(57)【要約】【課題】過去に打ち上げられた非協力ターゲット衛星に対してもランデブ・ドッキングを有効に行なうことができる人工衛星結合機構、それを有した宇宙機及び制御方法を提供する。【解決手段】ターゲット衛星たる多くの人工衛星が共通構造として有する例えばＰＡＦ  Ｉ／Ｆ（Ｐａｙｌｏａｄ  Ａｔｔａｃｈ  Ｆｉｔｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）７０のような筒状フレーム構造を、コンプライアンス機構１０７，１０７…を備えた２つのアーム部材１０５，１０５の揺動開閉動作により挟持することによってターゲット衛星を柔に捕獲し、アーム部材１０５，１０５ごとこれらに挟持されたＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０をボールねじ機構１０３でサービス衛星側に引き込み、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面をサービス衛星の結合面（ダンパプレート１１１）に当接することによってターゲット衛星と剛に結合をする。【選択図】  図５
2004330943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙機をターゲット衛星の被結合部に結合すべく、前記宇宙機に設けられる人工衛星結合機構において、
前記ターゲット衛星が有するＰＡＦ  Ｉ／Ｆを前記被結合部としてこれを挟持する手段を備えることを特徴とする人工衛星結合機構。
【請求項２】
宇宙機をターゲット衛星の被結合部に結合すべく、前記宇宙機に設けられる人工衛星結合機構であって、
少なくとも円周方向内方又は外方に突出部が周設された筒状フレーム構造を有するターゲット衛星との結合面から突出し、互いに略平行な軸回りの揺動自在に設けられ、少なくとも一方が先端部を鉤状に形成された一対のアーム部材と、
該一対のアーム部材の揺動軸を支持し、前記一対のアーム部材の先端部を前記結合面側に引き込むように、前記揺動軸を前記一対のアーム部材と共に移動させる引き込み機構と
を備え、
前記一対のアーム部材の一方を前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する一方、鉤状に形成された方のアーム部材を前記筒状フレーム構造の突出部に係合させるように、前記一対のアーム部材を互いに対向する方向へ揺動させることにより、これら一対のアーム部材で前記筒状フレーム構造を挟持して前記ターゲット衛星を捕獲し、
前記一対のアーム部材で前記筒状フレーム構造を挟持した状態で、前記引き込み機構を駆動することにより、前記筒状フレーム構造の端面を前記結合面に押し付けて前記ターゲット衛星との結合をすべくなしてある
ことを特徴とする人工衛星結合機構。
【請求項３】
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造は、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆであることを特徴とする請求項２記載の人工衛星結合機構。
【請求項４】
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造は、少なくとも円周方向内方に突出部が周設され、
鉤状に形成された方のアーム部材を前記筒状フレーム構造の内側に挿入し、これら一対のアーム部材を互いに対向する方向へ揺動させることにより、鉤状に形成された先端部を前記筒状フレームの突出部に係合させて前記ターゲット衛星を捕獲し、
前記一対のアーム部材で前記筒状フレーム構造を挟持した状態で、前記引き込み機構を駆動することにより、前記筒状フレーム構造の端面を前記結合面に押し付けて前記ターゲット衛星との結合をすべくなしてある
ことを特徴とする請求項２又は３記載の人工衛星結合機構。
【請求項５】
前記一対のアーム部材の少なくとも一方の先端部に、該アーム部材の揺動軸に略平行な回転軸を有したローラを設けてあることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項６】
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置と、他方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置との前記結合面からのそれぞれの距離を異ならせてあることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項７】
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置と、他方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置とを、前記筒状フレーム構造の軸方向に異ならせてあることを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項８】
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置を２箇所、他方のアーム部材の前記筒状フレーム構造との接触位置を１箇所とし、前者の２箇所の接触位置を前記アーム部材の揺動軸方向に離隔させ、後者の接触位置を前者の２箇所の接触位置の間の位置としてあることを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項９】
前記引き込み機構は、ボールねじ機構を具備し、該ボールねじ機構により、前記揺動軸を前記一対のアーム部材と共に移動させるべくなしてあることを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項１０】
緩衝プレートと、該緩衝プレートを前記引き込み機構の引き込み方向とは逆方向へ付勢する緩衝プレート付勢手段とを更に備え、
前記引き込み機構の引き込み方向とは逆方向の前記緩衝プレートの面が前記結合面を規定する
ことを特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項１１】
前記一対のアーム部材の少なくとも一方は、その中途に、該アーム部材の揺動軸に沿って延びた緩衝プレート引き付け部を具備し、
該緩衝プレート引き付け部は、前記一対のアーム部材が引き込まれた位置にあるときに、前記緩衝プレート付勢手段に抗して前記緩衝プレートを前記引き込み機構の引き込み方向へ押圧することによって引き込むべくなしてある
ことを特徴とする請求項１０記載の人工衛星結合機構。
【請求項１２】
前記緩衝プレートは、前記一対のアーム部材の少なくとも一方の前記緩衝プレート引き付け部による押圧部を、前記一対のアーム部材が互いに離反する方向且つ前記引き込み機構の引き込み方向にテーパ状に形成され、
前記揺動強制手段は、前記一対のアーム部材が引き込まれた位置にあるときに、前記緩衝プレート付勢手段の付勢力によって前記テーパ状に形成された押圧部から前記緩衝プレート引き付け部を介して受ける前記アーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への揺動力に抗して、このアーム部材の揺動を規制すべくなしてあることを特徴とする請求項１１記載の人工衛星結合機構。
【請求項１３】
前記一対のアーム部材を互いに離反する方向へ付勢するアーム部材付勢手段と、
前記一対のアーム部材が互いに離反する方向へ揺動することを規制する固定された揺動規制手段と
を更に備え、
前記引き込み機構の引き込み動作に応じて、前記揺動規制手段により、前記アーム部材付勢手段による付勢力に抗して、前記一対のアーム部材が互いに対向する方向に揺動されるべくなしてある
ことを特徴とする請求項２乃至１２の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項１４】
前記一対のアーム部材の少なくとも一方は、
前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造との略接触方向に移動自在とされ、該筒状フレーム構造と接触する接触部と、
該接触部を前記筒状フレーム構造との略接触方向に付勢する接触部付勢手段と
を具備することを特徴とする請求項１３記載の人工衛星結合機構。
【請求項１５】
前記一対のアーム部材の少なくとも一方は、他方のアーム部材に対向する側の面に設けられ、前記引き込み機構の引き込み方向とは略逆方向に向いた押し出し面を有したラッチ部材を具備し、
該ラッチ部材の押し出し面は、前記一対のアーム部材が引き込まれた位置にあるときに、前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の端面よりも引き込み方向の位置にある
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載の人工衛星結合機構。
【請求項１６】
前記ラッチ部材は、対応するアーム部材の中途に揺動自在に設けられ、該対応するアーム部材の略先端部方向に延び、他方のアーム部材に対向する方向に付勢されていることを特徴とする請求項１５記載の人工衛星結合機構。
【請求項１７】
前記揺動規制手段は、
前記アーム部材の揺動軸と略平行に延び、揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する側の面に当接された棒状部材と、
前記揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への前記棒状部材の移動を規制すべく該棒状部材を支持する支持手段と
を具備し、
前記支持手段による前記棒状部材の支持を解放することにより、前記揺動を規制するアーム部材の揺動の規制を解除すべくなしてある
ことを特徴とする請求項１３乃至１６の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項１８】
前記支持手段は、
前記棒状部材の一端を前記引き込み機構の引き込み方向に沿った軸回りの揺動自在に支持する棒状部材支持手段と、
両方の棒状部材の他端を結合するワイヤと、
該ワイヤを切断するワイヤ切断手段と
を具備することを特徴とする請求項１７記載の人工衛星結合機構。
【請求項１９】
前記ワイヤ切断手段は、
前記ワイヤの延設方向に交叉する方向への移動自在に設けられ、その刃部を前記ワイヤに臨んで設けられたカッタと、
該カッタを爆発力により前記ワイヤに向かって推進する火工品と
を具備することを特徴とする請求項１８記載の人工衛星結合機構。
【請求項２０】
前記一対のアーム部材を互いに対向する方向へ付勢するアーム部材付勢手段と、
前記一対のアーム部材の互いに離反する側の面に臨んで設けられた固定された揺動強制手段と
を更に備え、
前記一対のアーム部材は、互いに離反する側の面から突出し、前記揺動強制手段よりも前記結合面側に設けられた突出部を具備し、
前記引き込み機構の押し出し動作に応じて、前記揺動強制手段が、前記アーム部材の突出部を前記引き込み機構の引き込み方向へ押すことによって、前記一対のアーム部材を互いに離反する方向へ揺動させるべくなしてある
ことを特徴とする請求項２乃至１２の何れかに記載の人工衛星結合機構。
【請求項２１】
前記アーム部材付勢手段は、前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造に対する押圧力が前記一対のアーム部材で略同一となるべくその付勢力を設定されることを特徴とする請求項２０記載の人工衛星結合機構。
【請求項２２】
前記一対のアーム部材の少なくとも一方は、他方のアーム部材に対向する側の面に設けられ、前記引き込み機構の引き込み方向とは略逆方向に向いた押し出し面を有したラッチ部材を具備し、
該ラッチ部材の押し出し面は、前記一対のアーム部材が引き込まれた位置にあるときに、前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の端面よりも引き込み方向の位置にある
ことを特徴とする請求項２０又は２１記載の人工衛星結合機構。
【請求項２３】
前記ラッチ部材は、対応するアーム部材の中途に揺動自在に設けられ、該対応するアーム部材の略先端部方向に延び、他方のアーム部材に対向する方向に付勢されていることを特徴とする請求項２２記載の人工衛星結合機構。
【請求項２４】
前記揺動強制手段は、
前記アーム部材の揺動軸と略平行に延び、揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する側の面に当接された棒状部材と、
前記揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への前記棒状部材の移動を規制すべく該棒状部材を支持する支持手段と
を具備し、
前記支持手段による前記棒状部材の支持を解放することにより、前記揺動を規制するアーム部材の揺動の規制を解除すべくなしてある
ことを特徴とする請求項１２記載の人工衛星結合機構。
【請求項２５】
前記支持手段は、
前記棒状部材の一端を前記引き込み機構の引き込み方向に沿った軸回りの揺動自在に支持する棒状部材支持手段と、
両方の棒状部材の他端を結合するワイヤと、
該ワイヤを切断するワイヤ切断手段と
を具備することを特徴とする請求項２４記載の人工衛星結合機構。
【請求項２６】
前記ワイヤ切断手段は、
前記ワイヤの延設方向に交叉する方向への移動自在に設けられ、その刃部を前記ワイヤに臨んで設けられたカッタと、
該カッタを爆発力により前記ワイヤに向かって推進する火工品と
を具備することを特徴とする請求項２５記載の人工衛星結合機構。
【請求項２７】
上記請求項１乃至２６の何れかに記載の人工衛星結合機構を３基備えることを特徴とする宇宙機。
【請求項２８】
３基の人工衛星結合機構を前記ターゲット衛星のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造の周方向に沿って１２０°おきに等配してあることを特徴とする請求項２７記載の宇宙機。
【請求項２９】
上記請求項２８記載の宇宙機が、その結合面が前記ターゲット衛星のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造の端面に正対していない姿勢から該ターゲット衛星を捕獲する人工衛星結合機構の制御方法であって、
前記ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造の端面に最も近い位置にある１基の人工衛星結合機構で前記ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造を捕獲し、
捕獲した人工衛星結合機構により前記ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造に回転モーメントを加えて、前記ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造の端面に前記宇宙機の結合面を正対させ、
残りの２基の人工衛星結合機構で前記ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は筒状フレーム構造を捕獲する
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、例えば、軌道上の人工衛星にランデブ・ドッキングして当該人工衛星のメンテナンスを行なう宇宙機の結合機構（ドッキング機構）に関し、特に、過去に打ち上げられているドッキング専用の被結合部を有しない非協力人工衛星に対しても適用可能な人工衛星結合機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人工衛星軌道の過密化が問題になりつつあることから、既に軌道上にある人工衛星（ターゲット衛星）にランデブ・ドッキング（ＲＶＤ：Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ  Ｄｏｃｋｉｎｇ）し、当該ターゲット衛星をメンテナンス（機器交換，推薬補給，組立保守修理，軌道変換等）してその運用期間の延長を図ったり、又は当該ターゲット衛星を軌道外へ廃棄したりする人工衛星、所謂「サービス衛星（チェイサとも呼ばれる）」の実現が望まれている。
【０００３】
そこで、本願出願人らは、１９９７年に打ち上げられた技術試験衛星ＶＩＩ型（ＥＴＳ−ＶＩＩ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｔｅｓｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  −  ＶＩＩ）、所謂きく７号に搭載された人口衛星結合機構（ドッキング機構）及び近傍センサ（ＰＸＳ：  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｓｅｎｓｏｒ）の開発を担い、軌道上での無人宇宙機同士による自動ランデブ・ドッキング技術の中核をなすコンポーネントの開発に成功した。
【０００４】
図２８乃至図３０は、ＥＴＳ−ＶＩＩに係る従来のランデブ・ドッキング機構を示し、図２８には、専用ハンドルを具備するターゲット衛星を示し、図２９には、この専用ハンドルを介してターゲット衛星を捕獲・結合するための人工衛星結合機構を示し、また、図３０には、ターゲット衛星の専用ハンドルをサービス衛星の人工衛星結合機構が捕獲した状態をそれぞれ示している（特許文献１参照）。
【０００５】
図２８に示すターゲット衛星９は、予め特定のサービス衛星とのランデブ・ドッキングを想定して製作された種類のものであり、そのドッキング側の面に３基の専用ハンドル９０，９０…を備えている。各々の専用ハンドル９０は、前記ドッキング側の面に取り付けられた長方形板状の基台９２と、該基台９２の長手方向両端部からそれぞれ略垂直に延設された延長部９３，９３と、これら延長部９３，９３の先端部間に架け渡されたハンドルバー９１とを備えている。
【０００６】
ターゲット衛星９は、このような専用ハンドル９０を３基、前記ドッキング側の面上の所定円に沿って１２０°ごとに等配してなり、各専用ハンドル９０のハンドルバー９１は、前記所定円の半径方向に沿って配置されている。
【０００７】
一方、図２９に示すサービス衛星８は、前記専用ハンドル９０の形状に応じて製作された３基の人工衛星結合機構８０，８０…をそのドッキング側の面上であって、上記３基の専用ハンドル９０，９０…に対応する位置（即ち、上記所定円に沿って１２０°ごとに等配）にそれぞれ備えている。
【０００８】
各々の人工衛星結合機構８０は、鉤爪状に形成された２本のアーム部材８１，８１を備えている。これらのアーム部材８１，８１は、鉤爪側を互いに対向し、且つ、その基端を上記所定円の接線方向に沿って適長離隔され、該所定円の略径方向に沿って互いに平行に配置された揺動軸（図示せず）により、揺動自在に設けられている。
【０００９】
また、２本のアーム部材８１，８１の基端部間の位置からは、Ｖ字状に延びたガイド部材８２が設けられている。該ガイド部材８２は、その各先端部を、対応する側のアーム部材８１の中間部に向かって延設されている。ここで、ガイド部材８２は、アーム部材８１の揺動動作に干渉しないように、揺動軸方向に互いに適長オフセットして配置されている２本のアーム部材８１，８１の揺動軸方向の中間位置に配置されている。
【００１０】
従来の人工衛星結合機構８０は以上のように構成されており、スクリュウジャッキ等のアクチュエータにより、図３０に示すように、アーム部材８１，８１が互いに交差するように開じられつつ、各アーム部材８１を、ターゲット衛星９のハンドルバー９１と基台９２との間の空間にそれぞれ対向する方向から挿入することによって、ターゲット衛星９の専用ハンドル９０を逃がさないように捕獲する。
【００１１】
さらに、アーム部材８１，８１を開じることにより、ターゲット衛星９のハンドルバー９１は、２本のアーム部材８１，８１とＶ字状のガイド部材８２とで囲まれる空間内に拘束され、最終的にＶ字状のガイド部材８２の中央部に固定され、結合が完了する。
【００１２】
その他、予め特定のサービス衛星とのランデブ・ドッキングを想定して製作された種類のドッキング専用の構造としては、グラップルフィクスチャ等があり、該グラップルフィクスチャ用の人工衛星結合機構は、本願出願人らの特許文献２及び３に開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平３−１１８２９９号公報
【特許文献２】
特開平５−２３８４９９号公報
【特許文献３】
特開平６−２０６６００号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の如き従来の人工衛星結合機構にあっては、対象となるターゲット衛星が専用構造を有していることが前提となっているところ、既に衛星軌道上に打ち上げられている過去のターゲット衛星には、このような専用構造が備えられていないことから、これら過去のターゲット衛星（所謂、非協力ターゲット衛星（Ｎｏｎ−ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ））の多くに結合することは実質的に不可能である。
【００１５】
また、ＥＴＳ−ＶＩＩに係る従来の人工衛星結合機構では、２本のアーム部材８１，８１によりターゲット衛星９のハンドルバー９１を非接触にて捕獲する構成であるため、専用構造を有したターゲット衛星９に対しては、捕獲の際に必要なアクチュエータトルクも小さいものでよく、また、ターゲット衛星９に大きな加速度を与えることなく捕獲を達成することが可能であることから、捕獲に失敗する可能性が非常に小さいという利点がある。
【００１６】
一方、専用構造を有していないターゲット衛星９に対しては、非接触での捕獲ができないため、必要なアクチュエータトルクが大となり、捕獲時に直ちに剛な把持を試みた場合には、接触したときターゲット衛星９に大きな加速度を与えることになることから、ターゲット衛星９を弾き飛ばしてしまい、捕獲ができない虞がある。また、捕獲時に、ハンドルバー９１が、２本のアーム部材８１，８１とＶ字状のガイド部材８２とで囲まれる空間内で浮遊し、完全に結合するまでターゲット衛星９の姿勢が安定しないという問題もある。
【００１７】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ターゲット衛星たる多くの人工衛星が共通構造として有する例えばＰＡＦ  Ｉ／Ｆ（Ｐａｙｌｏａｄ  Ａｔｔａｃｈ  Ｆｉｔｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）のような筒状フレーム構造を挟持してターゲット衛星の捕獲・結合を行なうことによって、過去に打ち上げられた非協力ターゲット衛星に対してもランデブ・ドッキングを有効に行なうことができる人工衛星結合機構、それを有した宇宙機及び制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係る人工衛星結合機構は、宇宙機をターゲット衛星の被結合部に結合すべく、前記宇宙機に設けられる人工衛星結合機構において、前記ターゲット衛星が有するＰＡＦ  Ｉ／Ｆを前記被結合部としてこれを挟持する手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記発明によれば、宇宙機は、従来のようにドッキング対象となる人工衛星（即ち、ターゲット衛星）の専用ハンドル等のドッキング専用構造を対象とするのではなく、多くの人工衛星が共通構造として有するＰＡＦ  Ｉ／Ｆを被結合部として結合するので、過去に打ち上げられたこのような非協力ターゲット衛星とのランデブ・ドッキングが可能となる。
【００２０】
また、上記発明において、人工衛星結合機構は、従来のＥＴＳ−ＶＩＩに係る人工衛星結合機構のように被接触でターゲット衛星の被結合部を捕獲するのではなく、被結合部としてのＰＡＦ  Ｉ／Ｆを挟持する構成としてあるので、挟持した際のターゲット衛星の姿勢も安定するという利点がある。
【００２１】
また、上記発明において、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆは、ターゲット衛星の打ち上げ母船との連結のための筒状をなしたフレーム構造であり、通常、このような筒状フレーム構造は、人工衛星が共通構造としてその外表面に有している。この筒状フレーム構造は、特に、ランデブ・ドッキングに際しては、ドッキング対象部位となるため、被結合部とするには好適であるという利点もある。
【００２２】
ＰＡＦ  Ｉ／Ｆとしては、代表的な種類として、マルマンクランプタイプがあるが、このマルマンクランプタイプのＰＡＦ  Ｉ／Ｆは、打ち上げ母船との連結条件からその形状が或る程度決まっており、さらに、強度的にも捕獲・結合には十分な構造となっている。
【００２３】
また、本願発明に係る人工衛星結合機構は、宇宙機をターゲット衛星の被結合部に結合すべく、前記宇宙機に設けられる人工衛星結合機構であって、少なくとも円周方向内方又は外方に突出部が周設された筒状フレーム構造を有するターゲット衛星との結合面から突出し、互いに略平行な軸回りの揺動自在に設けられ、少なくとも一方が先端部を鉤状に形成された一対のアーム部材と、該一対のアーム部材の揺動軸を支持し、前記一対のアーム部材の先端部を前記結合面側に引き込むように、前記揺動軸を前記一対のアーム部材と共に移動させる引き込み機構とを備え、前記一対のアーム部材の一方を前記ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する一方、鉤状に形成された方のアーム部材を前記筒状フレーム構造の突出部に係合させるように、前記一対のアーム部材を互いに対向する方向へ揺動させることにより、これら一対のアーム部材で前記筒状フレーム構造を挟持して前記ターゲット衛星を捕獲し、前記一対のアーム部材で前記筒状フレーム構造を挟持した状態で、前記引き込み機構を駆動することにより、前記筒状フレーム構造の端面を前記結合面に押し付けて前記ターゲット衛星との結合をすべくなしてあることを特徴とする。
【００２４】
上記発明によれば、宇宙機は、従来のようにドッキング対象となる人工衛星（即ち、ターゲット衛星）の専用ハンドル等のドッキング専用構造を対象とするのではなく、多くのターゲット衛星たる人工衛星が共通構造として有する筒状フレーム構造を被結合部として結合するので、過去に打ち上げられたこのような非協力ターゲット衛星とのランデブ・ドッキングが可能となる。
【００２５】
また、上記発明において、人工衛星結合機構は、従来のＥＴＳ−ＶＩＩに係る人工衛星結合機構のように被接触でターゲット衛星の被結合部を捕獲するのではなく、被結合部としての筒状フレーム構造を挟持する構成としてあるので、挟持した際のターゲット衛星の姿勢も安定するという利点がある。
【００２６】
また、上記発明において、筒状フレーム構造としては、例えば、ターゲット衛星の打ち上げ母船との連結のための筒状をなしたフレーム構造（例えば、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）であり、通常、このような筒状フレーム構造は、人工衛星が共通構造としてその外表面に有している。この筒状フレーム構造は、特に、ランデブ・ドッキングに際しては、ドッキング対象部位となるため、被結合部とするには好適であるという利点もある。
【００２７】
上記のＰＡＦ  Ｉ／Ｆとしては、代表的な種類として、マルマンクランプタイプがあるが、このマルマンクランプタイプのＰＡＦ  Ｉ／Ｆは、打ち上げ母船との連結条件からその形状が或る程度決まっており、強度的にも捕獲・結合には十分な構造となっている。
【００２８】
特に、マルマンクランプタイプのＰＡＦ  Ｉ／Ｆは、基本的に円筒形で、その端面内外周に沿って突出部が周設されている。本願発明においては、このような突出部を積極的に利用して捕獲・結合できるように構成してある。しかしながら、本願発明においては、対象をＰＡＦ  Ｉ／Ｆに限定するものではなく、少なくとも円周方向内方又は外方に突出部が周設された筒状のフレーム構造であればよい。
【００２９】
また、上記発明においては、筒状フレーム構造を、少なくとも一方が先端部を鉤状に形成された一対のアーム部材（好ましくは、その先端部）で挟持する構成となっており、これらのアーム部材は、前記筒状フレーム構造を有するターゲット衛星との結合面から突出し、互いに略平行な軸回りの揺動自在に設けられている。
【００３０】
これらアーム部材は、引き込み機構により揺動軸を支持されており、該引き込み機構の作動により、アーム部材の先端部を上記結合面側に引き込むように、揺動軸を一対のアーム部材と共に移動させるように構成されている。
【００３１】
このような構成により、一対のアーム部材の一方をターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する一方、鉤状に形成された方のアーム部材を筒状フレーム構造の突出部に係合させるように、一対のアーム部材を互いに対向する方向（即ち、一対のアーム部材を閉じる方向）へ揺動させることにより、これら一対のアーム部材で筒状フレーム構造を挟持してターゲット衛星を捕獲する。なお、ここでいう、筒状フレーム構造の内側の挿入するアーム部材と、筒状フレーム構造の突出部に係合させるアーム部材とは、同一のアーム部材であってもよい。
【００３２】
そして、一対のアーム部材で筒状フレーム構造を挟持した状態で、引き込み機構を駆動することにより、一対のアーム部材ごと筒状フレーム構造を引き付け、前記筒状フレーム構造の端面を前記結合面に押し付けてターゲット衛星との結合をする。
【００３３】
このように、上記発明は、一対のアーム部材で筒状フレーム構造を厚み方向に挟持する構成、即ち接触式としてあるため、アーム部材の筒状フレーム部材との接触部（好ましくは、アーム部材の先端部）に、アーム部材の揺動軸に略平行な回転軸を有したローラを設けることが望ましい。
【００３４】
このような構成とすることにより、アーム部材の筒状フレーム構造との接触位置は、如何なる場所であろうとも、筒状フレーム構造の突出部よりも奥側である限り、アーム部材が引き込み機構により引き込まれたときに、筒状フレーム構造の内周面及び／又は外周面を転動し、突出部に係合することになる。これによって、一旦捕獲した筒状フレーム構造を逃がすことなく、引き込み機構の作動により、筒状フレーム構造を介してサービス衛星を人工衛星結合機構の結合面に引き付けることが可能となるのである。
【００３５】
以上のようなアーム部材の引き込み動作を達成するために、上記引き込み機構としては、例えば、スクリュウジャッキ，ボールねじ機構等を採用することが可能である。
【００３６】
上記発明においては、ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の筒状フレーム構造に対する接触位置と、他方のアーム部材の筒状フレーム構造に対する接触位置との人工衛星結合機構の結合面からのそれぞれの距離を異ならせることにより、換言すれば、ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の筒状フレーム構造との接触位置と、他方のアーム部材の筒状フレーム構造との接触位置とを、筒状フレーム構造の軸方向に異ならせることにより、一対のアーム部材で筒状フレーム構造を両面から所定の力で挟持したときに、筒状フレーム構造を介してターゲット衛星に回転モーメントを付与することができ、人工衛星結合機構の結合面に対してターゲット衛星の筒状フレーム構造が正対していない場合であっても、強制的に正対させることが可能である。
【００３７】
また、上記発明においては、ターゲット衛星の筒状フレーム構造の内側に挿入する方のアーム部材の筒状フレーム構造との接触位置を２箇所、他方のアーム部材の筒状フレーム構造との接触位置を１箇所とし、前者の２箇所の接触位置をアーム部材の揺動軸方向に離隔させ、後者の接触位置を前者の２箇所の接触位置の間の位置とすることにより、筒状フレーム構造に外側から接触するアーム部材の接触部は、実質的に筒状フレーム構造の円周方向の異なる２箇所の位置を押すことになり、他方、筒状フレーム構造に内側から接触するアーム部材の接触部は、これら外側から押している位置の間の位置（好ましくは、中間位置）を逆側から押すことになり、筒状フレーム構造の中心位置を所定位置に位置決めすることができる。
【００３８】
ここで、所定位置とは、例えば、筒状フレーム構造を外側から押している２箇所の位置の中間位置を内側から押している構成とした場合には、外側の２箇所の接触位置を結ぶ線分を接線と平行な線とし、且つ、前記線分の垂直２等分線上に、端面が円形をなした筒状フレーム構造の中心軸を持ってくることができる。筒状フレーム構造のサイズ等は、サービス衛星たる宇宙機の打ち上げ前に予め知ることができるため、ターゲット衛星との結合面の中心位置をどこに持ってくるかを決めることにより、この人工衛星結合機構の宇宙機への設置位置も容易に定まる。
【００３９】
上記発明においては、人工衛星結合機構の結合面は、一対のアーム部材に挟まれた領域内の何れかに位置に設定することができるが、この結合面に相当する位置に緩衝プレートを設け、該緩衝プレートを引き込み機構の引き込み方向とは逆方向へ付勢することにより、筒状フレーム構造の端面が結合面に当接する際の衝撃を緩和させることができる。この場合、引き込み機構の引き込み方向とは逆方向の緩衝プレートの面が上記結合面を規定することになる。
【００４０】
また、上記発明においては、アーム部材の中途に、該アーム部材の揺動軸に沿って延びた緩衝プレート引き付け部を設け、該緩衝プレート引き付け部により、アーム部材が引き込まれた位置にあるときに、緩衝プレート付勢手段に抗して緩衝プレートを引き込み機構の引き込み方向へ押圧することによって引き込むように構成することにより、宇宙機の打ち上げの際等に、一対のアーム部材を閉じた状態としておくことで緩衝プレートを固定した状態とすることができ、緩衝プレートの振動等を抑えることができる。
【００４１】
上記一対のアーム部材を閉じる機構、即ち一対のアーム部材を互いに対向する方向に揺動させる機構の１つとしては、例えば、次のようなものである。
【００４２】
第１の実施の形態に示すような第１の機構は、一対のアーム部材を開く方向、即ち一対のアーム部材を互いに離反する方向へアーム部材付勢手段により付勢し、このアーム部材付勢手段による一対のアーム部材の開動作を規制するように揺動規制手段を固定する構成としてある。
【００４３】
そして、上記引き込み機構を作動することにより、揺動規制手段のアーム部材への当接位置が該アーム部材の先端方向へ移動し、結果としてアーム部材を閉じる方向へ動作させる。勿論、引き込み機構を逆方向に作動することにより、アーム部材を開く方向へ動作させることも可能である。
【００４４】
上記第１の機構を有する場合には、例えば、一対のアーム部材の少なくとも一方に、ターゲット衛星の筒状フレーム構造との略接触方向に移動自在とされ、該筒状フレーム構造と接触する接触部を設け、該接触部を、接触部付勢手段により筒状フレーム構造との略接触方向に付勢する構成とすることにより、一対のアーム部材は、筒状フレーム構造を柔に挟持することができ、このように柔に挟持することにより、ターゲット衛星に大きな加速度を与えることなく捕獲することが可能となり、且つ、捕獲の際に必要なアクチュエータトルクも小さいもので済む。さらに、ターゲット衛星の筒状フレーム構造とのミスアラインメントがある場合であっても、このような構成により、筒状フレーム構造の突出部に接触部先端が追従動作して（コンプライアンス機能）筒状フレーム構造を取り逃がすことなく確実に捕獲することが可能である。
【００４５】
このような直動式の接触部は、両方のアーム部材に設けることが望ましいが、この場合には、例えば、両方の接触部の付勢力を一致させることにより、両側のアーム部材間の中央位置に筒状アーム部材の挟持位置を位置決めすることができる。
【００４６】
上記第１の機構を使用したアーム部材の開動作において、特に、一度筒状フレーム構造と結合した後のアーム部材の開動作にあっては、開くアーム部材に筒状フレーム構造が接触しないように、上記引き込み機構の引き込み方向とは逆方向に真直ぐに筒状フレーム構造を結合面から分離させることが望ましい。
【００４７】
そこで、一対のアーム部材の少なくとも一方に、アーム部材の開動作に連動して筒状フレーム構造を結合面から分離させるラッチ部材を設けることが可能である。このようなラッチ部材は、例えば、設置されたのと反対側のアーム部材に対向する側のアーム部材の面に設けられ、前記引き込み機構の引き込み方向とは略逆方向に向いた押し出し面を設けられる。該押し出し面は、アーム部材が引き込まれた位置にあるときに、筒状フレーム構造の端面よりも引き込み方向の位置にあるようにされる。
【００４８】
このようなラッチ部材の構成により、前記引き込み機構の押し出し動作に応じて、アーム部材に取り付けられたラッチ部材の押し出し面の結合面からの距離が変わり、アーム部材の開動作に応じて筒状フレーム構造を押し、結合面から分離させることが可能である。
【００４９】
また、上記ラッチ部材を、これが取り付けられたアーム部材の略先端部方向に延びるように、該アーム部材の中途に揺動自在に設け、他方のアーム部材の側に付勢する構成とすることにより、上述した如き分離動作をさせるために、筒状フレーム構造の端面に押し出し面を当接させることが容易となる。
【００５０】
なお、実際の運用にあっては、例えば、ボールねじ機構等を具備する引き込み機構のアクチュエータ（例えば、電動モータ）が故障したり、該アクチュエータへの電力の供給ができなくなったりすることが考えられることから、非常時に、アーム部材を強制的に開き、筒状フレーム構造との係合を解除することが必要になる。
【００５１】
そこで、第１の機構においては、一対のアーム部材が開く方向に付勢されているため、揺動規制手段によるアーム部材の揺動規制を解除することにより比較的容易に非常時の分離が達成できる。
【００５２】
具体的な構成としては、例えば、揺動規制手段に、アーム部材の揺動軸と略平行に延びた棒状部材を具備させ、該棒状部材を、揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する側の面に当接させることによって、前記揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への移動を規制する。この棒状部材の移動の規制は、該棒状部材を支持する支持手段によりなされる。
【００５３】
このような構成の揺動規制手段において、支持手段による棒状部材の支持を解放することにより、該棒状部材が揺動を規制しているアーム部材を開放するように構成する。
【００５４】
また、上記支持手段は、例えば、棒状部材の一端を引き込み機構の引き込み方向に沿った軸回りの揺動自在に支持する棒状部材支持手段と、両方の棒状部材の他端を結合するワイヤと、該ワイヤを切断するワイヤ切断手段とを具備することも可能である。このような構成により、ワイヤを切断するだけで、アーム部材の開放が可能となる。
【００５５】
さらに、上記ワイヤ切断手段は、前記ワイヤの延設方向に交叉する方向への移動自在に設けられ、その刃部を前記ワイヤに臨んで設けられたカッタと、該カッタを爆発力により前記ワイヤに向かって推進する火工品とを具備することも可能である。このような構成により、火工品を起爆させるだけの機能を備えていれば、非常時であっても、アーム部材の開放が可能となる。
【００５６】
第２の実施の形態に示すような第２の機構は、一対のアーム部材を閉じる方向、即ち一対のアーム部材を互いに対向する方向へアーム部材付勢手段により付勢する。そして、これら一対のアーム部材の互いに離反する側の面に臨むように揺動強制手段を固定する構成としてある。この場合、一対のアーム部材は閉じる方向へ付勢されているため、上記揺動強制手段は、一対のアーム部材の互いに離反する側の面に当接してあってもよい。
【００５７】
さらに、上記一対のアーム部材は、互いに離反する側の面から突出し、揺動強制手段よりも結合面側に設けられた突出部を備えているので、引き込み機構の押し出し動作に応じて、揺動強制手段が、アーム部材の突出部を引き込み機構の引き込み方向へ押すことになり、一対のアーム部材を開く方向、即ち一対のアーム部材を互いに離反する方向へ強制的に揺動させることができる。
【００５８】
上記第２の機構を有する場合には、アーム部材自体が閉じる方向へ付勢されており、自体が揺動式のコンプライアンス機能を有しているため、第１の機構にあるような直動式のコンプライアンス機能は不要である。ただし、第２の機構のアーム部材付勢手段は、筒状フレーム構造に対する押圧力が両方のアーム部材で略同一となるようにすることは、第１の機構と思想は同様である。この揺動式のコンプライアンス機能もまた、筒状フレーム構造を柔に挟持するので、ターゲット衛星に大きな加速度を与えることなく捕獲することを可能とし、且つ、捕獲の際に必要なアクチュエータトルクも小さいもので済む。さらに、ターゲット衛星の筒状フレーム構造とのミスアラインメントがある場合であっても、この機能により、筒状フレーム構造の突出部に接触部先端が追従動作して筒状フレーム構造を取り逃がすことなく確実に捕獲することが可能である。
【００５９】
また、この第２の機構においても、上記第１の機構と同様、一度筒状フレーム構造と結合した後で、開くアーム部材に筒状フレーム構造が接触しないように、上記引き込み機構の引き込み方向とは逆方向に真直ぐに筒状フレーム構造を結合面から分離させるためのラッチ部材を設けることが可能である。
【００６０】
第２の機構におけるラッチ部材は、一対のアーム部材の少なくとも一方に設けられ、該ラッチ部材には、例えば、他方のアーム部材に対向する側のアーム部材の面に設けられ、前記引き込み機構の引き込み方向とは略逆方向に向いた押し出し面が設けられる。該押し出し面は、アーム部材が引き込まれた位置にあるときに、筒状フレーム構造の端面よりも引き込み方向の位置にあるようにされる。
【００６１】
このようなラッチ部材の構成により、前記引き込み機構の押し出し動作に応じて、アーム部材に取り付けられたラッチ部材の押し出し面の結合面からの距離が変わり、アーム部材の開動作に応じて筒状フレーム構造を押し、結合面から分離させることが可能である。
【００６２】
また、上記ラッチ部材を、これが取り付けられたアーム部材の略先端部方向に延びるように、該アーム部材の中途に揺動自在に設け、他方のアーム部材の側に付勢する構成とすることにより、上述した如き分離動作をさせるために、筒状フレーム構造の端面に押し出し面を当接させることが可能となる。
【００６３】
第２の機構における非常時のアーム部材の強制開放機構については次のように構成することが可能である。
【００６４】
上記第１の機構においては、一対のアーム部材が開く方向に付勢されているため、揺動規制手段によるアーム部材の揺動規制を解除することにより比較的容易に非常時の分離が達成できるが、この第２の機構においては、一対のアーム部材が閉じる方向に付勢されているため、別の構成を採用している。
【００６５】
具体的な構成としては、まず、例えば、少なくとも一方のアーム部材が具備する緩衝プレート引き付け部による上記緩衝プレートの押圧部を、一対のアーム部材が離反する方向且つ引き込み機構の引き込み方向にテーパ状に形成する。さらに、アーム部材が引き込まれた位置にあるときに、緩衝プレート付勢手段の付勢力によって、テーパ状に形成された押圧部から緩衝プレート引き付け部を介して受けるアーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への揺動力に抗して、このアーム部材の揺動を規制するように上記揺動強制手段を構成しておく。
【００６６】
このような構成により、揺動強制手段は、アーム部材が引き込まれた位置にあるときに、緩衝プレート付勢手段の付勢力によって開く方向へ付勢された状態にあるアーム部材の開く方向への揺動を規制する作用を有することになるため、後は、第１の機構における揺動規制手段の場合と同様、この揺動強制手段によるアーム部材の揺動の規制を解除させることにより、アーム部材の強制開放が実現できる。
【００６７】
また、上記揺動強制手段に、アーム部材の揺動軸と略平行に延びた棒状部材を具備させ、該棒状部材を、揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する側の面に当接させることによって、前記揺動を規制するアーム部材の他方のアーム部材から離反する方向への移動を規制する。この棒状部材の移動の規制は、該棒状部材を支持する支持手段によりなされる。
【００６８】
このような構成の揺動強制手段において、支持手段による棒状部材の支持を解放することにより、該棒状部材が揺動を規制しているアーム部材を開放するように構成する。
【００６９】
また、上記支持手段は、例えば、棒状部材の一端を引き込み機構の引き込み方向に沿った軸回りの揺動自在に支持する棒状部材支持手段と、両方の棒状部材の他端を結合するワイヤと、該ワイヤを切断するワイヤ切断手段とを具備することも可能である。このような構成により、ワイヤを切断するだけで、アーム部材の開放が可能となる。
【００７０】
さらに、上記ワイヤ切断手段は、記ワイヤの延設方向に交叉する方向への移動自在に設けられ、その刃部を前記ワイヤに臨んで設けられたカッタと、該カッタを爆発力により前記ワイヤに向かって推進する火工品とを具備することも可能である。このような構成により、火工品を起爆させるだけの機能を備えていれば、非常時であっても、アーム部材の開放が可能となる。
【００７１】
本願発明に係る人工衛星結合機構は、以上の如き構成であり、前述したようなサービス衛星等の人工衛星に限らず、宇宙空間に打ち上げられる各種の宇宙機の用途に用られ得る。
【００７２】
本願発明に係る人工衛星結合機構を宇宙機に搭載する場合には、この宇宙機のドッキング側の面に、複数の人工衛星結合機構を設けることが望ましく、より好ましくは、３基の人工衛星結合機構を設ける。この場合には、３基の人工衛星結合機構を、上記ドッキング側の面における所定円周上に沿って１２０°おきに等配することにより、最も少ない人工衛星結合機構の個数で最もバランス良く、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（例えば、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を捕獲し、該筒状フレーム構造に結合できる構成とすることができる。
【００７３】
このような人工衛星結合機構の配置により、宇宙機が、その結合面がターゲット衛星の筒状フレーム構造（例えば、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の端面に正対していない姿勢から該ターゲット衛星を捕獲するような場合には、筒状フレーム構造の端面に最も近い位置にある１基の人工衛星結合機構で筒状フレーム構造をまず捕獲し、捕獲した人工衛星結合機構により筒状フレーム構造に回転モーメントを加えて、筒状フレーム構造の端面に宇宙機の結合面を正対させ、その後で、残りの２基の人工衛星結合機構で筒状フレーム構造を捕獲するように、各人工衛星結合機構の閉じる動作をターゲット衛星との距離に応じて制御することが望ましい。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る人工衛星結合機構について、当該人工衛星結合機構を３基搭載した宇宙機としてのサービス衛星を例として添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００７５】
（第１の実施の形態）
まず、後で詳述するサービス衛星１（図２及び図３参照）がドッキング対象とするターゲット衛星７について説明する。本実施の形態のターゲット衛星７は、例えば、図１に斜視図示すように、ＭＬＩ（Ｍｕｌｔｉ  Ｌａｙｅｒ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で覆われた箱形の衛星本体７ａと、サービス衛星１とのドッキング側の面（以後、「前面」と称す）に、ターゲット衛星７の打ち上げ母船との連結のために設けられた短寸筒状のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０と、該衛星本体７ａの側方からそれぞれ突出する２つの太陽電池パドル７１，７１と、衛星本体７ａの各部に露出して設けられた種々の補器類７２とを備えている。また、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の中央の位置には、アポジモータ等の略円錐形をなす噴射口７３がその大径側を前方に向けて、衛星本体７ａの前面から突出して設けられている。
【００７６】
一方、本願発明の実施の形態に係るサービス衛星１は、その全体構成を図２（ａ）乃至（ｃ）並びに図３（ａ）乃至（ｃ）に概略図で示すように、全体として箱形をなす衛星本体１ａを備え、該衛星本体１ａは、そのドッキング側の面（以後、「前面」と称す）１ｂに３基の人工衛星結合機構１０，１０…を備えている。
【００７７】
図２（ａ）乃至（ｃ）並びに図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ターゲット衛星７として、該ターゲット衛星７が（１）３軸制御されている場合と、（２）スロースピンしている場合とに分けて、それぞれの運動形態に応じた捕獲・結合シーケンスを説明する。
【００７８】
（１）まず、３軸姿勢制御されているターゲット衛星７の場合には、その運動は、姿勢変動で例えば約０．１ｄｅｇ、姿勢レ一トで約０．０１ｄｅｇ／ｓのオーダーと推定される。このようなターゲット衛星７に対する捕獲・結合シーケンスは、図２（ａ）に示すように、ターゲット衛星７の前面に回り込んで正対した後で停止し、ターゲット衛星７のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に対する位置／姿勢を推定する。
【００７９】
その後、図２（ｂ）に示すように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の前面から接近するように相対６自由度の制御を行ないながら、図において白抜矢符で示すように約数ｃｍ／ｓ（相対距離レンジの約１％毎秒程度の距離変動）の速度を保ってターゲット衛星７に接近し、図２（ｃ）に示すように、人工衛星結合機構１０，１０…を作動させてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７を捕獲し、該ターゲット衛星７に結合する。
【００８０】
（２）次に、スロースピンしているターゲット衛星７の場合には、その回転運動（図において矢符で示す）は、姿勢レートで約数ｄｅｇ／ｓのオーダーと推定される。この場合のターゲット衛星７の運動にはスピンだけではなく、タンブリングも含まれる。このようなターゲット衛星７に対する捕獲・結合シーケンスは、図３（ａ）に示すように、ターゲット最終接近点（ＶＰ点）で停止して、スピン軸やタンブリング運動を推定する必要がある。
【００８１】
推定したスピン軸とタンブリング運動とに合わせて、捕獲実行時のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の運動接線方向とタイミングとを決定して、図３（ｂ）に示すように、接線方向から接線速度で接近し、図３（ｃ）に示すように、理想的には相対速度が零になったときに、人工衛星結合機構１０，１０…を作動させてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７を捕獲し、該ターゲット衛星に結合する。
【００８２】
図４に示すように、本実施の形態に係るサービス衛星１は、その前面１ｂに３基の人工衛星結合機構１０，１０…を備え、該人工衛星結合機構１０，１０…は、ターゲット衛星７のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面と同一の径の円上に１２０°おきに等配されている。
【００８３】
図５に一部破断斜視図を示すように、各人工衛星結合機構１０は、概略箱状の機構本体１０１を備え、該機構本体１０１の内部には、移動テーブル１０２が、２本のガイドバー１０２ａ，１０２ａに案内されて、サービス衛星１の前後方向への移動自在に設けられている。移動テーブル１０２は、機構本体１０１内部に配設されたボールねじ機構１０３により移動され、該ボールねじ機構１０３は、機構本体１０１の後部に内蔵された減速機１３０を介して、機構本体１０１外部に配設されたアクチュエータ（例えば、電動モータ）１０４により駆動されるようになっている。
【００８４】
移動テーブル１０２の対向する端部からは、それぞれ、アーム部材１０５，１０５が延びている。各アーム部材１０５は、移動テーブル１０２の移動方向に直交する軸回りの揺動自在に設けられ、その揺動軸１０５ａに配設された捩じりバネ１０６により、他方のアーム部材１０５から離反する方向（図５において、一対のアーム部材１０５，１０５が相対的に開く方向）に付勢されている。
【００８５】
これら一対のアーム部材１０５，１０５の揺動軸１０５ａ，１０５ａ間の方向は、３基の人工衛星結合機構１０，１０…が配設された円の半径方向に向けられており、これによって、互いに離隔した揺動軸１０５ａ，１０５ａ回りに揺動する一対のアーム部材１０５，１０５の開閉動作により、アーム部材１０５，１０５の先端部間にてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持するようになっている。
【００８６】
機構本体１０１の前面近傍の側面の位置には、移動テーブル１０２が最も前進した位置にあるときに、最大に開いた状態のアーム部材１０５，１０５のそれぞれの基端部の外側の面（図５に示すように、アーム部材１０５，１０５が最大に開いた状態では、後方側の面）に当接する位置に棒状部材１０１ａ，１０１ａが固定されている。なお、棒状部材１０１ａは、アーム部材１０５と接する部分に図示しないローラを有していてもよい。
【００８７】
３基の人工衛星結合機構１０，１０…が配設された円の半径方向内方のアーム部材（即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側に位置されるアーム部材であり、以後、「内側アーム部材」と称す）１０５の先端部には、該内側アーム部材１０５が閉じる方向に延びた１つのコンプライアンス機構１０７が設けられ、この内側アーム部材１０５と共に全体として鉤状に形成されている。
【００８８】
一方、３基の人工衛星結合機構１０，１０…が配設された円の半径方向外方のアーム部材（即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外側に位置されるアーム部材であり、以後、「外側アーム部材」と称す）１０５の先端部には、該外側アーム部材１０５が閉じる方向に延びた２つのコンプライアンス機構１０７が設けられ、この外側アーム部材１０５と共に全体として鉤状に形成されている。
【００８９】
各コンプライアンス機構１０７は、アーム部材１０５の先端部に固定されたシリンダハウジング１０７ａの内部に、ピストン部材１０８が入れ子式に挿入されている。該ピストン部材１０８は、シリンダハウジング１０７ａ内部に配設されたコイルバネ１０９により、シリンダハウジング１０７ａから進出方向（より具体的には、一対のアーム部材１０５，１０５が互いに対向する方向）へ付勢されている。ピストン部材１０８の先端部には、アーム部材１０５の揺動軸１０５ａと平行な回転軸１１０ａを有するローラ１１０が設けられている。
【００９０】
前述したように、本実施の形態においては、内側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７は１つであるが、外側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７は２つである。基本的に、各々のコンプライアンス機構１０７の構造は同一であるが、外側アーム部材１０５の２つのコンプライアンス機構１０７，１０７は、揺動軸１０５ａ方向に所定長離隔して配設されている。従って、内側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７は、外側アーム部材１０５の２つのコンプライアンス機構１０７，１０７の中間に位置するようになっている。また、後でコンプライアンス機構１０７の作用は詳述するが、内側のコンプライアンス機構１０７のコイルバネ１０９のバネ定数は、外側のコンプライアンス機構１０７，１０７のコイルバネ１０９，１０９のバネ定数の約２倍に設定することが可能であり、これにより一対のアーム部材１０５，１０５のコンプライアンス機構１０７が相互にバランスするようになっている。
【００９１】
機構本体１０１の前面には、該前面に沿って概略Ｈ字状をなしたダンパプレート１１１が設けられ、該ダンパプレート１１１は、機構本体１０１の前面との間に設けられた４つのコイルバネ１１２，１１２…により前方へ付勢されている。ダンパプレート１１１は、その中央部に開口１１１ａを形成され、該開口１１１ａに相当する機構本体１０１の前面の位置には、弾性体からなるプリロード受け１１３が設けられている。
【００９２】
図５に一部断面図を示すように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、一般に、その縦断面で、端面部分が内周及び外周にそれぞれ突出したリブ７０ａ，７０ｂを周設された形状をなしている。図５に示すＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、内側リブ７０ａの方が外側リブ７０ｂに対して長い、国内で最も代表的なタイプの１つであり、他のこのようなリブを周設されたＰＡＦ  Ｉ／Ｆ又は他のこのようなリブを周設された筒状フレーム構造に対しても本実施の形態に係る人工衛星結合機構１０を適用することが可能である。
【００９３】
以上のような構成を備えた本実施の形態に係る人工衛星結合機構１０の捕獲・結合動作について、図５乃至図７の一部破断斜視図、並びに図８（ａ）及び（ｂ）の縦断面図、並びに図９（ａ）及び（ｂ）の縦断面図を参照しながら次に説明する。
【００９４】
図５及び図８（ａ）に示すように、人工衛星結合機構１０は、アーム部材１０５，１０５が最も開いた状態で、最終的にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の対応する位置に近付けられ、アクチュエータ１０４が作動される。アクチュエータ１０４の作動により、減速機１３０を介してボールねじ機構１０３が駆動され、ボールねじ機構１０３のボールねじ部に螺合する移動テーブル１０２がガイドバー１０２ａ，１０２ａに案内されつつ後方へ引き込み移動される。
【００９５】
移動テーブル１０２が後方へ引き込み移動されると、図８（ｂ）に示すように、移動テーブル１０２にその揺動軸１０５ａ，１０５ａを固定されたアーム部材１０５，１０５が、互いに離反する側の面に当接している棒状部材１０１ａ，１０１ａにより、捩じりバネ１０６，１０６の付勢力に抗して棒状部材１０１ａ，１０１ａにより閉じる方向へ揺動される。アーム部材１０５，１０５は、その先端部に設けられたコンプライアンス機構１０７，１０７…のローラ１１０，１１０…がそれぞれＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面及び外周面に当接されるように閉じられ、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持し、捕獲する。このとき、各ローラ１１０は、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０のリブ７０ａ，７０ｂよりも奥側（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の基端部寄り）まで達するようにされる。
【００９６】
また、前述のように、外側アーム部材１０５は、２つのコンプライアンス機構１０７，１０７を備えてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外周面の周方向の２箇所に当接する一方、内側のアーム部材１０５は、その周方向の中間位置で１つのコンプライアンス機構１０７によりＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面から当接するため、これらコンプライアンス機構１０７，１０７…の当接力（押圧力）により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外側からの２箇所の当接位置を結ぶ線分を接線と平行な線とし、且つ、この線分の垂直２等分線上に、端面が円形をなすＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の中心軸を持ってくるように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の姿勢を矯正することができる。
【００９７】
更なるターゲット衛星７に対する姿勢強制機能として、一対のアーム部材１０５，１０５の長さ、より厳密には、一対のアーム部材１０５，１０５のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に対する当接位置をＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の筒長（軸長）方向に異ならせることで、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の姿勢を矯正することができるようにしてある。
【００９８】
本実施の形態においては、外側アーム部材１０５のローラ１１０，１１０をターゲット衛星７側のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の位置に当接させ、内側アーム部材１０５のローラ１１０をサービス衛星１側のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の位置に当接させているため、これら当接箇所の中間位置を中心とした回転モーメント（例えば、図８（ｂ）において時計回りのモーメント）がターゲット衛星７に対して加えられる。
【００９９】
さて、図８（ｂ）の状態から、移動テーブル１０２が更に後方へ引き込み移動されると、図６に示すように、アーム部材１０５，１０５が更に閉じる方向へ揺動され、その先端部に設けられたコンプライアンス機構１０７，１０７…のローラ１１０，１１０…がそれぞれＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面及び外周面により強く当接される。
【０１００】
このとき、各コンプライアンス機構１０７は、当接方向への移動自在とされているため、当接力に応じてそのピストン部材１０８がローラ１１０と共にコイルバネ１０９に抗して後退し、これによって、コンプライアンス機構１０７は、アーム部材１０５が棒状部材１０１ａにより剛にその揺動を拘束されているにも拘わらず、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を柔に挟持することができる。
【０１０１】
更に移動テーブル１０２が後方へ引き込み移動されると、図９（ａ）に示すように、アーム部材１０５，１０５は、殆ど直立状態となり、コンプライアンス機構１０７，１０７…もピストン部材１０８，１０８…が最も後退した位置となる。
【０１０２】
このとき、一対のアーム部材１０５，１０５によるＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持する力は最大であるが、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面及び外周面を転動可能なローラ１１０，１１０…を介して挟持しているため、内側アーム部材１０５のローラ１１０が、これよりも長い外側アーム部材１０５のローラ１１０，１１０よりも先にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側リブ７０ａに内側から当接した位置で落ち着く。なお、ローラ１１０，１１０…の転動による当接位置の変化は、図８（ｂ）と図９（ａ）とを比較することによってより明確となる。
【０１０３】
更に移動テーブル１０２が後方へ引き込み移動され、最も引き込まれた位置とされた場合には、図７及び図９（ｂ）に示すように、アーム部材１０５，１０５は、直立状態を維持しながらそのまま引き込み方向へ移動され、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側リブ７０ａに内側（ターゲット衛星７の衛星本体７ａの前面に対向する側）から当接している内側アーム部材１０５により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０ごと引き込む。
【０１０４】
そして、この引き込み移動により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面は、ダンパプレート１１１に突き当たった後で、コイルバネ１１２，１１２…の付勢力に抗してダンパプレート１１１を押し、弾性体からなるプリロード受け１１３に当接されて停止し、この状態で結合が完了する。
【０１０５】
このとき、結合の衝撃エネルギは、ダンパプレート１１１のコイルバネ１１２，１１２…によって緩衝され、最終的にプリロード受け１１３で吸収される。
【０１０６】
上述した例では、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の厚み方向の中央位置がアーム部材１０５，１０５の中間位置（以後、「ノミナル位置」と称す）を通過する、所謂アラインメントされた状態での捕獲・結合について説明したが、本実施の形態に係る人工衛星結合機構１０は、実際の運用において生じ得る図１０（ａ）及び（ｃ）に示すようなＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０がミスアラインメントされた状態での捕獲・結合も可能となっている。
【０１０７】
例えば、図１０（ａ）に示すように、外側アーム部材１０５寄りにＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０が位置するような場合には、外側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７，１０７のピストン部材１０８，１０８（図において左側、１つのみ図示）が後退した位置にある一方、内側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７のピストン部材１０８（図において右側）が前進した位置にある。
【０１０８】
前述したように、コンプライアンス機構１０７のバネ力は全体として外側及び内側で同一となるように設定されているため、この場合には、後退している外側のピストン部材１０８，１０８がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０をノミナル位置に押し（白抜矢符方向）、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の位置を矯正する。
【０１０９】
一方、図１０（ｃ）に示すように、内側アーム部材１０５寄りにＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０が位置するような場合には、内側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７のピストン部材１０８（図面右側）が後退した位置にある一方、外側アーム部材１０５のコンプライアンス機構１０７，１０７のピストン部材１０８，１０８（図面左側、１つのみ図示）が前進した位置にある。
【０１１０】
上述したのと同様、コンプライアンス機構１０７のバネ力は全体として外側及び内側で同一となるように設定されているため、この場合には、後退している内側のピストン部材１０８がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０をノミナル位置に押し（白抜矢符方向）、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の位置を矯正する。
【０１１１】
結果として、上記の何れの方向にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０のミスアラインメントが生じた場合であっても、図１０（ｂ）に示すように、外側及び内側のコンプライアンス機構１０７，１０７…のバネ力がバランスするノミナル位置にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は落ち着くことになる。
【０１１２】
このようなコンプライアンス機能は、図１１に示すように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の縦断面においてその厚み方向の中心線と端面との交点（捕獲領域規定点）Ｐを基準とし、この捕獲領域規定点Ｐが、アーム部材１０５，１０５を閉じ始める時点で、直立状態となったときのアーム部材１０５，１０５の内側で、且つ、短い方の内側アーム部材１０５のローラ１１０の到達できる距離から規定される略矩形の領域（捕獲領域）Ａ内にあれば、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の一応の捕獲は可能であるが、例えば、捕獲の際に内側アーム部材１０５のローラ１１０がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に干渉する虞がある。
【０１１３】
従って、捕獲領域規定点Ｐが、上記捕獲領域Ａよりも狭い領域、例えば、長い方の内側リブ７０ａが直立状態の内側アーム部材１０５に接触せず、且つ、内側リブ７０ａが内側アーム部材１０５のローラ１１０よりもダンパプレート１１１寄りの捕獲領域Ｂ内にあれば、捕獲の際にアーム部材１０５のローラ１１０がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に干渉することなく、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の捕獲が可能となる。
【０１１４】
次に、本実施の形態に係る人工衛星結合機構１０の分離動作について、図１２（ａ）及び（ｂ）、並びに図１３（ａ）及び（ｂ）の縦断面図を参照しながら説明する。
【０１１５】
本実施の形態に係る人工衛星結合機構１０は、図１２（ａ）にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との結合状態を示すように、内側アーム部材１０５に分離用のラッチ部材１２０を備えている。
【０１１６】
該ラッチ部材１２０は、内側アーム部材１０５の中途において該アーム部材１０５の揺動軸１０５ａと平行な揺動軸回りの揺動自在に支持され、内側アーム部材１０５の先端部方向に延設されている。ラッチ部材１２０は、延設方向先端部に押し出し面１２０ａを備え、該押し出し面１２０ａは、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との結合時に、外側アーム部材１０５の側（図１２（ａ）において左側）に内側アーム部材１０５から突出するようになっており、これによって、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面に当接されている。
【０１１７】
また、ラッチ部材１２０は、その基端部から略直角方向（図１２（ａ）においては略右方向）に延びたレバー部１２０ｂを有し、該レバー部１２０ｂの先端部を内側アーム部材１０５に一端を固定された引っ張りバネ１２１により、これが設置されている内側アーム部材１０５から離反する方向（図において反時計回り）に付勢されている。
【０１１８】
さらに、ラッチ部材１２０が設置された内側アーム部材１０５であって、該ラッチ部材１２０の基端部のレバー部１２０ｂの作動領域には、レバー部１２０ｂの可動範囲を規制するストッパ１２１ａ，１２１ｂが設けられている。これらのストッパ１２１ａ，１２１ｂにより、ラッチ部材１２０は、作動範囲が規制されている。なお、図１２（ａ）の状態においては、ラッチ部材１２０は、引っ張りバネ１２１の付勢力による反時計回りへの作動をその押し出し面１２０ａに当接しているＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面により拘束されていると共に、このＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０により引っ張りバネ１２１の付勢力に抗して時計回りに押されるような力を付与されているが、この方向への作動範囲を規制するストッパ１２１ａ（図１２（ａ）において下側）により係止されている。  以上のような構成により、アクチュエータ１０４が前述したような捕獲・結合時とは逆方向に作動されると、該アクチュエータ１０４の作動により、減速機１３０を介してボールねじ機構１０３が逆転駆動され、ボールねじ機構１０３のボールねじ部に螺合する移動テーブル１０２がガイドバー１０２ａ，１０２ａに案内されつつ前方へ押し出し移動される。
【０１１９】
移動テーブル１０２が前方へ押し出し移動されると、図１２（ｂ）に示すように、移動テーブル１０２にその揺動軸１０５ａ，１０５ａを固定された一対のアーム部材１０５，１０５は、直立した状態を維持したまま、即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持したまま押し出され、これに伴って内側アーム部材１０５に設けられたラッチ部材１２０も押し出される。従って、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、ラッチ部材１２０の押し出し面１２０ａにより同様に押し出される。なお、このとき、ラッチ部材１２０は、図１２（ａ）のときと同様の状態で維持されている。
【０１２０】
さらに移動テーブル１０２が前方へ押し出し移動されると、図１３（ａ）に示すように、棒状部材１０１ａ，１０１ａにより揺動を規制されていたアーム部材１０５，１０５が開き始め、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、ラッチ部材１２０から左側へと離れて行こうとするが、ラッチ部材１２０は、引っ張りばね１２１によりＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に追従して当接した状態を維持しようとする。しかしながら、やがて、ラッチ部材１２０は、その作動をこの方向への作動範囲を規制するストッパ１２１ｂ（図１３（ｂ）において上側）により拘束されて停止する。
【０１２１】
一方、ラッチ部材１２０の押し出し面１２０ａにより押し出されたＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、アーム部材１０５，１０５のローラ１１０，１１０…によって挟持されてはいるが、ローラ１１０，１１０…の転動により押し出された速度を減殺されないでいる。
【０１２２】
そして、さらに移動テーブル１０２が前方へ押し出し移動されると、図８（ａ）に示したように、アーム部材１０５，１０５の棒状部材１０１ａ，１０１ａによる揺動の規制が再び解除され、アーム部材１０５，１０５が一気に完全に開いた状態となり、分離が完了する。
【０１２３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態においてランデブ・ドッキングの対象とするターゲット衛星は、上記第１の実施の形態のターゲット衛星７と同じものである。そのため、ここでは、ターゲット衛星７に関する説明は省略する。
【０１２４】
本実施の形態に係るサービス衛星１の全体構成は、上記第１の実施形態と同様、図２（ａ）乃至（ｃ）並びに図３（ａ）乃至（ｃ）に概略図で示したように、全体として箱形をなす衛星本体１ａを備え、該衛星本体１ａは、そのドッキング側の面（以後、「前面」と称す）１ｂに３基の人工衛星結合機構２０，２０…を備えている。  つまり、本実施の形態においては、上記第１の実施の形態と人工衛星結合機構２０，２０…のみが異なるが、図２（ａ）乃至（ｃ）並びに図３（ａ）乃至（ｃ）を用いて説明したターゲット衛星７との運動形態に応じた捕獲・結合シーケンスは、上記第１の実施の形態と同様である。
【０１２５】
図１４及び図１５に示すように、本実施の形態に係るサービス衛星１は、その前面１ｂに３基の人工衛星結合機構２０，２０…を備え、該人工衛星結合機構２０，２０…は、ターゲット衛星７のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面と同一の径の円上に１２０°おきに等配されている。
【０１２６】
図１６に斜視図、及び図１７にその破断斜視図を示すように、各人工衛星結合機構２０は、概略箱状の機構本体２０１を備え、該機構本体２０１の内部には、移動テーブル２０２が、２本のガイドバー２０２ａ，２０２ａに案内されて、サービス衛星１の前後方向への移動自在に設けられている。移動テーブル２０２は、機構本体２０１内部に配設されたボールねじ機構２０３により移動され、該ボールねじ機構２０３は、機構本体２０１の後部に内蔵された減速機２３０を介して、機構本体２０１外部に配設されたアクチュエータ（例えば、電動モータ）２０４により駆動されるようになっている。
【０１２７】
移動テーブル２０２の対向する端部からは、それぞれ、アーム部材２０５，２０５が延びている。各アーム部材２０５は、移動テーブル２０２の移動方向に直交する揺動軸２０５ａ回りの揺動自在に設けられ、該揺動軸２０５ａに配設された捩じりバネ２０６により、上記第１の実施の形態とは逆に、他方のアーム部材２０５へ対向する方向（図１６及び図１７において、一対のアーム部材２０５，２０５が相対的に閉じる方向）に付勢されている。
【０１２８】
これら一対のアーム部材２０５，２０５の揺動軸２０５ａ，２０５ａ間の方向は、３基の人工衛星結合機構２０，２０…が配設された円の半径方向に向けられており（図１４及び図１５参照）、これによって、互いに離隔した揺動軸２０５ａ，２０５ａ回りに揺動する一対のアーム部材２０５，２０５の開閉動作により、アーム部材２０５，２０５の先端部間にてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持するようになっている。
【０１２９】
機構本体２０１の前面近傍の側面の位置には、図１６及び図１７に示すように、移動テーブル２０２が最も引き込まれた後退した位置にあるときに、最も閉じた状態のアーム部材２０５，２０５のそれぞれの中途部に臨んで配された棒状部材２０１ａ，２０１ａが固定されており、各棒状部材２０１ａは、その中途に、アーム部材２０５の他方のアーム部材から離反する側（即ち、外側）の面に当接するローラ２３４を回動自在に支持している。
【０１３０】
３基の人工衛星結合機構２０，２０…が配設された円の半径方向内方のアーム部材２０５（即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側に位置するアーム部材であり、以後、「内側アーム部材」と称す）の先端部は、その中途部から他方のアーム部材（即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外側に位置するアーム部材であり、以後、「外側アーム部材」と称す）２０５の方へ２段階に屈曲されており、全体として鉤状に形成されている。また、内側アーム部材２０５の先端部には、該アーム部材２０５の揺動軸２０５ａと平行な回転軸２１０ａを有する１つのローラ２１０が設けられている。
【０１３１】
一方、３基の人工衛星結合機構２０，２０…が配設された円の半径方向外方の外側アーム部材２０５の先端部も、同様に、その中途部から他方のアーム部材（即ち、内側アーム部材）２０５の方へ２段階に屈曲されており、全体として鉤状に形成されている。ただし、内側アーム部材２０５とは異なり、この外側アーム部材２０５の先端部には、該外側アーム部材２０５の揺動軸２０５ａと平行な回転軸２１０ａ，２１０ａをそれぞれ有する２つのローラ２１０，２１０が揺動軸２０５ａ方向に所定長離隔して配設されている。
【０１３２】
各アーム部材２０５の基端部は、他方のアーム部材２０５から離反する側（即ち、外側）の面から、揺動軸２０５ａを中心とする円弧状の開放溝２０５ｂが形成されており、該開放溝２０５ｂの幅寸法は、棒状部材２０１ａに設けられたローラ２３４の外径に合わせた大きさとされている。さらに、開放溝２０５ｂよりも基端側のアーム部材２０５の位置には、開放溝２０５ｂに連続して開放強制レバー部２０５ｃがアーム部材２０５の延設方向と直交する方向（図においてはアーム部材２０５の外側）に突出して設けられている。
【０１３３】
機構本体２０１の前面には、該前面に沿って概略Ｈ字状をなしたダンパプレート２１１が設けられ、該ダンパプレート２１１は、機構本体２０１の前面との間に設けられた４つのコイルバネ２１２，２１２…により前方へ付勢されている。ダンパプレート２１１は、Ｈ字状の片側（本実施の形態では内側アーム部材２０５側）の切れ込みを機構本体１０１の前面中央部まで達するように大きく形成され、この切れ込みの部分に相当する機構本体２０１の前面の中央部近傍には、弾性体からなるプリロード受け２１３が設けられている。
【０１３４】
以上のような構成を備えた本実施の形態に係る人工衛星結合機構２０の捕獲・結合動作について、上記の図１６及び図１７の斜視図、並びに図１８及び図１９の縦断面図を参照しながら次に説明する。
【０１３５】
まず、アーム部材２０５，２０５の開放動作について簡単に説明しておき、詳細については後述する。なお、開放動作は、図２２（ａ）乃至（ｃ）並びに図２３（ａ）及び（ｂ）に示す開放動作と略逆の動作である。
【０１３６】
人工衛星結合機構２０は、最終的にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の対応する位置に近付けられる前に図１８に示すように最も開いた状態とされる。図１６及び図１７に示した全閉状態から全開状態とするまでの過程においては、まず、アクチュエータ２０４が作動され、このアクチュエータ２０４の作動により、減速機２３０を介してボールねじ機構２０３が駆動され、ボールねじ機構２０３のボールねじ部２０３ａに螺合する移動テーブル２０２がガイドバー２０２ａ，２０２ａに案内されつつ前方へ押し出し移動される。このとき、アーム部材２０５の他方のアーム部材２０５から離反する側の面（即ち、外側の面）に当接しているローラ２３４は、このアーム部材２０５の外側の面を転動しながら、相対的にアーム部材２０５の基端部へと移動する。
【０１３７】
そして、ローラ２３４が、アーム部材２０５の開放溝２０５ｂを越えて開放強制レバー部２０５ｃに当接されると、開放強制レバー部２０５ｃがアーム部材２０５を押して開く方向に揺動させる。このとき、アーム部材２０５の開放に応じて、ローラ２３４は、開放溝２０５ｂに嵌まり込み、該開放溝２０５ｂの終端に到達したところでアーム部材２０５の開放が停止されるようになっている。
【０１３８】
なお、この状態で、捩じりバネ２０６により閉じる方向へ付勢されているアーム部材２０５は、アクチュエータ２０４，減速機２３０，ボールねじ機構２０３等に設けられたブレーキ手段（図示せず）によって閉じる方向へは動作しないように制御される。
【０１３９】
この状態が図１８に示した全開状態であり、人工衛星結合機構２０は、このアーム部材２０５，２０５が最も開いた状態で、最終的にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の対応する位置に近付けられ、アクチュエータ２０４が上述とは逆に作動される。アクチュエータ２０４の作動により、減速機２３０を介してボールねじ機構２０３が駆動され、ボールねじ機構２０３のボールねじ部２０３ａに螺合する移動テーブル２０２がガイドバー２０２ａ，２０２ａに案内されつつ後方へ引き込み移動される。
【０１４０】
移動テーブル２０２が後方へ引き込み移動されると、開放溝２０５ｂの終端に当接していた棒状部材２０１ａのローラ２３４の位置が変わり、捩じりバネ２０６の付勢力によりアーム部材２０５を閉じる方向に回転する。アーム部材２０５が閉じ始めると、ローラ２３４は、開放溝２０５ｂの当該アーム部材２０５の先端部側の湾曲した溝面を転動しながら、前述した開放溝２０５ｂと開放強制レバー部２０５ｃとが連続的に接続される部分に形成された段差を越える。
【０１４１】
これにより、アーム部材２０５は、捩じりバネ２０６により一気に閉じる方向へ揺動され、全閉状態に達する。これに応じて、ローラ２３４は、開放溝２０５ｂから脱してアーム部材２０５の外側の面に到達する。
【０１４２】
このとき、アーム部材２０５，２０５は、その先端部に設けられたローラ２１０，２１０…がそれぞれＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面及び外周面に当接されるように閉じられ、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持し、捕獲する。また、各ローラ２１０は、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０のリブ７０ａ，７０ｂよりも奥側（ターゲット衛星７の衛星本体７ａの前面寄り）まで達するようにされる。
【０１４３】
その後、さらに移動テーブル２０２が後方へ引き込み移動されると、アーム部材２０５，２０５は、全閉状態を維持してＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持したまま、直立状態で移動テーブル２０２と共に引き込まれる。
【０１４４】
このとき、一対のアーム部材２０５，２０５は、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面及び外周面を転動可能なローラ２１０，２１０…を介して挟持しているため、内側アーム部材２０５のローラ２１０が、これよりも長い外側アーム部材２０５のローラ２１０，２１０よりも先にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側リブ７０ａに内側から当接した位置で落ち着く（図２２（ｂ））。
【０１４５】
さらに移動テーブル２０２が後方へ引き込み移動され、最も引き込まれた位置とされた場合には、図１９及び図２２（ａ）（図１６及び図１７も参照）に示すように、アーム部材２０５，２０５は、直立状態を維持しながらそのまま引き込み方向へ移動され、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内側リブ７０ａに内側（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の基端側）から当接している内側アーム部材２０５により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０ごと引き込む。そして、この引き込み移動により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面は、ダンパプレート２１１に突き当たった後で、コイルバネ２１２，２１２…の付勢力に抗してダンパプレート２１１を押し、弾性体からなるプリロード受け２１３に当接されて停止し、この状態で結合が完了する。
【０１４６】
このとき、結合の衝撃エネルギは、ダンパプレート２１１のコイルバネ２１２，２１２…によって緩衝され、最終的にプリロード受け２１３で吸収される。
【０１４７】
また、各アーム部材２０５の先端部近傍には、ロンチロックピン２３５，２３５が揺動軸２０５ａと平行にアーム部材２０５の両側から突出して設けられている。これらロンチロックピン２３５，２３５は、最も引き込まれた位置にあるときに、ダンパプレート２１１をコイルバネ２１２，２１２…の付勢力に抗してダンパプレート２１１を押し付けるようになされている。
【０１４８】
一方、ダンパプレート２１１のロンチロックピン２３５，２３５がそれぞれ当接する押圧部２１１ａ，２１１ａは、Ｈ字状をなすダンパプレート２１１の切り込み部の両側（ロンチロックピン２３５，２３５の延設方向の両側）に形成されており、従って、アーム部材２０５の両側に突出した同軸のロンチロックピン２３５，２３５が押圧部２１１ａ，２１１ａ間に架け渡される態様となっている。また、押圧部２１１ａ，２１１ａは、この部分よりもアーム部材２０５が開く方向への動作に対しては当該アーム部材２０５とは係合しないように形成されている。さらに、押圧部２１１ａ，２１１ａは、アーム部材２０５が開く方向、且つ、アーム部材２０５の引き込み方向にテーパ状に形成されている。
【０１４９】
サービス衛星１の打ち上げ時には、アーム部材２０５，２０５は、最もコンパクトな形態であるため、このような最も引き込まれた位置とされ、同時に、ロンチロックピン２３５，２３５…によりダンパプレート２１１がコイルバネ２１２，２１２…を縮短した状態とされるため、振動等の影響を受け難くなっている。なお、このようなロンチロックピン２３５，２３５…の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【０１５０】
また、図１７に示すように、前述したボールねじ機構２０３のボールねじ部２０３ａの前方端部は、機構本体２０１の前面にねじ軸回りの回動自在に支持されていると共に、軸長方向に所定長移動自在に支持されている。一方、このボールねじ機構２０３の後方端部は、ベアリング２３１によってねじ軸回りの回動自在に支持されていると共に、このベアリング２３１と共に、軸長方向に所定長移動自在に機構本体２０１に支持されている。
【０１５１】
このように、軸長方向のクリアランスを有するボールねじ部２０３ａは、ベアリング２３１を介してボールねじ部２０３ａを後方へ付勢するコイルバネ２３２によりプリロードが付与されてガタつきを抑えられ、しかも、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を捕獲したとき等の前方へのアーム部材２０５，２０５の引っ張り力を緩和する作用も有している。
【０１５２】
なお、このようなボールねじ機構２０３の構成及び作用も、上記の第１の実施の形態に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【０１５３】
本実施の形態に係る人工衛星結合機構２０は、一対のアーム部材２０５，２０５の揺動付勢方向が上記の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構１０とは逆であるため、特別なコンプライアンス機構は不要であるが、代わりに、互いに対向する方向へ付勢されている一対のアーム部材２０５，２０５全体が同様のコンプライアンス機能を有している。
【０１５４】
図２０（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ローラ２３４，２３４が開放溝２０５ｂ，２０５ｂから脱し、アーム部材２０５，２０５が捩じりバネ２０６により一気に閉じてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持したときには、アーム部材２０５，２０５は、開放溝２０５ｂ，２０５ｂによりローラ２３４，２３４との干渉なしに開方向及び閉方向の何れの方向へも自由に揺動できる状態となっている（勿論、捩じりバネ２０６，２０６の付勢力は付与されている状態である）。つまり、この捩じりバネ２０６，２０６によりアーム部材２０５，２０５全体がコンプライアンス機能を有することとなっており、一対のアーム部材２０５，２０５がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を柔に挟持することができる。
【０１５５】
なお、本実施の形態におけるローラ２１０，２１０…の当接力（押圧力）は、アーム部材２０５，２０５を揺動付勢する捩じりバネ２０６，２０６のバネ定数に応じて定められ、バネ定数は、アーム部材２０５，２０５の長さ、ローラ２１０，２１０…の当接位置等の条件に応じて、一対のアーム部材１０５，１０５の当接力（押圧力）が相互にバランスするように設定される。
【０１５６】
従って、例えば、図２０（ａ）に示すように、外側アーム部材２０５寄り（図における左側）にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０が位置するような場合には、外側アーム部材２０５がその分だけ開いた状態にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に押される一方、内側アーム部材２０５が相対的に閉じた状態に追従する。前述したように、捩じりバネ２０６，２０６のバネ力は、全体として外側及び内側で同一となるように設定されているため、この場合には、開いている外側のアーム部材２０５がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０をノミナル位置に押し（白抜矢符方向）、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の位置を矯正する。
【０１５７】
一方、図２０（ｃ）に示すように、内側アーム部材２０５寄り（図における右側）にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０が位置するような場合には、内側アーム部材２０５がその分だけ開いた状態にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に押される一方、外側アーム部材２０５が相対的に閉じた状態に追従する。上述したのと同様、捩じりバネ２０６，２０６のバネ力は、全体として外側及び内側で同一となるように設定されているため、この場合には、開いている内側のアーム部材２０５がＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０をノミナル位置に押し（白抜矢符方向）、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の位置を矯正する。
【０１５８】
結果として、何れのようにＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０のミスアラインメントが生じた場合であっても、図２０（ｂ）に示すように、外側及び内側のアーム部材２０５，２０５の捩じりバネ２０６，２０６のバネ力がバランスするノミナル位置にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は落ち着くことになる。
【０１５９】
また、外側アーム部材２０５は、先端部に２つのローラ２１０，２１０を備えてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外周面の周方向の２箇所に当接する一方、内側のアーム部材２０５は、その周方向の中間位置に１つのローラ２１０によりＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の内周面から当接するようになっているため、これらローラ２１０，２１０…の当接力（押圧力）により、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の外側からの２箇所の当接位置を結ぶ線分を接線と平行な線とし、且つ、この線分の垂直２等分線上に、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の中心軸を持ってくるように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の姿勢を矯正することができる。
【０１６０】
さらなるターゲット衛星７に対する姿勢強制機能として、図２０（ｂ）にてより明確に分かるように、一対のアーム部材２０５，２０５の長さ、より厳密には、一対のアーム部材２０５，２０５のＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に対する当接位置をＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の筒長（軸長）方向に異ならせることで、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７の姿勢を矯正することができるようにしてある。
【０１６１】
本実施の形態においては、図２１（ａ）乃至（ｃ）に示すように、外側アーム部材２０５のローラ２１０，２１０をＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の基端側の位置に当接させ、内側アーム部材２０５のローラ２１０をＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の先端側の位置に当接させているため、これら当接箇所の中間位置を中心とした回転モーメント（図において矢符で示す時計回りのモーメント）がターゲット衛星７に対して加えられる。
【０１６２】
従って、図２１（ａ）に示すように、ターゲット衛星７に近付いたときに、３基すべての人工衛星結合機構２０，２０…を全開とし、このとき、ターゲット衛星７の姿勢に矯正の必要があれば、最も先にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０に近付いた１基の人工衛星結合機構２０の閉動作を開始し、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を捕獲する。
【０１６３】
なお、このような位置へのサービス衛星１の誘導、及びＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０と各人工衛星結合機構２０との相対距離の計測等は、例えば、本願出願人らの開発した接近用近距離域航法センサにより行うことが可能である。
【０１６４】
そして、図２１（ｂ）に示すように、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を捕獲している１基の人工衛星結合機構２０によりＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介してターゲット衛星７に矢符で示すような回転モーメントを加えて姿勢を矯正しつつ、前述したようにターゲット衛星７のミスアラインメント等の位置も矯正し、さらに、回転モーメントを加えられてＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０が残りの２基の人工衛星結合機構２０，２０に近付いたときに、これら２基の人工衛星結合機構２０，２０の閉動作を開始し、その後３基すべての人工衛星結合機構２０，２０…の引き込み動作を行なってＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を介したターゲット衛星７との結合を完了する。
【０１６５】
また、分離時には、３基すべての人工衛星結合機構２０，２０…を同時に作動させ、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との正対姿勢を維持した状態で一気にアーム部材２０５，２０５を開き、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を開放する。
【０１６６】
なお、以上のような人工衛星結合機構２０，２０…の捕獲・結合及び分離動作制御は、上記の第１の実施の形態に対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。
【０１６７】
次に、本実施の形態に係る人工衛星結合機構２０の分離動作について、図２２（ａ）乃至（ｃ）、並びに図２３（ａ）及び（ｂ）の縦断面図を参照しながら説明する。
【０１６８】
本実施の形態に係る人工衛星結合機構２０は、図２２（ａ）にＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との結合状態を示すように、内側アーム部材２０５に分離用のラッチ部材２２０を備えている。
【０１６９】
該ラッチ部材２２０は、内側アーム部材２０５の中途において該アーム部材２０５の揺動軸２０５ａと平行な揺動軸回りの揺動自在に支持され、内側アーム部材２０５の先端部方向に延設されている。ラッチ部材２２０は、延設方向先端部に押し出し面２２０ａを備え、該押し出し面２２０ａは、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との結合時に、外側アーム部材２０５の側（図において左側）に内側アーム部材２０５から突出するようになっており、これによって、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の端面に当接されている。
【０１７０】
また、図２０（ａ）乃至（ｃ）にラッチ構造を詳しく示すように、ラッチ部材２２０は、その基端部から略直角方向（図においては略右方向）に延びたレバー部２２０ｂを有し、該レバー部２２０ｂの先端部を内側アーム部材２０５に一端を固定された引っ張りバネ２２１により、内側アーム部材２０５の側（図において反時計回り）に付勢されている。
【０１７１】
以上のような構成により、図２２（ａ）に示すような結合状態から、アクチュエータ２０４が前述したような捕獲・結合時とは逆方向に作動されると、該アクチュエータ２０４の作動により、減速機２３０を介してボールねじ機構２０３が逆転駆動され、ボールねじ機構２０３のボールねじ部２０３ａに螺合する移動テーブル２０２がガイドバー２０２ａ，２０２ａに案内されつつ前方へ押し出し移動される。
【０１７２】
移動テーブル２０２が前方へ押し出し移動されると、図２２（ｂ）に示すように、移動テーブル２０２にその揺動軸２０５ａ，２０５ａを固定されたアーム部材２０５，２０５は、直立した状態を略維持したまま、即ち、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０を挟持したまま押し出され、これに伴って内側アーム部材２０５に設けられたラッチ部材２２０も押し出される。従って、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、ラッチ部材２２０の押し出し面２２０ａにより同様に押し出される。
【０１７３】
さらに移動テーブル２０２が前方へ押し出し移動されると、図２２（ｃ）に示すように、アーム部材２０５，２０５の互いに離反する面上を相対的に基端部の方へ転動していたローラ２３４，２３４が、アーム部材２０５，２０５の開放溝２０５ｂ，２０５ｂを越えて開放強制レバー部２０５ｃ，２０５ｃを押し、アーム部材２０５，２０５を一気に開く方向に揺動させる。
【０１７４】
このとき、アーム部材２０５，２０５は、一気に開く方向に揺動されるので、ラッチ部材２２０の押し出し面２２０ａにより押し出されたＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０は、ローラ１１０，１１０…との接触状態を解除され、押し出された速度を減殺されない。
【０１７５】
そして、図２３（ａ）に示すように、アーム部材２０５，２０５の開放に応じて、ローラ２３４，２３４が開放溝２０５ｂ，２０５ｂに嵌まり込み、該開放溝２０５ｂ，２０５ｂの終端に到達したところでアーム部材２０５，２０５の開放が停止され、開放動作が完了する。
【０１７６】
図２０（ａ）乃至（ｃ）に示したように、本実施の形態に係るラッチ部材２２０は、引っ張りバネ２２１により上記の第１の実施の形態とは同方向に付勢されており、通常は、内側アーム部材２０５から外側アーム部材２０５の方へと突出しているが、この引っ張りバネ２２１のバネ定数は非常に小さいものであり、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との干渉時には、内側アーム部材２０５側へと揺動し（図２０（ｃ）参照）、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０の姿勢及び位置には影響を与えないようになっている。
【０１７７】
なお、実際の運用にあっては、例えば、ボールねじ機構２０３のアクチュエータ２０４が故障したり、アクチュエータ２０４への電力の供給ができなくなったりすることが考えられることから、非常時に、アーム部材２０５，２０５を強制的に開き、ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０との係合を解除する緊急分離機構が必要になる。
【０１７８】
そこで、本実施の形態に係る人工衛星結合機構２０は、移動テーブル２０２が最も引き込まれた位置にあっても、アクチュエータ２０４の作動を必要とする移動テーブル２０２を動作させることなく、アーム部材２０５，２０５をＰＡＦ  Ｉ／Ｆ  ７０と分離可能な程度に強制的に開く機構を備えている。
【０１７９】
具体的な構造を図１６及び図１７、並びに図２４乃至図２７を用いて次に説明する。
【０１８０】
図２４は、本実施形態に係る人工衛星結合機構の緊急分離動作を示す縦断面図であり、図２５乃至図２７は、本実施形態に係る緊急分離機構の構造を示す斜視図であり、図２５にはその斜視図、図２６には平面図、及び図２７には正面図をそれぞれ示してある。なお、図２５乃至図２７において、緊急分離に係る可動部分を二点差線で示し、非可動部分と緊急分離動作後の可動部分の状態とを実線でそれぞれ示してある。
【０１８１】
まず、図２４（ａ）、並びに図２５乃至図２７にて主として二点差線で示すように、移動テーブル２０２の両端部に揺動自在に支持されているアーム部材２０５，２０５は、移動テーブル２０２が最も引き込まれた状態で全閉状態となっている。このとき、アーム部材２０５，２０５は、それぞれ外側から棒状部材２０１ａ，２０１ａに支持されたローラ２３４，２３４により開く方向への動作を規制されている。
【０１８２】
各棒状部材２０１ａは、その一端を、該棒状部材２０１ａの延設方向に直交する前後方向の軸２３６回りの揺動自在に機構本体２０１（図１６及び図１７参照）に支持されている。また、棒状部材２０１ａは、軸２３６に設けられた捩じりバネ２３７により、当接しているアーム部材２０５から離反する方向へ揺動するように付勢されている。
【０１８３】
棒状部材２０１ａの他端には、ストッパブロック２３８が固定され、捩じりバネ２３７による棒状部材２０１ａの揺動は、一対の棒状部材２０１ａ，２０１ａのストッパブロック２３８，２３８を相互にワイヤ２３９で接続することにより規制されている。
【０１８４】
このワイヤ２３９の中途（本実施の形態においては中間位置）には、ワイヤ切断装置２４０が設けられている。ワイヤ切断装置２４０は、図２６に具体的に示すように、ワイヤ２３９の延設方向に直交する方向にその刃部を臨ませるように配置されたカッタ２４１を内蔵している。カッタ２４１は、ワイヤ２３９の延設方向に直交する方向に移動自在とされている。また、ワイヤ切断装置２４０は、カッタ２４１の刃部とは反対側の端部に臨んで２つのカッタ推進部２４２，２４２を備えている。各カッタ推進部２４２は、比較的小さい電力の供給により起爆する火工品を備えており、その爆発による高圧燃焼ガスによりカッタ２４１を推進し、ワイヤ２３９の切断を行なわせるものである。ここで、２つのカッタ推進部２４２，２４２を備えているのは、一方が故障又は不発したとき等のために冗長性を持たせるためである。
【０１８５】
以上のような構成により、ワイヤ切断装置２４０の作動によりワイヤ２３９が切断されると、このワイヤ２３９による棒状部材２０１ａ，２０１ａの拘束が解除され、ローラ２３４，２３４を介した棒状部材２０１ａ，２０１ａによるアーム部材２０５，２０５の揺動規制が解除されることになる。
【０１８６】
このとき、アーム部材２０５，２０５は、共に、その揺動軸２０５ａ，２０５ａに設けられた捩じりバネ２０６，２０６により閉じる方向に付勢されているが、アーム部材２０５，２０５の棒状のロンチロックピン２３５，２３５が縮短状態にあるコイルバネ２１２，２１２…上のダンパプレート２１１に押し付けられているため、これらコイルバネ２１２，２１２…の付勢力によりダンパプレート２１１と共にロンチロックピン２３５，２３５は前方へ押される。
【０１８７】
ダンパプレート２１１と共に前方へ押されたロンチロックピン２３５，２３５は、ダンパプレート２１１のテーパ状をなした押圧部２１１ａ，２１１ａ…によりテーパ面に直交する方向、即ちアーム部材２０５，２０５を開く方向に押される。従って、このときにアーム部材２０５，２０５に作用する回転トルクを、揺動軸２０５ａ，２０５ａに配された捩じりバネ２０６，２０６による回転トルクよりも大きくなるように設定しておくことにより、結果としてアーム部材２０５，２０５の開放が達成される。
【０１８８】
なお、本実施の形態で示した緊急分離機構は、上記の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構１０に対しても適用することが可能である。ただし、第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構１０では、アーム部材１０５，１０５は、捩じりバネ１０６，１０６により開く方向に付勢されているため、アーム部材１０５，１０５に上記したようなロンチロックピン２３５，２３５を設ける必要もないし、また、ダンパプレート２１１にテーパ状の押圧部２１１ａ，２１１ａ…を設ける必要もなく、単に、図２５乃至図２７に示したような機構だけを備えていればよい。
【０１８９】
なお、緊急分離機構においては、棒状部材２０１ａ，２０１ａを付勢している捩じりバネ２３７，２３７は、アーム部材２０５，２０５を強制的に開かせる力が十分にある場合には、不要とすることも可能である。
【０１９０】
【発明の効果】
以上のように、本願発明に係る人工衛星結合機構、それを有した宇宙機及び制御方法によれば、ターゲット衛星たる多くの人工衛星が共通構造として有する例えばＰＡＦ  Ｉ／Ｆのような筒状フレーム構造を挟持してターゲット衛星の捕獲・結合を行なうことによって、過去に打ち上げられた非協力ターゲット衛星に対してもランデブ・ドッキングを有効に行なうことができ、しかも捕獲時に筒状フレーム構造を挟持するため、ターゲット衛星の姿勢が安定する等、本願発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る宇宙機たるサービス衛星がランデブ・ドッキング対象とする筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を具備したターゲット衛星の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）乃至（ｃ）は、ターゲット衛星の運動形態に応じた本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の捕獲・結合シーケンスを説明する図であり、特に、ターゲット衛星が３軸制御されている場合を示している。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は、ターゲット衛星の運動形態に応じた本願発明の実施の形態に係るサービス衛星の捕獲・結合シーケンスを説明する図であり、特に、ターゲット衛星がスロースピンしている場合を示している。
【図４】本願発明の第１の実施の形態に係るサービス衛星がその前面に具備する３基の人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する配置を示す斜視図である。
【図５】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の構成を示す一部破断斜視図であり、特に、人工衛星結合機構のアーム部材が全開とされている状態を示している。
【図６】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の構成を示す一部破断斜視図であり、特に、人工衛星結合機構のアーム部材が閉じられ、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を捕獲した状態を示している。
【図７】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の構成を示す一部破断斜視図であり、特に、人工衛星結合機構のアーム部材が引き込まれ、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を介してターゲット衛星と結合した状態を示している。
【図８】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の捕獲・結合動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、捕獲前のアーム部材が全開の状態を示し、（ｂ）は、アーム部材が閉じられ、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を捕獲した状態を示している。
【図９】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の捕獲・結合動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、捕獲後のアーム部材の引き込み直前の状態を示し、（ｂ）は、アーム部材が引き込まれ、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を介してターゲット衛星と結合した状態を示している。
【図１０】アーム部材の開閉方向にミスアラインメントされた筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構のコンプライアンス機能を説明するための縦断面図であり、（ａ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）が外側アーム部材側にミスアラインメントされた状態を示し、（ｂ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）が内側アーム部材側にミスアラインメントされた状態を示し、（ｃ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）がノミナル位置にアラインメントされた状態を示している。
【図１１】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構のコンプライアンス機能による筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の捕獲領域を説明するための縦断面図である。
【図１２】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との分離動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、分離動作前のアーム部材が全閉の状態を示し、（ｂ）は、アーム部材が押し出され、同時にラッチ部材が筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を介してターゲット衛星を押し出している状態を示している。
【図１３】本願発明の第１の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との分離動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、アーム部材がさらに押し出され、ラッチ部材の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との係合が解除される過渡状態を示し、（ｂ）は、ラッチ部材の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との係合が完全に解除された状態を示している。
【図１４】本願発明の第２の実施の形態に係るサービス衛星がその前面に具備する３基の人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する配置を示す斜視図であり、特に、捕獲前のアーム部材が全開の状態を示している。
【図１５】本願発明の第２の実施の形態に係るサービス衛星がその前面に具備する３基の人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する配置を示す斜視図であり、特に、結合のアーム部材が全閉の状態を示している。
【図１６】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の構成を示す斜視図であり、特に、人工衛星結合機構のアーム部材が全閉の状態を示している。
【図１７】図１６に示した本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の破断斜視図である。
【図１８】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の捕獲・結合動作を示す縦断面図であり、特に、捕獲前のアーム部材が全開の状態を示している。
【図１９】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）の捕獲・結合動作を示す縦断面図であり、特に、結合後のアーム部材が全閉の状態を示している。
【図２０】アーム部材の開閉方向にミスアラインメントされた筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構のコンプライアンス機能を説明するための縦断面図であり、（ａ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）が外側アーム部材側にミスアラインメントされた状態を示し、（ｂ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）がノミナル位置にアラインメントされた状態を示し（ｃ）は、筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）が内側アーム部材側にミスアラインメントされた状態を示している。
【図２１】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の外側アーム部材と内側アーム部材との筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）に対する当接位置の違いによるターゲット衛星の姿勢矯正機能、及び３基の人工衛星結合機構の動作制御を説明するための図であり、（ａ）は、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）が人工衛星結合機構に近付いた状態を示し、（ｂ）は、最も近い１基の人工衛星結合機構により筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を捕獲し、回転モーメントを加えながらターゲット衛星の姿勢を矯正している状態を示し、（ｃ）は、残りの人工衛星結合機構により筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を捕獲し、３基すべての人工衛星結合機構により筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を介してターゲット衛星と結合した状態を示している。
【図２２】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との分離動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、分離動作前のアーム部材が全閉の状態を示し、（ｂ）は、アーム部材が押し出され、同時にラッチ部材が筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）を介してターゲット衛星を押し出している状態を示し、（ｃ）は、アーム部材がさらに押し出され、ラッチ部材の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との係合が解除された状態を示している。
【図２３】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）との分離動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、アーム部材がさらに押し出された状態を示し、（ｂ）は、分離を完了し、ラッチ部材が全開となった状態を示している。
【図２４】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の非常時の緊急分離動作を示す縦断面図であり、（ａ）は、緊急分離動作前のアーム部材が全閉で、ターゲット衛星の筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）と結合した状態を示し、（ｂ）は、緊急分離動作後のアーム部材が筒状フレーム構造（ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ）と分離可能な量だけ開いた状態を示している。
【図２５】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の非常時の緊急分離機構の一部を示す斜視図である。
【図２６】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の非常時の緊急分離機構の一部を示す平面図である。
【図２７】本願発明の第２の実施の形態に係る人工衛星結合機構の非常時の緊急分離機構の一部を示す正面図である。
【図２８】ＥＴＳ−ＶＩＩに係る従来のランデブ・ドッキング機構を示す斜視図であり、特に、ターゲット衛星側に設けられた専用ハンドルを示している
【図２９】ＥＴＳ−ＶＩＩに係る従来のランデブ・ドッキング機構を示す斜視図であり、特に、専用ハンドルを介してターゲット衛星に対して捕獲・結合をするためのサービス衛星側に設けられた人工衛星結合機構を示している。
【図３０】図２８に示した専用ハンドルを、図２９に示した人工衛星結合機構が捕獲した状態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１    サービス衛星
１ａ  衛星本体
１ｂ  前面
１０，２０  人工衛星結合機構
１０１，２０１    機構本体
１０１ａ，２０１ａ  棒状部材
１０２，２０２    移動テーブル
１０２ａ，２０２ａ  ガイドバー
１０３，２０３    ボールねじ機構
２０３ａ  ボールねじ部
１０４，２０４    アクチュエータ
１０５，２０５    アーム部材
１０５ａ，２０５ａ  揺動軸
２０５ｂ  開放溝
２０５ｃ  開放強制レバー部
１０６，２０６    捩じりバネ
１０７    コンプライアンス機構
１０７ａ  シリンダハウジング
１０８    ピストン部材
１０９    コイルバネ
１１０，２１０    ローラ
１１０ａ，２１０ａ  回転軸
１１１，２１１    ダンパプレート
１１１ａ  開口
２１１ａ  押圧部
１１２，２１２    コイルバネ
１１３，２１３    プリロード受け
１２０，２２０    ラッチ部材
１２０ａ，２２０ａ  押し出し面
１２０ｂ，２２０ｂ  レバー部
１２１，２２１    引っ張りバネ
１２１ａ，１２１ｂ  ストッパ
１３０，２３０    減速機
２３１    ベアリング
２３２    コイルバネ
２３４    ローラ
２３５    ロンチロックピン
２３６    軸
２３７    捩じりバネ
２３８    ストッパブロック
２３９    ワイヤ
２４０    ワイヤ切断装置
２４１    カッタ
２４２    カッタ推進部
７    非協力ターゲット衛星
７ａ  衛星本体
７０  ＰＡＦ  Ｉ／Ｆ
７０ａ    内側リブ
７０ｂ    外側リブ
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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