(57)【要約】  宇宙船（１）における使用のため、太陽放射を受ける前面（３１）と裏面（３２）とを有する太陽電池パネル（３）である。該太陽電池パネルは、使用の際にコーティングが太陽電池パネル（３）の裏面（３２）から電子を放出し、従って前面（３１）と裏面（３２）の間の電位差を減少させるように、負の電荷を放出する特性を有するコーティング（４）で裏面（３２）を覆われている。該裏面を前記コーティング（４）で覆うことにより、太陽電池パネル（３）の前面（３１）と裏面（３２）の間の電位差を減少させる方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙船（１）用の太陽電池パネル（３）であって、前面（３１）と裏面（３２）を有し、該前面が太陽放射を受けるように構成された太陽電池パネルにおいて、
太陽電池パネルの該裏面（３２）がコーティング（４）で覆われ、該コーティングが負の電荷を放出する特性を有することを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
最小値又は所定の値が、静電気放電が前面（３１）と裏面（３２）の間で生じ得るレベルよりも低いように、前面（３１）の全体の電荷と裏面（３２）の全体の電荷の間の相の差が該最小値又は所定の値未満に保たれる、請求項１に記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
前記コーティング（４）が放出性及び導電性の材料、又は弱い絶縁性材料である請求項１又は２に記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
前記コーティングが裏面（３２）の適切な位置にあるとき、前面（３１）の放出特性のレベルが実質的に該パネルの裏面（３２）の放出特性に等しいように、該コーティング（４）が物理的特性を有する請求項３に記載の太陽電池パネル。
【請求項５】
前記コーティング（４）の材料がフッ化マグネシウム−ＭｇＦ２−、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、最大生成量３．２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、最大生成量３．２）、又は導電性白色ペイントＰＳＧ  １２０ＦＤ（最大生成量２．８５）から作製される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池パネル。
【請求項６】
少なくとも一つの太陽電池パネル（３）を備えた宇宙船（１）であって、該太陽電池パネル（３）が前面（３１）及び裏面（３２）を有し、該前面が太陽放射を受けるように構成され、該太陽電池パネルの裏面（３２）がコーティング（４）で覆われ、該コーティングが負の電荷を放出する特性を有することを特徴とする宇宙船（１）。
【請求項７】
最小値又は所定の値が、静電気放電が前面（３１）と裏面（３２）の間で生じ得るレベルよりも低いように、前面（３１）の全体の電荷と裏面（３２）の全体の電荷の間の相の差が該最小値又は所定の値未満に保たれる、請求項６に記載の宇宙船（１）。
【請求項８】
太陽電池パネル（３）の前面（３１）と裏面（３２）の間の電位差を減少させる方法であって、該前面（３１）が太陽放射を受け、
−該太陽電池パネル（３）の裏面（３２）を、負の電荷を放出する特性を有するコーティング（４）で覆うステップと、
−最小値又は所定の値が、静電気放電が前面（３１）と裏面（３２）の間で発生し得るレベルよりも低いように電位差が該最小値又は所定の値未満に保たれるために、前記コーティング（４）を通じて該太陽電池パネルの裏面から負の電荷を放出するステップとを含む方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は参照により本明細書に援用されている、２００４年１２月２２日に出願された欧州特許出願第０４２９３１０１．４号に基づき、その利益を主張するものである。
【０００２】
本発明はそのペイロード、又は機内に搭載されたバッテリーのような、充電を必要とし得るその他の部品に動力を供給するための太陽電池パネルを使用する宇宙船内、例えば人工衛星における静電気放電防止に関する。
【背景技術】
【０００３】
人工衛星のような宇宙船における太陽電池パネルの使用は広く知られている。一旦動作位置に置かれたこれらの装置、例えば軌道に置かれている人工衛星は、通常それらが位置している宇宙環境によって生じる影響にさらされる。宇宙環境における様々な影響の中で重要なものは、宇宙船の表面上の電荷の蓄積によって起きる表面の電気的帯電である。そのような表面の電気的帯電を発生する一つの原因は太陽放射である。
【０００４】
宇宙船に使用される太陽電池パネルは太陽放射にさらされ、従ってそれらの表面において電荷の蓄積に非常に悩まされがちである。太陽電池パネルの表面は、通常いわゆる「カバーガラス」というガラス材料で覆われている。
【０００５】
太陽電池パネルのカバーガラスは従ってそのような電荷で帯電され、この電荷は宇宙船の主要部（アース）に対してプラスである。既知のように、正の電荷は（太陽放射によって引き起こされる）電子の放出活動に起因する、強力な光電子放出電流の影響によって蓄積される。正の電荷のもう一つの原因は、宇宙環境からのエネルギー電子の衝撃に起因する二次電子放出（ＳＥＥ）又は電子の抽出である。実際に、カバーガラス及び表面処理に使用される典型的な材料は、高いＳＥＥの産出量を生じる。
【０００６】
カバーガラスの材料はまた電気抵抗が大きく、それゆえカバーガラスの表面は宇宙船の主要部から電気的に絶縁されている。他方で、宇宙船の主要部に電気的に接続されている太陽電池パネルの裏面すなわち「暗い側」はマイナスに帯電されている。例えば人工衛星の場合、太陽電池パネルの裏面は通常、非常に低い負電荷の放出特性を有する導電材料で作製されている。結果的に、プラズマからのエネルギー電子は、負の電荷の蓄積を生じさせる導電部により捕えられる。
【０００７】
その結果、該主要部上の負の電荷に対して、比較的大きな表面の正の電荷の蓄積が該表面と該主要部の間に静電気放電を生じる可能性があり、それは宇宙船内の回路に重大な被害を与え得る。実際に、約５００Ｖが放電を生じる典型的なしきい値として一般的に考えられる。そのような望ましくない静電気放電を避けるために、一定の解決策が既に知られている。そのような既知の解決策の一つは、宇宙船の「アース」にそこで接続されている導電性のコーティングで、カバーガラスを覆うことである。しかしながら、この解決策において必要とされる費用は非常に高価である。更に、該導電体のコーティングの寿命は比較的限られており、それは長い耐用期間を有する宇宙船に対してこの解決策を推奨出来ないものにする。
【０００８】
上記の問題に対する他の知られた解決策は、中和器の使用である。これは電子、低温陽イオン、又は低温プラズマ（等しい量の正と負の電荷を有するイオン化されたガスであるプラズマ）のような中和物質で充填されたガンを用いてなされる。ガンは宇宙船の表面上に蓄積された電荷を中和するために特定の量の電子、イオン、又はプラズマを宇宙船の近傍に「発射」する。しかしながら、特に電子が用いられる場合に、この解決策はその実施及び操作に伴う高い費用と、その低効率に悩まされる。
【０００９】
静電気放電を避ける更なる解決策は米国特許第６，２４３，２４３号明細書から知られる。この文献で開示されている解決策によれば、宇宙船のアース端子と太陽電池パネルのアレイは、インピーダンスを太陽電池パネルのアレイからアースの方向に増加させる、指向性高インピーダンス装置を通じて一緒に結合され、このようにして宇宙船における如何なる電位差もアース端子への電気的通路を完成しないように防ぎ、従って太陽電池パネルとアース端子間の静電気放電を防止する。しかしながら、この解決策によれば電位差が発生することを防げないため、この解決策は電位差の衝撃を避けるよりもむしろ、電荷の蓄積によって引き起こされる電位差の衝撃を減らすことに、より方向付けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って上記の欠点がない、静電気放電を防ぐための解決策を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的はそれによって太陽電池パネル上のカバーガラスの表面電荷と、該太陽電池パネルの裏面、従って宇宙船の主要部の間の電位差が、静電気放電が実質的に避けられるように比較的安全な限界内に維持される、本発明により提案されている解決策を用いて達せられる。
【００１２】
該解決策は太陽電池パネルの裏面を覆うコーティングを用いることにより達成され、該コーティングは、放出特性により負の電荷が太陽電池パネルの裏面から放出され、該太陽電池パネルの裏面を正の電荷の或るバランス（減少した負の電荷のため）を持ったままにしておくような、強力な放出特性を有する。裏面において−負の電荷の減少による−全体的な正の電荷を持つことにより、太陽放射に面する、太陽電池パネル上のカバーガラス前面における正の電荷の蓄積は二つの面の間に電位差を発生せず、又は少なくとも電位差が形成された場合でも、静電気放電が生じ得るレベルよりも低い最小値又は所定の値に維持されるであろう。
【００１３】
従って、本発明の一つの目的は前面と裏面を有し、前面が太陽放射を受けるように構成され、太陽電池パネルの裏面がコーティングで覆われ、該コーティングが負の電荷を放出する特性を有することを特徴とする、宇宙船用の太陽電池パネルを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は少なくとも一つの太陽電池パネルを備え、該太陽電池パネルが前面と裏面を有し、前面が太陽放射を受けるように構成され、太陽電池パネルの裏面がコーティングで覆われ、該コーティングが負の電荷を放出する特性を有することを特徴とする、宇宙船を提供することにある。
【００１５】
本発明の更なる目的は、前面が太陽放射を受け、
−太陽電池パネルの裏面を、負の電荷を放出する特性を有するコーティングで覆うステップと、
−前記コーティングを通じて太陽電池パネルの裏面から負の電荷を放出するステップと
を含む、太陽電池パネルの前面と裏面の間の電位差を低減する方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の更なる目的は、太陽電池パネルにおいて負の電荷を放出する特性を有するコーティングを用いることにある。
【００１７】
本発明のこれら及び更なる特徴と利点は、添付図を用いて特許請求の範囲及び以下の記述においてより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の説明において、好適な実施形態の例は人工衛星における太陽電池パネルの使用に関連して提供される。しかしながら、関連技術の当業者は本発明が太陽電池パネルを用いる他の宇宙船にも、等しく適用可能であることを承知しているため、本発明は人工衛星への適用だけに限られると解釈されるべきではない。
【００１９】
図１を参照すると、そこには本体２と太陽電池パネル３を有する人工衛星１が示されている。例えばアンテナのような人工衛星の別の部品は、それらがここに与えられる解決策の理解に影響しないため、説明を単純化するために示されていない。上述のように、太陽電池パネルは前面及び裏面を有する。図１に示す基本構想において、太陽電池パネル３のそれぞれの前面は各々の側に参照番号３１で示されている。同様にそれぞれの裏面は各々の側に参照番号３２で示されている。
【００２０】
各太陽電池パネルの前面３１は太陽から太陽放射を受け、その結果として光電子放出効果により、電子を放出する。この効果は図１において、太陽電池パネルに対して外向きに指し、そして太陽電池パネルを離れている負の電荷を示す矢印のグループを用いて示されている。電子（負の電荷）の放出の結果、前面での電荷のバランスは太陽電池パネルの前面３１の表面上に示すようにプラスとなる。
【００２１】
逆に、導電材料で作製される裏の部分３２は周囲のプラズマから電子を吸収し、従って裏面の電荷のバランスはマイナスとなる。この効果は図において太陽電池パネルの裏側３２に向けて指し、そして負の電荷が太陽電池パネル３によって吸収されていることを示す破線の矢印を用いて表わされている。
【００２２】
図２は各々がそれぞれ正と負の電荷で帯電され、そして放電の危険性が二つの面の間に表わされている、前面３１と裏面３２を伴う太陽電池パネルの断面を表わす。
【００２３】
本発明によれば、太陽電池パネル３の裏面３２は、図３において点線の領域により示されるようにコーティング４で覆われている。該コーティング４は負の電荷を放出する特性を有する。
【００２４】
上記で更に説明されているように、コーティング４の負の電荷を放出する特性は裏面３２からの電子の放出を生じる。この効果は図３において、太陽電池パネルに対して外向きに指し、そして裏面３２を離れている負の電荷を示す矢印のグループを用いて示されている。その結果、太陽電池パネルの裏面３２は図に示すように正の電荷のバランスのままで残される。
【００２５】
従って太陽電池パネルの前面３１と裏面３２の間の電位差は、無視できるほどになるか又は最小のレベルに保たれ、いずれの場合も放電しきい値未満に保たれる。上述のように、典型的な放電しきい電圧は約５００Ｖである。従ってコーティングは、前面３１と裏面３２の間に生成される電位差が、放電の可能性を避けるためにこの値未満に保たれるように選ばれ、そして導入されるべきである。電位差に対する好ましい値の一例は、放電しきい電圧値よりも十分に低い１００Ｖであろう。しかしながら該判定基準は、好ましくは前面と（裏面の適切な位置にコーティングを伴う）裏面に対して実質的に等しいレベルの放出特性が得られるように、該コーティングの材料及び他の物理的特性を選定することに基づくべきである。
【００２６】
コーティング４用の材料に関して、任意の放出性及び導電性（又は弱い絶縁性）の材料が使用に適している。そのようなコーティング材料の一例は、カバーガラスに反射防止材として用いられるフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）である。フッ化マグネシウムは（１ｋｅＶの電子に対して５．５と推定される）高いＳＥＥ生成量を有する。このコーティング材料は低価格で比較的長い寿命を有する。それは通常、例えば真空蒸着により太陽電池のアレイ・パネルの裏側に蒸着できる薄い層（約１μｍ）のＭｇＦ２を含む。該層の追加重量は１ｍ２あたり数ｇのオーダーである。
【００２７】
代わりに、ＭｇＦ２層は太陽電池パネルに貼り付けられた低い抵抗率の薄いポリマーフィルム上に蒸着されることができる。
【００２８】
コーティングに適したその他の材料の制限されない例は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、最大生成量３．２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、最大生成量３．２）、又は導電性の白色ペイントＰＳＧ  １２０ＦＤ（最大生成量２．８５）で、全て良く知られた市販の材料である。
【００２９】
低価格に加えて、本発明の解決策の別の利点は、その実行に関する簡単さである。
【００３０】
更なる利点は本発明における不動態化材料のみの使用である。
【００３１】
既に述べられたように、好適な実施形態の上記例は人工衛星に関連して提供されているが、本発明は有人宇宙船又は惑星間探査機あるいは銀河間探査機のような、他のタイプの宇宙船に等しく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】各々のサイドに配置された太陽電池パネルを有する人工衛星の、単純化された略図である。
【図２】太陽電池パネルの前面と裏面のそれぞれの断面を示す、太陽電池パネルの断面略図である。
【図３】本発明による放出特性を有するコーティングを伴う、図２の太陽電池パネルの断面略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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