(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工衛星に収容された電子機器によって生成された熱を外部環境へ放射するための複数の中実の放熱パネルを有する人工衛星であって、前記人工衛星は、受動的熱システムを含み、前記受動的熱システムは、
前記中実の放熱パネルの少なくとも１つと、
前記少なくとも１つの放熱パネルに配置されかつ長手方向に延在する複数の構造ヒートパイプと、
を備え、
前記複数の構造ヒートパイプの１つが、前記少なくとも１つの放熱パネルに固定された底部と前記放熱パネルから離れるように延在する上部とを有する本体を有し、
前記複数の構造ヒートパイプの少なくとも１つが、当該構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から前記放熱パネルから離間するように延在する少なくとも１つのフィンを有し、それにより、前記少なくとも１つのフィンが、前記少なくとも１つの放熱パネルの平面に対して直交する軸に沿う断面二次モーメントの成分を増加させる、人工衛星。
【請求項２】
受動的熱システムを備える装置であって、前記受動的熱システムは、
中実の放熱パネルと、
前記中実の放熱パネルの表面に配置されかつ長手方向に延在する少なくとも１つの構造ヒートパイプと、
を備え、
前記少なくとも１つの構造ヒートパイプが、前記少なくとも１つの放熱パネルに固定された底部と前記放熱パネルから離れるように延在する上部とを有する本体を有し、
前記少なくとも１つの構造ヒートパイプが、当該構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から前記中実の放熱パネルから離間するように延在する少なくとも１つの熱伝達部材を有し、それにより、前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記少なくとも１つの放熱パネルの平面に対して直交する軸に沿う断面二次モーメントの成分を増加させ、
当該装置が、人工衛星である、装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記中実の放熱パネルから離れるように、前記構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から延在する２つの直線フィンを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの熱伝達部材が、前記中実の放熱パネルから離れるように、前記構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から延在する１つの直線フィンを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
２つの前記フィンが共同してｖ字形を形成する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの熱伝達部材がＬ字形部材を備え、前記Ｌ字形部材は、前記中実の放熱パネルから離れるように、前記構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から延在する第１部分を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記Ｌ字形部材の前記第１部分が前記中実の放熱パネルに対して直交して配向される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記Ｌ字形部材の第２部分が前記中実の放熱パネルに対して平行に配向される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの熱伝達部材がｔ字形部材を備え、前記ｔ字形部材は、前記中実の放熱パネルから離れるように、前記構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から延在する第１部分を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記ｔ字形部材の前記第１部分が前記中実の放熱パネルに対して直交して配向される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ｔ字形部材の第２部分が前記中実の放熱パネルに対して平行に配向される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも２つの構造ヒートパイプが前記放熱パネルの表面に配置され、前記少なくとも２つの構造ヒートパイプが互いに対して平行ではない、請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの構造ヒートパイプが直線ではない、請求項２に記載の装置。
【請求項１４】
複数の中実の放熱パネルを備える人工衛星であって、前記放熱パネルの少なくとも１つは、１または複数の構造ヒートパイプが前記中実の放熱パネルの表面に配置されかつ長手方向に延在する受動的熱システムとして構成されており、
前記１または複数の構造ヒートパイプの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの放熱パネルに固定された底部と前記放熱パネルから離れるように延在する上部とを有する本体を有し、
前記１または複数の構造ヒートパイプの少なくとも１つが、当該構造ヒートパイプの前記本体の前記上部に近い位置から前記放熱パネルから離間するように延在する少なくとも１つのフィンを有し、それにより、前記少なくとも１つのフィンが、前記少なくとも１つの放熱パネルの平面に対して直交する軸に沿う断面二次モーメントの成分を増加させる、人工衛星。
【請求項１５】
前記放熱パネルの少なくとも２つは、１または複数の構造ヒートパイプが前記少なくとも２つの放熱パネルのそれぞれに配置されている受動的熱システムとして構成されている、請求項１４に記載の人工衛星。
【請求項１６】
１つの前記直線フィンが、前記構造ヒートパイプの本体の上部から延在し、前記本体の前記上部の左側及び右側間の中間点に位置合わせされている、請求項４に記載の装置。
【請求項１７】
前記フィンが、前記中実の放熱パネルに垂直である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１部分が、前記構造ヒートパイプの前記本体の左側及び右側間の中間点に位置合わせされている、請求項４に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１部分が、前記構造ヒートパイプの前記本体の左側及び右側間の中間点に位置合わせされている、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地球周回軌道通信人工衛星に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信人工衛星は、地表面と無線信号を送受信する。地球周回軌道通信人工衛星は長年使用されているが、そのような人工衛星に搭載された熱に敏感な電子部品の適切な冷却と熱分配を提供することは長年の問題である。
【０００３】
人工衛星の熱システムが対処しなければならない２つの主要な熱源がある。１つの熱源は、太陽放射である。太陽放射は、断熱シールドによって吸収されるか、適切に反射する外面を人工衛星に設けることによって、人工衛星から容易に反射される。第２の熱源は、人工衛星に搭載された電子機器である。電子機器が発生する熱の除去は、このような熱が人工衛星内のさまざまな場所から集められ、人工衛星から放出される場所に運ばれて、宇宙空間に放射されなければならないため、より問題が多い。
【０００４】
受動的熱パネルは、人工衛星から熱を放散するために使用することができる。一構成では、受動的熱パネルは、ヒートパイプが埋め込まれたハニカムコアを含む。ヒートパイプは、典型的にはチューブの形をした閉鎖チャンバーであり、作動流体で満たされた内部毛管構造を有する。人工衛星の動作温度範囲は、作動流体の選択を設定し、アンモニア、エタンおよびプロピレンが典型的な選択肢である。熱入力（すなわち、発熱電子機器からの）は、作動流体を蒸発させる。蒸発した流体は、熱が流体の凝縮に伴って放出される、より冷たい熱出力セクションに向かって熱を運ぶ。放出された熱は、熱出力セクションのより冷たい表面によって吸収され、宇宙空間に放射される。凝縮液は、毛細管力によって熱入力セクション（発熱部品の近く）に戻り、サイクルが完了する。
【０００５】
ハニカムコアは、典型的には、強度が低く、軽量の材料である。この理由のために、ハニカムコアの両主面に薄くて堅いパネルや「皮（スキン）」が配置されている。したがって、コアはスキンの間に「挟まれて」いる。この複合材の強度は、（１）外皮と（２）ハニカムコアとスキンを接着する接着層に大きく依存する。パネルは非常に高価で、製造に手間がかかるが、面外荷重やモーダルの懸念がある場所ではどこでも必要である。
【０００６】
受動的熱パネルの第２の構成は、単純な中実の金属スキンである。しかし、このようなスキンは、スキンの曲げ剛性がその厚さの３乗でスケーリングされるため、人工衛星での使用は構造的に非効率的である。曲げ剛性を高めるために高価で重量のある補強材を加えない限り、このような中実のスキンは、短い期間にわたって使用されるか、または取り付けられる質量（すなわち、構造）がごくわずかで使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、人工衛星で使用するための受動的熱パネルの改良の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、中実の金属放熱器の表面にヒートパイプを結合することによって改良された受動的熱システムを提供する。通常の熱機能を提供することに加えて、ヒートパイプは、パネルを補強する構造リブとして機能する。
【０００９】
受動的熱システムに対するこのアプローチは、ヒートパイプの断面および断面二次モーメントを最大の構造効果に適用する。これは、ヒートパイプがハニカムコアに埋め込まれ、パネルに対して実質的に構造的支持を与えない従来技術と対照的である。本教示によるヒートパイプを有する中実の金属放熱パネルを補強した結果として、放熱パネルは、そうでない場合に比べて薄くすることができ、それは重量の節約とコストの節減に相当する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ヒートパイプは、それらの剛性を高めるように構造的に改変され、それらが取り付けられるパネルの剛性を増加させる。いくつかの実施形態では、この変更は、ヒートパイプの面外高さを増加させる。特に、このような変更は、改変されたヒートパイプが取り付けられている放熱パネルの平面に直交する軸に沿った「断面二次モーメント」の成分を実質的に増加させる。
【００１１】
構造の変更は、典型的には、ヒートパイプの熱伝達能力にいかなる影響も及ぼさない。もちろん、フィン（通常１０以上）が対流冷却に使用されている地上の用途とは異なり、真空空間では、このようなフィンは冷却に対する能力がはるかに低くなる。
【００１２】
このような改変されたヒートパイプは、典型的には、その本体（すなわち、ヒートパイプのボア含有部分）から延在する単一の部材（例えば、フィンなど）を有する。いくつかの実施形態では、改変されたヒートパイプはそこから延在する２つの部材を有する。３つ以上のフィンを持つことには構造上のメリットはほとんどなく、重量の不利益となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本教示による人工衛星を示す。
【図２】図１の人工衛星の一部の分解図を示す。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第１の実施形態を示す。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第２の実施形態を示す。
【図５】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第３の実施形態を示す。
【図６】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第４の実施形態を示す。
【図７】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第５の実施形態を示す。
【図８】本発明の例示的な実施形態による、図１及び図２の人工衛星と共に使用する受動的熱システムの第６の実施形態を示す。
【図９Ａ】加えられた力の位置の関数として偏向に抵抗するビームとその能力を示す。
【図９Ｂ】加えられた力の位置の関数として偏向に抵抗するビームとその能力を示す。
【図９Ｃ】加えられた力の位置の関数として偏向に抵抗するビームとその能力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、すべてのタイプの人工衛星（例えば、ＬＥＯ、ＧＥＯなど）に使用することができる。本願の受動的熱システムの詳細を記載する前に、そのようなシステムを使用することができる人工衛星を記載する。
【００１５】
人工衛星：図１は、本教示による人工衛星１００を示す。図２は、人工衛星１００の顕著な特徴のうちのいくつかの「分解」図を示す。図１および図２に示すように、人工衛星１００は、図のように配置された統合ペイロードモジュール１０２、推進モジュール１１４、ペイロードアンテナモジュール１２２、バスコンポーネントモジュール１３２、およびソーラーアレイシステム１４０を含む。図１および図２の人工衛星１００の向きは、図１および図２に示すアンテナ１２４が、使用時には、図面において「上に」向いているアンテナ１２４が地球に向かって「下向き」に面しているという意味で「逆さま」である。
【００１６】
統合ペイロードモジュール１０２は、パネル１０４，１０６、および１０８を備える。いくつかの実施形態では、パネルは、既知の方法で様々なコネクタなどを使用して共に接合される。ブレース１０９は、接続されたパネルの構造的な補強を提供する。
【００１７】
パネル１０４，１０６及び１０８は、他の機能の中でも、人工衛星１０２からの熱を放射する放熱器として機能する。いくつかの実施形態では、パネルは熱除去を容易にするための改造を含む。いくつかの実施形態では、パネルは、表面シートによって挟まれたコアのような複数の材料を含む。パネルに使用するのに適した材料には、航空宇宙産業で一般的に使用されているものが含まれる。例えば、いくつかの実施形態では、コアは、軽量アルミニウムハニカムを含み、表面シートは、典型的にはエポキシフィルム接着剤で互いに結合された６０６１−Ｔ６アルミニウムを含む。
【００１８】
推進モジュール１１４は、パネル１１２上に配置され、パネル１１２は、いくつかの実施形態では、パネル１０４，１０６、および１０８（例えば、アルミニウムハニカムコアおよびアルミニウム表面シートなど）と同様の方法で構成される。図１では不明瞭なパネル１１２は、統合ペイロードモジュール１０２のパネル１０４，１０６に当接している。
【００１９】
推進モジュール１１４は、燃料タンク１１６および推進制御システム１１８を含む。推進制御システムは、１または複数のバルブ（図示せず）を用いて、パネル１１２の外向きの面に配置された推進ノズル（図示せず）を介して推進ガスを放出するように制御する。推進制御システムは、地上のコマンドまたは制御プロセッサからオンボードで生成されたコマンドに応答するために適切に実装されている（つまり、ソフトウェアとハードウェア）。
【００２０】
ペイロードアンテナモジュール１２２は、複数のアンテナ１２４を備える。例示的な実施形態では、１６個のアンテナ１２４が、４×４配列で配置されている。いくつかの他の実施形態では、アンテナ１２４を異なる構成に編成することができ、および／または異なる数のアンテナを使用することができる。アンテナ１２４は、支持ウェブ１２０によって支持される。いくつかの実施形態では、支持ウェブは、アンテナ１２４を受け入れ支持するための適切な数の開口部（例示的実施形態では１６個）を有する炭素繊維を含む湾曲パネルである。
【００２１】
いくつかの実施形態では、アンテナ１２４は、電磁スペクトルの１２ＧＨｚから１８ＧＨｚの部分であるＫｕバンドで送信する。例示的な実施形態では、アンテナ１２４は、人工衛星通信によく使用される指数ホーンとして構成される。当技術分野で周知のように、ホーンアンテナは、一端で閉じられ、他端の開放端ホーンに向かって広がる（例示的な実施形態では円錐形）、典型的には短い矩形または円筒形の金属チューブとして実装された導波管から電波を送信する（またはそれらに集める）。図１では、各アンテナ１２４の導波管部分が不明瞭である。各アンテナ１２４の閉端部は、増幅器（図１および図２では図示せず；これらはパネル１０４または１０８の内面に位置する）に連結される。
【００２２】
バスコンポーネントモジュール１３２は、統合ペイロードモジュール１０２の底部に（図１および図２の観点から）取り付けられるパネル１３０に配置される。パネル１３０は、パネル１０４，１０６、および１０８（例えば、アルミニウムハニカムコアおよびアルミニウム表面シートなど）と同様の方法で構成することができる。いくつかの実施形態では、パネル１３０は熱除去のための特定の改造を含まない。
【００２３】
モジュール１３２は、メインソーラーアレイモーター１３４と、４つのリアクションホイール１３６と、メイン制御プロセッサ１６４とを含む。リアクションホイールは、人工衛星１００が、角運動量の保存によって、推進剤を使用せずに宇宙空間内で回転することを可能にする。遠心質量（図示せず）を含む各リアクションホイール１３６は、関連する駆動モーター（および制御電子機器）１３８によって駆動される。当業者には理解されるように、人工衛星１００をｘ、ｙ、ｚ方向に回転させるためには、３つのリアクションホイール１３６だけが必要である。４つ目のリアクションホイールはスペアとして機能する。このようなリアクションホイールは、通常、この目的のために人工衛星で使用される。
【００２４】
メイン制御プロセッサ１６４は、地上から受信されたコマンドを処理し、姿勢指示制御、推進制御、および電力システム制御を含むがこれに限定されない人工衛星１００の多くの機能を自律的に実行する。
【００２５】
ソーラーアレイシステム１４０は、ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂ、ならびにそれぞれのｙバー１４８Ａおよび１４８Ｂを含む。各ソーラーパネルは、既知の方法で太陽光を電気エネルギーに変換する複数のソーラーセル（図示せず；ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂの見えない側に配置される）を備える。各ソーラーパネルは、モーター１４４と受動回転ベアリング１４６を含み、ｙバーの一方は、モーター１４４およびベアリング１４６で各ソーラーパネルに取り付けられる。モーター１４４は、ソーラーパネルの各々が軸Ａ−Ａを中心として少なくとも部分的に回転することを可能にする。これにより、ソーラーパネル１４２Ａをパネル１０４に平行な格納位置から、パネル１０４に対して展開することが容易になり、ソーラーパネル１４２Ｂをパネル１０６に平行な格納位置から、パネル１０６に対して展開することが容易になる。モーター１４４はまた、軸Ａ−Ａの周りの前述の回転によって、最適な太陽露出のために、パネル１４２Ａおよび１４２Ｂを適切な角度にするように機能する。
【００２６】
各ｙバー１４８Ａおよび１４８Ｂの部材１５０は、それぞれのパネル１０４および１０６の開口部１５２を通って延在する。統合ペイロードモジュール１０２内で、部材１５０は、バスコンポーネントモジュール１３２と関連して前に説明されたメインソーラーアレイモーター１３４に接続される。メインソーラーアレイモーターは、図示のように、各部材１５０をその軸回りに少なくとも部分的に回転させることができる。これは、最適な太陽露出のためにソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂを傾ける目的のためである。いくつかの実施形態では、部材１５０は、互いに独立して回転することができ、いくつかの他の実施形態では、部材１５０は一緒に回転する。ロック・リリース部材１５４は、ソーラーパネル１４２Ａをサイドパネル１０４に、ソーラーパネル１４２Ｂをサイドパネル１０６に結合および解放するために使用される。ロック・リリース部材は、サイドパネル１０４，１０６の開口部１５６に結合する。
【００２７】
人工衛星１００はまた、統合ペイロードモジュール１０２の「下方」の（図１および図２の観点から）パネル１０８に適合するパネル１２６を含む。いくつかの実施形態では、パネル１０８は、航空宇宙等級材料のシート（例えば、６０６１−Ｔ６アルミニウムなど）である。バッテリーモジュール１２８は、パネル１２６の内側に面する面に配置される。バッテリーモジュールは、人工衛星１００に搭載されたさまざまなエネルギー消費機器に電力を供給する。バッテリーモジュール１２８は、ソーラーパネル１４２Ａおよび１４２Ｂによって生成された電気で再充電される。パネルおよびモジュール１２８はこの目的のために電気的に結合される（ソーラーパネル１４２Ａ／Ｂとバッテリーモジュール１２８との間の電気経路は図１および図２には示されていない）。
【００２８】
人工衛星１００はさらに、テレメトリおよび地上ベースコマンドおよび制御のための無指向性アンテナ１５８を含む。
【００２９】
パネル１０８には、２つの「ゲートウェイ」アンテナ１６０が配置されている。ゲートウェイアンテナは、地球上のゲートウェイステーションとユーザデータを送受信する。ゲートウェイステーションはインターネットと通信する。アンテナ１６０は、可動マウント１６２によってパネル１０８に結合され、地上ベースのアンテナとの最適な位置合わせのためにアンテナを２つの軸に沿って移動させることができる。アンテナ１６０は、典型的には２６．５ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの範囲の周波数をカバーするＫａバンドで送受信する。
【００３０】
パネル１０６の内側に面する面に配置される変換モジュール１１０は、Ｋａ無線周波数とＫｕ無線周波数との間で変換する。例えば、変換モジュール１１０は、ゲートウェイアンテナ１６０からのＫａバンドのアップリンク信号をアンテナ１２４を介するダウンリンク用のＫｕバンド信号に変換する。変換モジュール１１０は、逆方向、つまりＫｕからＫａにも変換する。
【００３１】
人工衛星１００の運用において、データは、データ要求のために以下のように流れる。
・（取得データ）：要求されたデータは、ゲートウェイステーションでインターネットから取得される。
・（アップリンク）：データ信号は、大型の地上ベースのアンテナを介して人工衛星のゲートウェイアンテナ１６０に送信される（Ｋａバンド）。
・（ペイロード）：データ信号が増幅され、ダウンリンク（Ｋｕ）バンドへの変換のために変換モジュール１１０に送られ、次に再び増幅される。
・ペイロード信号は、ペイロードアンテナ１２４に送られる。
・（ダウンリンク）：アンテナ１２４は、増幅され周波数変換された信号をユーザ端末に送信する。
ユーザが電子メールなどのデータを（要求ではなく）送信する場合、信号は、逆方向だが同じ経路を辿る。
【００３２】
受動的熱システム：図３は、パネル１０４，１０６，１０８、または１１２などの中実の放熱パネルおよび１つまたは複数のヒートパイプ３７０を含む受動的熱システム３００を示す。ヒートパイプは、例えばエポキシフィルム接着剤、または当業者に知られている他の適切な接着材料によってパネルに取り付けられる。あるいは、ヒートパイプ３７０は、ヒートパイプ３７０とパネルとの間で圧縮された熱ガスケット材料と共に、標準的な固定具を介してパネルにボルト止めすることができる。
【００３３】
中実放熱パネルは、典型的には、アルミニウムなどの金属で形成される。例示的な実施形態では、受動的熱システム３００は、３つのヒートパイプ３７０を含む。ヒートパイプは、本体３７４とフランジ３７６を含む。本体３７４は、ボア３７２を含む。ボアは、本体３７４の全長に亘って延び、ヒートパイプ流体を含む。ヒートパイプは、一般的にアルミニウム製である。
【００３４】
ヒートパイプ３７０は、従来のヒートパイプである。本文脈において、本開示および添付の特許請求の範囲で使用される「従来のヒートパイプ」は、フランジ３７６、またはヒートパイプを表面に取り付けるための他の構造、またはヒートパイプの端部を覆うキャップ以外に本体３７４の外部に構造的機構を持たないヒートパイプとして定められる。
【００３５】
人工衛星１００などの薄壁構造の設計における２つの重要な考慮事項は、壁（本明細書においては放熱パネルである）の座屈安定性およびパネル剛性／振動周波数である。
【００３６】
放熱パネルは、垂直の圧縮およびせん断荷重を受けることができる。特定の条件下では、これらの荷重によってパネルが座屈することがある。標準の中実の放熱パネルの座屈荷重は、その厚さに依存し、特に、プレートが厚いほど（所与の材料の場合）、臨界座屈荷重が高くなる。
【００３７】
本発明による、中実の放熱パネル上のヒートパイプ３７０の存在は、座屈荷重に影響を及ぼす第２の変数を提供する。多くのヒートパイプが放熱パネルに追加されると、ヒートパイプ間の間隔ｓは、当然減少する。受動的熱システム３００では、中実の放熱パネルの支持されていない幅（すなわち、隣接するヒートパイプ３７０の間の中心間距離ｓ）が座屈モードおよび関連する固有値を決める。結果として、ヒートパイプ３７０を追加することにより、中実の放熱パネルに追加の座屈耐力がもたらされる。加えて、フランジ３７６の幅ｗが増加すると、いくらかの追加の座屈耐力がもたらされ、臨界座屈荷重が増加する。例示的な実施形態では、３本のヒートパイプが描かれているが、放熱パネルのサイズおよび厚さおよび予想される負荷に応じて、より多くまたはより少ないヒートパイプを使用することができる。
【００３８】
人工衛星１００の放熱パネルが受ける力および撓みに関しては、座屈耐力とは対照的に、パネル剛性であり、制御設計因子である。図３を引き続き参照し、受動的熱システム３００がヒートパイプ３７０に対して垂直である（しかし、平面に沿う）軸に沿って曲がる傾向を考慮する。ヒートパイプの剛性が高ければ高いほど、受動的熱システム３００が示す曲げに対する抵抗が大きくなる。
【００３９】
本教示のいくつかの実施形態によれば、受動的熱システムは、ヒートパイプの剛性を高めるための物理的改造を含むヒートパイプを含み、結合されたヒートパイプ／放熱パネルは、ヒートパイプ３７０のような改変されていないヒートパイプによってこのようなパネルに提供される利益を超える。
【００４０】
ヒートパイプ、ひいては受動的熱システム３００の剛性は、ヒートパイプを平面外に高くすることによって増加させることができる。この原理は、図９Ａ〜図９Ｃに示されている。
【００４１】
図９Ａは、ビーム９９０の斜視図を示す。ビームは示された寸法を有し、寸法「ｂ」は寸法「ａ」の６倍である。すなわち、ｂ＝６ａである。図９Ｂは、主面９９２Ｂの中間点で支持されるように方向付けられたビーム９９０を示す。この向きでは、ビーム９９０の「高さ」は「ａ」である。図９Ｃは、ビーム９９０が縁部９９４Ｂの中間点で支持されるように方向付けられたビーム９９０を示す。この向きでは、ビーム９９０の「高さ」は「ｂ」または６ｘａである。
【００４２】
図９Ｂに示すように、面９９２Ａに力が加えられると、ビーム９９０は、図９Ｃに示すように面９９４Ａに同じ量の力が加えられた場合よりもはるかに容易に図のように曲がる。これらの図から、高さが図示のように定義され、図示のように力が加えられた状態で、ビームの高さを増加させると、示された方向への曲げに対する剛性が大幅に増加することが理解されるだろう。
【００４３】
ヒートパイプに関する任意の熱的考察に関係なくその剛性を増加させる明白な意図で改変されたヒートパイプは、本開示および添付の特許請求の範囲において「構造ヒートパイプ」と呼ばれる。「構造ヒートパイプ」は、本開示および添付の特許請求の範囲において、放熱パネルの平面に直交する軸に沿って「断面二次モーメント」の成分を実質的に増加させるように構造的に改変されたヒートパイプとして定義される。この意味で、「実質的に増加する」とは、５０％以上増加することを意味する。本発明の実施形態に関連して、放熱パネルの平面に直交する軸に沿った「断面二次モーメント」の成分を増加させることは、ヒートパイプの高さを増加させることを意味し、「高さ」は、構造ヒートパイプが結合されている放熱パネルに対して参照される。
【００４４】
本発明の実施形態は、計算された熱負荷に要求されるよりも大きいヒートパイプを使用することを考慮していない。換言すれば、本発明の実施形態は、上述の断面二次モーメントを増加させる方法として、（熱的要件に基づいて）オーバーサイズのヒートパイプを使用することを考慮せず、明示的に排除する。そのようにすると、質量が増え過ぎるだろう。
【００４５】
むしろ、本教示によれば、放熱パネルヒートパイプの平面に直交する軸に沿った断面二次モーメントは、典型的にはヒートパイプの熱伝達能力に影響を与えない構造的修正によって増加する（例えば、ボア径の増加がなく、ヒートパイプ流体の量の増加をもたらす構造的変化がない）、またはせいぜいヒートパイプの熱伝達能力への影響が最小限である。この文脈で、「最小限の影響」とは「５％未満」を意味する。
【００４６】
図４〜図８は、端面図によって、構造ヒートパイプすなわち、その剛性を高めるように構造的に改変されたヒートパイプ、およびそれが取り付けられた放熱器を含む受動的熱システムを示す。図４〜図８に示す構造は、ページ内に延在するものである。換言すれば、これらの図形が図３のような斜視図で示された場合、構造ヒートパイプは、図３に示す従来のヒートパイプと同様に長手方向に延びるように見えるだろう。
【００４７】
図４は、パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの中実の放熱パネルおよび構造ヒートパイプ４７０を含む受動的熱システム４００を示す。各構造ヒートパイプ４７０は、中実の放熱パネルから離れるように構造ヒートパイプ４７０の本体３７４の上部４７８に近い位置から延在する直線垂直フィン４８０を含む。本明細書で使用する場合、「構造ヒートパイプの本体の上部」という表現は、放熱パネルから最も遠いボア３７２を含むヒートパイプの一部の場所を意味する。したがって、例えば、ヒートパイプ４７０が「下方」を向くように反転される場合、「構造ヒートパイプの本体の上部」は、図４のヒートパイプ４７０上の同じ場所である。
【００４８】
このようなフィンは、従来のヒートパイプには存在しない。垂直フィンは、非改変のヒートパイプ３７０に対してヒートパイプ４７０の面外の高さを増加させる。面外高さのこの増加は、ヒートパイプ４７０、およびヒートパイプ／パネルアセンブリ（すなわち受動的熱システム４００）の「断面二次モーメント」を増加させる。断面二次モーメントの増加は、剛性の増加に相当する。
【００４９】
図４に示すように、フィン４８０は、放熱パネルに対して直交している。いくつかの他の実施形態では、フィン４８０は、放熱パネルに対して直交しない。後者の場合は、たとえば、直角方向のフィンのためのクリアランスが不十分な場合などである。
【００５０】
いくつかのさらなる実施形態では、本教示による受動的熱システムは、中実の放熱パネルから離れるように、構造ヒートパイプ４７０の本体３７４の上部４７８に近い位置から延在する２つの直線垂直フィン（それぞれフィン４８０のような）を有する。好ましい実施形態では、両方のフィンが放熱パネルに対して直交している。しかし、スペースや他の制約がある場合には、フィンは放熱パネルに対して非直交に向けることができる。
【００５１】
図５は、パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの中実の放熱パネルおよび構造ヒートパイプ５７０を含む受動的熱システム５００を示す。各構造ヒートパイプ５７０には、Ｌ字型のフィン５８０が含まれる。Ｌ字型フィンは、前述したように未改変ヒートパイプ３７０に対して、ヒートパイプ５７０の面外高さを増加させ、ヒートパイプ５７０およびヒートパイプ／パネルアセンブリ（すなわち、受動的熱システム５００）の断面二次モーメントを増加させる。Ｌ字形のフィンは、直線の、質量が同じでフィンの厚さが同じであるフィンよりも面外クリアランスが少なくて済む。Ｌ字型フィンはまた、ヒートパイプ５７０に対するより多くの横方向の安定性を提供し、これはいくつかの実施形態において必要とされる。
【００５２】
図６は、パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの中実の放熱パネルおよび構造ヒートパイプ６７０を含む受動的熱システム６００を示す。各構造ヒートパイプ６７０には、二重フィン６８０が含まれる。二重フィンは、未改変ヒートパイプ３７０に対して、ヒートパイプ６７０の面外高さを増加させ、したがって、ヒートパイプ６７０およびヒートパイプ／パネルアセンブリ（すなわち、受動的熱システム６００）の断面二次モーメントを増加させる。二重フィン６８０は、Ｌ字型フィン５８０と同様に、構造ヒートパイプ６７０の横方向の安定性も向上させるが、Ｌ字型フィンは対称性が欠如しているため、通常、Ｌ字型フィン５８０より好ましい。
【００５３】
図７は、パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの中実の放熱パネルおよび構造ヒートパイプ７７０を含む受動的熱システム７００を示す。各構造ヒートパイプ７７０は、古典的な「Ｉビーム」構成を提供する水平プレート７８０を含む。構造ヒートパイプ７７０は、例えば構造ヒートパイプ４７０の面外高さを有していないが、Ｉビーム構成は、同じサイズを有する従来のヒートパイプと比較して剛性を向上させる。
【００５４】
図８は、パネル１０４，１０６，１０８，１１２などの中実の放熱パネルおよび構造的ヒートパイプ８７０を含む受動的熱システム８００を示す。各構造ヒートパイプ８７０は、垂直フィン８８０と水平プレート８８２を含み、「背の高い」Ｉビーム構成を提供する。構造ヒートパイプ８７０の追加の面外高さにより、構造ヒートパイプ７７０よりも剛性が増し、当然、未改変のヒートパイプ３７０よりも剛性が増す。
【００５５】
構造ヒートパイプ４７０，５７０，６７０，７７０および８７０では、ヒートパイプの本体が構造的に改変されている。いくつかの他の実施形態では、ヒートパイプの本体を変更するのではなく、高さを増加させる機構を、例えば適切な固定具または接着剤で本体に結合する。
【００５６】
例示的な実施形態では、ヒートパイプ３７０および構造ヒートパイプ４７０〜８７０は、直線状であり、放熱パネルの表面上で互いに平行に配置されているように示されている。いくつかの他の実施形態では、ヒートパイプ３７０および本教示による構造ヒートパイプは、
（ｉ）直線状ではない（湾曲しているなど）、または
（ｉｉ）直線状であるが、放熱パネルの表面上で互いに平行ではない、または
（ｉｉｉ）直線状でなく、放熱パネルの表面上で互いに平行でない。
【００５７】
本開示に照らして、そして本教示から逸脱することなく、当業者は、増加した剛性を有する構造ヒートパイプの追加の構成およびそれを組み込んだ受動熱システムを設計し、実施することができるであろう。
【００５８】
本開示は、いくつかの実施形態を記載しており、本発明の多くの変形は、本開示を読んだ後に当業者によって容易に考案され得るものであり、本発明の範囲が特許請求の範囲によって決定されることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００５９】
１００  人工衛星
１０２  統合ペイロードモジュール
１０４，１０６，１０８，１１２，１２６  パネル
１０９  ブレース
１１０  変換モジュール
１１４  推進モジュール
１１６  燃料タンク
１１８  推進制御システム
１２０  支持ウェブ
１２２  ペイロードアンテナモジュール
１２４  ペイロードアンテナ
１２８  バッテリーモジュール
１３０  パネル
１３２  バスコンポーネントモジュール
１３４  メインソーラーアレイモーター
１３６  リアクションホイール
１３８  駆動モーター
１４０  ソーラーアレイシステム
１４２Ａ，１４２Ｂ  ソーラーパネル
１４４  モーター
１４６  受動回転ベアリング
１４８Ａ，１４８Ｂ  ｙバー
１５０  部材
１５２  開口部
１５４  ロック・リリース部材
１５６  開口部
１５８  無指向性アンテナ
１６０  ゲートウェイアンテナ
１６２  可動マウント
１６４  メイン制御プロセッサ
３００，４００，５００，６００，７００，８００  受動的熱システム
３７０  未改変ヒートパイプ
３７２  ボア
３７４  本体
３７６  フランジ
４７０，５７０，６７０，７７０，８７０  構造ヒートパイプ
４８０  直線垂直フィン
５８０  Ｌ字型フィン
６８０  二重フィン
７８０  水平プレート
８８０  垂直フィン
８８２  水平プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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