(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星（３８、１００）であって、中心構造（４４）を支持する反地球面（４６）と、地球面（４２）と、東面および西面と、北面（４８）および南面（５０）と、熱を放散可能な少なくとも１つのバッテリパック（６２）と、前記バッテリパック（６２）によって放散された熱を宇宙へ伝達可能な少なくとも１つのラジエータ（６４）と、２５０ワット／ｍ２未満の個々の電力束密度を有する少なくとも１つのいわゆる低損失設備（５２、５４、５６、５８、６０、９７）と、を備えており、前記人工衛星（３８、１００）の内部の領域を前記ラジエータ（６４）とともに、輻射によって熱制御を行う等温領域（６８）として区切る断熱カバー（６６）を備え、前記バッテリパック（６２）および前記低損失設備（５２、５４、５６、５８、６０、９７）は、前記断熱カバー（６６）内に配置されており、前記バッテリパック（６２）は、０℃と５０℃との間の動作範囲を有しており、前記バッテリパック（６２）はリチウムバッテリパックであり、
前記断熱カバー（６６）は、鎧装（７０）および断熱材の十分に平坦な部分（７２）を備えており、前記鎧装（７０）は前記ラジエータの上側の部分（７５）に取り付けられている、周縁部（７４）を有しており、前記少なくとも１つのラジエータの下側の部分（７７）に固定されている断熱材から作られた前記平坦な部分（７２）は、前記鎧装（７０）、および前記少なくとも１つのラジエータ（６４）とともに、閉じた外被を形成することを特徴とする人工衛星（３８、１００）。
【請求項２】
前記バッテリパック（６２）は１０℃と３０℃との間の動作範囲を有しており、該バッテリパックはリチウムイオンバッテリパックであることを特徴とする請求項１に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項３】
前記低損失設備（５２、５４、５６、５８、６０、９７）は、推進剤貯蔵配分システムを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項４】
前記推進剤貯蔵配分システムは、推進剤貯蔵庫（５６）、推進剤配分用導管（５８）、弁（５９）、フィルタ（６０）、およびノズル（５４）の一部の中から少なくとも１つの設備を備えていることを特徴とする請求項３に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項５】
前記低損失設備（５２、５４、５６、５８、６０、９７）は、少なくとも１つの反動輪（９７）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項６】
前記断熱カバー（６６）は、柔軟な材料から作られていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項７】
前記ラジエータ（６４）に取り付けられる加熱設備（７８）をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項８】
中心構造（４４）と、前記中心構造（４４）に固定される少なくとも１つの推進剤貯蔵庫（５６）と、前記中心構造（４４）の少なくとも一部に取り付けられた推進剤配分用導管（５８）と、前記推進剤配分用導管（５８）に取り付けられた弁（５９）と、を備えており、前記鎧装（７０）は前記中心構造（４４）、前記推進剤貯蔵庫（５６）、前記推進剤配分用導管（５８）の少なくとも一部、および前記弁（５９）を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項９】
断熱材の前記平坦な部分（７２）は、前記反地球面（４６）を被覆していることを特徴とする請求項８に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項１０】
前記人工衛星の前記低損失設備は、４０ワット未満の熱流束を放散することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の人工衛星（３８、１００）。
【請求項１１】
前記柔軟な材料は、多層断熱材であることを特徴とする請求項６に記載の人工衛星（３８、１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星の分野に関し、より詳細には静止衛星の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は、衛星の熱制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
衛星は、バッテリ、ペイロード、オンボードコンピュータなどの設備を含む。これらの設備は、適切な動作を行い、したがって当該衛星が任務を成功裡に完了することを保証するためには、温度が制御されなければならない。これらの設備は異なる動作温度の範囲を有するので、これらの動作温度にしたがって互換性のある熱領域内に隔離される。これらの領域は、ラジエータに接触する多層断熱材によって囲まれている。そのような断熱の実施を単純化するために、同等の動作温度の範囲を有する設備が同一の領域内に取りまとめられるものとする。最も冷たい温度を維持する必要がある等温領域には、最も大きいラジエータが必要である。そのようなラジエータは扱いづらく、衛星を重くしてしまう。衛星の製造会社は、したがって最も冷たい領域における設備の量を最小にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂは、衛星１における等温領域の配置の例を示す概略図である。この例によれば、衛星１は、５種類の等温領域を備えている。各等温領域は、多層断熱材６、あるいはラジエータによって囲まれている。各等温領域は、さらに、加熱設備７を備えている。
【０００５】
したがって、等温領域４の第１の種類は、バッテリ２の組と、第１のラジエータ３とを備えている。バッテリ２がＮｉＨバッテリであるとき、領域４の第１の種類は、−２０℃と−１０℃との間で温度が維持される。バッテリ２がリチウムイオンバッテリであるとき、領域４の第１の種類は、＋１０℃と＋３０℃との間の温度が維持される。
【０００６】
等温領域１１の第２の種類は、反動輪８、オンボードコンピュータ５、電力供給ユニット１０、および第２のラジエータ９を備えている。この、等温領域１１の第２の種類は、−２０℃と＋５０℃との間で温度が維持される。
【０００７】
等温領域１２の第３の種類は、低電力で駆動するペイロード１６、および第３のラジエータ１３を備えている。この、等温領域１２の第３の種類は、−１０℃と＋５０℃との間で温度が維持される。
【０００８】
領域１８の第４の種類は、高電力で駆動するペイロード１４、および第４のラジエータ１５を備えている。この、等温領域１８の第４の種類は、−２０℃と＋７０℃との間で温度が維持される。
【０００９】
最後に、推進剤貯蔵配分システム２２は、推進領域２４として呼ばれる、領域の第５の種類に配置される。本発明において、「推進剤」という語句は、化学推進またはプラズマ推進といった、推進の目的のために用いられる物質に拘らずに使用される。この推進領域は、０℃と＋５０℃との間で温度が維持される。この推進領域２４の設置は、特に時間および費用が掛かるものである。そのような設置の間、加熱器は、推進剤貯蔵庫２６、弁、およびフィルタ３０に接着される。多層断熱材６はその後、これら設備のそれぞれの周囲、およびノズル３２の位置の上にかけられる。最後に、図２に示すように、加熱器はらせん状の配置にしたがって、推進剤配分用導管２８の全体に沿って配置される。アルミニウムで作られた粘着テープ３６が、加熱器に接着される。多層断熱材６は、その後、推進剤配分用導管３４の周りにかけられる。加熱器は、推進剤を凍結させないために駆動する。多層断熱材は、推進剤を加熱するために必要な加熱用電力を最小化すること可能とし、したがって電力消費量を削減する。
【００１０】
しかしながら、加熱器、テープ、および多層断熱材の配置は、推進剤貯蔵庫とノズルとの間のすべての推進剤配分用導管に対して手動でなされる。この配置は、したがって非常に時間を消費するものである。加えて、推進剤配分用導管２８を保持するブラケット３４は、コストのかかる、熱伝導性が低い材料から作られている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、衛星に対する設備の構成（例えば、位置および向き）に大きな自由度を与えるが、有効性を維持することで、実施が容易であり、したがって衛星を製造するために必要な時間およびコストを削減することを可能とする、衛星のすべての設備に対する熱制御の解決法を提案する。
【００１２】
前記の目的のために、本発明は、熱を放散可能なバッテリパックと、前記バッテリパックによって放散された熱を宇宙へ伝達可能な少なくとも１つのラジエータと、２５０ワット／ｍ２未満の個々の電力束密度を有する少なくとも１つのいわゆる低損失設備と、を備えており、前記ラジエータとともに、輻射によって熱制御を行う等温領域を区切る断熱カバーを備え、前記バッテリパックおよび前記低損失設備は、前記断熱カバー内に配置されており、前記バッテリパックは、０℃と５０℃との間の動作範囲、好適には１０℃と３０℃との間の動作範囲を有することを特徴とする。
【００１３】
バッテリパックおよび低損失設備の両方を備えている単一の熱領域を規定する単一のカバーを配置することは、衛星の設計のための時間およびコストの点で有利である。
【００１４】
カバー内に含まれる設備を加熱するための電力消費量は、これらと同一の設備がいくつかの等温領域内に配置されたときの電力消費量と比較して、削減される点で有利である。
【００１５】
特定の実施形態によれば、前記バッテリパックはリチウムバッテリパックであり、特にリチウムイオンバッテリパックである。
【００１６】
特定の実施形態によれば、前記低損失設備は、推進剤貯蔵配分システムを備えている。
【００１７】
推進体も含む等温領域の配置が容易になる点で有利である。実際、この等温領域は、推進剤貯蔵庫、弁、およびエンジンを接続する推進剤配分用導管のすべてを含むので、当該推進剤配分用導管はもはや熱的に包まれる必要がない。カバーは、貯蔵配分システム内の小さな設備のすべてを、一挙に、かつ非常に早く囲むことを可能とする。
【００１８】
この等温領域は、また、旧式の推進領域よりも配置により融通がきく点で有利である。実際、例えば推進剤貯蔵庫の大きさの変更、または推進剤配分用導管の変更を、加熱器、アルミニウムテープ、および多層断熱材の再配置を行うことなく、可能とする。
【００１９】
貯蔵配分システムは、いかなる熱も放散しないので、その等温領域内でラジエータの放散面を増やす必要なく、バッテリパックを含む当該等温領域に追加することができる点で有利である。
【００２０】
カバーに含まれる設備は、すべての衛星およびその形式に存在する設備であり、カバーとともに、当該設備が追加される基準ベースを形成する点で有利である。設備の大きさは、ペイロード、オンボードコンピュータなどの、衛星の任務に必要なものによってその大きさを変化させる。
【００２１】
特定の実施形態によれば、前記推進剤貯蔵配分システムは、推進剤貯蔵庫、推進剤配分用導管、弁、フィルタ、およびノズルの一部の中から少なくとも１つの設備を備えている。
【００２２】
さらに、図１Ｂを参照すると、反動輪８が、ヒートパイプや金属の編組のような熱リンク３７を介してラジエータに対して通常、熱的に接続されている。熱リンクは、反動輪およびラジエータに手動で取り付けられる。この取り付け作業は、配置に時間を消費するものである。加えて、衛星を設計するときに、衛星内部の反動輪８の位置または向きの変更を所望すると、熱リンク３７は除去され、異なる位置に再配置されなければならないか、その長さを適合させる必要がある。この作業は手動でなされるものであり、また時間を消費するものであるため、したがってコストがかかる。
【００２３】
次に、第２の実施形態によれば、前記低損失設備は、少なくとも１つの反動輪を備えている。
【００２４】
この第２の実施形態によれば、反動輪とラジエータとの間の熱リンクをもはや取り付ける必要がない点で有利である。反動輪は第１の等温領域に自由に熱を放散することができる。この配置は、衛星の組み立てを容易にする。
【００２５】
この配置は、また、顧客の要求に応じた変更内容と歩調を揃えて、反動輪を第１の等温領域内の容易に移動させること、または異なる向きにすることが可能とするので、衛星を設計するときに大きな自由度を与えることを可能とする。
【００２６】
反動輪はほとんど熱を放散しないので、これらの低損失設備を、その等温領域内のラジエータの放散面を実質的に増やすことなく、バッテリパックを含む等温領域に追加することができる点で有利である。
【００２７】
第２の実施形態による衛生は、反動輪とラジエータとの間の熱リンクの取り付けが不要であり、衛星の製造時間および製造コストを削減する点で有利である。
【００２８】
特定の実施形態によれば、断熱カバーは、柔軟な材料から作られており、好適には多層断熱材から作られている。
【００２９】
カバーが一定体積を有するものであったとしても、その自由度から、当該カバーは、中心構造の異なる形状、バッテリパックの異なる形状、貯蔵配分システムの異なる形状、設備（例えば、中心構造に取り付けられた設備、または他の設備）の異なる形状、または反動輪の異なる形状に適合することを可能とする。
【００３０】
特定の実施形態によれば、衛星はまた、前記ラジエータに取り付けられる加熱設備を備えている。
【００３１】
加熱用の設備は、ラジエータの内側のプレートに直接取り付けられる点で有利である。加熱用の設備は当該プレートを加熱し、したがってカバー内に含まれる設備のすべてを加熱することを可能とする。
【００３２】
特定の実施形態によれば、衛星は、中心構造と、前記中心構造に固定される少なくとも１つの推進剤貯蔵庫と、前記中心構造の少なくとも一部に取り付けられた推進剤配分用導管と、前記推進剤配分用導管に取り付けられた弁と、を備えており、前記断熱カバーは、前記中心構造の上を滑る鎧装を備えており、前記鎧装は前記中心構造、前記推進剤貯蔵庫、前記推進剤配分用導管の少なくとも一部、および前記弁を含む。
【００３３】
カバーは、衛星の設計に対する変更の発生に応じて容易に追加および削除することができる点で有利である。
【００３４】
カバーは、囲む必要がある設備の数および大きさにかかわらず異なる衛星のベースに適合することができる、標準フォーマットで作ることができる点で有利である。実際、低重量のカバーについて、取り得る衛星の構成すべてについて用いることができる、（含まれる最大体積によって決定される）取り得る最大の規格の大きさであるカバーを規定することによって、（衛星を重くすることなく）配置時間が抑制される。
【００３５】
特定の実施形態によれば、前記鎧装は、第１のラジエータの上側の部分に取り付けられている、周縁部を有する。
【００３６】
特定の実施形態によれば、衛星は前記中心構造を支持する反地球面を備えており、断熱材の十分に平坦な部分を備える前記断熱カバーが前記反地球面を被覆しており、少なくとも１つのラジエータの下側の部分に固定されている断熱材から作られた前記部分は、前記鎧装、および前記少なくとも１つのラジエータとともに、閉じた外被を形成する。
−特定の実施形態によれば、前記衛星の前記低損失設備は、４０ワット未満の熱流束を放散する。
【００３７】
４０ワットの値は、（すなわち、ヒートパイプの助力またはラジエータへの直接接続なしに）カバー内に非常にやっかいな設備を有することを避けるための、一般的な輻射損失の限界である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明は、単に例として与えられた以下の説明と、与えられた図面を参照することによってよりよく理解されるだろう。
【図１Ａ】図１Ａは、先行技術に係る熱領域を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、先行技術に係る実行衛星の概略図である。
【図２】図２は、先行技術に係る推進剤配分用導管の位置の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る熱領域を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る人工衛星の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第２の実施形態に係る熱領域を示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る人工衛星の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、人工衛星の分野に関し、より詳細には静止衛星の分野に関する。
【００４０】
図３Ｂを参照すると、本発明の第１の実施形態に係る人工衛星３８は、反地球面４６、反地球面４６を静止させる中空の中心構造４４、および地球面４２を備えている。人工衛星３８の東面および西面は設備を運び、北面４８および南面５０は、ラジエータおよび設備を運ぶ。
【００４１】
本発明に係る衛星は、さらに推進システムを備えている。推進システムは、化学推進システムまたはプラズマ推進システム（図示しない）であってもよく、これらの推進形式を組み合わせて使用する構成であってもよい。
【００４２】
推進システムは、推進剤貯蔵配分システム５２と、反地球面４６に配置された２つまたはそれ以上のノズル５４を備えている。
【００４３】
推進剤貯蔵配分システム５２は、中心構造４４に取り付けられた２つの推進剤貯蔵庫５６と、各推進剤貯蔵庫を各ノズルに接続する推進剤配分用導管５８、推進剤配分用導管５８に配置された弁５９およびフィルタ６０を備えている。個々の、これらの設備はほとんど熱を放散しない（具体的には３ワット未満）。また一般的には２５０ワット／ｍ２未満という低い電力束密度（その値は、設備の放散面に関して設備によって放散される熱によって示され、この値はワット／ｍ２で表される）を有する。本特許出願において、２５０ワット／ｍ２未満の熱電力束密度を有する設備は、低損失設備とされる。推進剤貯蔵配分システム５２の設備は、したがって本特許出願によれば、低損失設備である。これらの設備は、冷却環境に配置したときに輻射熱交換によって効果的に熱の除去を行うことができるので、いかなる伝導性の熱制御も必要としない。一方、２５０ワット／ｍ２より大きい特有の電力束密度を個々に有する設備は伝導性の熱制御を必要としており、ラジエータに直接配置されるか、ヒートパイプまたは金属の編組のような伝導性の方法によってラジエータに連結されなければならない。
【００４４】
放出動作中に熱を放散可能なバッテリパック６２と、バッテリパックによって放散された熱を宇宙へ伝達可能にするために、バッテリパック６２と熱的に接続された第１のラジエータには、北面４８および南面５０のそれぞれが与えられる。
【００４５】
本発明によれば、バッテリパック６２は、０℃と５０℃との間の温度で機能し、好適には＋１０℃と＋３０℃との間で機能することができるように選択されている。
【００４６】
バッテリパック６２は、リチウムイオンバッテリの組を含む点で有利である。これらのバッテリの表面の動作温度は、一般的に＋１０℃と＋３０℃との間である。
【００４７】
変形例として、推進システムに対して互換性のある、すなわち０℃と＋５０℃との間の動作温度の範囲を有する、例えば硫化リチウムバッテリのような、任意の他のバッテリを用いることができる。
【００４８】
本発明によれば、推進剤貯蔵配分システム５２およびバッテリパック６２が中に配置された断熱カバーまたは外被６６が、第１の２つのラジエータ６４を固定し、これらとともに第１の等温領域６８を規定する点で有利である。
【００４９】
外被６６は断熱材から作られている。この材料は、好適には柔軟な材料である。この外被６６は、多層断熱材（Ｍｕｌｔｉ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ：ＭＬＩ）と呼ばれる材料から作られている。
【００５０】
図示した実施例によれば、この断熱カバー６６は、断熱材の上側の鎧装７０、および下側の部分７２を備えている。鎧装７０は、鈴型である点で有利である。鎧装は上端で閉じており、下端が広がっている。鎧装７０は周縁部７４を有する。この周縁部の一部は、第１のラジエータの上側の部分７５に沿って取り付けられている。
【００５１】
鎧装７０は、中心構造４４に対して、容易に与えたり除去したりすることができる。設置された場合、鎧装７０は中心構造４４、推進剤貯蔵庫５６、推進剤配分用導管５８、弁５９、およびフィルタ６０の上側の部分を囲む。鎧装７０は、封をされた囲いを形成するためにともに配置された、１つまたは複数の絶縁材の部品からなるものでもよい。
【００５２】
断熱材から作られた部分７２は、十分に平坦である。この部分は、ノズルが通過する開口を備えている。この部分７２の周縁部７６は、第１のラジエータの下側の部分７７、および鎧装の周縁部７４に沿って取り付けられる。次に、鎧装７０、第１のラジエータ６４、および断熱材から作られた部分７２は、本特許出願における第１の等温領域６８に関して三次元空間を規定する、閉じた外被を形成する。このカバー６６内で生成された熱の除去は、第１のラジエータ６４を用いてなされる。
【００５３】
第１の等温領域６８内の温度を、バッテリパックおよび加熱設備７８が耐えることができる最低温度で維持するために、小さな加熱器の型が前記カバー６６内に配置される。前述したように、この最低温度は、リチウムイオンバッテリパックが用いられるとき、＋１０℃である。
【００５４】
図示した実施形態の例によれば、第２のラジエータ８０、第３のラジエータ８２、および第４のラジエータ８４にもまた、北面４８および南面５０が与えられる。第２のラジエータ８０、第３のラジエータ８２、および第４のラジエータ８４は、オンボードコンピュータ８６、電力供給ユニット８８、低電力で駆動するペイロード９０、および高電力で駆動するペイロード９２に接続される。多層断熱材の層９４は、各ラジエータと地球面４２との間に取り付けられ、鎧装７０とともに第２の等温領域９６を生成する。
【００５５】
第２の等温領域９６はまた、反動輪９７を備えており、反動輪のそれぞれは、ヒートパイプまたは金属の編組の型の熱リンク９８によって、ラジエータに接続されている。
【００５６】
最後に、この第２の等温領域９６は、当該領域の温度を−１０℃と＋５０℃との間で維持するための、小さな加熱器の型を有する加熱設備９９を備えている。
【００５７】
図示しない変形例によれば、衛星は２つ以上の等温領域を備えており、等温領域のそれぞれは、多層断熱材の層とラジエータによって区切られている。例えば、衛星は、
−図３Ｂに示された熱領域と同一の、第１の等温領域と、
−＋５０℃と−２０℃との間の温度で維持される第２の等温領域であって、この第２の等温領域は、第２のラジエータ８０、反動輪９７、オンボードコンピュータ８６、電力供給ユニット８８、および加熱設備９９を備えており、
−−１０℃と＋５０℃との間で温度が維持される第３の等温領域であって、当該第３の等温領域は、第３のラジエータ８２、低電力９０で駆動するペイロード、および加熱設備９９を備え、
−−２０℃と＋７０℃との間で温度が維持される第４の等温領域であって、当該第４の等温領域は、第４のラジエータ８４、低電力９２で駆動するペイロード、および加熱設備９９とを備えている。
【００５８】
他の有利な点が少ない変形例によれば、図示しないが、多層断熱材に包まれた、衛星の他の側面に配置されたバッテリアセンブリについて、単一のバッテリアセンブリおよび単一の第１のラジエータ６４は第１の等温領域内に含まれる。
【００５９】
変形例によれば、低損失設備は、ジャイロスコープを備えている。
【００６０】
図４Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る人工衛星１００を示す。第２の実施形態に係る人工衛星１００は、第２の等温領域９６内の代わりに第１の等温領域６８内に反動輪または輪９７が配置される点を除き、本発明の第１の実施形態に係る衛星３８と同一である。
【００６１】
各反動輪９７は、２５０ワット／ｍ２未満の熱電力束密度を有する。反動輪または輪は、したがって本特許出願に係る低損失設備の一部である。
【００６２】
この第２の実施形態について詳細には説明しない。第２の実施形態に係る衛星１００における、第１の実施形態に係る衛星３８の部材と同一または同様である部材は、同一の参照番号を含んでおり、その説明を２度繰り返すことはない。
【００６３】
第１の実施形態によれば、第２の実施形態に係る衛星は、いくつかの等温領域を含んでもよい。例えば、衛星は、前述したような４つの等温領域を含んでもよい。また、この場合は、第１の等温領域内に反動輪９７が配置されてもよい。
【００６４】
変形例によれば、ノズル５４または追加ノズルが、北面４８、南面５０、東面、または西面の下側の部分に配置される。この場合、ノズル５４および追加ノズルの少なくともいずれかは、鎧装７０の下かつ第１の等温領域６８の中に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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