(57)【要約】  回転抑制装置１は、本体部１０と、本体部１０から外部へと延在するとともに第一の回転軸Ａ１を中心に回転する軸部２０と、第二の回転軸Ａ２を中心に軸部２０とともに回転する回転部３０と、回転部３０に固定されスペースデブリＤを捕捉する捕捉部４０と、軸部２０の回転を抑制する制動部５０と、制動部５０の作動に伴って発生する本体部１０の回転を抑制する本体回転抑制部６０と、を備える。
2015053063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間に存在する対象物の回転を抑制するための装置であって、
本体部と、
前記本体部から外部へと延在するとともに第一の回転軸を中心に回転する軸部と、
前記軸部の前記本体部と反対側の端部に取り付けられ第二の回転軸を中心に前記軸部とともに回転する回転部と、
前記回転部に固定され前記対象物を捕捉する捕捉部と、
前記本体部に設けられ前記軸部の回転を抑制する制動部と、
前記制動部の作動に伴って発生する前記本体部の回転を抑制する本体回転抑制部と、を備える、回転抑制装置。
【請求項２】
前記回転部は、円板部と、前記円板部を前記軸部の前記端部に連結する連結部と、を有し、
前記捕捉部は、前記円板部の表面に固定される粘着剤を有する、請求項１に記載の回転抑制装置。
【請求項３】
前記連結部は、前記円板部と前記軸部の前記端部とを接続する円筒部材を有し、
前記円筒部材の内部には、前記粘着剤側へと突出するように構成された突出部材が設けられている、請求項２に記載の回転抑制装置。
【請求項４】
前記円板部と前記粘着剤との間に、熱絶縁体が配置される、請求項２又は３に記載の回転抑制装置。
【請求項５】
前記第一の回転軸と、前記第二の回転軸と、は共通の回転軸とされる、請求項１から４の何れか一項に記載の回転抑制装置。
【請求項６】
前記第一の回転軸と、前記第二の回転軸と、が所定の角度をなした状態で前記軸部と前記回転部とがともに回転するように構成され、前記角度は変更可能とされる、請求項１から４の何れか一項に記載の回転抑制装置。
【請求項７】
前記制動部は、前記軸部の回転を抑制する際に発生する熱を電気に変換する発電部を有する、請求項１から６の何れか一項に記載の回転抑制装置。
【請求項８】
前記本体回転抑制部は、前記本体部の内部に搭載されたリアクションホイールである、請求項１から７の何れか一項に記載の回転抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球の周回軌道上には、過去に打ち上げられて任務を終えたり破損したりした人工衛星及びその破片やロケットの上段等の残骸がスペースデブリとして存在することが知られている。かかるスペースデブリは、任務遂行中の正常な宇宙ステーションや人工衛星に衝突して危害を加える虞があることから、周回軌道から離脱させて焼却したり回収したりする技術が種々提案されている。【０００３】
例えば、宇宙空間のプラズマ環境を利用して微小なスペースデブリを負に帯電させ、デブリの速度を減速させる向きに電界の力を働かせてデブリの高度を降下させ、デブリを大気圏に突入させて焼却除去する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、近年においては、複数の布体層からなるジャケットで発泡体材料を被覆して構成したデブリ除去装置を用いてスペースデブリを回収する技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術によれば、スペースデブリをジャケットに衝突させ破砕して複数の破片とし、これら破片を発泡体材料で捕捉して集積することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６９９７３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記した特許文献１や特許文献２に記載された技術は、あくまでも微小なスペースデブリや比較的小型のスペースデブリの焼却・回収を行うものであり、比較的大型のスペースデブリの除去には適さないものである。比較的大型のスペースデブリの除去に関しては、対象となるデブリへの接近技術やデブリの捕獲・回転抑制技術が未だ確立されておらず費用対効果も見合わない等、困難な問題が山積みとなっているのが現状である。特に、比較的大型のスペースデブリは、一軸（ないし複数の軸）を中心に回転運動を行っている場合が多く、かかる回転運動を抑制する技術の開発が急務となっている。【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、宇宙空間に存在する対象物の回転運動を効果的に抑制することができる回転抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係る回転抑制装置は、宇宙空間に存在する対象物（スペースデブリや故障した人工衛星等の人工物）の回転を抑制するための装置であって、本体部と、本体部から外部へと延在するとともに第一の回転軸を中心に回転する軸部と、軸部の本体部と反対側の端部に取り付けられ第二の回転軸を中心に軸部とともに回転する回転部と、回転部に固定され対象物を捕捉する捕捉部と、本体部に設けられ軸部の回転を抑制する制動部と、制動部の作動に伴って発生する本体部の回転を抑制する本体回転抑制部と、を備えるものである。本体回転抑制部としては、本体部の内部に搭載されたリアクションホイール等を採用することができる。【０００８】
かかる構成を採用すると、捕捉部で対象物（スペースデブリや故障した人工衛星等の人工物）を捕捉し、この捕捉部に固定された回転部と、この回転部に取り付けられた軸部と、を対象物とともに回転させることができる。そして、この軸部の回転を制動部で徐々に抑制し、この制動部の作動に伴って発生する本体部の回転を本体回転抑制部によって抑制することができる。すなわち、捕捉部等を対象物と一体的に回転させ、その回転を制動部で抑制し、この制動部の作動に伴って発生する本体部の回転を抑制する（対象物の持つ角運動量を本体部の姿勢を保ったまま本体回転抑制部に移動させて吸収する）ことにより、結果的に、比較的大型の（角運動量の大きい）対象物の回転運動を効果的に抑制することができる。【０００９】
本発明に係る回転抑制装置において、円板部と、円板部を軸部の端部に連結する連結部と、を有する回転部を採用することができる。かかる場合において、円板部の表面に固定される粘着剤を有する捕捉部を採用することができる。【００１０】
かかる構成を採用すると、軸部の本体部と反対側の端部に連結部を介して円板部を連結して回転部を構成し、この円板部の表面に粘着剤を固定して捕捉部を構成することができる。【００１１】
本発明に係る回転抑制装置において、円板部と軸部の端部とを接続する円筒部材を有する連結部を採用することができる。かかる場合において、粘着剤側へと突出するように構成された突出部材を円筒部材の内部に設けてもよい。【００１２】
かかる構成を採用すると、円筒部材の内部から粘着剤側へと突出部材を突出させることにより、粘着剤によって捕捉された対象物を粘着剤から取り外すことができる。【００１３】
本発明に係る回転抑制装置において、円板部と粘着剤との間に熱絶縁体を配置することができる。【００１４】
かかる構成を採用すると、対象物の熱を、円板部と粘着剤との間に配置した熱絶縁体で遮断することができるので、軸部や本体部と対象物との間の熱の伝達を防ぎ、本体部側の熱制御を容易にすることができる。【００１５】
本発明に係る回転抑制装置において、第一の回転軸と、第二の回転軸と、を共通の回転軸とすることができる。【００１６】
かかる構成を採用すると、軸部の回転軸（第一の回転軸）と回転部の回転軸（第二の回転軸）とを共通の回転軸とすることができるので、装置の構成を簡素化することができる。【００１７】
本発明に係る回転抑制装置において、第一の回転軸と、第二の回転軸と、が所定の角度をなした状態で軸部と回転部とをともに回転させるように構成することができる。かかる場合において、第一の回転軸と第二の回転軸がなす角度を変更することができる。【００１８】
かかる構成を採用すると、軸部の回転軸（第一の回転軸）と、回転部の回転軸（第二の回転軸）と、が所定の角度をなした状態（すなわち軸部に対して回転部が傾斜した状態）で軸部と回転部とをともに回転させることができ、かつ、この角度を変更することができる。従って、対象物を捕捉部で捕捉する際に、対象物の形状や位置に合わせて回転部を傾斜させ、その状態で回転部及び軸部を回転させることができるので、種々の状況に対応することができる。この結果、対象物を捕捉する確率を高めることができる。【００１９】
本発明に係る回転抑制装置において、軸部の回転を抑制する際に発生する熱を電気に変換する発電部を有する制動部を採用することができる。【００２０】
かかる構成を採用すると、軸部の回転を抑制する際に発生する熱を発電に有効利用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、宇宙空間に存在する対象物の回転運動を効果的に抑制することができる回転抑制装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る回転抑制装置の構成を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態に係る回転抑制装置１について説明する。
【００２４】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る回転抑制装置１の構成について説明する。回転抑制装置１は、ロケット等の宇宙航行体に取り付けられて宇宙空間に打ち上げられ、宇宙航行体から分離して、宇宙空間に存在するスペースデブリＤ（対象物）の回転を抑制するものである。回転抑制装置１は、図示されていない比較的大型の母機に搭載された状態で宇宙航行体に取り付けられ、母機とともに宇宙空間に打ち上げられ、母機から放出される（いわば「子機」として機能する）ように構成されることもできる。また、母機と子機が一体となったもの（分離しない一体型のもの）を回転抑制装置１として採用することもできる。
【００２５】
回転抑制装置１は、筐体状の本体部１０と、本体部１０から外部へと延在するとともに第一の回転軸Ａ１を中心に回転する軸部２０と、軸部２０に取り付けられ第二の回転軸Ａ２を中心に軸部２０とともに回転する回転部３０と、スペースデブリＤを捕捉する捕捉部４０と、軸部２０の回転を抑制する制動部５０と、制動部５０の作動に伴って発生する本体部１０の回転を抑制する本体回転抑制部６０と、を備えている。
【００２６】
本体部１０は、各種電子機器等を収納するための収納空間１１を有しており、この収納空間１１の内部に、制動部５０や本体回転抑制部６０が収納されている。本体部１０の形状は特に限定されるものではなく、例えば、立方体状、直方体状、円筒体状、多角筒体状、等種々の形状を採用することができる。本体部１０の大きさは、本体部１０が搭載される宇宙航行体や母機の大きさに応じて適宜設定されるものとする。
【００２７】
軸部２０は、図示されていない軸受部材等を介して第一の回転軸Ａ１を中心に回転するように本体部１０に取り付けられており、図１に示すように、その一部（本体部１０と反対側の端部２１から所定長の部分）が本体部１０から外部へと突出している。軸部２０の本体部１０と反対側の端部２１には、軸部２０に対する回転部３０の傾斜を実現させる傾斜機構７０が設けられている。傾斜機構７０としては、軸部２０の回転軸Ａ１と、回転部３０の回転軸Ａ２と、のなす角度が変化しても常に両方の軸が等速で回転するように滑らかなトルク伝達を実現させる機構（ユニバーサルジョイント機構）等を採用することができる。
【００２８】
捕捉部４０は、スペースデブリＤを捕捉するように機能するものである。本実施形態においては、捕捉部４０として、回転部３０の円板部３１の表面に固定されスペースデブリＤを接着させる粘着剤（例えば、シリコーン粘着剤等）を採用することとしている。捕捉部４０として、シリコーン粘着剤を採用した場合には、このシリコーン粘着剤自身が熱絶縁性を有するため、スペースデブリＤから伝達される熱を遮断することが可能となる。
【００２９】
回転部３０は、所定の厚さを有し平面視円形状の円板部３１と、円板部３１を軸部２０の端部２１に設けられた傾斜機構７０に連結する連結部３２（円筒部材３２ａ及び複数の棒状部材３２ｂ）と、を有しており、第二の回転軸Ａ２を中心に軸部２０とともに回転するように構成されている。本実施形態においては、円板部３１を金属で構成している。
【００３０】
なお、円板部３１と捕捉部４０（粘着剤）との間に熱絶縁体を配置して、熱絶縁性をさらに高めることもできる。このようにすると、スペースデブリＤの熱を、円板部３１と捕捉部４０との間に配置した熱絶縁体で遮断することができるので、軸部２０や本体部１０とスペースデブリＤとの間の熱の伝達を防ぎ、本体部１０側の熱制御を容易にすることができる。
【００３１】
円板部３１及び連結部３２からなる回転部３０は、きわめて軽量とされるのが好ましい。回転部３０を軽量とすることにより、スペースデブリＤが接触した際に回転部３０を回転し易くして接触時の衝撃を軽減し、これにより、スペースデブリＤを捕捉する（粘着剤に接着させる）確率をきわめて高くすることができる。
【００３２】
本実施形態においては、円板部３１と軸部２０の端部２１とを接続する円筒部材３２ａを有する連結部３２を採用しており、円筒部材３２ａの内部に、粘着剤側へと突出するように構成された棒状の突出部材３３を設けている。突出部材３３は、粘着剤を貫通してスペースデブリＤまで到達するように構成されており、円筒部材３２ａの内部から粘着剤側へと突出部材３３を突出させることにより、粘着剤によって捕捉されたスペースデブリＤを粘着剤から取り外すことができる。また、スペースデブリＤではなく人工衛星等を粘着剤で捕捉して所定の位置に運搬するような場合においても、運搬後に突出部材３３を突出させて人口衛星等を粘着剤から取り外すことが可能となる。
【００３３】
制動部５０は、軸部２０の回転を抑制するように機能するものであり、本体部１０の収納空間１１の内部に設けられている。制動部５０としては、摩擦力により軸部２０の回転を抑制する摩擦式制動装置を採用することができる。摩擦式制動装置としては、ディスク式制動装置、ドラム式制動装置、バンド式制動装置のほか、外部からの物理的作用に起因して粘性が変化する機能性流体（例えば、外部から電場を与えることに起因して粘性が変化する電気粘性（ＥＲ）流体や、外部から磁場を与えることに起因して粘性が変化する磁性（ＭＲ）流体）の摩擦力により回動を抑制する機能性流体式制動装置を採用することができる。なお、軸部２０の回転を抑制する際に発生する熱を電気に変換する発電部を制動部５０に設けることもできる。このような構成を採用すると、軸部２０の回転を抑制する際に発生する熱を発電に有効利用することができる。
【００３４】
本体回転抑制部６０は、制動部５０の作動に伴って発生する本体部１０の回転を抑制するように機能するものである。本実施形態においては、本体回転抑制部６０として、本体部１０の収納空間１１の内部に搭載されたリアクションホイールを採用している。本体部１０の回転が長期間に渡る場合、それを打ち消すためのリアクションホイールの回転が蓄積され限界に近付くことがある。このため、蓄積されたリアクションホイールの回転を解消するための機構（例えば磁気トルカやスラスタ）を搭載することが好ましい。
【００３５】
回転抑制装置１は、さらに、各種機器の動作を制御するための図示されていない制御部を備えている。制御部は、軸部２０の回転速度に応じて制動部５０の動作を制御したり、本体部１０の回転速度に応じて本体回転抑制部６０の動作を制御したりすることができる。
【００３６】
次に、本実施形態に係る回転抑制装置１の使用方法について説明する。
【００３７】
まず、宇宙航行体に回転抑制装置１を搭載して打ち上げ、対象となるスペースデブリＤに回転抑制装置１を接近させ、スペースデブリＤの回転軸や角速度、重量等を検査した後、回転抑制装置１の捕捉部４０としての粘着剤にスペースデブリＤを接着させて捕捉する（デブリ捕捉工程）。すると、スペースデブリＤが接着した捕捉部４０と、捕捉部４０が固定された回転部３０と、はスペースデブリＤとともに第二の回転軸Ａ２を中心に回転し、その回転が傾斜機構７０を介して軸部２０に伝達されて、軸部２０が第一の回転軸Ａ１を中心に回転することとなる。
【００３８】
回転抑制装置１の制御部は、軸部２０の回転を検知して制動部５０を作動させ、軸部２０の回転速度に応じて制動部５０の動作を制御しつつ軸部２０の回転を抑制する（軸部回転抑制工程）。このように制動部５０が作動すると、反力が作用して本体部１０が回転を開始することとなる。回転抑制装置１の制御部は、本体部１０の回転を検知して本体回転抑制部６０を作動させ、本体部１０の回転速度に応じて本体回転抑制部６０の動作を制御しつつ本体部１０の回転を抑制する（本体部回転抑制工程）。これにより、スペースデブリＤの回転運動は徐々に弱められることとなる。
【００３９】
以上説明した実施形態に係る回転抑制装置１においては、捕捉部４０でスペースデブリＤを捕捉し、捕捉部４０に固定された回転部３０と、回転部３０に取り付けられた軸部２０と、をスペースデブリＤとともに回転させることができる。そして、軸部２０の回転を制動部５０で徐々に抑制し、制動部５０の作動に伴って発生する本体部１０の回転を本体回転抑制部６０によって抑制することができる。すなわち、捕捉部４０等をスペースデブリＤと一体的に回転させ、その回転を制動部５０で抑制し、制動部５０の作動に伴って発生する本体部１０の回転を抑制する（スペースデブリＤの持つ角運動量を本体部１０の姿勢を保ったまま本体回転抑制部６０に移動させて吸収する）ことにより、結果的に、比較的小型の本体部１０で、比較的大型の（角運動量の大きい）スペースデブリＤの回転運動を効果的に抑制することができる。
【００４０】
また、以上説明した実施形態に係る回転抑制装置１においては、円板部３１と軸部２０の端部２１とを接続する円筒部材３２ａの内部に突出部材３３を設け、円筒部材３２ａの内部から粘着剤（捕捉部４０）側へと突出部材３３を突出させることにより、粘着剤によって捕捉されたスペースデブリＤを粘着剤から取り外すことができる。
【００４１】
また、以上説明した実施形態に係る回転抑制装置１においては、軸部２０の回転軸（第一の回転軸Ａ１）と、回転部３０の回転軸（第二の回転軸Ａ２）と、が所定の角度をなした状態（すなわち軸部２０に対して回転部３０が傾斜した状態）で軸部２０と回転部３０とをともに回転させることができ、かつ、この角度を変更することができる。従って、スペースデブリＤを捕捉部４０で捕捉する際に、スペースデブリＤの形状や位置に合わせて回転部３０を傾斜させ、その状態で回転部３０及び軸部２０を回転させることができるので、種々の状況に対応することができる。この結果、スペースデブリＤを捕捉する確率を高めることができる。
【００４２】
なお、以上の実施形態においては、軸部２０の回転軸（第一の回転軸Ａ１）と回転部３０の回転軸（第二の回転軸Ａ２）とが異なる例を示したが、軸部２０の回転軸と回転部３０の回転軸を共通とすることもできる。このようにすると、装置の構成を簡素化することができる。
【００４３】
また、以上の実施形態においては、捕捉部４０として粘着剤を採用した例を示したが、スペースデブリＤを捕捉することができる他の構成（例えばスペースデブリＤを把持する把持機構や、スペースデブリＤを瞬間的に接着させた後に硬化する接着剤等）を捕捉部４０として採用することもできる。
【００４４】
また、以上の実施形態においては、対象物の例としてスペースデブリＤを挙げたが、回転抑制装置１によって回転を抑制する対象はこれに限られるものではない。例えば、故障した人工衛星（スペースデブリになっていないもの）の検査や修理を宇宙空間で行う目的で、この故障した人工衛星の回転を回転抑制装置１によって抑制してもよい。すなわち、故障した人工衛星を対象物とすることができる。
【００４５】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【００４６】
なお、回転抑制装置１にスラスタ等の推進装置を設けた場合には、回転抑制装置１の捕捉部４０を対象物に接着させ、回転抑制装置１の推進装置を用いて対象物の軌道を変更することができる。この際には、回転抑制装置１の制動部５０及び本体回転抑制部６０の機能を抑制（ないし停止）させて、捕捉部４０とこれに固定された回転部３０及び軸部２０とを対象物とともに回転させたままとしておいてもよい。また、回転部３０や軸部２０を省いて本体部１０に捕捉部４０を直接固定し、捕捉部４０を対象物に接着させ、捕捉部４０と本体部１０とを対象物とともに回転させたまま推進装置を用いて対象物の軌道を変更することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１…回転抑制装置
１０…本体部
２０…軸部
２１…本体部と反対側の端部
３０…回転部
３１…円板部
３２…連結部
３２ａ…円筒部材
３３…突出部材
４０…捕捉部
５０…制動部
６０…本体回転抑制部
Ａ１…第一の回転軸
Ａ２…第二の回転軸
Ｄ…スペースデブリ（対象物）
【図１】
2015053063.tif 000003
【国際調査報告】
2015053063.tif 000004
2015053063.tif 000005
2015053063.tif 000006
2015053063.tif 000007