターを第１の推進レベルで点火し、
相互接続ユニットの少なくとも１つの軸を中心とする角運動量を決定し、
角運動量が実質的にゼロに減少するように第１のスラスターが第２の角度方向に方向付けされているときに、少なくとも２つのスラスターが点火されなければならない第２の推進レベルを決定する、ように構成されている、請求項６に記載のサービス衛星。
【請求項８】
少なくとも２つのスラスターが、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターとを含み、
少なくとも１つのコントローラがさらに、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターとから発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からオフセットするように、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの一方を第１の角度方向に向けるとともに、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの他方を第１の角度方向と異なる第２の方向に向けるように構成されている、請求項１に記載のサービス衛星。
【請求項９】
少なくとも１つのコントローラがさらに、推進ベクトルによって発生して相互接続ユニットの少なくとも１つの軸を中心とするトルクが実質的に平衡をとるように、第１の角度方向のスラスターを第１の推進レベルで点火するとともに、第２の角度方向のスラスターを第１の推進レベルと異なる第２の推進レベルで点火するように構成されている、請求項８に記載のサービス衛星。
【請求項１０】
コントローラがさらに、第１の期間、第１のペアのスラスターを同時に点火し、第２の期間、第２のペアのスラスターを同時に点火するように構成されている、請求項８に記載のサービス衛星。
【請求項１１】
コントローラがさらに、第２の期間の後、第１のペアのスラスターを第３の角度方向に向けるとともに第２のペアのスラスターを第１の角度方向に向け、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの動作の後、第１の期間、第２のペアのスラスターを同時に点火するように構成されている、請求項１０に記載のサービス衛星。
【請求項１２】
少なくとも１つのコントローラがさらに、推進ベクトルによって発生して相互接続ユニットの少なくとも１つの軸を中心とするトルクが実質的に平衡をとるように、第１の期間、第１の角度方向のスラスターを所定の推進レベルで点火するとともに、第１の期間と異なる第２の期間、第２の角度方向のスラスターを所定の推進レベルで点火するように構成されている、請求項８に記載のサービス衛星。
【請求項１３】
コントローラはさらに、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを順番に点火するように構成されている、請求項１１に記載のサービス衛星。
【請求項１４】
第２の期間の後の第３の期間において、コントローラはさらに、第１のペアのスラスターを第２の角度方向に向けるとともに第２のペアのスラスターを第１の角度方向に向け、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの動作の後、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを順番に点火するように構成されている、請求項１２に記載のサービス衛星。
【請求項１５】
コントローラが、第２の期間を決定するために、
第１の角度方向のスラスターを、第１の期間、所定の推進レベルで点火し、
相互接続された衛星の少なくとも１つの軸を中心とする角運動量を決定し、
角運動量が実質的にゼロに減少するために第２の角度方向のスラスターが点火されなければならない第２の期間を決定する、ように構成されている、請求項１２のサービス衛星。
【請求項１６】
第１の期間が、サービス衛星のリアクションホイールがフルロードする時間であって、
第２の期間が、リアクションホイールが完全にアンロードする時間である、請求項１４に記載のサービス衛星。
【請求項１７】
少なくとも２つのスラスターが、
サービス衛星の第１のサイドに配置されて間隔をあけて離れている第１の北側スラスターおよび第２の北側スラスターと、
第１のサイドに対して反対側のサービス衛星の第２のサイドに配置されて間隔をあけて離れている第１の南側スラスターおよび第２の南側スラスターと、を含んでいる、請求項７に記載のサービス衛星。
【請求項１８】
第１のペアのスラスターが、第１の北側スラスターと第２の北側スラスターとを含み、
第２のペアのスラスターが、第１の南側スラスターと第２の南側スラスターとを含んでいる、請求項１６に記載のサービス衛星。
【請求項１９】
第１のペアのスラスターが、第１の北側スラスターと第１の南側スラスターとを含み、
第２のペアのスラスターが、第２の北側スラスターと第２の南側スラスターとを含んでいる、請求項１６に記載のサービス衛星。
【請求項２０】
ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行う方法であって、
サービス衛星を宇宙に打ち上げてそれをホスト衛星のドッキング距離の範囲内に飛行させ、
サービス衛星の少なくとも２つのアームとホスト衛星の外部インターフェースリングとが係合することによってサービス衛星とホスト衛星とを接続させ、結合した重心を備える相互接続ユニットを形成し、
ステーションキーピングにおける点火の間、サービス衛星の少なくとも２つのスラスターのそれぞれを、少なくとも２つのスラスターによって発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からそれぞれオフセットするように、選択的に動かす、方法。
【請求項２１】
選択的に動かすことには、
第１の期間中、少なくとも２つのスラスターにおける第１のスラスターを第１の角度方向に向けるとともに第１のスラスターを点火し、
第１の期間中、少なくとも２つのスラスターにおける第２のスラスターを第１の角度方向と異なる第２の角度方向に向けるとともに第２のスラスターを点火し、
第１の期間に続く第２の期間中、第１のスラスターを第２の角度方向に向くように動かすとともに第１のスラスターを点火し、
第２の期間中、第２のスラスターを第１の角度方向に向くように動かすとともに第２のスラスターを点火する、ことが含まれている、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
地球周りの軌道上に対する通信衛星や他の衛星の配置および維持に関して、商業的な宇宙部門や政府の宇宙部門は高コストの問題に直面している。衛星の寿命は、通常、衛星に搭載された推進剤の量によって支配される。搭載された電子機器がまだ機能可能であっても、ひとたび燃料を使い果たすと、衛星は、通常、その有用性を失う。通常の衛星サイズを備える衛星の接続性についての要求が徐々に高まっている。大きな静止通信衛星を打ち上げるためには相当な初期投資が必要となる。衛星サービスプロバイダーの初期投資には、衛星自体のコストだけでなく、地球から投入軌道に衛星を投入するために必要な打ち上げ機も含まれる。
【０００２】
衛星は、通常、投入軌道から最終的な静止軌道に衛星みずから移動するため、且つ、最大でも１５年間軌道位置で維持するための推進システムを備えている。推進システムテクノロジーは、年間を通じて成長しており、衛星がケミカルシステムだけでなく高効率な電気推進システムを使用することを可能にしている。これにより、燃料抑制が効果的に進み、それにより大きいおよび／または重い衛星の軌道への配置を可能にしている。
【０００３】
地球周りの静止軌道上の衛星は、その衛星を所望の静止位置から離れるように移動させうる重力や太陽力の影響を受けている。衛星は、自身の推進システムを用いて、重力や太陽力によって生じる変位を相殺する修正措置を取る。衛星の静止位置での維持に必要な推進飛行は、ときには、ステーションキーピングと呼ばれる。衛星が搭載された燃料全てを使い果たすと、衛星は静止位置で維持するために自身の推進システムを使用することができず、交換されなければならないことがある。
【０００４】
いくつかのケースでは、衛星打ち上げ機が衛星を誤った軌道に投入することがある。その衛星は、誤った軌道から正しい軌道に自身で移動するために、搭載燃料を消費しなければならない。したがって、ステーションキーピング用の燃料の一部を初期軌道修正に使用しなければならず、その結果として、衛星サービスプロバイダーの収入低下を招く衛星の稼動寿命の減少が生じる。別のケースでは、衛星は、様々な商業的理由または稼動に関する理由で、軌道位置および／または向きの変更を必要とされる場合がある。これらの変更もまた、衛星に搭載燃料を消費させる必要があり、その結果、稼動寿命が減少する。
【０００５】
宇宙において衛星の交換はコストが高いので、既に軌道にある衛星の寿命を延ばすことに役立つテクノロジーが必要である。
【発明の概要】
【０００６】
一態様において、本開示は、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行うサービス衛星に向けられている。サービス衛星は、本体と、本体に取り付けられた把持機構とを有する。把持機構は、ホスト衛星の外部表面から延在するインターフェースリングに取り付くように構成されている。把持機構がインターフェースリングに取り付くことにより、外方向に延在するインターフェースリングを介するホスト衛星とサービス衛星との間の相互接続を実現され、結合した重心を備える相互接続ユニットが形成される。サービス衛星は、少なくとも２つのスラスターと少なくとも１つのコントローラとを有する。当該コントローラは、相互接続ユニットを実質的に静止軌道に維持するように構成され、そのために、スラスターの点火中に、少なくとも２つのスラスターから発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からそれぞれオフセットするような角度方向に少なくとも２つのスラスターを選択的に向ける。
【０００７】
別の態様において、ステーションキーピング方法は、サービス衛星を宇宙に打ち上げてそれをホスト衛星のドッキング距離の範囲内に飛行させることを含んでいる。方法はまた、サービス衛星の少なくとも２つのアームとホスト衛星の外部インターフェースリングとが係合することによってサービス衛星とホスト衛星とを接続させ、相互接続ユニットを形成することを含んでいる。相互接続ユニットは、結合した重心を備えている。方法は、ステーションキーピングにおける点火の間、サービス衛星の少なくとも２つのスラスターのそれぞれを、少なくとも２つのスラスターによって発生した推進ベクトルが結合した重心の通過を避けて該結合した重心からそれぞれオフセットするように、選択的に動かすことを含んでいる。
【０００８】
本開示の実施の形態の付加的な目標や利点は、以下の説明に記載されており、また説明から理解される、あるいは本開示の実施の形態を実施することによって知ることができる。上述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は、説明のための例示であって、開示の実施の形態に限定するものではないと理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付の図面は、本開示に組み込まれるととともにその一部を構成し、説明とともに本開示の例示的な開示の実施の形態を示し、本開示の原理を説明する役割をしている。
【００１０】
図１Ａは、開示の実施の形態に一致する例示的なサービス衛星の上面図である。
【００１１】
図１Ｂは、開示の実施の形態に一致する、図１Ａの例示的なサービス衛星の側面図である。
【００１２】
図２は、開示の実施の形態に一致する、図２Ａに示すサービス衛星の例示的なスラスター展開機構の平面図である。
【００１３】
図３は、開示の実施の形態に一致する、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星とホスト衛星の例示的な相互接続ユニットまたは直列集合体を示す図である。
【００１４】
図４Ａは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星のスラスターの例示的な方向を示している。
【００１５】
図４Ｂは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星のスラスターの別の例示的な方向を示している。
【００１６】
図５Ａは、開示の実施の形態に一致する、Ｚ軸に沿った、図３の相互接続ユニットの例示的な構成の端面図である。
【００１７】
図５Ｂは、開示の実施の形態に一致する、Ｙ軸に沿った、図３の相互接続ユニットの例示的な構成の側面図である。
【００１８】
図５Ｃは、開示の実施の形態に一致する、Ｘ軸に沿った、図３の相互接続ユニットの例示的な構成の上面図である。
【００１９】
図６Ａは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂに示すサービス衛星のスラスターの例示的な方向を示している。
【００２０】
図６Ｂは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂに示すサービス衛星のスラスターの別の例示的な方向を示している。
【００２１】
図７Ａは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂに示すサービス衛星のスラスターのさらに別の例示的な方向を示している。
【００２２】
図７Ｂは、開示の実施の形態に一致する、直列集合体を示すとともに、図１Ａおよび図１Ｂに示すサービス衛星のスラスターのさらなる例示的な方向を示している。
【００２３】
図８は、開示の実施の形態に一致する、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星を用いて実行される例示的な方法のステップを示している。
【００２４】
図９は、開示の実施の形態に一致する、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星を用いて実行される例示的な方法のステップを示している。
【００２５】
図１０は、開示の実施の形態に一致する、図１Ａおよび図１Ｂのサービス衛星を用いて実行される例示的な方法のステップを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示の態様は、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを提供するサービス衛星に関する。用語”衛星”は、ほとんどの場合、宇宙に打ち上げられ、惑星体を周回可能な宇宙機（ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ）を言う。一例として、衛星は地球の周りを周回してもよい。用語”ホスト衛星”は、ほとんどの場合、既に宇宙にあって惑星体の軌道上に存在する宇宙機を言う。いくつかの例示的な実施の形態において、ホスト衛星は、地球周りの静止軌道上に位置してもよい。用語”サービス衛星”は、ホスト衛星とサービス衛星の両方が惑星体周りの軌道上に存在する間、ホスト衛星に対してサービスを提供することができる衛星すなわち宇宙機を言う。一例として、サービス衛星によってホスト衛星に提供される軌道上サービスには、軌道上昇（ｏｒｂｉｔ  ｒａｉｓｉｎｇ）、ステーションキーピング、ステーションチェンジ、傾斜変更（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ  ｃｈａｎｇｅ）、軌道離脱、軌道再配置（ｏｒｂｉｔａｌ  ｒｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、燃料補給、またはホスト衛星の修理、移動、または延命作業のための他の飛行（マニューバ）や動作が含まれてもよい。
【００２７】
本開示はサービス衛星の例示の構成を提供するが、本開示の態様は、広義には、開示の構成に限定されないことに留意すべきである。正確に言えば、上述の原理はサービス衛星の他の構成にも適用可能であると考えられる。図１Ａは、本開示に係る例示的な実施の形態のサービス衛星１０の正面図である。図１Ｂは、例示として開示されたサービス衛星１０の側面図である。
【００２８】
本開示によれば、サービス衛星は、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを提供してもよい。上述したように、ホスト衛星は、重力および／または太陽力（ｓｏｌａｒ  ｆｏｒｃｅ）を受け、それにより、静止軌道上の割り当て位置から移動してもよい。サービス衛星は、このような移動を、静止軌道上の割り当て位置でホスト衛星を維持することによって相殺してもよい。ステーションキーピングの用語は、ほとんどの場合、静止軌道上の割り当て位置でホスト衛星を維持するために必要な変位補償に関連する飛行を指すことがある。
【００２９】
いくつかの例示的な実施の形態において、ホスト衛星は、ホスト衛星の外部表面から延在するインターフェースリングを備えてもよい。用語”インターフェースリング”は、ほとんどの場合、ホスト衛星の外部表面に取り付けられた構造物を言う。インターフェースリングは、ホスト衛星を宇宙に打ち上げるための打ち上げ機すなわちロケットに対してホスト衛星を取り付けるために使用されてもよい。代わりとして、インターフェースリングは、ホスト衛星をペイロードとして打ち上げ機に対して取付けるために使用されることを意味するペイロード取り付けリングとして呼ばれることがある。インターフェースリングは、ホスト衛星の外側表面（ｏｕｔｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）（すなわち外部表面（ｅｘｔｅｎａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ））に取り付けられてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、インターフェースリングは略円形状であってもよい。しかしながら、インターフェースリングが、他の形状、例えば、楕円、多角形、正方形、長方形、または耕地の形状であってもよいことが考えられる。一例として、図３に示すように、ホスト衛星２００は、インターフェースリング２０２を備えていてもよい。
【００３０】
本開示に係るサービス衛星は、本体（ｂｏｄｙ）を含んでもよい。用語”本体”は、ほとんどの場合、１つまたはそれ以上のサービス衛星の部品を包むエンクロージャまたはハウジングを指すことがある。例えば、本体は、サービス衛星の様々な部品を制御するための電子回路、通信回路、衛星の推進に必要な燃料を保持する燃料タンク、サービス衛星の残留角モーメントを蓄積するリアクションホイール、サービス衛星の加速度やトルクを測定するセンサを含む種々のセンサ、および他の公知の衛星部品を包んで収容してもよい。幾つかの例示的な実施の形態において、サービス衛星の本体は、実質的に完全密閉を形成してもよい。他の例示的な実施の形態において、本体の１つまたはそれ以上の側壁が開口を備えてもよい。サービス衛星の本体は、任意の形状であってもよい。例えば、サービス衛星の本体は、立方体、立方体状、円柱状、多角形状、または公知の形状であってもよい。図１Ａおよび図１Ｂは、例えは、サービス衛星１０の略立方体状の本体１２を示している。
【００３１】
本開示に係るサービス衛星は、本体に取り付けられた把持機構を含んでいてもよい。把持機構は、ホスト衛星の外部表面から延在するインターフェースリングに取り付くように構成されてもよい。用語”把持機構”は、ほとんどの場合、ホスト衛星に機械的に取り付くまたは接続することができる、サービス衛星に関連する１つまたはそれ以上の構成要素を言う。本開示によれば、把持機構は、様々な代わりの構造物によって実現されてもよい。例えば、把持機構は、サービス衛星の本体に対して一端が取り付けられた１つまたはそれ以上のアームを含んでもよい。アームの自由端が、対向し合うクランプ部材の間でホスト衛星の一部分を受け取るように構成されたクランプデバイスを含んでもよい。本開示に係る１つの例示的な実施の形態において、ホスト衛星のインターフェースリングが、クランプデバイスの対向し合うクランプ部材の間で受け取られてもよい。対向し合うクランプ部材は、対向し合うクランプ部材の間でインターフェースリングを挟むように構成されてもよい。
【００３２】
別の例示的な実施の形態の把持機構において、アームの自由端が、１つまたはそれ以上の箇所でインターフェースリングの内側表面に係合可能な放射方向に拡大する構成要素を含んでいてもよい。放射方向に拡大する構成要素によってインターフェースリングに作用する放射方向外側の力は、インターフェースリングに対してアームが固定される力であってもよい。本開示は把持機構の様々な例を開示するが、本開示は、広義には、特定の把持機構の構成や構造に限定されない。正確に言えば、本開示の意図の範囲の”把持機構”として、ホスト衛星に確実に接続することができる任意の構造や構成が考えられる。図１Ａおよび図１Ｂは、例示的な実施の形態の把持機構１４を示している。
【００３３】
したがって、本開示において、把持機構は、例えば、インターフェースリングと係合するように構成されている少なくとも２つのアームを含んでもよい。用語”アーム”は、サービス衛星の本体から外側に向かって延在する１つまたはそれ以上の構造部材を含む、いわゆる”ドッキングアーム”を指す場合もある。アームそれぞれは、１つまたはそれ以上の関節点または肘を備えてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星が２つ以上のアームを含んでいる場合も考えられる。図１Ａは、４つのドッキングアーム１６を含んでいる例示的な実施の形態のサービス衛星１０を示している。図１Ｂに示すように、ドッキングアーム１６それぞれは、４本のバーリンク機構であってもよい。しかしながら、本開示に係るドッキングアームは、開示されている４本のバーリンク構造に限定されない。正確に言えば、ドッキングアーム１６は、２本、３本、または６本のバーリンク機構であってもよい。本開示に係るいくつかの例示的な実施の形態においては、ドッキングアーム１６は、任意の数のリンク機構を含んでもよい。いくつかの実施の形態においては、リンク機構が使用されないことも考えられる。
【００３４】
図１Ｂに示す例示的な実施の形態のサービス衛星１０において、ドッキングアーム１６は、サービス衛星１０の本体１２に取り付けられている固定クランク１８を含んでもよい。図１Ｂに示すように、ドッキングアーム１６は、互いに間隔をあけて離れ、それぞれヒンジ２４、２６で固定クランク１８に旋回可能に接続されたクランク２０、２２を含んでもよい。ヒンジ２４、２６それぞれを中心とするクランク２０、２２それぞれの回転は、ドッキングアーム１６を移動させるために、別々に制御されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星１０の本体１０の一部は、４本のバーリンク機構の固定クランク１８に置き換わってもよい。したがって、例えば、クランク２０、２２は、互いに間隔をあけて離れてもよく、またヒンジ２４、２６それぞれを介して、サービス衛星１０の本体１２に旋回可能に接続されてもよい。
【００３５】
図１Ｂに示す例示的な実施の形態のドッキングアーム１６において、操作アーム２８は２つのクランク（例えばクランク２０）の一方に一端３０で旋回可能に接続されてもよく、他方のクランク（例えばクランク２２）が接続端３０と自由端３２の間で操作アーム２８に接続してもよい。操作アーム２８の自由端３２は、ホスト衛星のインターフェースリングに係合するように構成されたリング係合部３４を含んでもよい。リング係合部３４は、上述の１つまたはそれ以上のクランプ機構を含んでもよい。本開示は４つのドッキングアーム１６を備えるサービス衛星１０を説明しているが、サービス衛星１０が任意の数のドッキングアーム１６を含むことができると考えられる。
【００３６】
さらに、本開示はホスト衛星のインターフェースリングにドッキングアームが取り付くことについて説明しているが、本開示は、広義には、特定の取り付き方法に限定されない。把持機構の自由端がインターフェースリング以外のホスト衛星の外部の構造的特徴部に対して取り付くように構成されることも考えられる。例えば、把持機構の自由端が、ホスト衛星の外部表面に設けられた突起または他の構造的特徴部に取り付くように構成されてもよい。
【００３７】
本開示によれば、インターフェースリングに取り付くことにより、把持機構が、外部に延在するインターフェースリングを介してホスト衛星とサービス衛星との間の相互接続を確立してもよい。用語”相互接続”は、ほとんどの場合、２つの対象間における取り付け、接続、または連結を言う。本開示に係るサービス衛星とホスト衛星との間の相互接続は、サービス衛星からホスト衛星に向かってまたはその逆方向に推進力を伝達することができる十分な剛性も持ってもよい。図３は、例えば、サービス衛星１０とホスト衛星２００との間の相互接続２０４を示している。
【００３８】
本開示によれば、ホスト衛星へのサービス衛星の把持機構の取り付きにより、結合した重心を備える相互接続ユニットが実現されてもよい。用語”相互接続ユニット”は、ほとんどの場合、２つの対象が取り付く、接続する、または連結することによって形成された集合体を言う。例えば、ホスト衛星へのサービス衛星の把持機構の取り付きにより、サービス衛星とホスト衛星を含む相互接続ユニットすなわち集合体が形成されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、ホスト衛星にサービス衛星が接続することによって形成された相互接続ユニットは、”直列（ｔａｎｄｅｍ）集合体”と呼ばれることがある。図３は、例えば、ホスト衛星２００のインターフェースリング２０２にサービス衛星１０の把持機構１４が取り付くことによって形成された相互接続ユニット２０６を示している。相互接続ユニット２０６は、ホスト衛星２００にサービス衛星１０のいくつかまたは全てのアーム１６が取り付くことによって形成されてもよい。本開示と一致する例示的な実施の形態の把持機構が、本明細書に参照として組み込まれた、２０１５年８月２６日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１５／０５５８５６号および２０１４年８月２６日出願の米国仮特許出願第６２／０４１７８０号に開示されている。
【００３９】
用語”結合した重心”は、ほとんどの場合、互いに接続された２つの対象の重心を言う。サービス衛星とホスト衛星によって形成された相互接続ユニットの結合した重心は、例えば、サービス衛星の質量とホスト衛星の質量に基づいてもよい。結合した重心はまた、例えば、サービス衛星の質量とホスト衛星の質量の空間的な分布状態に基づいてもよい。サービス衛星とホスト衛星を含む相互接続ユニットは、必然的に結合した重心を持つことになる。
【００４０】
本開示によれば、サービス衛星は、少なくとも２つのスラスターを含んでもよい。本明細書においては、スラスターは、ほとんどの場合、スラスターが取り付けられた対象を移動させる推進力を提供することができるデバイスを言う。いくつかの例示的な実施の形態において、スラスターは、推進剤を略所定の方向にスラスターから流出させ、それによりその所定の方向と反対方向に推進力を発生させてもよい。スラスターによって使用される推進剤は、液状またはガス状であってもよい。本開示の種々の実施の形態に係るスラスターは、化学的スラスター、抵抗ジェットスラスター、コールドガススラスター、電気推進スラスター、二元推進剤スラスター、ホール効果スラスター、格子イオンスラスター、アークジェットスラスター、プラズマ推進エンジン、または宇宙で対象を移動させるために使用される他のタイプの公知のスラスターであってもよい。
【００４１】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも２つのスラスターは、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを含んでもよい。本明細書においては、用語”ペア”は、２つのスラスターを意味する。しかしながら、本開示における”フレーズ”ペアのスラスター”は、機械的、電気的、または他の方法で互いに関連する２つのスラスターに限定されない。例えば、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターは、別々であって独立して制御可能な４つのスラスターをトータルで含んでもよい。本開示はスラスターの特定の構成や位置を説明するが、本開示は、広義には、特定のスラスター構成や位置に限定されない。したがって、例えば、いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星が奇数個のスラスターを備えうることも考えられる。さらに、他の例示的な実施の形態においては、本開示のサービス衛星は、２組のペア以上のスラスターを備え得ることも考えられる。
【００４２】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも２つのスラスターは、第１の北側スラスターと第２の北側スラスターを含んでもよい。第１の北側スラスターと第２の北側スラスターは、サービス衛星の第１のサイドに配置されてもよい。第１の北側スラスターは、第２の北側スラスターに対して間隔をあけて離れていてもよい。本開示のいくつかの実施の形態によれば、少なくとも２つのスラスターは、第１の南側スラスターと第２の南側スラスターを含んでもよい。第１の南側スラスターと第２の南側スラスターは、サービス衛星の第１のサイドの反対サイドに配置されてもよい。第１の南側スラスターは、第２の南側スラスターに対して間隔をあけて離れていてもよい。北側および南側の用語は、広義には、サービス衛星に対する特定の位置に限定されない。正確に言えば、広義には、北側および南側の用語は、サービス衛星の対向し合うサイドを意味する。対向し合うサイドは、サービス衛星の本体を通過する座表面の両側に配置されてもよい。
【００４３】
図１Ａは、スラスター３６、３８、４０、４２を備える例示的な実施の形態のサービス衛星１０を示している。図１Ａに示すように、スラスター３６、３８は、サービス衛星１０の本体１２の第１のサイド４４に配置されてもよい。例えば、スラスター３６、３８は、本体１２を通過する平面４６の第１のサイド４４に配置されてもよい。スラスター３６、３８は、互いに間隔をあけて離れていてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、平面４６は、サービス衛星１０の略縦方向の対称面を定義してもよい。他の例示的な実施の形態において、平面４６は、地球に対するサービス衛星の天頂−天底平面を定義してもよい。図１Ａの例示的な実施の形態に示すように、スラスター４０、４２は、サービス衛星１０の本体１２の第２のサイド４８に配置されてもよい。例えば、スラスター４０、４２は、平面４６の第２のサイド４８に配置されてもよい。本体１２の第２のサイド４８は、第１のサイド４４の反対側であってもよい。
【００４４】
図１Ａに示す例示的な実施の形態において、第１のサイド４４はサービス衛星１０の北側サイドとして特定されてもよく、第２のサイド３８はサービス衛星１０の南側サイドとして特定されてもよい。スラスター３６、３８は、第１の北側スラスター３６と第２の北側スラスター３８として分類されてもよい。同様に、スラスター４０、４２は、第１の南側スラスター４０と第２の南側スラスター４２として分類されてもよい。しかしながら、いくつかの実施の形態において、サイド４４をサービス衛星１０の南側サイドとして分類し、サイド４８を北側サイドとして分類することもありうる。これらの例示的な実施の形態において、スラスター３６、３８は、第１の南側スラスター３６と第２の南側スラスター３８として分類されてもよく、スラスター４０、４２は、第１の北側スラスター４０と第２の北側スラスター４２として分類されてもよい。
【００４５】
本発明のいくつかの態様によれば、第１のペアのスラスターは、第１の北側スラスターと第１の南側スラスターを含んでもよい。同様に、第２のペアのスラスターは、第２の北側スラスターと第２の南側スラスターを含んでもよい。図１Ａは、例えば、スラスター３６とスラスター４０とを含む第１のペアのスラスター５４と、スラスター３８とスラスター４２とを含む第２のペアのスラスター５６を示している。ある例示的な実施の形態において、第１のサイド４４がサービス衛星１０の北側サイドと分類され、第２のサイド４８が南側サイドと分類される場合、第１のペアのスラスター５４は、第１の北側スラスター３６と第１の南側スラスター４０を含んでもよい。同様に、第２のペアのスラスター５６は、第２の北側スラスター３８と第２の南側スラスター４２を含んでもよい。
【００４６】
図１Ａに示すようないくつかの例示的な実施の形態において、第３のサイド５８がサービス衛星１０の東側サイドとして特定されてもよく、第４のサイド６０がサービス衛星１０の西側サイドとして特定されてもよい。第３のサイド５８と第４のサイド６０は、サービス衛星１０の本体１２を通過する平面６２の両側に配置されてもよい。平面６２は、平面４６に対して略垂直に配置されてもよい。本開示のいくつかの態様において、平面６２は、サービス衛星１０の対称面であってもよい。スラスター３６、４０は、第１の東側スラスター３６と第２の東側スラスター４０として分類されてもよく、互いに間隔をあけて離れてもよく、また、サービス衛星１０の第３のサイド５８に配置されてもよい。同様に、スラスター３８、４２は、第１の西側スラスター３８と第２の西側スラスター４２として分類されてもよく、互いに間隔をあけて離れてもよく、また、第３のサイド５８とは反対側のサービス衛星１０の第４のサイド６０に配置されてもよい。しかしながら、いくつかの実施の形態において、サイド５８はサービス衛星１０の西側サイドとして分類されてもよく、サイド６０は東側サイドとして分類されてもよい。これらの例示的な実施の形態において、スラスター３６、４０は第１の西側スラスター３６と第２の西側スラスター４０として分類されてもよく、スラスター３８、４２は第１の東側スラスター３８と第２の東側スラスター４２として分類されてもよい。
【００４７】
本開示によれば、サービス衛星は、スラスター展開機構を含んでもよい。用語”スラスター展開機構”は、ほとんどの場合、サービス衛星に取り付けられ、サービス衛星の本体から離れるように外側に向かって伸展することができる１つまたはそれ以上の構成要素を言う。スラスター展開機構は、スラスターを展開することができる構造である限り、様々な代わりの構造を含んでもよい。本開示に係るいくつかの例示的な実施の形態において、スラスターそれぞれは、専用のスラスター展開機構を備えてもよい。例えば、スラスターそれぞれは、サービス衛星の本体に取り付けられた第１の端とその第１の端から離れている自由端とを備える伸張アームまたはブームに取り付けられてもよい。スラスターは、伸長アームまたはブームの自由端に取り付けられてもよい。本開示に係る他の例示的な実施の形態において、１つ以上のスラスターが、同一の伸張アームまたはブームに取り付けられてもよい。さらに他の例示的な実施の形態において、スラスター展開機構は、サービス衛星の本体から所定の距離にスラスターを位置決めできる１つまたはそれ以上のリンク機構を含んでもよい。例えば、スラスター展開機構は、上述した把持機構と同様の２本、４本、または６本のバーリンク機構を含んでもよい。
【００４８】
図１Ａは、例えば、サービス衛星１０のスラスター展開機構６４を示している。スラスター展開機構６４は、スラスター展開ヨーク６６（図１Ａ参照）を含んでもよい。図２に示すように、スラスター展開ヨーク６６は、ヨークベース７０とヨークアーム７２、７４とを含んでもよい。ヨークベース７０は、ヨークベース端７６でサービス衛星１０の本体１２に回転可能に接続されてもよい。ヨークアーム７２、７４は、ヨークベース７０からヨークアーム端７８、８０それぞれに向かって延在してもよい。ヨークアーム端７８、８０は、互いに間隔をあけて離れていてもよい。図２Ａおよび図２Ｂに示すようなある例示的な実施の形態において、ヨークベース７０とヨークアーム７２、７４は、略”Ｙ”字形状を備える構造部材を形成してもよい。図２には示していないが、スラスター展開ヨーク６８（図１Ａ参照）は、スラスター展開ヨーク６６について上述したような類似の構造を備えてもよい。ヨークベース７０とヨークアーム７２、７４は、ヨーク平面８６、８８（図１Ｂ参照）を定義してもよい。図２Ａおよび図２Ｂは２つのヨークアーム７２、７４のみを備えるものとしてスラスター展開ヨーク６６、６８それぞれを示しているが、スラスター展開ヨーク６６、６８は、任意の数のヨークアームを備えうると考えられる。さらに、図１Ａおよび図１Ｂは２つのスラスター展開ヨーク６６、６８のみを備えるものとしてサービス衛星１０を示しているが、サービス衛星１０は任意の数のスラスター展開ヨークを備えうると考えられる。
【００４９】
図１Ｂに戻り、スラスター展開ヨーク６６、６８は、スラスター展開ヨーク６６、６８が平面４６（図１Ａ参照）に対して回転することにより、所定の方向に方向付けされてもよい。図１Ｂに示すようなある例示的な実施の形態において、スラスター展開ヨーク６６、６８の姿勢は、ヨーク平面８６、８８それぞれとサービス衛星１０の平面４６と平行な平面との間の角度φによって決定されてもよい。スラスター展開ヨーク６６、６８は、平面４６に対して同一または異なる角度φで方向付けされうると考えられる。
【００５０】
本開示によれば、サービス衛星のスラスター展開機構はまた、スラスター展開ヨークに連結され、スラスターの方向を変更することができる構成要素を含んでもよい。これは、スラスターを回転させる、傾ける、旋回させる、または別の方向に向ける機構を介して実現されてもよい。スラスターは、このような構成要素に取り付けられてもよい。本開示はスラスター展開ヨークに取り付けられたスラスター位置決めデバイスを備える構成を説明しているが、本開示は、広義には、その開示された構成に限定されない。例えば、スラスター位置決めデバイスがサービス衛星の本体に直接的に取り付けられている場合も考えられる。また、１つ以上のスラスターがスラスター位置決めデバイスそれぞれに取り付けられている場合も考えられる。さらに、サービス衛星が任意の数のスラスター位置決めデバイスを備えうると考えられる。
【００５１】
図１Ａは、例示的なスラスター位置決めデバイスを示しており、特にスラスターアーム９０、９２、９４、９６が具体化された例を示している。図１Ａに示すように、例えば、スラスターアーム９０は、第１の端９８と第２の端１００とを含んでもよい。スラスターアーム９０の第１の端９８は、スラスター展開ヨーク６６のヨークアーム端７８に回転可能に取り付けられてもよい。スラスター３６は、スラスターアーム９０の第２の端１００に不動に取り付けられてもよい。また、図１Ａに示すように、例えば、スラスターアーム９２は、第１の端１０２と第２の端１０４とを含んでもよい。スラスターアーム９２の第１の端１０２は、第１のスラスター展開ヨーク６６のヨークアーム端８０に回転可能に取り付けられてもよい。スラスター３８は、スラスターアーム９２の第２の端１０４に不動に取り付けられてもよい。
【００５２】
さらに、図１Ａに示すように、例えば、スラスターアーム９４は、第１の端１０６と第２の端１０８とを含んでもよい。スラスターアーム９４の第１の端１０６は、スラスター展開ヨーク６８のヨークアーム端８２に回転可能に取り付けられてもよい。スラスター４０は、スラスターアーム９４の第２の端１０８に不動に取り付けられてもよい。さらに、図１Ａに示すように、例えば、スラスターアーム９６は、第１の端１１０と第２の端１１２とを含んでもよい。スラスターアーム９６の第１の端１１０は、スラスター展開ヨーク６８のヨークアーム端８４に回転可能に取り付けられてもよい。スラスター４２は、スラスターアーム９６の第２の端１１２に不動に取り付けられてもよい。
【００５３】
本開示のいくつかの実施の形態によれば、スラスターアームに取り付けられたスラスターの方向は、スラスターアームとそのスラスターアームが取り付けられたスラスター展開ヨークの平面との間の角度変位量θによって決定されてもよい。したがって、例えば、図１Ｂに示すように、スラスター３６の方向は、スラスターアーム９０とスラスター展開ヨーク６６との間の角度変位量θ１によって決定されてもよい。スラスターアーム９０の角度変位量θ１は、第１の位置Ｐ１を定義してもよい。スラスター３６、３８、４０、および４２のいずれかは、対応するスラスターアームとスラスターヨークの間の角度変位量θ１を規定することにより、位置Ｐ１で方向付けされてもよい。スラスター３６、３８、４０、および４２は、同一または異なる値の角度変位量θで方向付けされうると考えられる。本開示はスラスターアームと対応するスラスター展開ヨークとの間の角度変位量θによってスラスターの方向が決定される構成を説明しているが、本開示は、広義には、その開示された構成に限定されない。例えば、スラスター３６、３８、３８、４０の方向は、平面４６に対するスラスターアーム９０、９２、９４、および９６それぞれの角度変位量によって決定されうると考えられる。他の例示的な実施の形態において、スラスター３６、３８、３８、４０の方向は、平面５８に対するスラスターアーム９０、９２、９４、および９６それぞれの角度変位量によって決定されうると考えられる。さらに他の例示的な実施の形態において、スラスター３６、３８、３８、４０の方向は、サービス衛星１０の本体１２の任意の他の表面に対するスラスターアーム９０、９２、９４、および９６の角度変位量によって決定してもよい。
【００５４】
本開示によれば、サービス衛星は、少なくとも１つのコントローラを含んでもよい。本明細書においては、コントローラの用語は、サービス衛星の様々なオペレーションを制御することができる電気的な構成要素または他の構成要素を言う。例えば、少なくとも１つのコントローラが、特定の用途の要件にしたがって構成された適切なロジック部品またはコンピュータ部品を備えるデバイスを含んでもよい。いくつかの実施の形態において、コントローラは、入力または複数の入力に対して論理演算を実行する電気回路を備える任意の物理的なデバイスを含んでもよい。例えば、少なくとも１つのコントローラは、１つ以上の、集積回路、マイクロチップ、マイクロコントローラ、マクロプロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）の全てまたは一部、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールド−プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または指示の実行や論理演算の実行に適した他の回路を備えるプロセッサを含んでもよい。コントローラによって実行される指示は、例えば、コントローラに統合または組み込まれたメモリユニットから読み出されてもよく、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、光ディスク、磁気媒体、フラッシュメモリ、他の永久、固定、または揮発性メモリ、あるいはコントローラの指示を蓄積できる任意の他の機構などの別のメモリユニットに蓄積されてよい。１つまたはそれ以上のコントローラは、ＲＩＳＣ，ＣＩＳＣ、または任意の他のコンピュータ指示アーキテクチャーに基づくシングルコアまたはマルチコアのプロセッサを含んでもよい。
【００５５】
１つ以上のコントローラまたはプロセッサが使用される場合、全てが同様の構造であってもよいし、あるいは、互いに電気的に接続されているまたは接続されていない異なる構造であってもよい。これらは、別々の回路であってもよいし、または１つの回路として集積されてもよい。１つ以上のコントローラまたはプロセッサが使用される場合、これらは独立してまたは協力して演算を行ってもよい。これらは、電気的、磁気的、光学的、音響学的、機械的、またはこれらの相互作用を可能にする他の手段により、連結されてもよい。いくつかの実施の形態において、少なくとも１つのプロセッサはメモリに関連してもよい。
【００５６】
コントローラまたはプロセッサに関連するメモリは、例えば、ＮＯＲ型またはＮＡＮＤ型フラッシュメモリーデバイス、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）デバイス、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイスなどを含んでもよい。コントローラに関連するストレージデバイスは、例えば、ハードディスク、半導体ドライブなどを含んでもよい。
【００５７】
少なくとも１つのコントローラは、軌道上に配置されているとき、１つまたはそれ以上の遠隔通信インターフェースまたは他の遠隔通信回路を介して、地球上の地上コントロールステーションに配置されている１つまたはそれ以上のコントローラと通信するように構成されてもよい。図１Ａおよび図１Ｂは、例えば、一例のコンロローラ１２０を示している。
【００５８】
本開示のいくつかの態様において、コントローラは、サービス衛星に搭載されてもよい。他の態様において、コントローラは、地球上の地上コントロールステーションに配置されてもよい。さらに本開示の他の態様において、コントローラは、サービス衛星と異なる宇宙機に搭載されてもよい。コントローラがサービス衛星に搭載されていない場合、コントローラは、１つまたはそれ以上の遠隔通信インターフェースまたは他の遠隔通信回路を介してコントローラからサービス衛星に送信された信号に基づいて、サービス衛星の様々なオペレーションを制御可能であってもよい。
【００５９】
本開示によれば、少なくとも１つのコントローラは、実質的な静止軌道内に相互接続ユニットを維持するように構成されてもよい。本明細書においては、用語”静止軌道”は、地球周りの静止軌道を言う。静止軌道内のホスト衛星は、割り当てスロットを備えてもよい。割り当てスロットは、東西方向（すなわち静止軌道に沿った方向）の第１の所定の距離と、南北方向（すなわち静止軌道に直交する方向）の第２の所定の距離とによって定義されてもよい。相互接続ユニットに作用する重力や太陽力のために、相互接続ユニットは、静止軌道内の位置から移動しうる。サービス衛星、ホスト衛星、またはその両方のスラスターが、割り当てスロット内のホスト衛星を移動させる相互接続ユニットの移動を引き起こす重力や太陽力に対して対抗するように動作してもよい。したがって、本明細書において使用される”実質的な静止軌道”は、静止軌道内の割り当てスロット内および中心とする相互接続ユニットの移動が含まれうる。
【００６０】
少なくとも１つのコントローラは、少なくとも２つのスラスターそれぞれを、スラスター点火中において少なくとも２つのスラスターそれぞれの推進ベクトルが重心を避けるような角度方向に選択的に動かすことにより、相互接続ユニットを実質的な静止軌道に維持してもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、例えば、スラスターから推進剤を噴出させることにより、スラスターを点火してもよい。上述したように、スラスターから推進剤を噴出することにより、推進剤が噴出された方向と反対方向の反動力をスラスターに発生させてもよい。本明細書においては、用語”推進ベクトル”は、ほとんどの場合、スラスターに作用する反動力の大きさと反動力の方向の組み合わせを言う。スラスターに作用する反動力は、サービス衛星に作用するとともに、サービス衛星がホスト衛星に接続されているときには相互接続ユニットに作用する。スラスターによって発生した反動力により、選択されたスラスターによって発生した推進ベクトルのベクトル和の方向に対応する方向に相互接続ユニットが移動してもよい。
【００６１】
サービス衛星は、複数の相互接続ユニットを形成する任意の複数のホスト衛星に接続されてもよい。ホスト衛星にサービス衛星が接続することによって形成されたこのような相互接続ユニットそれぞれは、結合した重心（ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  ｍａｓｓ）を備えてもよい。
【００６２】
本開示によれば、コントローラは、少なくとも２つのスラスターを、複数のホスト衛星にサービス衛星が接続することによって形成された複数の相互接続ユニットに対応する任意の結合した重心を少なくとも２つのスラスターの推進ベクトルが通過しないように方向付けされるように構成されうると考えられる。実際には、本開示の様々な実施の形態によれば、少なくとも２つのスラスターの推進ベクトルは、結合した重心からオフセットされうる。本明細書においては、用語”オフセット”は、ほとんどの場合、空間的な離間を言う。したがって、例えば、少なくとも１つのコントローラが、選択されたスラスターを、上述したように複数の相互接続ユニットに対応する結合した重心から選択されたスラスターの推進ベクトルが空間的に離間するように方向付けしうる。本開示は少なくとも２つのスラスターが選択される構成を説明しているが、本発明は、広義には、特定の構成に限定されない。例えば、少なくとも１つのコントローラが、上述の飛行のために、１つ、２つ、または任意の数のスラスターを選択しうることが考えられる。少なくとも１つのコントローラは、１つまたはそれ以上の選択されたスラスターを、上述したように複数の相互接続ユニットに対応する結合した重心を選択されたスラスターによって発生した推進ベクトルが通過しないように方向付けするように構成されてもよい。
【００６３】
図４Ａおよび図４Ｂは、相互接続ユニットの結合した重心を推進ベクトルが通過しないような一例のスラスター点火を示している。例えば、図４Ａに示すように、少なくとも１つのコントローラ１２０は、第１のスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ２でスラスターアーム９０を方向付けしてもよい。いくつかの実施の形態において、角度変位量θ２は、位置Ｐ２を定義してもよい。また、図４Ａに示すように、コントローラ１２０は、第１のスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ３でスラスターアーム９２を方向付けしてもよい。いくつかの実施の形態において、角度変位量θ３は、位置Ｐ３を定義してもよい。コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を点火してもよい。点火中のスラスター３６によって推進ベクトル１２２が発生してもよく、点火中のスラスター３８によって推進ベクトル１２４が発生してもよい。図４Ａの例示的な実施の形態に示すように、推進ベクトル１２２、１２４は、結合した重心１２６を通過していない。図４Ａに示すように推進ベクトルの方向が固定されている場合、サービス衛星１０は異なる重心をそれぞれ持つ複数の異なるホスト衛星にドッキングすることができ、どのような場合も、結合した重心は、それでもなお、推進ベクトル１２２、１２４の中間に位置する。
【００６４】
図４Ｂは、スラスターアーム９０が角度変位量θ３（位置Ｐ３）で方向付けされるとともにスラスターアーム９２が角度変位量θ２（位置Ｐ２）で方向付けされている、別の例示的な実施の形態を示している。コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を点火してもよい。点火中のスラスター３６によって推進ベクトル１３２が発生してもよく、点火中のスラスター３８によって推進ベクトル１３４が発生してもよい。図４Ｂに示すように、スラスターベクトル１３２、１３４は、結合した重心１２６を通過していない。図４Ａに示すように推進ベクトルの方向が固定されている場合、サービス衛星１０は異なる重心をそれぞれ持つ複数の異なるホスト衛星にドッキングすることができ、どのような場合も、結合した重心は、それでもなお、推進ベクトル１３２、１３４の中間に位置する。
【００６５】
本開示の実施の形態はさらに、推進ベクトルの交点と相互接続ユニットの結合した重心を通過する平面との間に結合した重心が配置されるように、少なくとも２つのスラスターそれぞれを選択的に動かすように構成されている少なくとも１つのコントローラを含んでもよい。用語”交点”は、推進ベクトルがある平面と交差する位置を言う。本開示に係るいくつかの例示的な実施の形態において、その平面は、ホスト衛星とサービス衛星を含む相互接続ユニットを通過する縦方向の平面であってもよい。サービス衛星の複数のスラスターの点火によって発生した複数の推進ベクトルは、縦方向平面に複数の位置で交差してもよい。本開示の実施の形態に係る少なくとも１つのコントローラは、サービス衛星とホスト衛星の結合した重心が複数のスラスターと縦方向平面の複数の交点の間に存在するように、サービス衛星を方向付けしてもよい。
【００６６】
図４Ａは、例えば、推進ベクトル１２２、１２４が位置１２８、１３０で平面６２に交差するように、スラスターアーム９０、９２を角度変位量θ２、θ３で方向づけうる構成を示している。図４Ａの例示的な実施の形態に示すように、位置１２８、１３０は、結合した重心１２６からオフセットされてもよい、すなわち空間的に離れていてもよい。さらに図４Ａに示すように、結合した重心１２６は、交差位置１２８、１３０の間に存在してもよい。同様に、図４Ｂの例示的な実施の形態に示すように、推進ベクトル１３２、１３４が、サービス衛星１０とホスト衛星２００を通過する平面６２に、結合した重心１２６からオフセットした（すなわち空間的に離れた）位置１３６、１３８で交差するように、スラスターアーム９０、９２は角度変位量θ３、θ２で方向付けされてもよい。図４Ｂに示すように、結合した重心１２６は、交差位置１３６、１３８の間に存在してもよい。
【００６７】
図１Ａおよび図１Ｂに戻って、いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星１０は、１つまたはそれ以上のソーラーパネル１４０を含んでもよく、それはサービス衛星１０の本体１２に取り付けられてもよい。ソーラーパネル１４０は、サービス衛星１０の本体１２から外側に向かって展開可能であってもよい。ソーラーパネル１４０は、本体１２（図１Ｂ参照）の表面１４２に対して略垂直に配置されるように構成されてもよい。しかしながら、ソーラーパネル１４０は、本体１２の表面１４２に対して傾きうることが考えられる。ソーラーパネル１４０は、サービス衛星１０に関連する様々なオペレーションを実行するために使用されうる電力を発生してもよい。例えば、ソーラーパネル１４０によって発生した電力は、把持機構、スラスター展開機構６４（図２Ａ、２Ｂ参照）、スラスター３６、３８、４０、４２、コントローラ１２０、および関連する電気回路などを作動させるために使用されてもよく、また、コントローラ１２０、および他の電気回路や通信回路に供給されてもよい。
【００６８】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも１つのコントローラはさらに、推進ベクトルによって発生して相互接続ユニットの少なくとも１つの座標軸を中心とするトルクが実質的に平衡を保つように、少なくとも２つのスラスターそれぞれの推進レベルを調節するように構成されてもよい。本明細書においては、用語”推進レベル”は、スラスターによって発生する反動力の大きさを言う。いくつかの例示的な実施の形態において、推進レベルは、スラスターから噴射される所定時間あたりの推進剤量を制御することによって調節されてもよい。他の例示的な実施の形態において、推進レベルは、スラスターから吐出された推進剤の速度によって測定されてもよい。本明細書においては、用語”トルク”は、スラスターによって発生した推進ベクトルのサービス衛星またはホスト衛星に関連する軸を中心とするモーメントを言う。そのモーメントは、その軸と推進ベクトルとの間の垂線長さと推進レベルの積として決定されてもよい。本明細書のおいては、用語”平衡を保つ”は、トルクをなくすことを言う。したがって、例えば、本開示に係る少なくとも１つのコントローラは、少なくとも２つのスラスターの一方によって生じた推進ベクトルによって発生したトルクが、２つのスラスターの他方によって生じた推進ベクトルによって発生したトルクに対して正確に等しく且つ反対方向になるように、その少なくとも２つのスラスターの推進レベルを選択してもよい。発生したトルクの合計である正味のトルクは、実質的にゼロに等しくてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、トルクの平衡は、２つ以上のスラスターに基づいて達成されてもよい。
【００６９】
図４Ａおよび図４Ｂは、例えば、トルクが平衡している構成を示している。したがって、図４Ａに示す例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を角度変位量θ２（位置Ｐ２）、θ３（位置Ｐ３）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１２２、１２４を発生するために、スラスター３６、３８を点火してもよい。推進ベクトル１２２、１２４それぞれは、サービス衛星１０のＹ軸を中心とするトルクを発生させてもよい。推進ベクトル１２２、１２４によって発生したトルクの影響によって生じた相互接続ユニット２０６の回転力が、図４Ａに矢印１４８で示されている。
【００７０】
同様に、図４Ｂに示す例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を角度変位量θ３（位置Ｐ３）、θ２（位置Ｐ２）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１３２、１３４を発生するために、スラスター３６、３８を点火してもよい。推進ベクトル１３２、１３４それぞれは、サービス衛星１０のＹ軸を中心とするトルクを発生させてもよい。推進ベクトル１３２、１３４によって発生したトルクの影響によって生じた相互接続ユニット２０６の回転力が、図４Ｂに矢印１５２で示されている。コントローラ１２０は、矢印１４８（図４Ａ）で示すトルクの大きさと方向が、矢印１５２（図４Ｂ）で示すトルクの大きさと方向に対して正確に等しく且つ反対方向になるように、スラスター３６、３８のレベルを選択してもよい。別の言い方をすれば、コントローラ１２０は、矢印１４８、１５２で示すトルクのベクトル合計が実質的にゼロになるように、スラスター３６、３８のレベルを選択してもよい。３６，３８の推進レベルはゼロであってもよく、またはゼロでなくてもよいと考えられる。
【００７１】
図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、２つの軸についてトルクが平衡に保たれている例示的な構成を示している。図５Ａは、Ｚ軸が図５Ａの平面に対して略直交する状態の相互接続ユニット２０６を示している。いくつかの例示的な実施の形態において、図５Ａに示すように、本図のＺ軸は、相互接続ユニット２０６を形成するサービス衛星１０とホスト衛星２００の両方の中心線に沿った縦軸であってもよい。スラスター３６、３８は、図４Ａに示すものと同様に、位置Ｐ２、Ｐ３で方向付けされてもよい。コントローラ１２０は、図５Ａにおいて２つの反対方向の矢印６９で示して推進ベクトル１２２、１２４によってＺ軸中心に発生したトルクが互いに実質的に相殺しうるように、スラスター３６、３８の推進レベルを選択してもよい。
【００７２】
同様に、図５Ｂは、Ｙ軸が図５Ｂの平面に対して略直交する状態の相互接続ユニット２０６を示している。Ｙ軸は、Ｚ軸に対して略直交してもよい。スラスター３６、３８が位置Ｐ２、Ｐ３で方向付けされる場合（図４Ａ参照）、推進ベクトル１２２、１２４は、Ｙ軸中心のトルクを発生してもよい。これらのトルクは、図５Ｂにおいて矢印で示され、図４Ａに示す矢印１４８と同様であってもよい。後述するが、これらのトルクは、リアクションホイールに蓄えられる角運動量を発生させてもよい。スラスター３６が位置Ｐ３にあってスラスター３８が位置Ｐ２にあるように（図４Ｂ参照）スラスター３６、３８の位置をスイッチした場合、図４Ｂに示すように、推進ベクトル１３２、１３４によって発生するトルクは、リアクションホイールをアンロードし、リアクションホイールに蓄積された角運動量を消耗し、それにより、実質的にＹ軸中心に発生する正味のトルクを平衡に保ってもよい。
【００７３】
図５Ｃは、Ｘ軸が図５Ｃの平面に対して略直交する状態の相互接続ユニット２０６を示している。Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に対して略直交してもよい。スラスター３６、３８は位置Ｐ２、Ｐ３で方向付けされてもよい（図４Ａ参照）。コントローラ１２０は、図５Ｃにおいて２つの反対方向の矢印７１で示して推進ベクトル１２２、１２４によってＸ軸中心に発生したトルクが互いに実質的に相殺しうるように、スラスター３６、３８の推進レベルを選択してもよい。
【００７４】
本開示の実施の形態によれば、コントローラは、第１のスラスターが第１の角度方向に方向付けされている場合、少なくとも２つのスラスターを第１の推進レベルで点火するように構成されてもよい。コントローラは、第１のスラスターが第２の角度方向に方向付けされている場合、少なくとも２つのスラスターを、第１の推進レベルと異なる第２の推進レベルで点火するように構成されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、スラスターの推進レベルを、これらの位置および／または方向に基づいて選択してもよい。例えば、コントローラは、位置Ｐ２では第１の推進レベルＴＨ１でスラスターを点火し、位置Ｐ３では第２の推進レベルＴＨ２でスラスターを点火してもよい。他の例示的な実施の形態において、コントローラは、少なくとも２つのスラスターの中の第１のスラスターが位置Ｐ２または位置Ｐ３の一方で方向付けされている場合、少なくとも２つのスラスターの両方を第１の推進レベルＴＨ１で点火してもよい。コントローラは、少なくとも２つのスラスターの中の第１のスラスターが位置Ｐ２または位置Ｐ３の他方で方向付けされている場合、少なくとも２つのスラスターの両方を第１の推進レベルＴＨ１で点火してもよい。推進レベルＴＨ１、ＴＨ２は等しくてもよく、また等しくなくてもよいと考えられる。
【００７５】
図４Ａおよび図４Ｂは、コントローラ１２０がスラスター３６、３８、４０、４２を異なる推進レベルで点火するように構成されうる例示的な実施の形態を示している。図４Ａの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を、角度変位量θ２（位置Ｐ２）、θ３（位置Ｐ３）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１２２、１２４を発生させるために、スラスター３６、３８を推進レベルＴＨ１で点火してもよい。コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ２で方向付けされている場合、スラスター３６、３８の両方を推進レベルＴＨ１で点火してもよい。図４Ｂの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を、角度変位量θ３（位置Ｐ３）、θ２（位置Ｐ２）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１３２、１３４を発生させるために、スラスター３６、３８を推進レベルＴＨ２で点火してもよい。コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ２で方向付けされている場合、スラスター３６、３８の両方を推進レベルＴＨ２で点火してもよい。
【００７６】
本開示のいくつかの実施の形態によれば、コントローラは、第２の推進レベルを決定するように構成されてもよい。コントローラは、第１のスラスターが第１の角度方向に方向付けされているときに少なくとも２つのスラスターを第１の推進レベルで点火することにより、それを行うように構成されてもよい。コントローラは、相互接続ユニットの少なくとも１つの軸中心の角運動量を決定するように構成されてもよい。さらに、コントローラは、第１のスラスターが第２の角度方向に方向付けされて角運動量が実質的にゼロに減少したとき、点火される必要がある少なくとも２つのスラスターの第２の推進レベルを決定するように構成されてもよい。本明細書においては、用語”角運動量”は、回転軸を中心とする対象の回転慣性と回転速度との積を言う。コントローラは、様々な方法で角運動量を決定してもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、サービス衛星またはホスト衛星に配置されたセンサーに基づいて、相互接続ユニットの回転速度または角速度を決定してもよい。コントローラは、サービス衛星とホスト衛星の質量分布に基づいて、相互接続ユニットの回転慣性を決定してもよい。コントローラは、決定された回転速度と回転慣性に基づいて相互接続ユニットの回転慣性を決定してもよい。他の例示的な実施の形態において、角運動量は、角運動量センサを用いた測定によって決定されてもよい。別の他の例示的な実施の形態において、角運動量は、サービス衛星またはホスト衛星に関連するリアクションホイールの回転速度の変化に基づいて決定されてもよい。
【００７７】
図４Ａおよび図４Ｂは、コントローラが角運動量に基づいて推進レベルを決定するように構成されている例示的な実施の形態を示している。図４Ａの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を角度変位量θ２（位置Ｐ２）、θ３（位置Ｐ３）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１２２、１２４を発生させるために、スラスター３６、３８を推進レベルＴＨ１で点火してもよい。コントローラ１２０は、スラスターアーム９０が角度変位量θ２（位置Ｐ２）で方向付けされている場合、スラスター３６、３８の両方を推進レベルＴＨ１で点火してもよい。コントローラ１２０は、サービス衛星の少なくとも１つの軸を中心とする、サービス衛星１０とホスト衛星２００を含む相互接続ユニット２０６の角運動量ＡＭ１を決定してもよい。したがって、例えば、コントローラ１２０は、図５Ｂに示すようにＹ軸中心に発生する角運動量ＡＭ１を決定してもよい。コントローラ１２０は、サービス衛星１０とホスト衛星２００の質量分布と、Ｙ軸中心のサービス衛星１０とホスト衛星２００の角速度と、サービス衛星１０とホスト衛星２００の様々な部分とＹ軸との間の距離とに基づいて角運動量ＡＭ１を決定してもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、サービス衛星１０の１つまたはそれ以上の角運動量センサを用いることにより、および／またはサービス衛星１０に配置された１つまたはそれ以上のモーメンタムホイールを用いることにより、角運動量ＡＭ１を決定してもよい。
【００７８】
図４Ｂの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２を角度変位量θ３（位置Ｐ３）、θ２（位置Ｐ２）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、例えばＹ軸中心に（図５Ｂに示すように）発生する角運動量ＡＭ２が図４Ａの実施の形態に対する上述の角運動量ＡＭ１に対して正確に等しく且つ反対方向になるように、コントローラ１２０が点火する必要があるスラスター３６、３８の推進レベルＴＨ２を決定してもよい。コントローラ１２０は、スラスターアーム９０が角度変位量θ３（位置Ｐ３）で方向付けされてトータルの角運動量ＡＭ１＋ＡＭ２が約ゼロである場合、スラスター３６、３８の両方を推進レベルＴＨ２で点火してもよい。
【００７９】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも１つのコントローラは、第１の期間中、少なくとも２つのスラスターの中の第１のスラスターを第１の角度方向に位置決めするとともにその第１のスラスターを点火するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラはまた、第１の期間中、少なくとも２つのスラスターの中の第２のスラスターを、第１の角度方向と異なる第２の角度方向に位置決めするとともにその第２のスラスターを点火するように構成されてもよい。コントローラは様々な異なる方法でスラスターを位置決めしてもよく、本発明は、広義には、特定の方法に限定されない。ある意味では、例えば、コントローラは、両方のスラスターをそれぞれの位置に、同時にまたは順番に位置決めしてもよい。コントローラはまた、両方のスラスターを同時にまたは順番に点火してもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、第１のスラスターを第１の位置に位置決めし、第１の期間に比べて短い第１の点火期間第１のスラスターを点火してもよい。第１のスラスターを第１の点火期間点火した後、コントローラは、第２のスラスターを第２の位置に位置決めし、第２の点火期間第２のスラスターを点火してもよい。他の例示的な実施の形態において、コントローラは、第１および第２のスラスターの両方をそれぞれの第１および第２の位置に位置決めしてもよい。両方のスラスターが位置決めされた後、コントローラは、第１および第２のスラスターの両方を同時に、それぞれの第１および第２の点火期間点火してもよい。
【００８０】
図４Ａは、コントローラが２つのスラスターを位置決めし、それらを第１の期間Ｔ１中点火する例示的な実施の形態を示している。図４Ａの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０を角度変位量θ２（位置Ｐ２）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１に比べて短い点火期間Δｔ１、スラスター３６を点火してもよい。期間Δｔ１が経過した後、コントローラ１２０は、スラスター９２を角度変位量θ３（位置Ｐ３）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１に比べて短い点火期間Δｔ２、スラスター３８を点火してもよい。コントローラ１２０は、トータルの期間Δｔ１＋Δｔ２が第１の期間Ｔ１に比べて短くなるように、Δｔ１、Δｔ２を選択してもよい。代わりとして、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２両方の角度変位量θ２（位置Ｐ２）、θ３（位置Ｐ３）での方向付けを同時に行ってもよい。スラスターアーム９０、９２を方向付けした後、コントローラ１２０は、点火期間Δｔ１、Δｔ２それぞれが第１の期間Ｔ１に比べて短くなるように、同時にまたは順番にスラスター３６、３８を点火期間Δｔ１、Δｔ２点火してもよい。点火期間Δｔ１、Δｔ２は、等しくてもよく、また異なってもよい。
【００８１】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも１つのコントローラは、第１の期間に続く第２の期間中、第２の角度方向に向くように第１のスラスターを動かし、その第１のスラスターを点火するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラはまた、第２の期間中、第１の角度方向に向くように第２のスラスターを動かし、その第２のスラスターを点火するように構成されてもよい。本開示のいくつかの実施の形態において、コントローラは、第１の期間の後、第１および第２のスラスターの位置をスイッチするように構成されてもよい。したがって、例えば、コントローラは、第２の期間中、第１のスラスターを第２の位置に位置決めするとともに第２のスラスターを第１の位置に位置決めするように構成されてもよい。コントローラは、両方のスラスターをそれぞれの位置に同時にまたは順番に位置決めしてもよい。コントローラはまた、両方のスラスターを同時にまたは順番に点火してもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、第１のスラスターを第２の位置に位置決めし、その第１のスラスターを第２の点火期間点火してもよい。第２の点火期間第１のスラスターを点火した後、コントローラは、第２のスラスターを第１の位置に位置決めし、その第２のスラスターを第１の点火期間点火してもよい。他の例示的な実施の形態において、コントローラは、第１のスラスターを第２の位置に位置決めするとともに、第２のスラスターを第１の位置に位置決めしてもよい。両方のスラスターを位置決めした後、コントローラは、第１のスラスターを第２の点火期間点火するとともに、第２のスラスターを第１の点火期間点火してもよい。
【００８２】
図４Ｂは、コントローラが２つのスラスターを再位置決めし、それらを第２の期間Ｔ２中点火するように構成されている例示的な実施の形態を示している。図４Ｂの例示的な実施の形態において、第１の期間Ｔ１が経過した後、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０を角度変位量θ３（位置Ｐ３）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２に比べて短い点火期間Δｔ３、スラスター３６を点火してもよい。点火期間Δｔ３が経過した後、コントローラ１２０は、スラスターアーム９２を角度変位量θ２（位置Ｐ２）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２に比べて短い点火期間Δｔ４、スラスター３８を点火してもよい。コントローラ１２０は、トータルの点火期間Δｔ３＋Δｔ４が第２の期間Ｔ２に比べて短くなるように、Δｔ３、Δｔ４を選択してもよい。代わりとして、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２両方の角度変位量θ３（位置Ｐ３）、θ２（位置Ｐ２）での方向付けを同時に行ってもよい。スラスターアーム９０、９２を方向付けした後、コントローラ１２０は、点火期間Δｔ３、Δｔ４それぞれが第２の期間Ｔ２に比べて短くなるように、同時にまたは順番にスラスター３６、３８を点火期間Δｔ３、Δｔ４点火してもよい。点火期間Δｔ３、Δｔ４は、等しくてもよく、また異なってもよい。点火期間Δｔ３、Δｔ４はまた、点火期間Δｔ１、Δｔ２のいずれかと等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００８３】
本開示によれば、少なくとも１つのコントローラはさらに、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの一方を第１の角度方向に向けるように構成されてもよい。本開示のいくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星は、１ペア以上のスラスターを備えてもよい。これらの例示的な実施の形態において、コントローラは、ペア内のスラスター両方が同一方向になるように、１ペアのスラスターを動かすように構成されてもよい。コントローラは、第１のペア内の２つのスラスターを、２つのスラスターに関連するスラスター展開機構の位置を調節することによって方向付けしてもよい。
【００８４】
本開示に係る少なくとも１つのコントローラはまた、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの他方を、第１の角度方向と異なる第２の角度方向に向けるように構成されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、第１のペアと異なる第２のペアのスラスターを選択してもよい。コントローラは、第２のペア内のスラスター両方が同一方向になるように、第２のペアのスラスターを動かすように構成されてもよい。コントローラは、第２のペアのスラスター内の２つのスラスターを、第２のペアのスラスター内の２つのスラスターに関連するスラスター展開機構の位置を調節することによって方向付けしてもよい。
【００８５】
本開示によれば、コントローラは、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの推進ベクトルが結合した重心を通過せずにその結合した重心からオフセットするように、第１および第２の角度方向を選択するように構成されてもよい。これは、例えば、第１および第２のペアのスラスターが点火しているときに、第１および第２のペアのスラスターの両方によって発生した推進ベクトルがサービス衛星とホスト衛星の結合した重心を通過しないように、少なくとも１つのコントローラが、第１および第２のペアのスラスターに関連するスラスター展開機構の１つまたはそれ以上の構成要素の位置を調節することによって実現されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、第１および第２のペアのスラスターから発生した推進ベクトルがサービス衛星とホスト衛星の結合した重心から空間的に離れる（すなわちオフセットする）ように、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの方向を選択してもよい。他の例示的な実施の形態において、コントローラは、第１および第２のペアのスラスターから発生した推進ベクトルがサービス衛星と異なる重心をそれぞれ持つ複数のホスト衛星とが接続することによって生じた複数の結合した重心のいずれかを通過しないように、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの方向を選択してもよい。
【００８６】
図６Ａおよび図６Ｂは、コントローラが第１および第２のペアのスラスターを異なる方向に方向付けするように構成されている例示的な実施の形態を示している。例えば、図６Ａに示すように、少なくとも１つのコントローラ１２０は、第１のペアのスラスター５０を第１の方向に方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１のスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ４でスラスターアーム９０を方向付けしてもよい。角度変位量θ４は、スラスター３６に対して位置Ｐ４を定義してもよい。コントローラ１２０はまた、第１のスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ４でスラスターアーム９２を方向付けしてもよい。したがって、例えば、両方のスラスター３６、３８は、スラスターアーム９０、９２が角度変位量θ４で方向付けされている場合、位置Ｐ４に存在しうる。コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を点火してもよい。スラスター３６、３８の点火により、推進ベクトル１６０、１６２が発生してもよい。図６Ａに示すように、推進ベクトル１６０、１６２は、相互接続ユニット２０６の結合した重心１２６を通過しなくてもよい。図６Ａに示すいくつかの例示的な実施の形態において、推進ベクトル１６０、１６２は、結合した重心１２６からオフセットした（すなわち間隔をあけて離れている）交点１６４で互いに交差してもよい。図６Ａに示すように推進ベクトルの方向が固定されている場合、サービス衛星１０は異なる重心をそれぞれ持つ複数の異なるホスト衛星にドッキングすることが可能であり、交点１６４は、どの場合も結合した重心の正確な位置にかかわらず、すべてが直列に接続したときの結合した重心から空間的に離れる。
【００８７】
図６Ｂに示すように、少なくとも１つのコントローラ１２０は、第２のペアのスラスター５２を第２の方向に方向付けしてもよい。例えば、コントローラ１２０は、第２のスラスター展開ヨーク６８に対して角度変位量θ５でスラスターアーム９４を方向付けしてもよい。角度変位量θ５は、スラスター４０に対して位置Ｐ５を定義してもよい。コントローラ１２０はまた、第２のスラスター展開ヨーク６８に対して角度変位量θ５でスラスターアーム９６を方向付けしてもよい。したがって。例えば、スラスター４０、４２は、スラスターアーム９４、９６が角度変位量θ５で方向付けされている場合、位置Ｐ５に存在しうる。コントローラ１２０は、スラスター４０、４２を点火してもよい。スラスター３６、３８の点火により、推進ベクトル１６６、１６８が発生してもよい。図６Ｂに示すように、推進ベクトル１６６、１６８は、相互接続ユニット２０６の結合した重心１２６を通過しなくてもよい。図６Ｂに示すいくつかの例示的な実施の形態において、推進ベクトル１６６、１６８は、互いに略平行であってもよく、結合した重心１２６から間隔をあけて離れていてもよい。ホスト衛星の特定の重心にかかわらず、推進ベクトル１６６、１６８が、直列に接続したときの結合重心の位置にかかわらず、結合した重心から間隔をあけて離れるようなスラスターの万能な方向が存在すると考えられる。
【００８８】
本開示の実施の形態によれば、少なくとも１つのコントローラは、第１の角度方向に配置されたスラスターを第１の推進レベルで点火するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラはまた、第２の角度方向に配置されたスラスターを、推進ベクトルによって発生した相互接続ユニットの少なくとも１つの軸中心のトルクが実質的に平衡を保つように、第１の推進レベルと異なる第２の推進レベルで点火してもよい。本開示に係るいくつかの例示的な実施の形態において、少なくとも１つのコントローラは、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターの推進レベルを選択してもよい。コントローラは、第１のペアのスラスターの推進ベクトルによって発生したサービス衛星の軸中心のトルクが第２のペアのスラスターの２つのスラスターの推進ベクトルによって発生したトルクに対して正確に等しく且つ反対方向になるように、推進レベルを選択してもよい。
【００８９】
図６Ａおよび図６Ｂは、例えば、コントローラ１２０がトルクの平衡を保ちうる構成を示している。したがって、図６Ａの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２の両方を、同一の角度変位量θ４（位置Ｐ４）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１６０、１６２を発生させるために、スラスター３６、３８を点火してもよい。推進ベクトル１６０，１６２は、例えば、平面６２（図４Ｂ参照）に対して略垂直に配置されているＸ軸を中心とするトルクを発生させてもよい。発生したトルクの結果として相互接続ユニット２０６に作用する回転力は、矢印１７０で示されている。
【００９０】
同様に、図６Ｂに示す例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９４、９６の両方を、同一の角度変位量θ５（位置Ｐ５）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１６８、１７０を発生させるために、スラスター４０、４２を点火してもよい。推進ベクトル１６８、１７０は、例えばＸ軸を中心とするトルクを発生させてもよい。発生したトルクの結果として相互接続ユニット２０６に作用する回転力は、矢印１７２で示されている。コントローラ１２０は、矢印１７０に示すトルクが矢印１７２に示すトルクに対して正確に等しく且つ反対方向になるようにスラスター３６、３８、４０、および４２の推進レベルを選択し、それによりＸ軸中心の正味のトルクについて平衡を保つ、すなわちゼロにしてもよい。スラスター３６、３８、４０、および４２の推進レベルは、等しくてもよく、また異なってもよいと考えられる。
【００９１】
本開示に係るいくつかの例示的な実施の形態において、少なくとも１つのコントローラは、第１のペアのスラスターを、第１の期間、同時に点火するように構成されてもよい。少なくとも１つのコントローラはまた、第２のペアのスラスターを、第２の期間、同時に点火するように構成されてもよい。本明細書においては、用語”同時に”は、第１または第２のペアのスラスターに含まれている２つのスラスターが、約同一の時刻で約同一の期間、点火されていることを指している。用語”同時に”は、第１または第２のペアのスラスターに含まれる２つのスラスターのそれぞれの点火開始時刻の差または点火終了時刻の差が短い時間差（例えば、０．５秒のオーダー）でありうる実施の形態をカバーしている。用語”同時に”はまた、複数のスラスターが同一の期間に点火されている間においてその期間内に点火のオーバーラップが存在しないように、スラスターの点火中に、スラスターそれぞれがパルス駆動され、個々のスラスターが点火を断続的に行う場合もカバーしている。少なくとも１つのコントローラは、第１および第２のペアのスラスターによって発生したサービス衛星の少なくとも１つの軸中心のトルクがゼロになるように、第１および第２の期間と第１および第２のペアのスラスターの推進レベルとを選択してもよい。第１の期間と第２の期間は、等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００９２】
図６Ａおよび図６Ｂは、例えば、コントローラ１２０が第１または第２のペアのスラスターを同時に点火する構成を示している。例えば、図６Ａに示すようにスラスター３６、３８が位置Ｐ４で方向付けされている場合、コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１、スラスター３６、３８を同時に点火してもよい。同様に、図６Ｂに示すようにスラスター４０、４２が例えば位置Ｐ５で方向付けされている場合、コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２、スラスター４０、４２を同時に点火してもよい。期間Ｔ１、Ｔ２は、等しくてもよく、異なっていてもよい。
【００９３】
本開示の実施の形態によれば、コントローラはさらに、第３の期間の後、第１のペアのスラスターを第２の角度方向にするために動かすとともに第２のペアのスラスターを第１の角度方向にするために動かすように構成されてもよい。コントローラはまた、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを動かした後、第１の期間、第２のペアのスラスターを同時に点火するように構成されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラは、第１の期間と第２の期間の経過後に、第３の期間を評価し（ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ）始めてもよい。これらの実施の形態において、第３の期間は、ゼロであってもよいし、ゼロでなくてもよい。他の例示的な実施の形態において、コントローラは、第１のペアのスラスターが点火し始めたときから第３の期間を評価し始めてもよい。これらの実施の形態において、第３の期間は、第１の期間と第２の期間の少なくとも合計に略等しいまたはそれ以上であってもよい。
【００９４】
非限定的な例として、図７Ａおよび図７Ｂは、第３の期間Ｔ３の後、第１および第２のペアのスラスターの位置を示している。図７Ａの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２の両方を、同一の角度変位量θ５（位置Ｐ５）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１、スラスター３６、３８を点火してもよい。図７Ｂの例示的な実施の形態に示すように、コントローラは、スラスターアーム９４、９６の両方を同一の角度変位量θ４（位置Ｐ４）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２、スラスター４０、４２を点火してもよい。
【００９５】
本開示のいくつかの実施の形態によれば、少なくとも１つのコントローラは、第１の期間、第１の角度方向に向けられたスラスターを所定の推進レベルで点火するように構成されてもよい。コントローラはまた、第１の期間と異なる第２の期間、第２の角度方向に向けられたスラスターを所定の推進レベルで点火し、それにより、推進ベクトルによって発生した相互接続ユニットの少なくとも１つの軸中心のトルクの平衡を同時にとるように構成されてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、第１および第２の期間は等しくてもよい。他の例示的な実施の形態において、第１および第２の期間は異なっていてもよい。いくつかの例示的な実施の形態においては、コントローラが第１および第２のペアのスラスターを同時に点火しうることも考えられる。
【００９６】
非限定的な例として、図６Ａおよび図６Ｂは、第１および第２のペアのスラスターの構成を示している。図６Ａの例示的な実施の形態に示すように、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２の両方を、同一の角度変位量θ４（位置Ｐ４）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１、スラスター３６、３８を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。図６Ｂの例示的な実施の形態に示すように、コントローラ１２０は、スラスターアーム９４、９６の両方を、同一の角度変位量θ５（位置Ｐ５）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２、スラスター４０、４２を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。
【００９７】
本開示のいくつかの実施の形態によれば、コントローラは、第２の期間を決定するように構成されてもよい。コントローラは、第１の期間、第１の角度方向に向いているスラスターを所定の推進レベルで点火することにより、それを実行するように構成されてもよい。コントローラはまた、相互接続された衛星の少なくとも１つの軸中心の角運動量を決定するように構成されてもよい。さらに、コントローラは、第２の角度方向に向けられたスラスターが角運動量を実質的にゼロまで減少させるために点火される第２の期間を決定するように構成されてもよい。
【００９８】
図６Ａおよび図６Ｂに示す非限定的な例として、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２の両方を、同一の角度変位量θ４（位置Ｐ４）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１、スラスター３６、３８を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。コントローラ１２０は、例えば相互接続ユニット２０６（図５Ｃ参照）のＸ軸中心に発生する角運動量ＡＭ１を決定してもよい。コントローラ１２０は、推進ベクトル１６８、１７０によって発生したＸ軸中心の角運動量ＡＭ２が角運動量ＡＭ１に対して正確に等しく且つ反対の符号になるように、スラスター４０、４２が所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火する第２の期間Ｔ２を決定してもよい。言い換えると、コントローラ１２０は、正味の角運動量ＡＭ１＋ＡＭ２が実質的にゼロになるように、期間Ｔ２を決定してもよい。
【００９９】
本開示のいくつかの例示的な実施の形態において、第１の期間はサービス衛星のリアクションホイールがフルロードする時間であり、第２の期間はリアクションホイールが完全にアンロードする時間である。本開示のいくつかの態様は、サービス衛星に搭載された１つまたはそれ以上のリアクションホイールを含んでもよい。本明細書においては、用語”リアクションホイール”は、角運動量を蓄積することができるデバイスを指す。いくつかの例示的な実施の形態において、リアクションホイールは、回転軸を中心にして回転することができるフライホイールを含んでもよい。リアクションホイールは、フライホイールの回転速度の増加が起こることによって角運動量が蓄積されてもよい。リアクションホイールは、所定の最小回転速度と所定の最大回転速度を備えてもよく、所定の最大回転速度に達するとフルロードされたとみなしてもよい。
【０１００】
非限定的な例として、図６Ａに示すように、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２の両方を、同一の角度変位量θ４（位置Ｐ４）で方向付けしてもよい。コントローラ１２０は、サービス衛星１０内のリアクションホイールがフルロードされるまで（すなわち所定の最大回転速度に達するまで）、スラスター３６、３８を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。リアクションホイールがフルロードになるために必要な時間は、第１の期間Ｔ１であってもよい。リアクションホイールがフルロードした後、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８の点火をストップし、その代わりにスラスター４０、４２（図６Ｂ参照）の点火を開始してもよい。コントローラ１２０は、リアクションホイールが完全にアンロードするまで（すなわち所定の最小回転速度に達するまで）、スラスター４０、４２を点火し続けてもよい。リアクションホイールが完全にアンロードされるために必要な時間は、第２の期間Ｔ２であってもよい。
【０１０１】
本開示のいくつかの例示的な実施の形態によれば、コントローラは、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを順番に点火するように構成されてもよい。図６Ａおよび図６Ｂに示す非限定的な例として、スラスターアーム９０、９２、９４、および９６を方向付けした後、コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１のスラスター３６、３８の点火を開始してもよい。第１の期間の経過後、コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２のスラスター４０、４２の点火を開始してもよい。したがって、コントローラ１２０は、第１のペアのスラスター３６、３８の点火の後に続いて、第２のペアのスラスター４０、４２を点火してもよい。
【０１０２】
本開示の実施の形態によれば、第２の期間の後の第３の期間において、コントローラは、第１のペアのスラスターを第２の角度方向にし、第２のペアのスラスターを第１の角度方向にしてもよい。コントローラはまた、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを動かした後に、第１のペアのスラスターと第２のペアのスラスターを順番に点火するように構成されてもよい。スラスター３６，３８を第１の期間Ｔ１点火した後、およびスラスター４０、４２を第２の期間Ｔ２点火した後、コントローラ１２０は、第３の期間Ｔ３の間に、スラスター３６、３８、４０、および４２の位置をスイッチするように構成されてもよい。したがって、例えば、コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２が角度変位量θ５（位置５）で方向付けされるように（図７Ａに示すように）、スラスターアーム９０、９２の方向を角度変位量θ４（位置Ｐ４）（図６Ａに示すように）から変更してもよい。同様に、コントローラ１２０は、第３の期間Ｔ３の間、スラスターアーム９４、９６の方向を、同一の角度変位量θ５（位置Ｐ５）（図６Ａに示すように）から角度変位量θ４（位置Ｐ４）（図７Ａに示すように）に変更してもよい。コントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２、９４、および９６の方向を同時にまたは任意の順番で変更してもよい。スラスターアーム９０、９２、９４、および９６の再方向付けの後、コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１、スラスター３６、３８またはスラスター４０、４２のいずれか一方を、所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。期間Ｔ１が経過した後、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８またはスラスター４０、４２の他方を、第２の期間Ｔ２、所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。
【０１０３】
本開示はまた、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを提供する方法に関する。上述したように、ステーションキーピングは、静止軌道上の割り当て位置にホスト衛星を維持するために必要な補整変位の提供に関連する飛行を含んでいてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、方法は、宇宙にサービス衛星を打ち上げることと、それをホスト衛星のドッキング距離範囲に飛行させることを含んでいてもよい。用語”打ち上げ”は、ほとんどの場合、サービス衛星を宇宙の軌道内に移動させることを言う。本開示のいくつかの態様によれば、サービス衛星は、地球から宇宙に移動する打ち上げ機または打ち上げロケットに搭載されて宇宙に打ち上げられてもよい。打ち上げ機または打ち上げロケットは、宇宙の所定の軌道にサービス衛星をリリースしてもよい。本開示の他の態様によれば、サービス衛星は、再利用可能な打ち上げ機、例えばスペースシャトルに搭載されて宇宙に搬送されてもよい。衛星は、スペースシャトルによって所定の軌道内にそのスペースシャトルからリリースされてもよい。サービス衛星は、他の衛星や他のペイロードとともに共通の打ち上げ機に搭載されて宇宙に打ち上げ可能なマイクロ衛星であってもよい。
【０１０４】
本開示のいくつかの例示的な実施の形態によれば、ホスト衛星にステーションキーピングサービスを提供する方法は、サービス衛星の少なくとも２つのアームがホスト衛星の外部インターフェースリングに係合することにより、サービス衛星とホスト衛星とが接続されて相互接続ユニットを形成することを含んでもよい。相互接続ユニットは、結合した重心を備えてもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、方法はまた、少なくとも２つのスラスターから発生した推進ベクトルが結合した重心を通過せずにその結合した重心からオフセットするように、ステーションキーピング中の飛行において、点火のためにサービス衛星の少なくとも２つのスラスターそれぞれを選択的に動かすことも含んでいてもよい。
【０１０５】
図８は、ホスト衛星２００にステーションキーピングサービスを提供する一例の方法８００を示している。方法８００におけるステップの順番および構成は、図示するためのものである。本開示から分かるように、例えば、方法８００のステップの追加、組み合わせ、除去、および／または再配置することによって方法８００を変更してもよい。方法８００のいくつかのステップは、サービス衛星１０のコントローラ１２０によって実行されるものとして説明されている。しかしながら、これらのステップが、地上コントロールステーションまたは別の宇宙機に設けられているコントローラによって付加的にまたは代わりとして実行されうることも考えられる。また、いくつかの例示的な実施の形態においては、サービス衛星１０のコントローラ１２０が、地上コントロールステーションまたは他の宇宙機に設けられたコントローラから送信されてコントローラ１２０によって受信された指示に基づいて、開示されたステップを実行しうることも考えられる。
【０１０６】
方法８００は、サービス衛星１０の打ち上げのステップを含んでもよい（ステップ８０２）。サービス衛星１０の打ち上げには、打ち上げ機のペイロードベイにサービス衛星１０を積み込むことが含まれてもよい。打ち上げ機は、ミサイル、ロケット、再利用可能な宇宙機、スペースシャトル、地球から軌道にサービス衛星を運搬するように構成された他のコンジットなどである。したがって、サービス衛星１０の打ち上げにはさらに、地球表面から宇宙に打ち上げ機を移動させることが含まれうる。サービス衛星１０の打ち上げはまた、宇宙の所定の軌道にサービス衛星１０をリリースすることを含んでもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星１０は静止軌道と異なる軌道にリリースされてもよい。
【０１０７】
方法８００は、ホスト衛星２００のドッキング距離範囲に向かってサービス衛星１０を飛行させるステップを含んでもよい（ステップ８０４）。サービス衛星１０の飛行には、例えば、スラスターアーム９０、９２、９４、および９６の少なくとも２つを、対応するスラスター展開ヨーク６６、６８の平面に対して角度変位量θ１（位置Ｐ１）で方向付けすることが含まれてもよい。図１Ｂは、スラスター３６、４０の位置Ｐ１を示している。サービス衛星１０の飛行はさらに、例えば、位置Ｐ１で方向付けされたスラスター３６、３８、４０、４２の２つ以上を点火し、サービス衛星を静止軌道から所定の距離範囲に移動させることを含んでもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、サービス衛星１０の軌道は、約４２，１６６ｋｍの高度であってもよい。
【０１０８】
方法８００は、ホスト衛星２００にサービス衛星１０を接続するステップを含んでもよい（ステップ８０６）。このような接続を行う方法はいくつも存在し、方法は、広義には、特定の構成に限定されない。一例として、サービス衛星１０の接続は、サービス衛星１０の１つまたはそれ以上のドッキングアーム１６を展開することを含んでもよい。サービス衛星１０のコントローラ１２０は、１つまたはそれ以上のドッキングアームのリング係合部２４がホスト衛星２００のインターフェースリング２０２を受け取る位置に位置決めされるように、ドッキングアーム１６を調節してもよい。コントローラ１２０は、リング係合部３４がリングインターフェースリング２０２の１つまたはそれ以上の箇所で該インターフェースリング２０２に係合できるように、ドッキングアーム１６の位置を調整してもよい。インターフェースリング２０２との係合において、相互接続ユニット２０６を形成するために、ホスト衛星２００とのドッキングをサービス衛星１０に許可してもよい。
【０１０９】
方法８００は、サービス衛星の少なくとも２つのスラスターを選択的に動かすステップを含んでもよい（ステップ８０８）。スラスターを動かす方法はいくつも存在し、方法は、広義には、特定の構成や制御ロジックに限定されない。一例として、サービス衛星１０のコントローラ１２０は、スラスターアーム９０、９２、９４、および９６の２つ以上を、角度変位量θ２（位置Ｐ２）、θ３（位置Ｐ３）、θ４（位置Ｐ４）、またはθ５（位置Ｐ５）の１つで動かしてもよい。コントローラ１２０は、スラスター３６、３６、４０、４２の１つ以上が点火された場合に、推進ベクトル１２２、１２４、１３２、１３４、１６０、１６２、１６６、または１６８の１つ以上が結合した重心を通過しないように、位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、またはＰ５を選択してもよい。
【０１１０】
方法８００は、スラスター３６、３８、４０、４２の１つ以上を点火するステップを含んでもよい（ステップ８１０）。例えば、コントローラ１２０は、期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３などの１つ以上の期間でスラスター３６、３８、４０、４２の１つ以上を点火し、それによりホスト衛星２００が割り当てられた静止スロットに留まれるように支援してもよい。当然ながら、スラスター点火のパターンやタイミングはいくつか存在し、方法は、広義には、特定の１つに限定されない。
【０１１１】
本開示のいくつかの例示的な実施の形態によれば、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを提供する方法におけるスラスターを選択的に動かすステップは、以下のステップを含んでもよい。方法は、少なくとも２つのスラスターの中の第１のスラスターを第１の角度方向に向け、第１の期間中に第１のスラスターを点火することを含んでもよい。方法はまた、少なくとも２つのスラスターの中の第２のスラスターを、第１の角動方向と異なる第２の角度方向に向け、第１の期間中、第２のスラスターを点火することを含んでもよい。さらに、方法は、第２の角度方向に向けるために第１のスラスターを動かし、第１の期間に続く第２の期間中、第１のスラスターを点火することを含んでもよい。さらに、方法は、第１の角度方向に向けるために第２のスラスターを動かし、第２の期間中、第２のスラスターを点火することを含んでもよい。
【０１１２】
図９は、上述の例において説明したようにスラスターアームを動かすことによってホスト衛星２００に対してステーションキーピングサービスを提供する一例の方法９００が示されている。方法９００におけるステップの順番や構成は、図示するためのものである。本開示から分かるように、例えば、方法９００のステップの追加、組み合わせ、除去、および／または再配置することによって方法９００を変更してもよい。方法９００のいくつかのステップは、以下の開示において、サービス衛星１０のコントローラ１２０によって実行されるものとして説明されている。しかしながら、これらのステップが、地上コントロールステーションまたは別の宇宙機に設けられているコントローラによって付加的にまたは代わりとして実行されうることも考えられる。また、いくつかの例示的な実施の形態においては、サービス衛星１０のコントローラ１２０が、地上コントロールステーションまたは他の宇宙機に設けられたコントローラから送信されてコントローラ１２０によって受信された指示に基づいて、開示されたステップを実行しうることも考えられる。
【０１１３】
方法９００は、位置Ｐ２で第１のスラスターを方向付けするとともに位置Ｐ３で第２のスラスターを方向付けするステップを含んでいる（ステップ９０２）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ２に存在するように（図４Ａ参照）、スラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ２でスラスターアーム９０を方向付けしてもよい。コントローラ１２０はまた、スラスター３８が位置Ｐ３で存在するように（図４Ａ参照）、スラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ３でスラスターアーム９２を方向付けしてもよい。図９を参照しながら説明される方法は、スラスターや方向の特定の選択に限定されないと理解される。例えば、いくつかの実施の形態において、コントローラ１２０は、代わりに、角度変位量θ３でスラスターアーム９０を方向付けるとともに、角度変位量θ２でスラスターアーム９２を方向付けしてもよい（図４Ｂ参照）。
【０１１４】
方法９００は、第１の点火期間、第１の推進レベルで第１および第２のスラスターを点火するステップを含んでもよい（ステップ９０２）。例えば、スラスター３６が位置Ｐ２に存在してスラスター３８が位置Ｐ３に存在するとき（図４Ａ参照）、コントローラ１２０は、第１の点火期間Δｔ１、推進レベルＴＨ１でスラスター３６、３８を点火してもよい。
【０１１５】
方法９００は、１つまたはそれ以上の軸を中心とするトルクおよび／または角運動量を決定するステップを含んでもよい（ステップ９０４）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、相互接続ユニット２０６のＸ軸、Ｙ軸、またはＺ軸の１つまたはそれ以上を中心とする１つまたはそれ以上のトルクおよび／または角運動量を決定してもよい。コントローラ１２０は、サービス衛星１０またはホスト衛星２００に設けられた１つまたはそれ以上のセンサから得られた力、回転速度の測定値に基づいて、トルクおよび／または角運動量を決定してもよい。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、サービス衛星１０のＸ軸（例えば図５Ｃ参照）を中心とするトルクＦ１または角運動量ＡＭ１を決定してもよい。
【０１１６】
ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、第１の期間Ｔ１において、ステップ９０２−９０６を実行してもよい。他の例示的な実施の形態において、第１の期間Ｔ１内に、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を同時に点火してもよい。また、いくつかの実施の形態において、第１の期間Ｔ１内に、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を任意の順番で点火してもよい。
【０１１７】
方法９００は、第１のスラスターを位置Ｐ３で方向付けするとともに第２のスラスターを位置Ｐ３で方向付けするステップを含んでもよい（ステップ９０８）。方法のステップ９０８において、コントローラ１２０は、例えばステップ９０２において選択された複数のスラスターの位置をスイッチしてもよい。例えば、コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ３に存在するように（図４Ｂ参照）、位置Ｐ２に存在するスラスターアーム９０を、スラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ３で方向付けしてもよい。同様に、コントローラ１２０は、スラスター３８が位置Ｐ２に存在するように（図４Ｂ参照）、位置Ｐ３に存在するスラスターアーム９２を、スラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ２で方向付けしてもよい。
【０１１８】
方法９００は、第２の点火期間、第２の推進レベルで第１および第２のスラスターを点火するステップを含んでもよい（ステップ９１０）。例えば、スラスター３６が位置Ｐ３に存在してスラスター３８が位置Ｐ２に存在する場合、コントローラ１２０は、第２の点火期間Δｔ２、第２の推進レベルＴＨ２で、スラスター３６，３８を点火してもよい。
【０１１９】
方法９００は、１つまたはそれ以上の軸を中心とするトルクおよび／または角運動量を決定するステップを含んでもよい（ステップ９１２）。コントローラ１２０は、例えばステップ９０６に対して上述したものと同様の１つまたはそれ以上のステップを実行してもよい。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、サービス衛星１０のＸ軸（図５Ｂ参照）を中心とするトルクＦ２または角運動量ＡＭ２を決定してもよい。
【０１２０】
ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、第２の期間Ｔ２において、ステップ９０８−９１２を実行してもよい。他の例示的な実施の形態において、第２の期間Ｔ２内に、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を同時に点火してもよい。また、いくつかの実施の形態においては、第２の期間Ｔ２内に、コントローラ１２０が任意の順番でスラスター３６、３８を点火しうることも考えられる。期間Ｔ１、Ｔ２は、等しくてもよく、また異なってもよい。
【０１２１】
方法９００は、正味のトルクおよび／または角運動量がゼロになるように第１および／または第２の推進レベルを決定するステップを含んでもよい（ステップ９１４）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、例えばＸ軸を中心とする正味のトルクＦ１＋Ｆ２および／または角運動量ＡＭ１＋ＡＭ２が実質的にゼロになるように、推進レベルＴＨ１、ＴＨ２の一方または両方を決定してもよい。
【０１２２】
方法９００は、位置Ｐ２で方向付けされている場合、スラスターを第１の推進レベルで点火するステップを含んでもよい（ステップ９１６）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６またはスラスター３８が位置Ｐ２で方向付けされている場合、スラスター３６、３８のいずれかを推進レベルＴＨ１で点火してもよい。方法９００はまた、位置Ｐ３で方向付けされている場合、スラスターを第２の推進レベルで点火するステップを含んでもよい（ステップ９１８）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６またはスラスター３８が位置Ｐ３で方向付けされている場合、スラスター３６、３８のいずれかを推進レベルＴＨ２で点火してもよい。
【０１２３】
上述の開示はスラスター３６、３８に関するステップ９０２−９１８を説明しているが、本開示は、広義には、構成、特定の構造、スラスターの点火順、または角度位置に限定されない。例えば、本開示に係るいくつかの実施の形態において、コントローラは、角度変位量θ２またはθ３の一方でスラスターアームを方向付けするために、スラスターアーム９０、９２の代わりにスラスターアーム９４、９６を選択してもよい。コントローラ１２０は、スラスター４０、４２を用いて方法９００のステップ９０２−９１８を実行してもよい。コントローラ１２０がまずスラスター４０、４２を用いてステップ９０２−９１８を実行する場合、コントローラ１２０は、約１２時間後に、他のペアのスラスター３６、３８を用いてステップ９０２−９１８を繰り返してもよい。コントローラ１２０はまた、所定の時間後に、ペアのスラスター３６、３８とペアのスラスター４０、４２の両方を用いてステップ９０２−９１８を繰り返し、ホスト衛星が割り当てられた静止スロットに留まれるように支援してもよい。
【０１２４】
いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０はまず、スラスター３６、４０を用いてステップ９０２−９１８を実行してもよい。したがって、ステップ９０２において、コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ２に存在するように、スラスターアーム９０をスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ２で方向付けしてもよい。コントローラ１２０はまた、スラスター４２が位置Ｐ３に存在するように、スラスターアーム９４をスラスター展開ヨーク６８に対して角度変位量θ３で方向付けしてもよい。同様に、ステップ９０８において、コントローラ１２０は、スラスター３６が位置Ｐ３に存在するように、スラスターアーム９０をスラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ３で方向付けしてもよい。コントローラ１２０はまた、スラスター４２が位置Ｐ２に存在するように、スラスターアーム９４をスラスター展開ヨーク６８に対して角度変位量θ２で方向付けしてもよい。スラスター３６、４０を用いてステップ９０２−９１８を実行した後、コントローラは、約１２時間後、スラスターアーム９２、９６と対応するスラスター３８，４２を用いてステップ９０２−９１８を繰り返してもよい。コントローラ１２０はまた、所定の時間後に、ペアのスラスター３６、４０とペアのスラスター３８、４２の両方を用いてステップ９０２−９１８を繰り返し、ホスト衛星が割り当てられた静止スロットに留まれるように支援してもよい。
【０１２５】
図１０は、ホスト衛星２００に対してステーションキーピングサービスを提供する別例の方法１０００を示している。方法１０００における順番および構成は、図示するためのものである。本開示から分かるように、例えば、方法１０００のステップの追加、組み合わせ、除去、および／または再配置することによって方法１０００を変更してもよい。方法１０００のいくつかのステップは、以下の開示において、サービス衛星１０のコントローラ１２０によって実行されるものとして説明されている。しかしながら、これらのステップが、地上コントロールステーションまたは別の宇宙機に設けられているコントローラによって付加的にまたは代わりとして実行されうることが考えられる。また、いくつかの例示的な実施の形態においては、サービス衛星１０のコントローラ１２０が、地上コントロールステーションまたは他の宇宙機に設けられたコントローラから送信されてコントローラ１２０によって受信された指示に基づいて、開示されたステップを実行しうることも考えられる。
【０１２６】
方法１０００は、第１ペアのスラスターを位置Ｐ４で方向付けするとともに、第２のペアのスラスターを位置Ｐ５で方向付けするステップを含んでいる（ステップ１００２）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８が位置Ｐ４に存在するように（図６Ａ参照）、スラスターアーム９０、９２を、スラスター展開ヨーク６６に対して角度変位量θ４で方向付けしてもよい。コントローラ１２０また、スラスター４０、４２が位置Ｐ５に存在するように（図６Ａ参照）、スラスターアーム９４、９６を、スラスター展開ヨーク６８に対して角度変位量θ５で方向付けしてもよい。図１０に関連して説明される方法は、スラスターや方向の特定の選択に限定されないと理解される。例えば、いくつかの実施の形態において、コントローラ１２０は、代わりに、角度変位量θ５でスラスターアーム９０、９２を方向付けするとともに、角度変位量θ４でスラスターアーム９４、９６を方向付けしてもよい。
【０１２７】
方法１０００は、第１のペアのスラスターを所定の推進レベルで点火するステップを含んでもよい（ステップ１００４）。例えば、スラスター３６、３８が位置Ｐ４に存在する場合、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい（図６Ａ参照）。方法１０００は、リアクションホイールがフルロードされているか否かを判定するステップを含んでもよい（ステップ１００６）。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、サービス衛星１０に関連するリアクションホイールがフルロードされているか否か（すなわち、それが所定の最大回転速度に達しているか否か）を判定してもよい。コントローラ１２０がサービス衛星１０に関連するリアクションホイールがフルロードではないと判定した場合（ステップ１００６：ＮＯ）、方法１０００は、ステップ１００４に戻ってスラスター３６、３８を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火し続けてもよい。しかしながら、コントローラ１２０がサービス衛星１０に関連するリアクションホイールがフルロードであると判定した場合（ステップ１００６：ＹＥＳ）、方法１００はステップ１００８に進んでもよい。
【０１２８】
方法１０００のステップ１００８は、リアクションホイールをフルロードするための点火期間Δｔ１を決定することを含んでもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８の点火を停止し、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター３６、３８を点火した結果としてのサービス衛星１０に関連するリアクションホイールをフルロードするために必要な期間Δｔ１を決定してもよい。
【０１２９】
方法１０００は、第２のペアのスラスターを所定の推進レベルで点火するステップを含んでもよい（ステップ１０１０）。例えば、スラスター４０、４２が位置Ｐ５に存在する場合、コントローラ１２０は、スラスター４０、４２を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい（図６Ｂ参照）。方法１０００は、リアクションホイールが完全にアンロードしているか否かを判定するステップを含んでもよい（ステップ１０１２）。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、サービス衛星１０に関連するリアクションホイールが完全にアンロードしている（すなわち所定の最小回転速度に達している）か否かを判定してもよい。コントローラ１２０がサービス衛星１０に関連するリアクションホイールが完全にアンロードしていないと判定した場合（ステップ１０１２：ＮＯ）、方法１０００は、ステップ１０１０に戻ってスラスター４０、４２を所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火し続けてもよい。しかしながら、コントローラ１２０がサービス衛星１０に関連するリアクションホイールが完全にアンロードしていると判定した場合（ステップ１０１２：ＹＥＳ）、方法１０００はステップ１０１４に進んでもよい。
【０１３０】
方法１０００のステップ１０１４は、リアクションホイールを完全にアンロードするための点火期間Δｔ２を決定することを含んでもよい。いくつかの例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター４０、４２の点火を停止し、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター４０、４２を点火した結果としてのサービス衛星１０に関連するリアクションホイールを完全にアンロードするために必要なΔｔ２を決定してもよい。
【０１３１】
方法１０００は、位置Ｐ４で方向付けされている場合、第１の期間Δｔ１、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスターを点火するステップを含んでもよい（ステップ１０１６）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８、４０、４２のスラスターのいずれかが位置Ｐ４で方向付けされている場合、第１の期間Δｔ１、推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター３６、３８、４０、４２のいずれかを点火してもよい。
【０１３２】
方法１０００はまた、位置Ｐ５で方向付けされている場合、第２の期間Δｔ２、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスターを点火するステップを含んでもよい（ステップ１０１８）。ある例示的な実施の形態において、コントローラ１２０は、スラスター３６、３８、４０、４２のスラスターのいずれかが位置Ｐ５で方向付けされている場合、第２の期間Δｔ２、推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター３６、３８、４０、４２のいずれかを点火してもよい。
【０１３３】
したがって、例えば、いくつかの実施の形態において、コントローラ１２０は、第１のペアのスラスター３６，３８を位置Ｐ４で方向付けし、第１の期間Δｔ１、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター３６、３８を点火してもよい。コントローラ１２０は、第２のペアのスラスター４０、４２を位置Ｐ５で方向付けし、第２の期間Δｔ２、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター４０、４２を点火してもよい。約１２時間後、コントローラ１２０は、第１のペアのスラスター３６、３８を位置Ｐ５で方向付けし、第２の期間Δｔ２、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター３６、３８を点火してもよい。さらに、コントローラ１２０は、第２のペアのスラスター４０、４２を位置Ｐ４で方向付けし、第１の期間Δｔ１、所定の推進レベルＴＨＰＲＥでスラスター４０、４２を点火してもよい。コントローラ１２０は、所定の時間後、これらのステップを繰り返し、ホスト衛星が割り当てられた静止スロットに留まれるように支援してもよい。
【０１３４】
上述の開示は第１のペアのスラスター３６、３８と第２のペアのスラスター４０、４２とに関する方法ステップ１００２−１０１８を説明しているが、方法１０００またはその開示は、広義には、その構成に限定されない。例えば、本開示に係るいくつかの実施の形態において、コントローラは、第１のペアのスラスターとしてスラスター３６、４０を選択し、第２のペアのスラスターとしてスラスター３８、４０を選択し、方法ステップ１００２−１０１８を実行してもよい。
【０１３５】
実施において、いくつかの開示された実施の形態は、従来のステーションキーピングの方法に対していくつかの利益を提供することができる。例えば、本開示の実施の形態において、サービス衛星とホスト衛星を含む相互接続ユニットの結合した重心の正確な位置を決定する必要はない。代わりとして、角度変位量θ２、θ３、θ４、θ５それぞれに対応するスラスター位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５が、ホスト衛星のサイズおよび／または質量に関係なく、決定されればよく、また同一であってもよい。特に、スラスター位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は、サービス衛星のいずれかのスラスターによって発生した推進ベクトルがサービス衛星とそれと宇宙でドッキング可能な複数のホスト衛星とを含む相互接続ユニットにおけるいずれかの結合した重心を通過しないように、選択されればよい。代わりとして、スラスター位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５で方向付けされたスラスターによって発生した推進ベクトルが、複数の相互接続ユニットの結合した重心の全てからオフセットされればよい（すなわち空間的に離れていればよい）。
【０１３６】
開示された実施の形態はまた、相互接続ユニットの結合した重心を正確に決定することが困難な可能性があるという認識に基づくことがある。例えば、サービス衛星またはホスト衛星の燃料が消費されるにしたがい、結合した重心が変化しうる。さらに、サービス衛星とホスト衛星の正確な質量分布の決定にエラーが起こると、結合した重心の決定のエラーを引き起こしうる。開示されたサービス衛星は、サービス衛星とホスト衛星の結合した重心に頼ることなく、有利に、ステーションキーピングサービスを提供することができる。
【０１３７】
開示されたサービス衛星は、可変な推進方法（例えば図９の方法９００）または可変な時間法（例えば図１０の方法１０００）を介して、ステーションキーピングサービスを提供することができる。上述の開示で詳細に説明したように、可変な推進方法において、サービス衛星は、位置Ｐ２、Ｐ３それぞれの一方側（北、南、東、または西）にペアのスラスターを位置決めしてもよい。選択されたスラスターは、第１の推進レベルＴＨ１で点火されてもよい。これらのスラスター点火によって発生して相互接続ユニットの少なくとも１の軸中心のトルクおよび／または角運動量が決定されもよい。サービス衛星は、位置Ｐ２に前もって位置決めされたスラスターが位置Ｐ３に移動するようにそれとは逆に移動するように、スラスターを再位置決めしてもよい。再位置決めされたスラスターは、少なくとも１つの軸中心に発生したトルクおよび／または角運動量が実質的に相殺またはゼロになるように選択された第２の推進レベルＴＨ２で点火されてもよい。
【０１３８】
サービス衛星は、位置Ｐ２、Ｐ３それぞれの一方側（北、南、東、または西）にペアのスラスターを位置決めしてもよい。サービス衛星は、推進レベルＴＨ１で選択されたスラスターを点火し、スラスター位置をスイッチして推進レベルＴＨ２でスラスターを点火し、そして、残留トルクをゼロにしつつ相互接続ユニットに対して必要な並進移動を行うプロセスを繰り返してもよい。サービス衛星は、１２時間おきに、反対側で同様のことをスラスターに対して繰り返してもよい。したがって、サービス衛星は、サービス衛星とホスト衛星の結合した重心を決定することなく、また結合した重心を介してスラスターを点火することなく、有利に、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行うことができる。
【０１３９】
上述の開示で詳細に説明したように、可変な時間法において、サービス衛星は、例えば位置Ｐ４の一方側（北、南、東、または西）に第１のペアのスラスターにおける両方のスラスターを位置決めしてもよい。サービス衛星は、第１のペアのスラスターと異なる第２のペアのスラスターを、例えば位置Ｐ５に位置決めしてもよい。第２のペアのスラスターは、第１のスラスターに対して反対側に配置されてもよい。第１のペアのスラスターにおける両方のスラスターは、サービス衛星またはホスト衛星の１つまたはそれ以上のリアクションホイールがフルロードするまで、第１の期間Ｔ１、所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火されてもよい。第１の期間Ｔ１が経過した後、第１のペアのスラスターの点火は、停止してもよい。サービス衛星は次に、第２のペアのスラスターを所定の推進レベルＴＨＰＲＥで点火してもよい。サービス衛星は、１つまたはそれ以上のリアクションホイールのアンロードに必要な第２の期間Ｔ２を決定してもよい。第１のペアによって発生した推進ベクトルまたは第２のペアによって発生した推進ベクトルは、サービス衛星とホスト衛星の結合した重心を通過しないことは注意すべきである。
【０１４０】
サービス衛星は、第１の期間Ｔ１、推進レベルＴＨＰＲＥで第１のペアのスラスターを点火し、第２の期間Ｔ２、推進レベルＴＨＰＲＥで第２のペアのスラスターを点火してもよい。約１２時間後、サービス衛星は、第１および第２のペアのスラスターの位置をスイッチしてもよい。すなわち、位置Ｐ４で前もって方向付けされた第１のペアのスラスターが、位置Ｐ５に第１のペアのスラスターが存在するように再方向付けされてもよい。同様に、位置Ｐ５で前もって方向付けされた第２のペアのスラスターが、位置Ｐ４に存在するように再方向付けされてもよい。サービス衛星は次に、第２の期間Ｔ２、推進レベルＴＨＰＲＥで第１のペアのスラスターを点火し、第１の期間Ｔ１、推進レベルＴＨＰＲＥで第１のペアのスラスターを点火してもよい。サービス衛星は、所定の時間後、これらのことを繰り返してもよい。したがって、サービス衛星は、サービス衛星とホスト衛星の結合した重心を決定することなく、また結合した重心を介してスラスターを点火することなく、ホスト衛星に対してステーションキーピングサービスを行うことができる。
【０１４１】
添付の請求項の位置または開示範囲から逸脱することなく、開示された例示的な実施の形態を様々に変更および改良することが可能である。明細書や例は単なる例示的なものであって、発明の範囲や意図は添付の請求項によって示されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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