(57)【要約】【課題】空間上の浮遊物体の姿勢を安定させて、浮遊物体を並進移動させる。【解決手段】自己位置、姿勢及び加速度を検出するセンサ５３を搭載した複数の推力発生装置５を浮遊物体３に付着させ、付着した複数の推力発生装置５に測定用の推力を順次発生させる。そして、測定用の推力を順次発生させたときの剛体９の回転の方向と加速量から、剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントを同定する。このため、同定した剛体９の重心Ｇを貫くベクトルの並進移動用の推力Ｆを、それぞれの姿勢がセンサ５３によって検出されている各推力発生装置５の推力を合成して発生させるための、各推力発生装置５毎の推力を、計測・制御装置７において求めることができる。【選択図】図８
2019131126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載し、空間上の浮遊物体にそれぞれ付着される複数の推力発生装置と、
前記浮遊物体に付着した前記各推力発生装置と通信し、該通信により、
前記各推力発生装置の前記センサが検出した前記位置を取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出し、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力を順次発生させ、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントを同定すると共に、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ発生させて、前記剛体を、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させる、
コントローラと、
を備える浮遊物体の並進移動システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記浮遊物体に付着される請求項１記載の浮遊物体の並進移動システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねている請求項２記載の浮遊物体の並進移動システム。
【請求項４】
前記各推力発生装置は、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動された前記剛体の前記浮遊物体からそれぞれ離脱する請求項１、２又は３記載の浮遊物体の並進移動システム。
【請求項５】
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載し、空間上の浮遊物体に付着した複数の推力発生装置から、前記各推力発生装置の前記センサが検出した前記位置をそれぞれ取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出する検出部と、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力の発生を順次通知する第１の通知部と、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントを同定する同定部と、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力の発生を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ通知する第２の通知部と、
を備える浮遊物体の並進移動用コントローラ。
【請求項６】
前記浮遊物体に付着される請求項５記載の浮遊物体の並進移動用コントローラ。
【請求項７】
前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねている請求項６記載の浮遊物体の並進移動用コントローラ。
【請求項８】
前記各推力発生装置毎に決定した大きさの推力を発生させた前記各推力発生装置に、該各推力発生装置が付着した前記浮遊物体からの離脱をそれぞれ通知する第３の通知部をさらに備える請求項５、６又は７記載の浮遊物体の並進移動用コントローラ。
【請求項９】
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載した複数の推力発生装置を空間上の浮遊物体に付着させる付着ステップと、
前記浮遊物体に付着した前記各推力発生装置から、前記センサが検出した前記位置を取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出する検出ステップと、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力を順次発生させる順次推進ステップと、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントを同定する同定ステップと、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ発生させて、前記剛体を、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させる並進移動ステップと、
を含む浮遊物体の並進移動方法。
【請求項１０】
前記浮遊物体にコントローラを付着させるステップをさらに含み、前記検出ステップ及び前記同定ステップを前記コントローラにおいて実行する請求項９記載の浮遊物体の並進移動方法。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねている請求項１０記載の浮遊物体の並進移動方法。
【請求項１２】
前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させた前記浮遊物体から該浮遊物体に付着した前記各推力発生装置を離脱させる離脱ステップをさらに含む請求項９、１０又は１１記載の浮遊物体の並進移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間上の浮遊物体を並進移動させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、宇宙空間に打ち上げられた宇宙機や海中に投入された探査機等の物体は、それぞれに搭載された推力発生装置（エンジン、モータ等）の推力によって並進移動する。そのため、推力発生装置に故障や燃料切れ等が起こって制御不能となると、それらの物体は自らの推力で並進移動できなくなり、空間を浮遊する浮遊物体となる。
【０００３】
例えば、宇宙空間において推力発生装置が制御不能となった人工衛星等の物体は、スペースデブリと呼ばれる。このスペースデブリは、周回軌道上における並進移動以外に自転等の移動要素を伴った不安定な状態で宇宙空間上に存在している。
【０００４】
このため、スペースデブリは、人工衛星が宇宙空間の周回軌道上で周回する際の進路の妨げとなる。そこで、不安定な状態のスペースデブリを宇宙空間上で安定化させる方法として、次のような方法が提案されている。
【０００５】
まず、特許文献１では、ガスや電場による力を外部から作用させて、不安定なスペースデブリを安定化させる方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、スペースデブリに接近させた母機から放出した宇宙用装置をスペースデブリに接着させ、宇宙用装置の推進部の推力によりスペースデブリの軌道を変える方法が提案されている。この提案の方法によって軌道が変わったスペースデブリは、宇宙空間から大気圏に突入する。
【０００７】
さらに、特許文献３では、スペースデブリに接近させた母機から放出した宇宙用装置をスペースデブリに接着させ、宇宙用装置の制動部の制動力の向きがスペースデブリの軌道上で特定の向きとなるときに、宇宙用装置の制動部に制動力を発生させる方法が提案されている。この提案の方法によって周回速度が減速されたスペースデブリは、重力により軌道が変わって宇宙空間から大気圏に突入する。
【０００８】
なお、特許文献３で提案された方法では、宇宙用装置の制動部の制動力の向きがスペースデブリと宇宙用装置とを合わせた剛体の重心を貫く方向でない場合に、制動部の一部のスラスタを作動させて制動力の向きを変化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２０１３−５１２１４５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／１４１７２２号
【特許文献３】国際公開第２０１５／１５２３７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した提案では、不安定なスペースデブリを安定化させるために、スペースデブリを並進移動状態とすることが不可欠となる。しかし、上述した提案では、不安定なスペースデブリを並進移動状態に移行させる方法を開示するだけにとどまり、姿勢の不安定なスペースデブリが並進移動状態に移行するまでの具体的なプロセスは開示していない。
【００１１】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明は、スペースデブリ等の宇宙空間を不安定な状態で浮遊する物体や、海中等の水中で推力を失って浮遊する探査機等の、空間上の浮遊物体に広く適用可能な発明である。そして、本発明の目的は、空間上の浮遊物体の不安定な姿勢を安定させて、浮遊物体を並進移動させることができる、浮遊物体の並進移動システム、浮遊物体の並進移動用コントローラ及び浮遊物体の並進移動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による浮遊物体の並進移動システムは、
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載し、空間上の浮遊物体にそれぞれ付着される複数の推力発生装置と、
前記浮遊物体に付着した前記各推力発生装置と通信し、該通信により、
前記各推力発生装置の前記センサが検出した前記位置を取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出し、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力を順次発生させ、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントとを同定すると共に、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ発生させて、前記剛体を、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させる、
コントローラと、
を備える。
【００１３】
本発明の第１の態様による浮遊物体の並進移動システムによれば、複数の推力発生装置が空間上の浮遊物体に付着して一つの剛体を構成すると、各推力発生装置のセンサによって、剛体上の各推力発生装置の位置、姿勢及び加速度が検出される。検出された内容は、各推力発生装置との通信によってコントローラが取得する。
【００１４】
コントローラは、各推力発生装置との通信により各推力発生装置のセンサの検出内容を取得する。そして、コントローラは、取得した各検出内容から、浮遊物体に付着した各推力発生装置の相対位置関係を検出する。
【００１５】
その後、コントローラは、各推力発生装置との通信により、予め定められた時間及び大きさの推力を、浮遊物体に付着した各推力発生装置に順次発生させる。これにより、浮遊物体に各推力発生装置が付着した剛体は、その剛体の重心を中心として、推力を発生させた推力発生装置と剛体の重心との位置関係に応じた方向に回転する。このとき、剛体の回転は、剛体の質量に応じた加速量で加速される。
【００１６】
そこで、コントローラは、予め定められた時間及び大きさの推力を各推力発生装置が順次発生させている間に、推力を発生させている推力発生装置のセンサが検出した位置、姿勢及び加速度の変化の内容を取得する。
【００１７】
このとき、コントローラが取得する、各推力発生装置のセンサが検出した位置、姿勢及び加速度の変化の内容は、各推力発生装置が求めたセンサの検出内容の変化の解析結果であってもよい。あるいは、予め定められた時間及び大きさの推力を各推力発生装置が発生している間のセンサの検出内容のままであってもよい。後者の場合は、コントローラが、各推力発生装置のセンサが検出した内容の変化を解析することになる。
【００１８】
そして、コントローラは、各推力発生装置から取得したセンサの検出内容の変化の解析結果から、予め定められた時間及び大きさの推力の発生中における推力発生装置の回転の方向及び加速量を得ることになる。
【００１９】
そこで、コントローラは、各推力発生装置の回転の方向及び加速量から、予め定められた時間及び大きさの推力の発生中における、浮遊物体に複数の推力発生装置が付着した剛体の質量、重心位置及び慣性モーメントを同定する。この同定には、例えば、算術演算による回帰分析を用いることができる。
【００２０】
そして、コントローラは、同定した内容と、各推力発生装置の相対位置関係とに基づいて、剛体の姿勢を安定させて剛体の重心を通るベクトルの推力で剛体を並進移動させるための推力の大きさを、各推力発生装置毎に決定する。そして、コントローラは、各推力発生装置との通信により、各推力発生装置毎に決定した推力を対応する各推力発生装置にそれぞれ発生させる。
【００２１】
すると、複数の推力発生装置がそれぞれ発生する推力により、それらの推力発生装置が付着した浮遊物体の姿勢が不安定な状態から安定した状態に移行し、浮遊物体が、複数の推力発生装置と共に構成される剛体として並進移動される。
【００２２】
したがって、スペースデブリ等の宇宙空間を不安定な状態で浮遊する物体や、海中等の水中で推力を失って浮遊する探査機等の、空間上の浮遊物体の不安定な姿勢を安定させて、浮遊物体を並進移動させることができる。
【００２３】
なお、本発明の第１の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載し、空間上の浮遊物体に付着した複数の推力発生装置から、前記各推力発生装置の前記センサが検出した前記位置をそれぞれ取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出する検出部と、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力の発生を順次通知する第１の通知部と、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントを同定する同定部と、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力の発生を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ通知する第２の通知部と、
を備える浮遊物体の並進移動用コントローラを用いて、構成することができる。
【００２４】
また、本発明の第１の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、
自己の位置、姿勢及び加速度を検出するセンサを搭載した複数の推力発生装置を空間上の浮遊物体に付着させる付着ステップと、
前記浮遊物体に付着した前記各推力発生装置から、前記センサが検出した前記位置を取得して、取得した前記位置から前記各推力発生装置の相対位置関係を検出する検出ステップと、
前記相対位置関係を検出した前記各推力発生装置に予め定められた時間及び大きさの推力を順次発生させる順次推進ステップと、
前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生中に前記センサが検出した前記位置、姿勢及び加速度の変化の内容を、前記予め定められた時間及び大きさの推力の発生元の推力発生装置からそれぞれ取得して、取得した前記変化の内容と、前記相対位置関係とから、前記浮遊物体に前記各推力発生装置が付着した剛体の重心、質量及び慣性モーメントを同定する同定ステップと、
前記検出した相対位置関係と前記同定した重心、質量及び慣性モーメントとに基づいて前記各推力発生装置毎に大きさを決定した推力を、対応する前記各推力発生装置にそれぞれ発生させて、前記剛体を、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させる並進移動ステップと、
を含む浮遊物体の並進移動方法によって、実行することができる。
【００２５】
さらに、本発明の第１の態様による浮遊物体の並進移動システムにおいて、前記コントローラは、例えば、本発明の第２の態様による浮遊物体の並進移動システムのように、前記浮遊物体に付着される。
【００２６】
なお、本発明の第２の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記浮遊物体に付着された、上述した浮遊物体の並進移動用コントローラを用いて、構成することができる。
【００２７】
また、本発明の第２の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記浮遊物体にコントローラを付着させるステップをさらに含み、前記検出ステップ及び前記同定ステップを前記コントローラにおいて実行する、上述した浮遊物体の並進移動方法によって、実行することができる。
【００２８】
さらに、本発明の第２の態様による浮遊物体の並進移動システムにおいて、前記コントローラは、例えば、本発明の第３の態様による浮遊物体の並進移動システムのように、前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねているものとすることができる。
【００２９】
なお、本発明の第３の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねている、上述した浮遊物体に付着された浮遊物体の並進移動用コントローラを用いて、構成することができる。
【００３０】
また、本発明の第３の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記コントローラが前記複数の推力発生装置のうちの一つを兼ねている、上述したコントローラを前記浮遊物体に付着させるステップをさらに含む浮遊物体の並進移動方法によって、実行することができる。
【００３１】
さらに、本発明の第１、第２及び第３の態様による浮遊物体の並進移動システムにおいて、前記各推力発生装置は、例えば、本発明の第４の態様による浮遊物体の並進移動システムのように、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動された前記剛体の前記浮遊物体からそれぞれ離脱するものとすることができる。
【００３２】
なお、本発明の第４の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記各推力発生装置毎に決定した大きさの推力を発生させた前記各推力発生装置に、該各推力発生装置が付着した前記浮遊物体からの離脱をそれぞれ通知する第３の通知部をさらに備える、上述した浮遊物体の並進移動用コントローラを用いて、構成することができる。
【００３３】
また、本発明の第４の態様による浮遊物体の並進移動システムは、例えば、前記同定した重心を通るベクトルの推力により並進移動させた前記浮遊物体から該浮遊物体に付着した前記各推力発生装置を離脱させる離脱ステップをさらに含む、上述した浮遊物体の並進移動方法によって、実行することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、スペースデブリ等の宇宙空間を不安定な状態で浮遊する物体や、海中等の水中で推力を失って浮遊する探査機等の、空間上の浮遊物体の不安定な姿勢を安定させて、浮遊物体を並進移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る浮遊物体の並進移動方法と浮遊物体の並進移動用コントローラとを適用した本発明の一実施形態に係る浮遊物体の並進移動システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は図１の推力発生装置の概略構成を示す説明図、（ｂ）は図１の計測・制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】図１の浮遊物体の並進移動システムを用いて浮遊物体を並進移動させるときの処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の浮遊物体の並進移動システムが図３の手順で浮遊物体を並進移動させるときに各推力発生装置及び計測・制御装置がそれぞれ行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図１の浮遊物体の並進移動システムが図３の手順で浮遊物体を並進移動させるときに各推力発生装置及び計測・制御装置がそれぞれ行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】図１の浮遊物体の並進移動システムが図３の手順で浮遊物体を並進移動させるときに各推力発生装置及び計測・制御装置がそれぞれ行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は図１の並進移動システムを用いて浮遊物体を並進移動させる際の推力発生装置及び計測・制御装置の状態遷移を示す説明図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は図１の並進移動システムを用いて浮遊物体を並進移動させる際の推力発生装置及び計測・制御装置の状態遷移を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る浮遊物体の並進移動方法と浮遊物体の並進移動用コントローラとを適用した本発明の一実施形態に係る浮遊物体の並進移動システムの概略構成を示す説明図である。
【００３７】
図１中引用符号１で示す、本実施形態に係る浮遊物体の並進移動システムは、浮遊物体３に付着される複数の推力発生装置５と、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５の各種計測及び制御を行う計測・制御装置７とを有している。
【００３８】
浮遊物体３は、例えば、宇宙空間や海中を含む水中等の空間上を、推力を持たずに浮遊するものである。宇宙空間の浮遊物体３には、例えば、スペースデブリや、推力発生源としてのエンジンが故障や燃料切れで制御不能となった宇宙機等が該当する。また、水中の浮遊物体３には、例えば、推力発生源としてのモータが自身や電源の故障、あるいは、電池切れで制御不能となった水中探査機等が該当する。
【００３９】
推力発生装置５は、図２（ａ）の説明図に示すように、本体５１を有する。本体５１は、コントローラ５２（請求項中の浮遊物体の並進移動用コントローラに相当）及びセンサ５３を搭載している。また、本体５１は、本体５１の外部に露出する推力発生部５４、浮遊物体３への付着機構部５５、送受信アンテナ５６、及び、浮遊物体３からの離脱機構部５７を有している。
【００４０】
コントローラ５２は、例えば、ＣＰＵ及びメモリを有する演算装置によって構成することができる。また、コントローラ５２の一部を、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって構成してもよい。
【００４１】
センサ５３は、推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度を検出するセンサ類を有している。
【００４２】
推力発生装置５の自己位置を検出するセンサ類は、例えば、既知の１又は複数の地点から送信される位置特定用の信号を受信するもので構成することができる。既知の複数の地点は、地上であってもよく、宇宙空間や水中（水面上を含む）であってもよい。
【００４３】
なお、センサ５３には、例えば、ＧＰＳ受信機、スタートラッカ、太陽センサ、磁気センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ等を用いることができる。
【００４４】
推力発生部５４は、本体５１に推力を付与する。推力発生部５４は、例えば、空中で動作するエンジンや、空中又は水中で動作するモータによって構成することができる。推力発生部５４が発生する推力の大きさは、コントローラ５２の制御によって変えることができる。
【００４５】
付着機構部５５は、本体５１を浮遊物体３に付着させる。付着機構部５５は、例えば、ハンドアームロボット等の、浮遊物体３を機械的に捕獲して本体５１を浮遊物体３に付着させる機構で構成してもよい。また、付着機構部５５は、本体５１を浮遊物体３の表面に接着させる接着層表面に有するボード状の物体で構成してもよい。
【００４６】
送受信アンテナ５６は、宇宙空間又は水中（海中を含む）において計測・制御装置７との間で通信用の信号を送受信する。信号のキャリア周波数は、浮遊物体３が浮遊する空間の特性に応じて選択することができる。
【００４７】
離脱機構部５７は、浮遊物体３に付着した本体５１を浮遊物体３の表面から離脱させる。離脱機構部５７は、例えば、離脱用の推力を発生するエンジン又はモータや、本体５１を反動で浮遊物体３から離間させる離脱力を物理的に浮遊物体３に付与するロボット等によって構成することができる。
【００４８】
計測・制御装置７は、図２（ｂ）の説明図に示すように、本体７１を有する。本体７１は、コントローラ７２を搭載している。また、本体７１は、本体７１の外部に露出する推力発生部７３、送受信アンテナ７４と、各推力発生装置５の回収部７５とを有している。
【００４９】
コントローラ７２は、例えば、ＣＰＵ及びメモリを有する演算装置によって構成することができる。また、コントローラ７２の一部を、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）によって構成してもよい。
【００５０】
推力発生部７３は、本体７１に推力を付与する。推力発生部７３は、推力発生装置５の推力発生部５４と同様に、例えば、空中で動作するエンジンや、空中又は水中で動作するモータによって構成することができる。推力発生部７３が発生する推力の大きさは、コントローラ７２の制御によって変えることができる。
【００５１】
送受信アンテナ７４は、宇宙空間又は水中（海中を含む）において、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５との間で通信用の信号を送受信する。信号のキャリア周波数は、各推力発生装置５の送受信アンテナ５６と同じく、浮遊物体３が浮遊する空間の特性に応じて選択することができる。
【００５２】
また、送受信アンテナ７４が送受信する信号は、例えば、各推力発生装置５毎にキャリア周波数を異ならせた周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式としてもよく、各推力発生装置５毎に送受信タイミングをずらす時分割多重（ＴＤＭＡ）方式としてもよい。
【００５３】
回収部７５は、浮遊物体３から離脱した各推力発生装置５を収容する収容室を有している。
【００５４】
なお、図２（ａ），（ｂ）の各推力発生装置５と計測・制御装置７とは、図面の見やすさのため、実際の大きさとは異なる縮尺比で示している。実際の計測・制御装置７は、浮遊物体３から離脱した各推力発生装置５を回収部７５に収容できる大きさを有している。
【００５５】
上述した構成の浮遊物体の並進移動システム１を用いて浮遊物体３を並進移動させる場合には、図３のフローチャートに示すステップＳ１〜ステップＳ１１の手順を実行する。ステップＳ１〜ステップＳ１１の各手順では、各推力発生装置５のコントローラ５２と計測・制御装置７のコントローラ７２とが、図４乃至図６のフローチャートに示す処理をそれぞれ行う。
【００５６】
まず、図３のステップＳ１の手順では、浮遊物体３が浮遊する空間に計測・制御装置７と共に展開した複数の推力発生装置５を、浮遊物体３に付着させる（付着ステップ）。
【００５７】
付着ステップは、図７（ａ）の説明図に示すように、各推力発生装置５及び計測・制御装置７を、浮遊物体３が浮遊している空間の浮遊物体３の近傍に展開した状態で実行する。なお、浮遊物体３の浮遊空間が宇宙空間である場合は、例えば、各推力発生装置５及び計測・制御装置７をロケットで宇宙空間に打ち上げ、浮遊物体３の近傍で宇宙空間に放出する。
【００５８】
そして、付着ステップでは、図４のフローチャートに示すように、浮遊物体３の浮遊空間に放出した計測・制御装置７のコントローラ７２が、複数の推力発生装置５を付着させる浮遊物体３を、対象物体として発見する（ステップＳ１０１）。コントローラ７２は、例えば、浮遊物体３の位置を示す地上からの誘導信号を用いて発見することができる。
【００５９】
また、付着ステップでは、浮遊物体３を発見して位置を特定したコントローラ７２が、送受信アンテナ７４を介して各推力発生装置５に指令信号を送信する（ステップＳ１０３）。この指令信号は、浮遊物体３への接近を指示するものである。
【００６０】
さらに、付着ステップでは、浮遊物体３の浮遊空間に展開した各推力発生装置５のコントローラ５２が、計測・制御装置７からの浮遊物体３への接近を指示する指令信号を、送受信アンテナ５６を介して受信する。そして、コントローラ５２は、推力発生装置５を誘導して浮遊物体３に接近させ（ステップＳ２０１）、付着機構部５５により推力発生装置５を浮遊物体３に付着させる（ステップＳ２０３）。
【００６１】
なお、浮遊物体３に接近させるための各推力発生装置５の移動には、例えば、推力発生部５４が発生する推力を利用することができる。
【００６２】
そして、付着ステップを実行することで、図７（ｂ）の説明図に示すように、複数の推力発生装置５が浮遊物体３に付着される。浮遊物体３に複数の推力発生装置５を付着させることで、浮遊物体３と複数の推力発生装置５とが一つの剛体９を構成するようになる。
【００６３】
なお、付着ステップを、複数の推力発生装置５を展開した空間を浮遊物体３に通過させて、通過した浮遊物体３に複数の推力発生装置５を付着機構部５５により付着させる手順で行うようにしてもよい。
【００６４】
付着ステップに続く図３のステップＳ３では、浮遊物体３に付着した複数の推力発生装置５の相対位置関係を、計測・制御装置７において検出する（検出ステップ）。
【００６５】
検出ステップでは、図４に示すように、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５のセンサ５３が、推力発生装置５の自己位置を検出する（ステップＳ２０５）。そして、各推力発生装置５のコントローラ５２が、センサ５３が検出した推力発生装置５の自己位置を、送受信アンテナ５６を介して計測・制御装置７に送信する（ステップＳ２０７）。
【００６６】
また、検出ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、各推力発生装置５からそれぞれ送信された各推力発生装置５の自己位置を、送受信アンテナ７４を介して受信（取得）する。そして、コントローラ７２が、受信した各推力発生装置５の自己位置から、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５の相対位置関係を計算により検出する（ステップＳ１０５）。
【００６７】
即ち、本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１では、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５の相対位置関係を計算により検出する処理を行う、計測・制御装置７のコントローラ７２が、請求項中の検出部に相当している。
【００６８】
検出ステップに続く図３のステップＳ５では、浮遊物体３に付着した各推力発生装置５に、予め定められた時間及び大きさの推力を順次発生させる（順次推進ステップ）。
【００６９】
順次推進ステップでは、図５のフローチャートに示すように、計測・制御装置７のコントローラ７２が、送受信アンテナ７４から各推力発生装置５に指令信号を順次送信する（ステップＳ１０７）。この指令信号は、予め定められた時間及び大きさの測定用の推力（一定の推力）を発生するように指示するものである。
【００７０】
即ち、本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１では、測定用の推力（一定の推力）を発生させる指令信号を各推力発生装置５に順次送信する処理を行う、計測・制御装置７のコントローラ７２が、請求項中の第１の通知部に相当している。
【００７１】
また、順次推進ステップでは、各推力発生装置５のコントローラ５２が、計測・制御装置７から各推力発生装置５に順次送信された指令信号のうち、自身に対する指令信号を受信する。そして、指令信号を受信した各推力発生装置５のコントローラ５２は、指令信号が示す時間及び大きさの測定用の推力を、推力発生部５４に順次発生させる（ステップＳ２０９）。
【００７２】
なお、順次推進ステップにおいて、計測・制御装置７のコントローラ７２は、測定用の推力を発生させる指令信号を、各推力発生装置５毎に時間をずらして順次出力（通知）する。このため、計測・制御装置７からの指令信号を受信した各推力発生装置５は、互いに時間をずらして単独で測定用の推力を推力発生部５４に発生させる。即ち、複数の推力発生装置５の推力発生部５４が測定用の推力を同時に発生することはない。
【００７３】
順次推進ステップに続く図３のステップＳ７では、剛体９（図７（ｂ）参照）の質量、重心Ｇ（図８（ａ）参照）及び慣性モーメントを同定する（同定ステップ）。
【００７４】
同定ステップでは、測定用の推力を推力発生部５４に発生させた発生元の推力発生装置５のコントローラ５２が、測定用の推力の発生中にセンサ５３が検出した推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度の内容変化を解析する。
【００７５】
この解析によってコントローラ５２は、図５に示すように、測定用の推力の発生中における推力発生装置５の回転の方向及び加速量を、計算により検出する（ステップＳ２１１）。なお、推力発生装置５の回転の方向は、回転の曲率又は曲率半径を含んでいる。
【００７６】
そして、同定ステップでは、測定用の推力を推力発生部５４に発生させた推力発生装置５のコントローラ５２が、検出した推力発生装置５の回転の方向及び加速量を、送受信アンテナ５６から計測・制御装置７に送信する（ステップＳ２１３）。
【００７７】
また、同定ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、測定用の推力を推力発生部５４に発生させた各推力発生装置５からそれぞれ送信された、各推力発生装置５の回転の方向及び加速量を、送受信アンテナ７４を介して受信（取得）する。そして、コントローラ７２が、受信した各推力発生装置５の回転の方向及び加速量と、各推力発生装置５に順次発生させた推力、及び、各推力発生装置５の相対位置関係から、剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントを同定する（ステップＳ１０９）。
【００７８】
なお、剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントは、算術演算により同定することができる。算術演算としては、例えば、目的変数を剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントのうち一つを目的変数とする回帰式を用いることができる。この回帰式の説明変数には、各推力発生装置５の回転の方向及び加速量と、各推力発生装置５に順次発生させた推力、及び、各推力発生装置５の相対位置関係のうち一つ又は複数を用いる。
【００７９】
即ち、本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１では、剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントを同定する処理を行う、計測・制御装置７のコントローラ７２が、請求項中の同定部に相当している。
【００８０】
同定ステップに続く図３のステップＳ９では、剛体９を並進移動させる（並進移動ステップ）。
【００８１】
並進移動ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、同定した剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントと、各推力発生装置５の相対位置関係とから、浮遊物体３を並進移動させるのに必要な各推力発生装置５毎の推力を算出（決定）する。浮遊物体３を並進移動させる推力とは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、複数の推力発生装置５が付着した剛体９の姿勢を安定させて、剛体９を目的の方向に並進移動させる推力Ｆである。この推力Ｆは、重心Ｇを貫くベクトルの力である。なお、ここで言う浮遊物体３の並進移動には、加減速の両方を含めてもよい。
【００８２】
そして、コントローラ７２が、図５に示すように、算出した各推力発生装置５毎の推力を示す指令信号を、送受信アンテナ７４から対応する各推力発生装置５にそれぞれ送信する（ステップＳ１１１）。なお、各推力発生装置５毎の推力は、推力を発生させる時間及び発生させる推力の大きさによって定義することができる。
【００８３】
即ち、本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１では、各推力発生装置５毎の推力を示す指令信号を送信する処理を行う、計測・制御装置７のコントローラ７２が、請求項中の第２の通知部に相当している。
【００８４】
また、並進移動ステップでは、各推力発生装置５のコントローラ５２が、計測・制御装置７から各推力発生装置５に送信された指令信号のうち、自身に対する指令信号を受信する。そして、指令信号を受信した各推力発生装置５のコントローラ５２は、指令信号が示す時間及び大きさの並進移動用の推力を、推力発生部５４に発生させる（ステップＳ２１７）。
【００８５】
さらに、並進移動ステップでは、並進移動用の推力を推力発生部５４に発生させた各推力発生装置５のコントローラ５２が、並進移動用の推力の発生中にセンサ５３が検出した推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度の内容変化を解析する。
【００８６】
この解析によってコントローラ５２は、並進移動用の推力の発生中における推力発生装置５の加速量及び移動量を、計算により検出する。なお、コントローラ５２は、推力発生装置５の加速量及び移動量の検出を、一定周期毎に繰り返して行う。
【００８７】
そして、並進移動ステップでは、各推力発生装置５のコントローラ５２が、検出した推力発生装置５の加速量及び移動量を検出する度に、送受信アンテナ５６から計測・制御装置７に送信する（ステップＳ２１７）。
【００８８】
また、並進移動ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、各推力発生装置５から加速量及び移動量が送信される度に、送信された各推力発生装置５の加速量及び移動量を、送受信アンテナ７４を介して受信する。そして、コントローラ７２が、受信した各推力発生装置５の加速量及び移動量と、各推力発生装置５の相対位置関係から、剛体９の並進移動を検証する。
【００８９】
この検証では、剛体９に並進移動（加減速）を与えられた（剛体９の姿勢が安定した）かどうかや、浮遊物体３（剛体９）を目標の位置まで移動させられたか否かを、周期的に繰り返し判定する。そして、コントローラ７２が、剛体９に並進移動（加減速）を与えられていないと判定した場合や、浮遊物体３（剛体９）を目標の位置まで移動させられていないと判定した場合に、それらの判定を覆すための各推力発生装置５毎の推力を再算出する。
【００９０】
また、コントローラ７２が、再算出した各推力発生装置５毎の推力を示す指令信号を、送受信アンテナ７４から対応する各推力発生装置５にそれぞれ送信する（ステップＳ１１３）。
【００９１】
なお、各推力発生装置５のコントローラ５２が行うステップＳ２１７の処理と、計測・制御装置７のコントローラ７２が行うステップＳ１１３の処理は、終了条件が満たされるまで繰り返し実行される。終了条件は、例えば、コントローラ７２が、剛体９に並進移動（加減速）を与えられている（剛体９の姿勢が安定している）と判定し、かつ、浮遊物体３（剛体９）を目標の位置まで移動させられたと判定することで満たされるものとすることができる。
【００９２】
並進移動ステップに続く図３のステップＳ１１では、各推力発生装置５を浮遊物体３から離脱させる（離脱ステップ）。
【００９３】
離脱ステップでは、図６のフローチャートに示すように、計測・制御装置７のコントローラ７２が、ステップＳ１１３の終了条件が満たされた場合に、送受信アンテナ７４から各推力発生装置５に指令信号をそれぞれ送信する（ステップＳ１１５）。この指令信号は、各推力発生装置５に、推力の発生を停止させて浮遊物体３から離脱するように指示するものである。
【００９４】
即ち、本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１では、各推力発生装置５に推力の発生を停止させて浮遊物体３から離脱させる指令信号を送信する処理を行う、計測・制御装置７のコントローラ７２が、請求項中の第３の通知部に相当している。
【００９５】
また、離脱ステップでは、各推力発生装置５のコントローラ５２が、計測・制御装置７から各推力発生装置５に送信された指令信号をそれぞれ受信する。そして、指令信号を受信した各推力発生装置５のコントローラ５２は、推力発生部５４による並進移動用の推力の発生を停止させ、離脱機構部５７を動作させて推力発生装置５を浮遊物体３から離脱させる（ステップＳ２１９）。
【００９６】
さらに、各推力発生装置５のコントローラ５２は、推力発生装置５を浮遊物体３から離脱させたことを確認したら、その旨を示す通知信号を、送受信アンテナ５６を介して計測・制御装置７に送信する（ステップＳ２２１）。
【００９７】
また、離脱ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、各推力発生装置５からそれぞれ送信された通知信号を、送受信アンテナ７４を介して受信する。そして、コントローラ７２が、通知信号を受信した各推力発生装置５に、回収部７５への招集を指示する指令信号を、送受信アンテナ７４を介して各推力発生装置５に送信する（ステップＳ１１９）。
【００９８】
さらに、離脱ステップでは、各推力発生装置５のコントローラ５２が、計測・制御装置７からの回収部７５への招集を指示する指令信号を、送受信アンテナ５６を介して受信する。そして、コントローラ５２は、推力発生装置５を誘導して計測・制御装置７に接近させ（ステップＳ２２３）、回収部７５内に収容させて移動完了を示す通知信号を、送受信アンテナ７４を介して各推力発生装置５に送信する（ステップＳ２２５）。
【００９９】
なお、計測・制御装置７に接近させるための各推力発生装置５の移動には、例えば、推力発生部５４が発生する推力を利用することができる。また、各推力発生装置５の計測・制御装置７への誘導には、例えば、計測・制御装置７のコントローラ７２が送受信アンテナ７４から送信する誘導信号を用いることができる。
【０１００】
この誘導信号は、ステップＳ１１５で計測・制御装置７のコントローラ７２が出力する、推力の発生を停止させて浮遊物体３から離脱するように各推力発生装置５に指示する指令信号を兼ねる信号としてもよい。
【０１０１】
また、離脱ステップでは、計測・制御装置７のコントローラ７２が、各推力発生装置５からそれぞれ送信された移動完了を示す通知信号を、送受信アンテナ７４を介して受信する。そして、コントローラ７２が、全ての推力発生装置５からの移動完了を示す通知信号を受信し、推力発生装置５の招集が完了したことを条件として、並進移動させる次の浮遊物体３（対象物体）に向けて移動する（ステップＳ１２１）。
【０１０２】
さらに、次の浮遊物体３に向けた計測・制御装置７の移動には、例えば、推力発生部７３が発生する推力を利用することができる。また、次の浮遊物体３に向けて計測・制御装置７を移動させる際に、コントローラ７２は、例えば、次の浮遊物体３の位置を示す地上からの誘導信号を用いて計測・制御装置７を移動させることができる。
【０１０３】
このように構成された本実施形態の浮遊物体の並進移動システム１によれば、自己位置、姿勢及び加速度を検出するセンサ５３を搭載した複数の推力発生装置５を浮遊物体３に付着させ、付着した複数の推力発生装置５に測定用の推力を順次発生させる。そして、測定用の推力を順次発生させたときの剛体９の回転の方向と加速量から、剛体９の質量、重心Ｇ及び慣性モーメントを同定する。
【０１０４】
このため、同定した剛体９の重心Ｇを貫くベクトルの並進移動用の推力Ｆを、センサ５３により姿勢が検出された各推力発生装置５の推力を合成して発生させるための、各推力発生装置５毎の推力を、計測・制御装置７において求めることができる。
【０１０５】
したがって、計測・制御装置７が求めた推力を各推力発生装置５にそれぞれ発生させることで、複数の推力発生装置５が付着して剛体９を構成する浮遊物体３の姿勢を安定させることができる。そして、姿勢を安定させた浮遊物体３を、剛体９の重心Ｇを貫くベクトルの推力Ｆにより、目的の方向に並進移動させることができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、同定ステップにおいて、推力発生装置５のコントローラ５２が、測定用の推力の発生中にセンサ５３が検出した推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度の内容変化を解析するものとした。このため、推力発生装置５が計測・制御装置７に、解析によって検出した、測定用の推力の発生中における推力発生装置５の回転の方向及び加速量を送信するものとした。
【０１０７】
しかし、測定用の推力の発生中に、センサ５３が検出した推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度の内容を、推力発生装置５が計測・制御装置７に随時送信するようにしてもよい。その場合は、計測・制御装置７のコントローラ７２が、受信した各推力発生装置５の自己位置、姿勢及び加速度の内容変化を解析し、測定用の推力の発生中における推力発生装置５の回転の方向及び加速量を検出するものとすることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、計測・制御装置７を複数の推力発生装置５とは別に設ける構成としたが、計測・制御装置７が、複数の推力発生装置５のうち一つを兼ねる構成としてもよい。その場合の計測・制御装置７は、図２（ｂ）中の仮想線で示すように、本体７１に搭載されたセンサ７６と、本体７１の外部に露出する浮遊物体３への付着機構部７７、及び、浮遊物体３からの離脱機構部７８とを有する構成となる。
【０１０９】
その場合、計測・制御装置７のセンサ７６、付着機構部７７及び離脱機構部７８は、例えば、推力発生装置５のセンサ５３、付着機構部５５及び離脱機構部５７と同様の機能を果たすものとすることができる。また、計測・制御装置７のコントローラ７２及び推力発生部７３は、本実施形態で説明した機能の他、推力発生装置５のコントローラ５２及び推力発生部５４と同様の機能を果たすものとすることができる。
【０１１０】
そして、計測・制御装置７も他の推力発生装置５と同じく、図１の説明図に仮想線で示すように、浮遊物体３に付着して動作することになる。但し、計測・制御装置７の推力発生部７３、センサ７６、付着機構部７７及び離脱機構部７８に関する信号は、推力発生装置５と計測・制御装置７との間で行う無線信号の送受信によらず、計測・制御装置７の内部での有線信号の送受信によるものとなる。
【０１１１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  浮遊物体の並進移動システム
３  浮遊物体
５  推力発生装置
７  計測・制御装置
９  剛体
５１  推力発生装置本体
５２  コントローラ（浮遊物体の並進移動用コントローラ）
５３，７６  センサ
５４，７３  推力発生部
５５，７７  付着機構部
５６，７４  送受信アンテナ
５７，７８  離脱機構部
７１  計測・制御装置本体
７２  コントローラ
７５  回収部
Ｆ  並進移動用の推力
Ｇ  剛体重心
【図１】
2019131126.tif 000003
【図２】
2019131126.tif 000004
【図３】
2019131126.tif 000005
【図４】
2019131126.tif 000006
【図５】
2019131126.tif 000007
【図６】
2019131126.tif 000008
【図７】
2019131126.tif 000009
【図８】
2019131126.tif 000010