(57)【要約】本発明は、衛星のロボット燃料供給のための方法、システムおよび装置を提供する。上記システムは、地球から直接打ち上げられる専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、あるいは代替的には、別のより大きな宇宙母船または宇宙ステーションから打ち上げることも可能であり、より大きな宇宙船の場合には、燃料供給衛星が宇宙に運ばれるものであってもよく、若しくは、それを打ち上げる宇宙ステーション上に必要なときまで保管されるようにしてもよい。上記システムは、ロボットアームと、保守される衛星上の燃料注入バルブへのアクセス、開放および閉鎖に必要とされる、ロボットアームのエンドエフェクタに取り付けることができる適当なツールと、ツールおよび様々な燃料注入キャップが保管されるツール容器の保管および取出しステーションとを含む。上記システムは、例えば、地球上、母船内または宇宙ステーション内など、遠隔地にいるオペレータによる遠隔操作下にある。ロボットアームとエンドエフェクタに焦点が合わされたカメラが含まれ、映像がオペレータに送信されて、これにより、オペレータが燃料供給処置を誘導および制御することができる。上記システムは、コンピュータ制御下で自律的に操作されるよう構成するようにしてもよい。【選択図】図１
2010520832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための流体移送手段と、
燃料注入ラインを前記燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから前記燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを前記酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付けて、そこから前記酸化剤注入ラインを分離するためのツール手段と、
前記ツール手段と前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
前記ツール手段に接続され、前記燃料および酸化剤注入ラインを前記燃料および酸化剤ポートに連結および分離するために、前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートに対して前記ツール手段を位置調整するための位置調整手段と、
前記検出手段、前記位置調整手段および前記ツール手段と通信して、前記検出手段からのフィードバックに基づいて前記位置調整手段および前記ツール手段の動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
当該システムが、前記クライアント衛星に燃料供給するための保守衛星上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
当該システムが有人宇宙船内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のシステムにおいて、
当該システムが、打上げ前にクライアント衛星に燃料を供給するために、地球上に位置する保守ベイ内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１，２，３または４に記載の燃料供給システムにおいて、
前記制御手段が、人間の遠隔オペレータに、ユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムを遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムであることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料供給システムにおいて、
前記人間の遠隔オペレータが、別の宇宙船または地球上の何れかに位置することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記制御手段が、すべての前記燃料供給操作を操作するようにプログラムされたコンピュータ制御装置を含む自律制御システムであることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料供給システムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、前記保守宇宙船上に取り付けられていることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項９】
請求項７に記載の燃料供給システムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、別の宇宙船または地球上の何れかに、前記保守宇宙船から離れて配置されていることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１０】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記制御手段が、自律／遠隔操作の混合型制御システムであって、当該システムが、
前記燃料供給操作の幾つかまたはすべてを操作するようにプログラム化されたコンピュータ制御装置と、
ユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムの幾つかまたはすべてを人間の遠隔オペレータに遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムとを含み、
前記自律／遠隔操作の混合型制御システムが、３つのモードの何れか１つで動作するように構成されており、それらモードには、
前記コンピュータ制御装置がすべての燃料供給操作を制御する第１自律モードと、
前記人間の遠隔オペレータがユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムを遠隔操作して、すべての燃料供給操作を制御する第２遠隔操作モードと、
前記燃料供給システムが自律的に操作されるが、すべての自律操作が監視されて、人間のオペレータにより、中止することができ、かつ承認を得る必要がある第３監視自律モードとが含まれることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記検出手段が少なくとも１のビデオカメラであることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記検出手段が人工視覚システムであることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記クライアント衛星上の前記燃料タンクの前記燃料ポートが、燃料注入バルブと、前記燃料注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記酸化剤タンクの前記酸化剤ポートが、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記ツール手段が、交換可能なソケットモジュールを有するバルブツールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールとを含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料供給システムにおいて、
前記バルブツールが、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構とを含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ機構内に置いたときに前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構を含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構を含み、当該クランプ機構が、確実に、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されており、さらに、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、外側キャップ除去ツールとをさらに含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための交換ツールも含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１７】
請求項１乃至１６の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管場所を含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構（quick release mechanism）を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を観察するように構成された２台のビデオカメラを含み、前記ビデオカメラからの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１４に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための外側キャップ除去および交換ツールとをさらに含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を表示するように構成され、前記検出手段からの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムにおいて、
戦略的に配置された前記支持フレーム上に配置されて、前記少なくとも２台の調節カメラからの映像を使用して、位置の簡易な解析を可能とする機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記支持フレームが、下部ベース部、中間ベース部および上部ベース部を含み、
前記下部ベース部が、通路と、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブの一部を内部に受け入れるように構成された関連する導入部とを含み、
ソケットモジュールが前記ソケットモジュールホルダ機構内に位置するときに前記ソケットモジュールの一部が前記通路内に突出して、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブと係合するように、前記ソケットホルダ機構が前記中間ベース部内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムにおいて、
前記通路が、前記導入部から間隔を空けて配置された面取りした部分を含み、前記導入部が、前記燃料または酸化剤注入バルブの挿入中に前記面取り部分が前記導入部との組み合わせにより前記燃料または酸化剤バルブの挿入を補助して詰まりが生じるのを防止するような寸法を有することを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１４乃至２６の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段に連結された前記位置調整手段が、一端にエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームであり、このロボットアームの他端が前記保守宇宙船に取り付けられ、前記バルブツールが、前記支持フレームにボルトで留められた引っ掛け固定具を含み、前記エンドエフェクタが前記引っ掛け固定具を掴むように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項１４乃至２７の何れか１項に記載の燃料供給システムにおいて、
前記クランプ機構が、二重の４バーリンク機構（double four-bar linkage）であり、細長いクランプシャフトと、このクランプシャフトにそれぞれ連結された第１および第２クランプリンクと、２つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第１端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第２端部が前記第１クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第２端部が前記第２クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約１／２回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
前記２つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記４バーリンク機構の配置が選択され、それにより、前記クランプの対向面に作用する力が、前記クランプシャフトに伝達されるトルクを生じさせないようになっていることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２９】
請求項１４に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、４つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、このソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３１】
用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのツールであって、
前記クライアント衛星が、燃料タンクと、燃料注入バルブと、この燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記クライアント衛星が、任意には、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、
前記ツールが、
交換可能なソケットモジュールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールと、
支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ内に置いたときに前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備えることを特徴とするツール。
【請求項３２】
請求項３１に記載のツールにおいて、
前記クランプ機構が、二重の４バーリンク機構であり、細長いクランプシャフトと、前記クランプシャフトにそれぞれ連結された第１および第２クランプリンクと、２つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第１端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第２端部が前記第１クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第２端部が前記第２クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約１／２回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
前記２つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記４バーリンク機構の配置が選択され、それにより、前記クランプの対向面に作用する力が、前記クランプシャフトに伝達されるトルクを生じさせないようになっていることを特徴とするツール。
【請求項３３】
請求項３１または３２に記載のツールにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、４つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とするツール。
【請求項３４】
請求項３３に記載の燃料供給システムにおいて、
前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、前記ソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３５】
衛星に燃料を供給する方法であって、
ａ）ロボットアームに指示して、前記衛星上の燃料タンクの燃料注入バルブにアクセスする工程を備え、この工程は、
前記燃料注入バルブを含む前記衛星の領域の視覚映像を、前記衛星から離れた遠隔地にいるオペレータに送信する工程と、前記ロボットアームに指示するために、前記視覚映像を使用して遠隔地にいる前記オペレータを案内する工程とにより行われ、この工程は、
耐熱ブランケット切断ツールを前記エンドエフェクタ上に取り付けて、前記耐熱ブランケット切断ツールを、前記燃料注入バルブを包み込む前記耐熱ブランケットに係合させ、前記耐熱ブランケット内でアクセス用開口を切り取る工程と、
前記耐熱ブランケットを取り除いて、キャップ除去ツールを前記エンドエフェクタに取り付け、前記キャップ除去ツールを前記燃料注入バルブの外側キャップと係合させて、この外側キャップを取り除いて保管する工程と、
前記キャップ除去ツールを取り除いて、バルブツールを前記エンドエフェクタに取り付け、バルブＢナット（B-nut）除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブツールを前記燃料注入バルブと係合させ、前記燃料注入バルブ上にあるバルブＢナットを取り除いて保管する工程と、
前記バルブＢナット除去および交換ツールを取り除いて、燃料ラインカップリングを前記バルブツールに取り付け、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブに取り付け、前記燃料注入バルブを開いて、前記燃料タンクに燃料供給し、前記燃料バルブを閉じて、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブから外し、前記燃料ラインカップリングを前記エンドエフェクタから取り除いて保管し、前記バルブナット除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブＢナットを取り出して前記燃料ラインバルブ上に取り付ける工程とにおいて行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、発明の名称を“ROBOTIC SATELLITE REFUELLING METHOD AND SYSTEM”とする２００７年３月９日に英語で出願された米国仮出願第６０／９０５，８３７号に関連するものであり、当該出願はすべて参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、衛星燃料供給システムおよび衛星燃料供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在稼働中の多くの静止軌道通信衛星は、限られた量の燃料を想定して設計されたものであり、燃料供給される可能性に備えて設計されたものではない。その設計理念は、衛星が搭載燃料供給を使い果たした後の当該衛星の交換に依存している。衛星の交換費用を考慮すると、その寿命末期近くに、あるいは、初期推進システム故障が生じたときに、通信衛星に燃料供給でき、それにより動作寿命を数年延ばせるのは、非常に有利であると考えられる。
【０００４】
多くの件において、衛星の１０乃至１５年の寿命の末期に、そのサブシステムのすべては依然機能しており、衛星を退役に追い込むのは、慎重に見積もられた燃料装荷の枯渇のみである。現在の経済モデルを使用すると、１ミッションにおいて、寿命末期の１０乃至１２の衛星に燃料供給できることにより、それらの耐用年数を３乃至５年延ばし、それにより、交換を開始するための１億５千万ドル乃至２億５千万ドルの支出の必要性を遅らせることができる。幾つかの衛星は、それらの打上げ直後に初期推進システム故障に陥る。それらの場合、簿価総額が損金処理されて、宇宙の保険会社によってオペレータに補償が支払われなくてはならない。衛星は宇宙の保険会社の資産となり、結局は、廃棄用の軌道に廃棄処分しなくてはならないこととなる。もしも、これらの資産の１つに燃料供給することができれば、その寿命を５乃至１０年延長することができ、宇宙船の価値の殆どを回収することができる。
【０００５】
主要な技術的問題は、それら衛星がロボットの作業を考慮せずに設計されたことであり、そのようなミッションが技術的に可能であることは、一般には受け入れられていない。特に、殆どの衛星は、打上げ前に一度注入されて再び開放または操作されることが意図されていない燃料注排弁を想定して、設計されている。それ故に、その注排弁を遠隔アクセスすることは、幾つかの主要な課題を提示し、且つ、幾つかの操作を伴うものと考えられ、その操作には、保護用の耐熱ブランケットの切断および除去、バルブの周囲に手作業で巻き付けられた幾つかのロックワイヤの除去、外側および内側バルブキャップの取外しおよび除去、燃料注入ラインとバルブノズルとの結合、バルブの機械的作動、燃料供給完了時の内側バルブキャップの交換を含み、何れもロボット制御で達成するのが困難である。
【０００６】
軌道上の作業は、過去３０年に亘って、多くの研究の対象となっている。宇宙資産を廃棄・交換するのではなく、それを維持するというアイデアは、様々なアイデアおよび計画を引きつけてきている。これまでのところ、そのコンセプトは、幾つかの成功が、ハッブル宇宙望遠鏡修理ミッション、パラパ−Ｂ２およびウェスター（Palapa-B2 and Westar）救助ミッション、および国際宇宙ステーションの組立およびメンテナンスに起因すると考えることができる有人宇宙計画におけるホームを見出している。
【０００７】
既存の静止宇宙船のロボットによる捕捉および作業は、一度も実践されていない。過去１０年に亘って、軌道上の作業に必要な主要な技術の幾つかは成熟してきている。その中には、自律ランデブー（ＥＴＳ−ＶＩＩ（１９９８），ＸＳＳ−１１（２００５），ＤＡＲＴ（２００６），Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ（２００７））、自律ドッキング（ＥＴＳ−ＶＩＩ，Ｓｏｙｕｚ，Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）、地上のロボットによる遠隔操作（ＥＴＳ−ＶＩＩ，ＳＳＲＭＳ（２００５），Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）および軌道上の流体移送（ＩＳＳ）が含まれる。しかしながら、軌道上の用意のできていない衛星に燃料供給または使用可能にするのに必要な技術には、隔たりが存在する。用意のできていない衛星とは、ここでは、ロボットのシステムによって操作または修理されるように設計されなかった宇宙船と定義する。用意のできていない衛星とドッキングするのに必要な技術において、幾つかの進展がなされており、ＤＬＲ（ドイツ航空宇宙センター）およびＭＤＡは、様々な研究開発活動を通じて、宇宙船のアポジキックモータを介したＧＥＯ通信衛星とのドッキングが実行可能なドッキングの選択肢であることを実証している。
【０００８】
これまで、ステーション保管燃料を補給するために、用意のできていない衛星の燃料システムにアクセスすることの問題点を解決することができる技術は開示されていない。今日軌道上ある衛星の大部分は、軌道上の燃料供給を考慮して設計されておらず、燃料システムへのアクセスは、打上げ前に地上において人間によりアクセスされるように設計されている。燃料供給を目的として、対象となる宇宙船の燃料システムにアクセスするのに必要とされる技術は、未だ、非常に低い技術準備レベルにあり、良好な保守任務に対する主な障害であると一般に考えられる。
【０００９】
米国特許公開公報２００６／０１５１６７１（Ｋｏｓｍｏｓ）は、宇宙船修理工場内で使用する保守マニピュレータとして設計された、宇宙船に取り付けられたアクチュエータ・アームを開示するとともに、フレキシブルな接続テープを使用してベースに連結されたアクチュエータ・アームを含むものである。
【００１０】
米国特許公開公報２００６／０１５１６７１は、地上ステーションと保守衛星との間の通信がクライアント衛星通信リンクの通信システムを介して実行される保守通信アーキテクチャを開示している。また、対象となる衛星が捕捉されて保守宇宙船に帰還される一般保守アーキテクチャも開示している。保守宇宙船内では、任意の必要な保守作業を実行できることが提案されている。
【００１１】
刊行物「Ｏｎ−Ｏｒｂｉｔ  Ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ  ｂｙ  “ＨＥＲＭＥＳ  Ｏｎ−Ｏｒｂｉｔ−Ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ，Ｐｏｌｉｃｙ  Ｒｏｂｕｓｔ  Ｐｌａｎｎｉｎｇ”，Ｃ．Ｋｏｓｍｏｓ，米国航空宇宙工学協会，ＳｐａｃｅＯｐｓ  ２００６議事録、１−６頁、２００６年４月２６日」は、打上げ前に保守バルブに取り付けられた特別注文の急速着脱（ＱＤ）式のカップリングを各衛星が備えるように補修されることを必要とする衛星燃料供給アーキテクチャを開示している。バルブにアクセスするために使用されるバルブアクセスツールの予備設計も提示されている。
【００１２】
したがって、用意のできていない衛星の地上制御による燃料供給のための衛星燃料供給システムを提供することは、非常に便宜であろうと考えられる。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、衛星のロボット燃料供給のための方法、システムおよび装置を提供する。上記システムは、地球から直接打ち上げられた、あるいは代替的には、別のより大きな宇宙母船または宇宙ステーションを経由した専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、このシステムにおいては、燃料供給衛星が燃料供給ミッションのために宇宙に打ち上げられ、若しくは次に必要な燃料補給作業のために待機して、宇宙ステーションに保管されるようにしてもよい。上記システムは、ロボットアームのような位置調整機構と、保守される衛星上の燃料注入バルブへのアクセス、開放および閉鎖に必要とされる、ロボットアームのエンドエフェクタに取り付けることができる適当なツールと、ツールおよび様々な燃料注入キャップが保管されるツール容器（tool caddy）の保管および取出しステーションとを含む。
【００１４】
一実施形態において、上記システムは、例えば、地球上や、宇宙ステーション内など、遠隔地にいるオペレータによって遠隔操作される。燃料供給システム内のカメラはロボットアームとエンドエフェクタに焦点が合わされ、その際に、オペレータは送信された映像を使用して燃料供給操作を誘導および制御する。
【００１５】
別の実施形態において、燃料供給システムは、注排バルブの近傍のワークサイト（worksite）を記録するのに使用されて、保守アーム／ツールの組合せとバルブとの間の相対位置を提供する人工視覚機能を具備するようにしてもよい。その後、燃料供給システムは、人工視覚機能記録情報から得られるワークサイトの更新されたモデルを使用して、監視された自律的方法により制御される。本明細書に開示される上記システムは、打上げ前の衛星の最初の燃料供給に使用するようにしてもよく、それにより、不運な事故が起こった場合に燃料供給技師が有毒な燃料に曝される危険性を排除すること、あるいは少なくとも低減することができる。
【００１６】
本発明の一態様は、用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクからクライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクからクライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための燃料移送手段と、
燃料注入ラインを燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに連結して、そこから酸化剤注入ラインを分離するツール手段と、
ツール手段とクライアント衛星の燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
ツール手段に接続されて、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートに接続および分離するために、クライアント衛星上の燃料および酸化剤ポートに対してツール手段を位置調整する位置調整手段と、
検出手段、位置調整手段およびツール手段と通信して、検出手段からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール手段の動作を制御する制御手段とを備える。
【００１７】
本発明は、用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのツールを提供するもので、クライアント衛星は、燃料タンク、燃料注入バルブ、燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットおよびアクセスバルブ上のアクセスバルブキャップを含み、任意には、酸化剤注入バルブ、酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットおよび酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、上記ツールは、
交換可能なソケットモジュールと、燃料注入バルブ上のアクセスバルブキャップを取り外して交換するための第１ソケットモジュールと、燃料注入ラインに接続されて、燃料注入ラインを燃料タンクに結合させるための燃料注入バルブと係合する第２ソケットモジュールと、酸化剤タンクの酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップと係合する第３ソケットモジュールと、酸化剤注入ラインを酸化剤タンクに結合させるための酸化剤注入バルブと係合する第４ソケットモジュールと、
支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
前記支持フレームに取り付けられ、ソケットモジュールホルダ内に置いたときに第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
支持フレーム上に取り付けられて、バルブツールを燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させてバルブに対する損傷を防止するために、バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
支持フレーム上に取り付けられ、燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備える。
【００１８】
衛星にロボット制御で燃料供給する方法であって、
ａ）ロボットのアームに指示して、衛星の燃料タンク上の燃料注入バルブにアクセスする工程を備え、この工程は、
燃料注入バルブを含む衛星の領域の視覚映像を、衛星から離れた遠隔地にいるオペレータに送信する工程と、視覚映像を使用して遠隔地にいるオペレータを案内し、ロボットアームに指示する工程とにより行われ、この工程は、
耐熱ブランケット切断ツールをエンドエフェクタ上に取り付けて、耐熱ブランケット切断ツールを、燃料注入バルブを包み込む耐熱ブランケットに係合させ、耐熱ブランケット内でアクセス用開口を切り取る工程と、
耐熱ブランケット切断ツールを取り除いて、キャップ除去ツールをエンドエフェクタに取り付け、キャップ除去ツールを燃料注入バルブの外側キャップと係合させて、外側キャップを取り除いて保管する工程と、
キャップ除去ツールを取り除いて、バルブツールをエンドエフェクタに取り付け、バルブＢナット（valve B-nut）除去および交換ツールをバルブツールに取り付け、バルブツールを燃料注入バルブと係合させ、燃料注入バルブ上にあるバルブＢナットを取り除いて保管する工程と、
バルブＢナット除去および交換ツールを取り除いて、燃料ラインカップリングをバルブツールに取り付け、燃料ラインカップリングを燃料注入バルブに取り付け、燃料注入バルブを開いて、燃料タンクに燃料供給し、燃料バルブを閉じて、燃料ラインカップリングを燃料注入バルブから外し、燃料ラインカップリングをエンドエフェクタから取り除いて保管し、バルブナット除去および交換ツールをバルブツールに取り付け、バルブＢナットを取り出して燃料ラインバルブ上に取り付ける工程とにおいて行われる。
【００１９】
燃料供給装置は、様々な部品を備え、それら部品には、衛星にアクセスして燃料供給するのに必要な様々なツールと、それら様々なツールを取り付けるように構成されたロボットのポジショナーと、様々なツールが保管される保管容器とが含まれる。上記システムは、燃料供給衛星と一体化された燃料供給装置を含み、これには、カメラ、カメラからの映像およびオペレータからの指示を送信する通信システムが取り付けられている。既存の衛星を、ロボットアーム、ツール容器、ツール、カメラおよび燃料供給通信システムを搬送するように変更するようにしてもよい。
【００２０】
本発明の機能的および有利な態様の更なる理解は、次の詳細な説明と添付図面を参照することによって、達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明は、この出願を構成する添付図面と関連付けて解釈することにより、以下の詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。
【００２２】
【図１】図１は、保守宇宙船に搭載された衛星に燃料供給するとともに、衛星に燃料供給するためのロボット制御衛星燃料供給装置を示している。
【図２】図２は、図１の装置の斜視図を示すもので、燃料供給処置においてロボットに指示する地球上のオペレータを視覚的に支援するために、ブームに取り付けられた２つのカメラが燃料供給ツールに焦点が合わされている状態を示している。
【図３】図３は、本発明の燃料供給システムの一部を構成する、部分的に組み立てられたバルブツールの斜視図を示している。
【図４】図４は、バルブツールの解体された分解図を示している。
【図４ｂ】図４ｂは、バルブツールの一部を構成するクランプ機構の斜視図を示している。
【図４ｃ】図４ｃは、バルブツールの一部を構成するバルブ作動機構の立面図を示している。
【図５】図５は、ソケットモジュールを保持する、完全に組み立てられたバルブツールを示している。
【図６】図６は、様々な燃料供給および排出コネクタが取り付けられたモジュール容器を示している。
【図７ａ】図７ａは、一方向から見た、図６の容器の解体された分解図を示している。
【図７ｂ】図７ｂは、図７ａと同様ではあるが、図７ａと異なる方向から見た、図６の容器の解体された分解図を示している。
【図８】図８は、燃料ラインカップリングを保持して燃料バルブに接続する、本発明の一部を構成するバルブツールを示している。
【図８ａ】図８ａは、クライアント衛星上のバルブキャップと係合するバルブツールの一部を示している。
【図９】図９は、本発明を構成するシステムによって燃料供給される衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブの断面図を示している。
【図１０】図１０は、Ｂナット、バルブ作動ナットおよびバルブアクチュエータの間のクリアランスおよび干渉を示している。
【図１１】図１１は、本発明の一部を構成する燃料／酸化剤流出管理システムを示している。
【図１２】図１２は、本発明の一部を構成する方法およびシステムを使用して衛星に燃料供給する際に行われる工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一般的に言えば、本明細書に記載のシステムは、衛星燃料供給方法および衛星に燃料を供給する装置を対象としている。必要に応じて、本発明の実施形態を本明細書に開示する。しかしながら、開示された実施形態は単なる例示であり、本発明が多くの様々な代替的な形式で具現化できることを理解すべきである。図面は同じ縮尺では書かれておらず、幾つかの特徴部分は、実際より大きくまたは小さくして特定の構成要素の詳細を示し、新規な態様の障害となることを防止するために関連する構成要素が省略されている。したがって、本明細書に開示されている具体的な構造および機能上の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単なる特許請求の範囲の根拠として、並びに、本発明を様々に利用する当業者に教示するための代表的な根拠として、解釈されるべきである。限定ではなく、教示を目的として、示される実施形態は、衛星の燃料供給装置、衛星に燃料を供給するためのシステムおよび方法を対象としている。
【００２４】
図１および１ａを参照すると、概して、本発明は、用意のできていないまたは部分的に用意のできたクライアント衛星１４に燃料供給するための燃料供給システムを対象としている。このシステムは、保守宇宙船１２上の燃料貯蔵タンク１５からクライアント衛星１４上の燃料タンク２１に燃料を移送するとともに、保守宇宙船１２上の酸化剤貯蔵タンク１３からクライアント衛星１４上の酸化剤タンク１７に酸化剤を移送するための流体移送システム４１を含む。このシステムは、燃料注入ライン１９を燃料タンク２１の燃料ポート２３に接続し、そこから燃料注入ライン１９を切り離すとともに、酸化剤注入ライン２５を酸化剤タンク１７の酸化剤ポート２７に取り付け、そこから酸化剤注入ライン２５を切り離すためのツール機構３０を含む。当然のことながら、図１および１ａは、詳細を示していないが、流体移送システム４１は、酸化剤および燃料用の貯蔵タンクを含むことに加えて、例えば、これに限定されるものではないが、液体ポンプ、フィルタ、燃料管理装置、バルブ、バルブアクチュエータ、様々なセンサおよびモニタのような、酸化剤および燃料をシステム４１から送り込むために必要なその他のすべての装置も含む。記載の流体移送システムは、燃料または酸化剤あるいはその両方を、それら流体の補給を必要とする衛星に補給するのに使用されることとなる。これは、２燃料推進システム衛星と、単一燃料推進システム衛星の両方を含む。
【００２５】
燃料供給システムは、クライアント衛星１４上の燃料および酸化剤ポート２３および２７とツール機構との間の相対的なズレを測定するためのセンサアレイ２６を含む。このシステムは、センサアレイ２６に接続されて、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートにそれぞれ接続および分離するために、クライアント衛星１４上の燃料および酸化剤ポート２３および２７に対してツール機構３０の位置調整を行う位置調整機構１６を含む。上記システムは、検出機構、位置調整手段およびツール機構と通信して、検出機構からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール機構の作動を制御する制御システム２９を有する。
【００２６】
本特許出願のコンテクストにおいて、“用意のできていないクライアント衛星”というフレーズは、軌道上の燃料供給または保守を簡素化または容易にするような何ら設計特性も無く、軌道上に打ち上げられた衛星を意味している。
【００２７】
本特許出願のコンテクストにおいて、“部分的に用意のできたクライアント衛星”というフレーズは、軌道上の保守または燃料供給がその設計に検討された衛星を意味している。標準的なインターフェースは、それら衛星に使用されているが、軌道上の保守を容易にすることを考慮して実装されている。その一例としては、燃料または酸化剤注入ポートの周囲の領域から耐熱ブランケットの除去を可能にする熱システムの設計変更が考えられる。
【００２８】
図１に示すように、位置調整機構１６は、ロボットアーム（２自由度機構と同じ程度に簡素なものであってもよい）と、ツール保管容器２０内に含まれるその他のツールとともに、バルブツール３０のような様々なツールを受け入れて係合するように構成されたエンドエフェクタ１８とを含む。ツールは、上述したバルブツール３０に加えて、注入バルブを包む耐熱ブランケットを切り取るためのカッタ、注入バルブ上の様々な可動部品を固定しているロックワイヤを解除するツール、注入バルブ上の外側キャップを外して取り除くためのツールを含む。
【００２９】
クライアント衛星１４は、衛星の寿命を延長するために燃料を必要とする任意の軌道上の任意の種類の衛星であってもよい。保守宇宙船１２は、スペースシャトルの形態で示されているが、燃料供給プロセスの間、ロボットアーム１６を導くために地球上のオペレータと通信する限りは、有人または無人の如何なる種類の宇宙船であってもよい。代替的には、ロボットアーム１６は、後述するように、燃料供給プロセスの間に自律的に操作が行われるものであってもよい。この操作モードにおいては、燃料供給システムは、注排バルブの近傍のワークサイトを記録するために使用される人工視覚機能を装備するようにしてもよい。
【００３０】
その後、燃料供給システムは、人工視覚機能記録情報から得られたワークサイトの更新モデルを使用して自律的方法で制御される。検出システム２６は、図１および１ｂの実施形態において、２つのカメラを含み、自律的な燃料供給操作手続きを行うオペレータに確認を与えるために、地上ステーションに送信されるツール３０の視覚映像を提供するものとして示されている。図には２つのカメラが示され、これは必要な最適数量であると考えられるが、当然のことながら、それよりも多いまたは少ないカメラ２６を有するものであってもよい。
【００３１】
上述したように、燃料供給システムを制御するために使用される制御システムは、幾つかの方法の中の何れか１つで構成するようにしてもよい。上記システムの一実施形態において、燃料供給操作は、遠隔地にいるオペレータ、すなわち、地球上または別の宇宙船または宇宙ステーション内にいて、ユーザインターフェースを介してシステムを遠隔操作する人によって制御されるようにしてもよい。別の実施形態において、上記システムは、操作の自律モードで操作されるように構成するようにしてもよく、その場合、制御システムは、保守燃料供給操作のすべてまたは幾つかを制御するコンピュータを含む。それらのコンピュータは、保守宇宙船上に配置するようにしても、地球上または別の宇宙船上に配置するようにしてもよい。別の実施形態において、燃料供給システムは、制御システムが遠隔操作と自動操作の組合せを含むような、監視された自律モードで動作するように構成するようにしてもよい。監視された自律下において、ユーザは、保守操作を監視して、基本的な操作となる手続きコマンドまたは予めプログラムされた一連のコマンドを自律操作に与える。このため、制御システムは、そのミッションのために、幾つかの遠隔操作、幾つかの自律または監視された自律操作を有するように構成されたものであってもよい。上記システムは、それら操作モードのすべてを使用することができ、ユーザが異なるモード間の切換を行うことができるように構成するようにしてもよい。
【００３２】
バルブツール３０は、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられ、後述する交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、支持フレーム上に取り付けられ、ソケットモジュールホルダ機構内に置かれたときにソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構とを含む。バルブツール３０は、支持フレーム上に取り付けられ、燃料および酸化剤注入バルブの動作エリアにバルブツール３０を固定するクランプ機構を含む。クランプ機構は、ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させてクライアント衛星のタンク上のバルブに対する損傷を防止するために、バルブツール３０によって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されている。バルブツール３０は、支持フレーム上に取り付けられ、各バルブ作動ナットを作動させることによって燃料および酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するのに使用されるバルブ作動機構を含む。バルブツール３０を構成するそれら要素については、以下により詳細に説明する。
【００３３】
図２は、ブーム２８上に取り付けられたカメラであって、衛星１４上のバルブ５５およびツール３０のクリアで遮るもののない表示を与えるように構成されたカメラ２６を有する、エンドエフェクタ１８上に取り付けられたバルブツール３０の一実施形態のクローズアップを示し、図３は、部分的に組み立てられたバルブツール３０の斜視図を示し、図４は、解体されたバルブツール３０を示している。図３および４の両方を参照すると、支持フレームは、ベース４０に固定された２本の長い碍子（standoffs）５０を有するベースプレート４０を含む。モータフレームプレート５６は、３つのスペーサ５８の上部にボルトで留められ、同様に、それらスペーサはベースプレート４０にボルトで留められている。ソケットモジュールホルダ機構は、ソケットモジュールホルダ６０およびモジュール保持バー６３を含む。
【００３４】
ソケット駆動機構は、モータギアボックスユニット５４ｂ、カップリング６８の１つ、ボルト６１、外歯車７０、ベアリング７２および７３、シャフト１０６およびピニオン１０８を含む。ソケット駆動機構は、ソケットモジュールホルダ６０内に配置されるソケットを作動させるために使用されるとともに、モータギアボックスユニット５４ｂによって駆動され、モータギアボックスユニット５４ｃとともに後述するクランプ機構７７を駆動するために使用されるモータギアボックスユニット５４ｂは、モータフレームプレート５６上に取り付けられ、各モータ５４ａ，５４ｂおよび５４ｃのシャフトは対応するカップリング６８に連結されている。３つの短い碍子５２は、モータフレームプレート５６の上面にボルトで固定されている。中間ベース部６２は、下部ベース部６４の上部に取り付けられ、両者は、ボルト６６によってベースプレート４０に一体に止着されている。歯車７０は、中間ベース部６２内の円形開口部内に置かれ、ソケットモジュールホルダ６０は、歯車７０（図４のみに表れる）内に置かれる。歯車７０およびモジュールホルダ６０は、上部ボールベアリング７２および下部ボールベアリング７３によって支持されている。上部ベアリング７２は、ベースプレート４０によって支持されている。下部ベアリング７３は、中間ベース部６２によって支持されている。
【００３５】
図４および４ｂを参照すると、２本のフィンガー４８を有するクランプ機構７７は、ボルト７６によって中間ベース部６２に留められ、それらフィンガーは、ボルト７６によって規定される軸まわりに回動する。クランプ支持部８０は、中間ベース部６２の側部に取り付けられている。ツール３０は、２つのクランプリンク８４および８６を含み、それらが、クランプフィンガー４８と、軸５１（図４ｂ）を含むクランプフィンガー４８の作動面に対して垂直なクランプシャフト８８とにピンで留められている。モータギアボックスユニット５４ｃがシャフト軸４９まわりに半回転、クランプシャフト８８を回転させるとき、クランプリンク８４および８６の何れかが、クランプフィンガー４８の端部を互いに離すように押圧して、バルブ５５の動作エリアにクランプの把持面を閉じ、あるいはクランプフィンガー４８の端部を一緒に引っ張って、バルブ５５が通過できるように十分にクランプを開く。クランプシャフト８８は、ブッシング９０によって両端で支持されている。上部ブッシング９０は、ベースプレート４０内に圧入され、下部ブッシング９０は、中間ベース部６２に取り付けられたクランプ支持部８０内に圧入されている。
【００３６】
図４ｃを参照すると、バルブ作動機構８７は、図１０に示すように、内部レンチプロファイルを有する外歯車９６を含む。外歯車９６は、ベアリング９８によって支持されるとともに、当該ベアリングにベアリングホルダ１００によって取り付けられている。外歯車９６は、シャフト１０２に取り付けられたピニオン１０４によって駆動される。シャフト１０２は、カップリング６８を介してモータギアボックス５４ａに連結されている。シャフト１０２の両端はブッシング１０３内に挿入され、上部ブッシングはベースプレート４０内に、下部ブッシングはベースプレート６４内にそれぞれ圧入されている。
【００３７】
バルブ作動機構８７はモータギアボックス５４ａによって駆動される。モータギアボックス５４ａが回転するとき、シャフト１０２がピニオン１０４を回転させるとともに、レンチと同様、バルブ５５のバルブ作動ナットと係合する平行な平面部を有する駆動歯車９６を回転させる。上記係合により、歯車９６がバルブ５５を開閉することが可能になる。
【００３８】
完全に組み立てられたツール３０の正面図が図５に示されている。支持フレームは、上部プレート５７を含み、これは、２本の長い碍子５０および３本の短い碍子５２にボルトで留められている。燃料ラインソケットモジュール１９２は、ツール３０によって掴まれた状態で示されている。引っ掛け治具（grapple fixture）５９が上部プレート５７の上面にボルトで留められ、ツール３０を掴むためにエンドエフェクタ１８によって使用される。引っ掛け治具５９に隣接して取り付けられるのは、ｎピンの電気コネクタの半分（図示省略）である。エンドエフェクタ１８上に取り付けられるのは、コネクタ係合機構（図示省略）である。エンドエフェクタ１８がツール３０の把持を一旦完了すると、コネクタ係合機構は、電気コネクタの反対側の半分をプレート５７上に取り付けられたコネクタに延ばし、それにより電力および制御信号をツールに与える。
【００３９】
ベースプレート４０、中間ベース部６２および下部ベース部６４は、すべての内部部品を支持する、ツール３０の基体を構成する。そのフレームは、モータフレームプレート５６、短い碍子５２、長い碍子５０および上部プレート５７を含む。このフレームは、３つの機能、すなわち、ｉ）モータ５４ａ，５４ｂおよび５４ｃを保護する機能、ｉｉ）ベース（ベースプレート４０、中間ベース部６２および下部ベース部６４によって形成される）を上部プレート５７に取り付ける構造を提供する機能、並びに、ｉｉｉ）後述する図７に示す容器を使用して、操作のための整列ガイド（長い碍子５０）を与える機能を有する。
【００４０】
３つのモータギアボックスユニット５４ａ，５４ｂおよび５４ｃは、そうである必要はないが、同一のものであってもよい。使用されるモータは、ＤＣブラシモータであるが、当然のことながら、ＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータ、ＡＣモータ、サーボモータまたはその他の種類のモータを使用することができる。使用されるギアボックスは、遊星ギアボックスである。平歯車ボックスのようなその他のギアボックスを使用することもできる。必ずしも必要ではないが、反対駆動可能であるのが理想的である。モータが十分なトルクを与えることができる場合、ギアボックスは全く必要ではない可能性もある。
【００４１】
クランプ機構７７の機能は、バルブツール３０をバルブ５５の動作エリアに固定することであり、それにより、ソケット駆動機構またはバルブアクチュエータからの任意の作用トルクが局所的に作用することとなってバルブに対するダメージを防止することができる。
【００４２】
図４ｂを参照すると、クランプ機構７７は、二重の４バーリンク機構（double four-bar linkage）であり、このリンク機構の４つの主要部は、クランプシャフト８８、クランプリンク８４または８６、クランプフィンガー４８、並びに、中間ベース部６２および下部ベース部６４によって形成されるバルブツール３０のベースである。クランプは、図５に示すツールの右側にあるギアモータ５４によって駆動される。ギアモータ５４ｃは、その関連するフレキシブルカップリング６８を介してクランプシャフト８８を駆動する。クランプシャフト８８は、駆動源（input）であり、約１／２回転分、回転して、クランプを開放位置から閉鎖位置まで進める。クランプリンク８４および８６は、閉じたまたは開いたクランプフィンガー４８をそれぞれ押圧および牽引する。
【００４３】
クランプ４バー機構の配置は、閉じた位置においてクランプが“中心を超える（over-centre）”ロック特性を有するように選択される。モータギアボックス５４ｃは、クランプ機構を開放または閉鎖するために使用されるが、クランプ機構が何れかの位置にあるとき、“動作エリア”上のバルブ５５によって与えられる任意の力は、モータ５４ｃを介してではなく、クランプシャフト８８を介して直接的に伝達される。これにより、“動作エリア”上のバルブによって与えられる任意の力が、代わりにモータ５４ｃを介して直接的に伝達されるようにクランプが設計される場合よりも、モータ５４ｃを顕著に小さく且つ軽くすることができる。
【００４４】
ソケットモジュールホルダ６０機構は、２つの機能、すなわち、１）Ｂナットまたは燃料ラインナットを駆動して、燃料供給される衛星上の燃料タンクのバルブをオンまたはオフする機能と、２）流体移送システムをクライアント衛星上の酸化剤および燃料タンクに連結するのに必要な対応するモジュールを受け入れて保持する機能とを有する。
【００４５】
ソケットモジュールホルダ６０は、図５の３つのモータ５４ａ−５４ｃ群の中心にあるギアモータ５４ｂによって駆動される。中心のギアモータ５４ｂは、その関連するフレキシブルカップリング６８（図４）を介してシャフト１０６を駆動する。シャフト１０６は、ブッシング１０９によって、その両端で支えられている。上部ブッシング１０９はベースプレート４０に圧入され、下部ブッシング１０９は中間ベース部６２に圧入されている。
【００４６】
特に図４を参照すると、ピニオン１０８は、放射状のだぼピン（radial dowel pin）１１１によってシャフト１０６に取り付けられている。ピニオン１０８は歯車７０を駆動する。歯車７０は、２つのネジ６１でモジュールホルダ６０に取り付けられている。
【００４７】
ソケットモジュールホルダ６０は、保守される衛星の燃料タンクおよび酸化剤タンク上に配置されたバルブの六角Ｂナットを受け入れて駆動するとともに、様々なソケットモジュールを受け入れて保持するように設計されている。燃料ラインおよび酸化剤ラインソケット１９２／１９４およびソケットモジュール１９６／１９８（図３）は、モジュール保持バー６３によって定位置に収容または保持される。モジュール保持バー６３は、位置決めネジ６５まわりに回転する。モジュール保持バー６３は、“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持バー６３を保持する移動止めシステムを特徴付ける。この移動止めシステムは、Ｂモジュール保持バー６３上の“開放”および“閉鎖”位置に対応する、モジュール保持バー６３内の２つの孔と係合するモジュールホルダ６０に位置しているボール止めバネ６７を備える。ソケットがソケットモジュールホルダ６０に挿入されるときに、保持バー６３が溝部７９内にトグルで留めることができ、それにより、ソケットを捕捉して、操作中にそれがソケットモジュールホルダ６０から外に押し出されるのを防止できるように、様々なソケットは、すべて、ソケットの周囲に位置するＶ字状溝部７９を含むように設計されている。
【００４８】
図６は、異なるソケットモジュールを保持するための組み立てられたモジュール容器１９０の斜視図を示しており、その中の、１つの燃料ラインソケットモジュール１９２は、燃料注入バルブ５５と係合するためのもので、それにより、燃料ラインソケットモジュール１９２の一部を構成するチューブを介してクライアント衛星上の燃料タンクを保守宇宙船上の燃料移送システムに接続することができ、別の酸化剤ラインソケットモジュール１９４は、酸化剤注入バルブと係合するためのもので、それにより、酸化剤ラインソケットモジュール１９２の一部を構成するチューブを介してクライアント衛星上の酸化剤タンクを保守宇宙船上の燃料移送システムに接続することができ、第３ソケットモジュール１９６は、燃料注入バルブのバルブアクセスキャップ（Ｂナット）と係合するためのものであり、第４ソケットモジュール１９８は、酸化剤注入バルブのバルブアクセスキャップ（Ｂナット）と係合するためのものである。また、Ｂナットのために、レール２００上に保管場所２０８が設けられている。
【００４９】
図６には示されないが、ツール容器１９０は、バルブツール３０と、ブランケットカッタ、外側キャップ除去および交換ツールおよびブランケットスプレッダツールのようなその他ツール用のホルダを含む。それ故に、最初に燃料供給システムを配備するときは、任意の必要なツールは、位置調整機構１６のエンドエフェクタに取り付けて、使用した後、保管ホルダにしまい込むことができる。
【００５０】
図７ａおよび７ｂは、分解されたモジュール容器１９０を示している。図６，７ａおよび７ｂを参照すると、容器１９０は、４つのモジュール容器２０２が取り付けられる管状レール２００を含む。図７は、容器２０２の部品をより詳細に示している。各容器２０２は、ベースプレート２０６、ソケットモジュール保持プレート２１０および上部プレート２１４を含む。ソケットモジュール保持プレート２１０は、ベースプレート２０６にボルト２１６で直接留められ、上部プレート２１４は、スペーサ２１８によってベースプレート２０６の上方に間隔が設けられるとともに、ボルト２２０でスペーサ２１８に固定され、このスペーサは、ベースプレート２０６にボルト２２２で留められている。ソケットモジュール１９２，１９４，１９６および１９８の上部に位置する“Ｖ”字形溝部７９は、バネボール移動止め２３２と係合して、モジュール１９２，１９４，１９６および１９８を４つのソケットモジュールホルダ２０２内の定位置に保持するように構成されている。
【００５１】
モジュール保持バー６３は、ソケットモジュール保持プレート２１０上のタブ２３４（図７ｂに示される）によって作動される。ツール３０がモジュール容器１９０に完全に係合するとき、ソケットモジュール保持プレート２１０上のタブ２３４は、モジュールホルダ６０の外径に接近する。モジュール保持バー６３は、この直径の外側に突出する。ソケット駆動機構のモータ５４ｂが作動するとき、モジュール保持バー６３は、最終的にはソケットモジュール保持プレート２１０のタブ２３４と接触することとなり、反対位置にトグルで止められることとなる。ソケットを時計回りに駆動することにより、モジュールホルダ６０内のモジュールをロックすることとなり、その反対に、ソケットを反時計回りに駆動することにより、モジュールのロックを解除することとなる。
【００５２】
モジュールホルダ６０の六角ソケット部内の第２ボール移動止めバネは、それがバルブからその保管位置２０８に搬送されるときに、バルブのＢナットと係合して、定位置に保持するために使用される。
【００５３】
図８は、バルブツール３０がバルブ５５と係合する燃料ラインソケットモジュール１９２を保持して、ソケットモジュール１９２の燃料ラインを燃料バルブ５５に連結することにより、クライアント衛星の燃料バルブ５５と連結された燃料供給システムを示している。この構成は、保守衛星がクライアント衛星に捕捉およびドッキングされ、保守衛星の燃料供給システムが配備され、その処理のより詳細な説明は後述するが、燃料／酸化剤タンクのアクセスバルブキャップ（Ｂナット）が、ソケットモジュール１９６および１９８を使用して取り除かれた後に達成されるものである。図８から分かるように、支持フレームの下部ベース部６４は、寸法および関連する導入部（lead-ins）４１０を備えて、その中に燃料注入バルブ５５（およびクライアント衛星の酸化剤タンクの注入ポートに位置する同様のバルブ）の一部を受け入れる通路を含む。上述したように、バルブツール３０の幾つかの部分が、導入部（面取りした面：chamfer）４１０を含む下部ベース部６４のような引き込み機構を与えることによって、ロボットの遠隔操作のために特別に設計されている。これら導入部は、切り取り部（cut outs）４６とともに、下部ベース部６４の下部が燃料バルブ５５と係合することを可能とし、これにより、燃料ラインソケットモジュール１９２がバルブ５５に結合するようになっている。ソケットモジュールホルダ６０は、ソケットモジュールがモジュールホルダ６０内にあるときにソケットモジュールの一部が通路内に突出して燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブと係合するように、中間ベース部６２に取り付けられている。
【００５４】
図９は、バルブツール３０によって燃料供給されるクライアント衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブ５５の断面図を示している。バルブ５５は、外側キャップ３６２と、ベースプレート３８０に固定された外側キャップロックワイヤ３７０とを含む。Ｂナットキャップ３６４は、バルブステム３６８上に装着され、ロックワイヤ３６６は、Ｂナットキャップ３６４をバルブステムに固定する。作動ナット３７４は回動してバルブを開放または閉鎖する。ロックワイヤ３７２は、作動ナット３７４をバルブステム３６８に固定する。
【００５５】
図１０を参照すると、バルブ作動歯車９６は、バルブのバルブアクチュエータの四角い部分（square）を受け入れて駆動するように設計されている。バルブアクチュエータの“レンチ”部は、バルブのＢナットが通るときに最大クリアランスおよび十分な接触領域を可能にしてバルブのバルブアクチュエータを駆動するように構成されている。
【００５６】
ツール３０は、カメラ２６からのカメラ視野と連携して使用することができるように構成されている。フレームの開放性およびベースの切り取り部によって、カメラは、ツール操作の重要な段階のすべてを見ることができる。中間ベース部６２内には切り取り部６９が、下部ベース部６４内には切り取り部４６がそれぞれ設けられている（図３および５を参照）。以下の構成要素内およびフレーム設計内には機械加工された特徴部分が存在し、それにより、モジュールホルダ６０、歯車９６、モジュール保持バー６３およびクランプ７７の、カメラ２６による簡易な位置解析が可能となっている。
【００５７】
ツール容器１９０およびバルブツール３０の幾つかの構成要素は、導入機構を提供することによってロボットの遠隔操作用に特別に設計されている。それらは、導入部（面取りした面）４１０（図８）を含む下部ベース部６４と、導入部（面取りした面）４１２を含む歯車９６と、導入部（面取りした面）４１４（図８ａ）および（面取りした面）４１６（モジュール用の上部およびＢナット用の下部）を含むモジュールホルダ６０と、ツールフレーム設計と、導入部４２０を含むモジュール容器上部プレート２１４と、導入部４１８（図６および７）を含むモジュール容器ベースプレート２０６とを有する。
【００５８】
本システムの一実施形態は、燃料漏出管理システムを含むものであってもよい。各接続・分離サイクルの間、２ｃｍ２の範囲の推進剤の最小の漏れが存在する。多くの場合、この漏出は、クライアント衛星にも保守宇宙船にも何ら害をもたらすものではなく、宇宙にゆっくりと排出することができる。その他の場合、光または露出歯車のような影響を受けやすい構成要素を有するクライアント宇宙船は、漏れた燃料の管理を必要とする可能性がある。急速分離カップリングは、漏れを許容レベルに最小化する手段を提供するが、それらカップリングは、打上げ前にクライアント衛星上に設置しておく必要があるであろう。
【００５９】
図１１において符号６００で一般に示される漏出管理システムは、漏出ボリュームを保守宇宙船上に搭載された真空プレナム（vacuum plenum）６０２内に退避させ、それを、制御された方法で最終的に宇宙に排出される前に希釈する。それ故に、保守ツールがクライアント保守バルブから切り離される前に、漏出分は、漏れ出した液体を希釈する真空プレナム６０２に送られる。より詳細には、保守宇宙船がクライアント衛星と一旦結合すると、バルブＡ，Ｂ，ＣおよびＤが閉じた初期状態で、流体移送システムがクライアント衛星の燃料タンクに結合される。その後、バルブＤが開放されてプレナム６０２を真空に通気状態とし、それが完了したら、バルブＤは閉じられる。そして、保守船上の保持タンクからクライアント衛星の燃料タンクへの燃料の移送が完了したときには、ライン内の余剰燃料を取り除く必要がある。余剰燃料を希釈するため、バルブＢは、その後開放され、燃料移送ライン内の残留燃料は、プレナム６０内に引き込まれる。次いで、プレナム６０２がヘリウムで加圧された後、バルブＤが開放されて、低濃度の燃料蒸気が通気口６０４を介して宇宙船の天頂側に排出される。燃料または酸化剤の放出されたプルームは、保守クライアント宇宙船スタックから離れる方向に向かい、これにより、影響を受けやすい宇宙船部品の腐食の可能性を最小化することができる。
【００６０】
図１２は、宇宙船に燃料供給する際の全工程のフロー図を示している。耐熱ブランケットを除去した後、注入バルブ外側キャップおよびロックワイヤが切り取られ、バルブツールがエンドエフェクタに取り付けられる。ツールが作動中であるとき、燃料ラインの１つに“燃料供給する”操作順序は次のようになる。
１．Ｂナットモジュールの取付け
２．Ｂナットの除去
３．Ｂナットの保管
４．Ｂナットモジュールの保管
５．燃料ラインモジュールの取付け
６．燃料ラインの装着
７．バルブ開放
８．燃料供給
９．バルブ閉鎖
１０．燃料ラインの取外し
１１．燃料ラインモジュールの保管
１２．Ｂナットモジュールの取付け
１３．Ｂナットの取出し
１４．Ｂナットの交換
１５．Ｂナットモジュールの保管
以上により、操作完了となる。
【００６１】
それらタスクは、以下の詳細ステップに分解される。
注：［ツール］は、ツールが行うこととなる動作を示す。
［ロボット］は、ロボットが行うこととなる動作を示す。
【００６２】
＜Ｂナットモジュールの取付け＞
１．［ロボット］Ｂナットモジュール１９８により、バルブツール３０をツール容器１９０の近傍に移動させる。
２．［ロボット］ツール上部プレート５７がＢナットモジュール１９８の上端の上方に位置するとともに、バルブツール中間プレート４０がＢナットモジュール１９８の底部の下方に位置するように、バルブツール３０の高さを設定する。ツール容器１９０に対してツール３０を位置決めするためにカメラ視野が使用されることとなる。（ツール変更カメラ）
３．［ロボット］バルブツール３０をツール容器１９０に向けて移動させて、バルブツールポスト５０をツール容器ガイド２１４上に整列させる。ポスト５０がガイド２１４に軽く触れるようにする。
４．［ツール］バルブツールＢナットアクチュエータ５４ｂを作動させて、ツール容器１９０から離してモジュール保持バー６３を配置する。
５．［ロボット］バルブツール中間プレート４０が、ソケットモジュール保持プレート２１０のツール容器底部タブ２３４に接触するまで、バルブツール３０を上方に移動させる。
６．［ツール］ロック機構が係合するまで（約１／２回転）、バルブツールＢナットアクチュエータ５４ｂを“ロック”方向に作動させる。
７．［ロボット］Ｂナットモジュール１９８（ここでは、バルブツール３０に取り付けられている）がツール容器１９０の底部の下方に位置するまで、バルブツール３０を下方に移動させる。
８．［ロボット］ツール容器１９０から真っ直ぐ離れる方向にバルブツール３０を移動させる。
９．Ｂナットモジュール１９８を取り付けたまま、次のタスクに進む。
【００６３】
＜Ｂナットの除去＞
Ｂナットモジュールが取り付けられていると仮定する。
１．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０の上方に近付ける。これは、ロボットを予めプログラムされた位置に移動させることによって達成することができる。
２．［ロボット］ツール３０の中央をバルブの位置に合わせる。この調整は、２つの直交カメラ視野を使用して行うことができる。（調整カメラ）
３．［ロボット］ツールをバルブの動作エリア３７６の平面部分の位置に合わせる。この調整は、バルブが取り付けられる矩形プレート３７２が、両調整カメラ視野内で正方形のように見えるまで、ツール３０をその長軸まわりに回転させることによって達成される。
４．［ツール］クランプ７７を開くようにする。
５．［ロボット］バルブ３６０上にツール３０を載置する。これを実現するために、２つのアプローチが有効である。
６．アプローチ１：以下のように、ツール接触面をハッキリ見ることができるカメラ視野を用いて、バルブの対応する面を係合させるために、ツールの接触面を予め整列させる。
ａ．［ロボット］ツール３０をバルブ３６０の作動エリア３７６の平面部分の位置に合わせる。
ｂ．［ツール］Ｂナットアクチュエータ６０の六角部分（hex）をバルブ３６０のＢナット３６４の位置に合わせる。
ｃ．［ツール］ツール３０上のバルブアクチュエータ９６の平面部分を、バルブ上のバルブアクチュエータ３７４用の平面部分の位置に合わせる。
ｄ．［ロボット］ツールが完全に置かれるまでツール３０を下方に移動させる。
７．アプローチ２：ツール３０を、バルブ機構に嵌り込むまで、バルブ３６０の上方で滑り落とす。ＢナットソケットがＢナット３６４の位置と合っていない場合、あるいはツール上のバルブアクチュエータ９６の平面部分がバルブ上のバルブアクチュエータ３７４の位置と合っていない場合には、ツールは嵌り込むこととなる。調整カメラ視野の基準マークは、どの機構の位置が合っていないのかを示すこととなる。ツールは、機構の両方または何れか一方に嵌り込むか、若しくはどちらにも嵌り込まない。
ａ．ツール上のＢナットアクチュエータ６０がＢナット３６４に嵌り込むまで、ツール３０をバルブの上方で滑り落とす。
ｂ．ツールが外れるまでＢナットアクチュエータ６０をゆっくり締める。
ｃ．ここでツールがバルブアクチュエータ３７４に嵌り込む場合には、それが外れるまで、ツール３０のバルブ作動レンチ９６をゆっくり締める。
８．［ツール］クランプ７７を閉じる。
９．［ツール］“締める”方向にバルブアクチュエータ９６を作動させる。
１０．［ツール］Ｂナットが完全に引き出されるまで、“緩める”方向にＢナットアクチュエータ６０を作動させる。（約５回転）
１１．［ロボット］下方向の力を働かせる。
１２．［ツール］クランプ７７を開く。
１３．［ロボット］バルブ３６０が取り除かれるまでツール３０を上方へ移動させる。
１４．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０から離脱させる。
１５．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００６４】
＜Ｂナットの保管＞
Ｂナットモジュール９０が取り付けられ、Ｂナット３６４がツール内にあると仮定する。
１．［ロボット］ツール３０を移動させてＢナット保管ポスト２０８の上方に近付ける。これは、予めプログラムされた位置に移動するようロボットに命令することによって達成することができる。
２．［ロボット］ツール変更カメラを使用して、ツール３０の中央をＢナット保管ポスト２０８の位置に合わせる。
３．［ロボット］ツール３０をＢナット保管ポスト２０８の動作エリアの平面部分の位置に合わせる。
４．［ツール］クランプ７７を開くようにする。
５．［ロボット］ツールが完全に置かれるまでツールを下方に移動させる。
６．［ツール］クランプ７７を閉じる。
７．［ツール］Ｂナット３６４が完全に装着されるまで、“締める”方向にＢナットアクチュエータ６６を作動させる。（約５回転）
８．［ツール］バルブアクチュエータフラット９６をＢナット３６４の平面部分の位置に合わせる。
９．［ツール］クランプ７７を開く。
１０．［ロボット］Ｂナット保管ポスト２０８が取り除かれるまでツール３０を上方へ移動させる。
１１．［ロボット］ツール３０を移動させてＢナット保管ポスト２０８から離脱させる。
１２．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００６５】
＜Ｂナットモジュールの保管＞
Ｂナット３６４がツール３０内に無いと仮定する。
１．［ロボット］ツール３０を容器２０２の近傍に移動させる。
２．［ロボット］ツール上部プレート５７が容器上端部の上方に位置するとともに、Ｂナットモジュール上端部１９８が容器底部２０６の下方に位置するように、ツール３０の高さを設定する。
３．［ロボット］ツール３０を容器２０２に向けて移動させて、ツールポスト５０を容器ガイド＃７および＃８上に整列させる。ポストがガイドに軽く触れるようにする。
４．［ツール］ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを作動させて、容器２０２から離して、ロック機構を配置する。
５．［ロボット］ツール中間プレート４０が容器底部タブ２３４に接触するまで、ツール３０を上方に移動させる。
６．［ツール］ロック機構が解放されるまで、ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを“ロック解除”方向に作動させる（約１回転）。
７．［ロボット］ツール中間プレート４０がＢナットモジュール１９８の底部の下方に位置するまで、ツール３０を下方に移動させる。
８．［ロボット］容器２０２から真っ直ぐ離れる方向にツール３０を移動させる。
９．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００６６】
＜燃料ラインモジュールの取付け＞
ツール内にモジュールが存在しないと仮定する。
１．［ロボット］燃料ラインモジュールによりツール３０を容器の近傍に移動させる。
２．［ロボット］ツール上部プレート５７が燃料ラインソケットモジュール１９２の上端部の上方に位置するとともに、ツール中間プレート４０が燃料ラインソケットモジュール１９２の底部の下方に位置するように、ツール３０の高さを設定する。
３．［ロボット］ツール３０を容器２０２に向けて移動させて、ツールポスト５０を容器ガイド＃７，＃８上に整列させる。ポストがガイド＃７，＃８に軽く触れるようにする。
４．［ツール］ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを作動させて、容器２０２から離して、ロック機構６３を配置する。
５．［ツール］Ｂナットアクチュエータ５４ｂの六角部分を燃料ラインソケットモジュール金具１９２の六角部分の位置に合わせる。
６．［ロボット］ツール中間プレート４０が容器底部タブ２３４に接触するまで、ツール３０を上方に移動させる。
７．［ツール］ロック機構が係合するまで、ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを“ロック”方向に作動させる（約１回転）。
８．［ロボット］燃料ラインソケットモジュール１９２（ここでは、ツールに取り付けられている）が容器底部２０６の下方に位置するまで、ツール３０を下方に移動させる。
９．［ロボット］容器２０２から真っ直ぐ離れる方向にツール３０を移動させる。
１０．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００６７】
＜燃料ラインの装着＞
燃料ラインモジュール１９２が取り付けられていると仮定する。Ｂナットの除去操作で述べたカメラ２６の視野の使用は、この操作にも使用されることとなるが、ここでは説明を省略する。
１．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０の上方に近付ける。
２．［ロボット］ツール３０の中央をバルブ３６０の位置に合わせる。
３．［ロボット］ツール３０をバルブの動作エリアフラット３７６の位置に合わせる。
４．［ツール］クランプ７７を開くようにする。
５．［ツール］ツール上のバルブアクチュエータ９６の平面部分をバルブ３６０上のバルブアクチュエータ３７４の平面部分の位置に合わせる。
６．［ロボット］ツール３０が完全に置かれるまでツール３０を下方に移動させる。
７．［ツール］クランプ７７を閉じる。
８．バルブの開放を始めることができる状態となる。
【００６８】
＜バルブ開放＞
燃料ライン１９２がバルブ３６０に取り付けられている（すなわち、ツール３０が未だバルブ３６０上にある）と仮定する。
１．［ツール］クランプ７７を閉じるようにする。
２．［ツール］バルブアクチュエータ９６を１回転（＝カップリング６８の約５回転）開くまで、“緩める”方向にバルブアクチュエータ５４ａを作動させる。
３．燃料供給を始めることができる状態となる。
【００６９】
＜燃料供給＞
燃料供給システムを作動させる。
【００７０】
＜バルブ閉鎖＞
燃料供給が完了していると仮定する。
１．［ツール］クランプ７７を閉じるようにする。
２．［ツール］バルブアクチュエータ９６が完全に閉じるまで、“締める”方向にバルブアクチュエータ５４ａを作動させる。（バルブアクチュエータの約１回転またはカップリング６８の約５回転）
３．［ツール］バルブアクチュエータ９６に作用する力を解放するために、小さなステップ、“緩める”方向にバルブアクチュエータ５４ａを作動させる。
４．燃料ラインの取外しを開始することができる状態となる。
【００７１】
＜燃料ラインの取外し＞
バルブ３６０が閉じていると仮定する。
１．［ツール］燃料ラインのＢナット３６４が完全に引き出されるまで、“緩める”方向にＢナットアクチュエータ５4ｂを作動させる。（約５回転）
２．［ロボット］下方向の力を働かせる。
３．［ツール］クランプ７７を開く。
４．［ロボット］バルブ３６０が取り除かれるまでツール３０を上方へ移動させる。
５．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０から離脱させる。
６．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００７２】
＜燃料ラインモジュールの保管＞
１．［ロボット］ツール３０を容器２０２の近傍に移動させる。
２．［ロボット］ツール上部プレート５７が容器上端部２１４の上方に位置するとともに、燃料ラインモジュール１９２の上端部が容器底部２０６の下方に位置するように、ツールの高さを設定する。
３．［ロボット］ツール３０を容器２０２に向けて移動させて、ツールポスト５０を容器ガイド＃７および＃８上に整列させる。ポストがガイドに軽く触れるようにする。
４．［ツール］ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを作動させて、容器から離して、ロック機構６３を配置する。
５．［ロボット］ツール中間プレート４０が容器底部タブ２３４に接触するまで、ツール３０を上方に移動させる。
６．［ツール］ロック機構６３が解除されるまで、ツールＢナットアクチュエータ５４ｂを“ロック解除”方向に作動させる（１回転）。
７．［ロボット］ツール中間プレート４０が燃料ラインモジュール１９２の底部の下方に位置するまで、ツール３０を下方に移動させる。
８．［ロボット］容器２０２から真っ直ぐ離れる方向にツール３０を移動させる。
９．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００７３】
＜Ｂナットモジュールの取付け＞
上述したように操作される。
【００７４】
＜Ｂナットの取出し＞
１．［ロボット］ツール３０を移動させてＢナット保管ポスト２０８の上方に近付ける。
２．［ロボット］ツール３０の中央を保管ポスト２０８の位置に合わせる。
３．［ロボット］ツール３０をＢナット保管ポスト２０８の動作エリアフラットの位置に合わせる。
４．［ツール］クランプ７７を開くようにする。
５．［ツール］Ｂナットアクチュエータ６０の六角部分を保管ポスト２０８上のＢナット３６４の位置に合わせる。
６．［ロボット］ツール３０が適切に置かれるまでツール３０を下方に移動させる。
７．［ツール］クランプ７７を閉じる。
８．［ツール］Ｂナットが完全に引き出されるまで、“緩める”方向にＢナットアクチュエータ６０を作動させる。（約５回転）
９．［ツール］クランプ７７を開く。
１０．［ロボット］Ｂナット保管ポスト２０８が取り除かれるまでツール３０を上方へ移動させる。
１１．［ロボット］Ｂナット保管ポスト２０８から真っ直ぐ離れる方向にツール３０を移動させる。
１２．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００７５】
＜Ｂナットの交換＞
Ｂナットモジュール１９８が取り付けられ、Ｂナット３６４が取り出されていると仮定する。
１．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０の上方に近付ける。
２．［ロボット］ツール３０の中央をバルブ３６０の位置に合わせる。
３．［ロボット］ツール３０をバルブ３７６の動作エリアフラットの位置に合わせる。
４．［ツール］クランプ７７を開くようにする。
７．［ツール］ツール上のバルブアクチュエータ９６のフラットの六角部分をバルブのバルブアクチュエータ３７４の平面部分の位置に合わせる。
８．［ロボット］ツール３０が完全に置かれるまでツール３０を下方に移動させる。
５．［ツール］クランプ７７を閉じる。
６．［ツール］Ｂナット３６４が完全に装着されるまで、“締める”方向にＢナットアクチュエータ５４ｂを作動させる。（約５回転）
７．［ツール］バルブアクチュエータ９６のフラットをＢナット３６４の平面部分の位置に合わせる。
８．［ツール］クランプ７７を開く。
９．［ロボット］バルブ３６０が取り除かれるまでツール３０を上方へ移動させる。
１０．［ロボット］ツール３０を移動させてバルブ３６０から離脱させる。
１１．次のタスクを進めることができる状態となる。
【００７６】
＜Ｂナットモジュールの保管＞
上述したように操作される。
【００７７】
本明細書に開示した燃料供給衛星用のシステムは、地球から直接打ち上げられた専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、その衛星上には、ツール容器、ロボットアームおよび様々なツールを含む燃料供給装置が取り付けられている。かような専用衛星は、２００５年１１月２９日に発行された米国特許第６，９６９，０３０号に開示されているような宇宙船ドッキング機構を含むようにしてもよい。この特許はそのまますべてが参照により本明細書に援用される。その装置は、任意の適切な衛星上に組み込まれたものであってもよい。燃料供給装置を搭載した燃料供給衛星は、それよりも大きい“母船”によって搬送されて、そこから打ち上げられるか、あるいは軌道を周回する宇宙ステーション上に保管されて、そこから必要なときに打ち上げられるようにすることが可能である。上記システムは、例えば、地球上、“母船”内、または軌道を周回する宇宙ステーション内の遠隔位置にいるオペレータの遠隔操作下にある。
【００７８】
本明細書に開示のシステムは、一旦燃料を使い果たした軌道上の衛星に燃料を供給するための遠隔燃料供給システムとして述べてきたが、当然のことながら、本システムは、宇宙に打ち上げられる前に衛星に安全に燃料を供給するために使用することもできる。この場合、すべてのプロセスが安全距離から遠隔制御できるので、燃料供給の操作中、直接的な人間の接触が不要となる。この場合、耐熱ブランケットでシールして様々なロックワイヤでバルブを配線する前に燃料供給が行われるようになり、その結果、それらを切り取る必要がなくなる。
【００７９】
本明細書で使用されているように、“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”および“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”という用語は、包含的で非限定的なものとして解釈されるべきである。特に、本文書で使用されるときは、“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”，“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”およびそれらの変形は、特定の機構、工程または部品が、記載した本発明に含まれることを意味している。それら用語が、その他の機構、工程または部品の存在を排除するものとして解釈されるべきではない。
【００８０】
本発明の望ましい実施形態の上記記述は、本発明の原理を示すために提示されたものであって、例示した特定の実施形態に本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲とそれと同等の範囲内に包含される実施形態のすべてによって定義されることを目的としている。
【図１】
2010520832.tif 000003
【図１ａ】
2010520832.tif 000004
【図２】
2010520832.tif 000005
【図３】
2010520832.tif 000006
【図４】
2010520832.tif 000007
【図４ｂ】
2010520832.tif 000008
【図４ｃ】
2010520832.tif 000009
【図５】
2010520832.tif 000010
【図６】
2010520832.tif 000011
【図７ａ】
2010520832.tif 000012
【図７ｂ】
2010520832.tif 000013
【図８】
2010520832.tif 000014
【図８ａ】
2010520832.tif 000015
【図９】
2010520832.tif 000016
【図１０】
2010520832.tif 000017
【図１１】
2010520832.tif 000018
【図１２】
2010520832.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月6日(2009.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用意のできていないクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための流体移送手段と、
燃料注入ラインを前記燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから前記燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを前記酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付けて、そこから前記酸化剤注入ラインを分離するためのツール手段と、
前記用意のできていないクライアント衛星に、前記燃料注入ラインを前記燃料貯蔵タンクの前記燃料ポートに連結する準備、および／または前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤貯蔵タンクの前記酸化剤ポートに取り付ける準備をさせるための準備ツール手段と、
前記ツール手段と前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
前記ツール手段に接続され、前記燃料および酸化剤注入ラインを前記燃料および酸化剤ポートに連結および分離するために、前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートに対して前記ツール手段を位置調整するための位置調整手段と、
前記検出手段、前記位置調整手段および前記ツール手段と通信して、前記検出手段からのフィードバックに基づいて前記位置調整手段および前記ツール手段の動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
当該システムが、前記クライアント衛星のための保守衛星上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
当該システムが有人宇宙船内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のシステムにおいて、
当該システムが、打上げ前にクライアント衛星に燃料を供給するために、地球上に位置する保守ベイ内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１，２，３または４に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、人間の遠隔オペレータに、ユーザインターフェースを介して前記システムを遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムであることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、
前記人間の遠隔オペレータが、別の宇宙船または地球上の何れかに位置することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、すべての操作を行うようにプログラムされたコンピュータ制御装置を含む自律制御システムであることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、保守宇宙船上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、別の宇宙船または地球上の何れかに、保守宇宙船から離れて配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、自律／遠隔操作の混合型制御システムであって、当該システムが、
前記操作の幾つかまたはすべてを行うようにプログラム化されたコンピュータ制御装置と、
ユーザインターフェースを介して前記システムの幾つかまたはすべてを人間の遠隔オペレータに遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムとを含み、
前記自律／遠隔操作の混合型制御システムが、３つのモードの何れか１つで動作するように構成されており、それらモードには、
前記コンピュータ制御装置がすべての操作を制御する第１自律モードと、
前記人間の遠隔オペレータがユーザインターフェースを介して前記システムを遠隔操作して、すべての操作を制御する第２遠隔操作モードと、
前記システムが自律的に操作されるが、すべての自律操作が監視されて、人間のオペレータにより、中止することができ、かつ承認を得る必要がある第３監視自律モードとが含まれることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が少なくとも１のビデオカメラであることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が人工視覚システムであることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記クライアント衛星上の前記燃料タンクの前記燃料ポートが、燃料注入バルブと、前記燃料注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記酸化剤タンクの前記酸化剤ポートが、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記ツール手段が、交換可能なソケットモジュールを有するバルブツールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールとを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールが、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構とを含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ機構内に置いたときに前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構を含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構を含み、当該クランプ機構が、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されており、さらに、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のシステムにおいて、
前記準備ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、外側キャップ除去ツールとをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記準備ツール手段が、前記酸化剤ポートおよび燃料ポート上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための交換ツールも含むことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１３に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、ブランケットカッタ、ブランケットスプレッダ、外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管場所を含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構（quick release mechanism）を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を観察するように構成された２台のビデオカメラを含み、前記ビデオカメラからの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記準備ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための外側キャップ除去および交換ツールとをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を表示するように構成され、前記検出手段からの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムにおいて、
戦略的に配置された前記支持フレーム上に配置されて、前記少なくとも２台の調節カメラからの映像を使用して、位置の簡易な解析を可能とする機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記支持フレームが、下部ベース部、中間ベース部および上部ベース部を含み、
前記下部ベース部が、通路と、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブの一部を内部に受け入れるように構成された関連する導入部とを含み、
ソケットモジュールが前記ソケットモジュールホルダ機構内に位置するときに前記ソケットモジュールの一部が前記通路内に突出して、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブと係合するように、前記ソケットホルダ機構が前記中間ベース部内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムにおいて、
前記通路が、前記導入部から間隔を空けて配置された面取りした部分を含み、前記導入部が、前記燃料または酸化剤注入バルブの挿入中に前記面取り部分が前記導入部との組み合わせにより前記燃料または酸化剤バルブの挿入を補助して詰まりが生じるのを防止するような寸法を有することを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１４乃至２６の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段に連結された前記位置調整手段が、一端にエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームであり、このロボットアームの他端が前記保守宇宙船に取り付けられ、前記バルブツールが、前記支持フレームにボルトで留められた引っ掛け固定具を含み、前記エンドエフェクタが前記引っ掛け固定具を掴むように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項１４乃至２７の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記クランプ機構が、二重の４バーリンク機構（double four-bar linkage）であり、細長いクランプシャフトと、前記クランプシャフトにそれぞれ連結された第１および第２クランプリンクと、２つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第１端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第２端部が前記第１クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第２端部が前記第２クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約１／２回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
前記２つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記４バーリンク機構の配置が選択されることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、４つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムにおいて、
前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、このソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
クライアント衛星に燃料供給するためのツールであって、
前記クライアント衛星が、燃料タンクと、燃料注入バルブと、前記燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記クライアント衛星が、任意には、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、
前記ツールが、
交換可能なソケットモジュールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールと、
支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ内に置いたときに前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備えることを特徴とするツール。
【請求項３２】
請求項３１に記載のツールにおいて、
前記クランプ機構が、二重の４バーリンク機構であり、細長いクランプシャフトと、前記クランプシャフトにそれぞれ連結された第１および第２クランプリンクと、２つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第１端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第２端部が前記第１クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第２端部が前記第２クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約１／２回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
前記２つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記４バーリンク機構の配置が選択されることを特徴とするツール。
【請求項３３】
請求項３１または３２に記載のツールにおいて、
前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、４つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とするツール。
【請求項３４】
請求項３３に記載のツールにおいて、
前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、このソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とするツール。
【請求項３５】
衛星に燃料を供給する方法であって、
ａ）ロボットアームに指示して、前記衛星上の燃料タンクの燃料注入バルブにアクセスする工程を備え、この工程は、
前記燃料注入バルブを含む前記衛星の領域の視覚映像を、前記衛星から離れた遠隔地にいるオペレータに送信する工程と、前記ロボットアームに指示するために、前記視覚映像を使用して前記遠隔地にいるオペレータを案内する工程とにより行われ、この工程は、
耐熱ブランケット切断ツールを前記エンドエフェクタ上に取り付けて、前記耐熱ブランケット切断ツールを、前記燃料注入バルブを包み込む前記耐熱ブランケットに係合させ、前記耐熱ブランケット内でアクセス用開口を切り取る工程と、
前記耐熱ブランケット切断ツールを取り除いて、キャップ除去ツールを前記エンドエフェクタに取り付け、前記キャップ除去ツールを前記燃料注入バルブの外側キャップと係合させて、この外側キャップを取り除いて保管する工程と、
前記キャップ除去ツールを取り除いて、バルブツールを前記エンドエフェクタに取り付け、バルブＢナット（valve Bnut）除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブツールを前記燃料注入バルブと係合させ、前記燃料注入バルブ上にあるバルブＢナットを取り除いて保管する工程と、
前記バルブＢナット除去および交換ツールを取り除いて、燃料ラインカップリングを前記バルブツールに取り付け、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブに取り付け、前記燃料注入バルブを開いて、前記燃料タンクに燃料供給し、前記燃料バルブを閉じて、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブから外し、前記燃料ラインカップリングを前記エンドエフェクタから取り除いて保管し、前記バルブナット除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブＢナットを取り出して前記燃料ラインバルブ上に取り付ける工程とにおいて行われることを特徴とする方法。
【請求項３６】
クライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための流体移送手段と、
燃料注入ラインを前記燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから前記燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを前記酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付けて、そこから前記酸化剤注入ラインを分離するためのツール手段と、
前記ツール手段と前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
前記ツール手段に接続され、前記燃料および酸化剤注入ラインを前記燃料および酸化剤ポートに連結および分離するために、前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートに対して前記ツール手段を位置調整するための位置調整手段と、
前記検出手段、前記位置調整手段および前記ツール手段と通信して、前記検出手段からのフィードバックに基づいて前記位置調整手段および前記ツール手段の動作を制御する制御手段とを備え、
前記クライアント衛星上の前記燃料タンクの前記燃料ポートが、燃料注入バルブと、この燃料注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記酸化剤タンクの前記酸化剤ポートが、酸化剤注入バルブと、この酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
前記ツール手段が、交換可能なソケットモジュールを有するバルブツールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールとを含むことを特徴とするシステム。
【請求項３７】
請求項３６に記載のシステムにおいて、
当該システムが、前記クライアント衛星に燃料供給するための保守衛星上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項３６または３７に記載のシステムにおいて、
当該システムが有人宇宙船内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項３６，３７または３８に記載のシステムにおいて、
当該システムが、打上げ前にクライアント衛星に燃料を供給するために、地球上に位置する保守ベイ内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項３６，３７，３８または３９に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、人間の遠隔オペレータに、ユーザインターフェースを介して前記システムを遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムであることを特徴とするシステム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムにおいて、
前記人間の遠隔オペレータが、別の宇宙船または地球上の何れかに位置することを特徴とするシステム。
【請求項４２】
請求項３６乃至３９の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、すべての操作を行うようにプログラムされたコンピュータ制御装置を含む自律制御システムであることを特徴とするシステム。
【請求項４３】
請求項４２に記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、保守宇宙船上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項４４】
請求項４２に記載のシステムにおいて、
前記コンピュータ制御装置が、別の宇宙船または地球上の何れかに、保守宇宙船から離れて配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項４５】
請求項３６乃至３９の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記制御手段が、自律／遠隔操作の混合型制御システムであって、当該システムが、
前記操作の幾つかまたはすべてを行うようにプログラム化されたコンピュータ制御装置と、
ユーザインターフェースを介して前記システムの幾つかまたはすべてを人間の遠隔オペレータに遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムとを含み、
前記自律／遠隔操作の混合型制御システムが、３つのモードの何れか１つで動作するように構成されており、それらモードには、
前記コンピュータ制御装置がすべての操作を制御する第１自律モードと、
前記人間の遠隔オペレータがユーザインターフェースを介して前記システムを遠隔操作して、すべての操作を制御する第２遠隔操作モードと、
前記システムが自律的に操作されるが、すべての自律操作が監視されて、人間のオペレータにより、中止することができ、かつ承認を得る必要がある第３監視自律モードとが含まれることを特徴とするシステム。
【請求項４６】
請求項３６乃至４５の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が少なくとも１のビデオカメラであることを特徴とするシステム。
【請求項４７】
請求項３６乃至４４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が人工視覚システムであることを特徴とするシステム。
【請求項４８】
請求項３６乃至４７の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールが、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構とを含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ機構内に置いたときに前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構を含み、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構を含み、当該クランプ機構が、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されており、さらに、
前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４９】
請求項３６乃至４８の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、外側キャップ除去ツールとをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項５０】
請求項３６乃至４９の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための交換ツールも含むことを特徴とするシステム。
【請求項５１】
請求項３６に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、ブランケットカッタ、ブランケットスプレッダ、外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管場所を含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５２】
請求項５１に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を観察するように構成された２台のビデオカメラを含み、前記ビデオカメラからの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項５３】
請求項３６乃至４４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項５４】
請求項３６に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための外側キャップ除去および交換ツールとをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項５５】
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５６】
請求項５５に記載のシステムにおいて、
前記検出手段が、前記ツール容器を表示するように構成され、前記検出手段からの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
【請求項５７】
請求項５６に記載のシステムにおいて、
前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも２の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも２台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
【請求項５８】
請求項５７に記載のシステムにおいて、
戦略的に配置された前記支持フレーム上に配置されて、前記少なくとも２台の調節カメラからの映像を使用して、位置の簡易な解析を可能とする機構を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５９】
請求項３６乃至４４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記支持フレームが、下部ベース部、中間ベース部および上部ベース部を含み、
前記下部ベース部が、通路と、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブの一部を内部に受け入れるように構成された関連する導入部とを含み、
ソケットモジュールが前記ソケットモジュールホルダ機構内に位置するときに前記ソケットモジュールの一部が前記通路内に突出して、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブと係合するように、前記ソケットホルダ機構が前記中間ベース部内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
【請求項６０】
請求項５９に記載のシステムにおいて、
前記通路が、前記導入部から間隔を空けて配置された面取りした部分を含み、前記導入部が、前記燃料または酸化剤注入バルブの挿入中に前記面取り部分が前記導入部との組み合わせにより前記燃料または酸化剤バルブの挿入を補助して詰まりが生じるのを防止するような寸法を有することを特徴とするシステム。
【請求項６１】
請求項３６乃至６０の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段に連結された前記位置調整手段が、一端にエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームであり、このロボットアームの他端が前記保守宇宙船に取り付けられ、前記バルブツールが、前記支持フレームにボルトで留められた引っ掛け固定具を含み、前記エンドエフェクタが前記引っ掛け固定具を掴むように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６２】
請求項３６乃至６１の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記クランプ機構が、二重の４バーリンク機構であり、細長いクランプシャフトと、このクランプシャフトにそれぞれ連結された第１および第２クランプリンクと、２つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第１端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第２端部が前記第１クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第２端部が前記第２クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
前記ギアモータが作動するときに、クランプシャフトが約１／２回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
前記２つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記４バーリンク機構の配置が選択されることを特徴とするシステム。
【請求項６３】
請求項３６乃至４４の何れか１項に記載のシステムにおいて、
前記ツール手段が、保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
前記ツール容器が、前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、４つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項６４】
請求項６３に記載のシステムにおいて、
前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、このソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
前記第１、第２、第３および第４ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とするシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
この出願は、発明の名称を“SATELLITE REFUELLING SYSTEM AND METHOD”として２００８年３月１０日に英語で出願され、米国特許公開第２００８／０２３７４００号として公開された米国特許出願第１２／０７３，７９５号に関連するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の一態様は、用意のできていないクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクからクライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクからクライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための燃料移送手段と、
燃料注入ラインを燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに連結して、そこから酸化剤注入ラインを分離するツール手段と、
用意のできていないクライアント衛星に、燃料注入ラインを燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結する準備、および／または酸化剤注入ラインを酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付ける準備をさせるための準備ツール手段と、
ツール手段とクライアント衛星の燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
ツール手段に接続されて、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートに接続および分離するために、クライアント衛星上の燃料および酸化剤ポートに対してツール手段を位置調整する位置調整手段と、
検出手段、位置調整手段およびツール手段と通信して、検出手段からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール手段の動作を制御する制御手段とを備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、クライアント衛星に燃料供給するためのツールを提供するもので、クライアント衛星は、燃料タンク、燃料注入バルブ、燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットおよびアクセスバルブ上のアクセスバルブキャップを含み、任意には、酸化剤注入バルブ、酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットおよび酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、上記ツールは、
交換可能なソケットモジュールと、燃料注入バルブ上のアクセスバルブキャップを取り外して交換するための第１ソケットモジュールと、燃料注入ラインに接続されて、燃料注入ラインを燃料タンクに結合させるための燃料注入バルブと係合する第２ソケットモジュールと、酸化剤タンクの酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップと係合する第３ソケットモジュールと、酸化剤注入ラインを酸化剤タンクに結合させるための酸化剤注入バルブと係合する第４ソケットモジュールと、
支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
前記支持フレームに取り付けられ、ソケットモジュールホルダ内に置いたときに第１、第２、第３および第４ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
支持フレーム上に取り付けられて、バルブツールを燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させてバルブに対する損傷を防止するために、バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
支持フレーム上に取り付けられ、燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明は、クライアント衛星に燃料供給するためのシステムを提供するもので、当該システムは、
燃料貯蔵タンクからクライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ／または酸化剤貯蔵タンクからクライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための流体移送手段と、
燃料注入ラインを燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから燃料注入ラインを分離し、かつ／または酸化剤注入ラインを酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付けて、そこから酸化剤注入ラインを分離するためのツール手段と、
ツール手段とクライアント衛星上の燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
ツール手段に接続され、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートに連結および分離するために、クライアント衛星上の燃料および酸化剤ポートに対してツール手段を位置調整するための位置調整手段と、
検出手段、位置調整手段およびツール手段と通信して、検出手段からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール手段の動作を制御する制御手段とを備え、
クライアント衛星上の燃料タンクの燃料ポートが、燃料注入バルブと、この燃料注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、酸化剤タンクの酸化剤ポートが、酸化剤注入バルブと、この酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、ツール手段が、交換可能なソケットモジュールを有するバルブツールと、燃料注入バルブ上のアクセスバルブキャップを除去および交換するための第１ソケットモジュールと、燃料注入ラインを燃料タンクに結合させるための燃料注入バルブと係合するために、燃料注入ラインに接続される第２ソケットモジュールと、酸化剤タンクの酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップと係合するための第３ソケットモジュールと、酸化剤注入ラインを酸化剤タンクに結合させるための酸化剤注入バルブと係合するための第４ソケットモジュールとを含む。
本発明の機能的および有利な態様の更なる理解は、次の詳細な説明と添付図面を参照することによって、達成することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図１】図１は、保守宇宙船に搭載された衛星に燃料供給するとともに、衛星に燃料供給するためのロボット制御衛星燃料供給装置を示している。
【図１ａ】図１ａは、燃料および酸化剤タンクが燃料供給システムおよび燃料供給される衛星に示されているシステムの概略図を示している。
【図２】図２は、図１の装置の斜視図を示すもので、燃料供給処置においてロボットに指示する地球上のオペレータを視覚的に支援するために、ブームに取り付けられた２つのカメラが燃料供給ツールに焦点が合わされている状態を示している。
【図３】図３は、本発明の燃料供給システムの一部を構成する、部分的に組み立てられたバルブツールの斜視図を示している。
【図４】図４は、バルブツールの解体された分解図を示している。
【図４ｂ】図４ｂは、バルブツールの一部を構成するクランプ機構の斜視図を示している。
【図４ｃ】図４ｃは、バルブツールの一部を構成するバルブ作動機構の立面図を示している。
【図５】図５は、ソケットモジュールを保持する、完全に組み立てられたバルブツールを示している。
【図６】図６は、様々な燃料供給および排出コネクタが取り付けられたモジュール容器を示している。
【図７ａ】図７ａは、一方向から見た、図６の容器の解体された分解図を示している。
【図７ｂ】図７ｂは、図７ａと同様ではあるが、図７ａと異なる方向から見た、図６の容器の解体された分解図を示している。
【図８】図８は、燃料ラインカップリングを保持して燃料バルブに接続する、本発明の一部を構成するバルブツールを示している。
【図８ａ】図８ａは、クライアント衛星上のバルブキャップと係合するバルブツールの一部を示している。
【図９】図９は、本発明を構成するシステムによって燃料供給される衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブの断面図を示している。
【図１０】図１０は、Ｂナット、バルブ作動ナットおよびバルブアクチュエータの間のクリアランスおよび干渉を示している。
【図１１】図１１は、本発明の一部を構成する燃料／酸化剤流出管理システムを示している。
【図１２】図１２は、本発明の一部を構成する方法およびシステムを使用して衛星に燃料供給する際に行われる工程を示すフロー図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図１および１ａを参照すると、概して、本発明は、用意のできていないまたは部分的に用意のできたクライアント衛星１４に燃料供給するための燃料供給システム１０を対象としている。このシステムは、保守宇宙船１２上の燃料貯蔵タンク１５からクライアント衛星１４上の燃料タンク２１に燃料を移送するとともに、保守宇宙船１２上の酸化剤貯蔵タンク１３からクライアント衛星１４上の酸化剤タンク１７に酸化剤を移送するための流体移送システム４１を含む。このシステムは、燃料注入ライン１９を燃料タンク２１の燃料ポート２３に接続し、そこから燃料注入ライン１９を切り離すとともに、酸化剤注入ライン２５を酸化剤タンク１７の酸化剤ポート２７に取り付け、そこから酸化剤注入ライン２５を切り離すためのツール機構３０を含む。当然のことながら、図１および１ａは、詳細を示していないが、流体移送システム４１は、酸化剤および燃料用の貯蔵タンクを含むことに加えて、例えば、これに限定されるものではないが、液体ポンプ、フィルタ、燃料管理装置、バルブ、バルブアクチュエータ、様々なセンサおよびモニタのような、酸化剤および燃料をシステム４１から送り込むために必要なその他のすべての装置も含む。記載の流体移送システムは、燃料または酸化剤あるいはその両方を、それら流体の補給を必要とする衛星に補給するのに使用されることとなる。これは、２燃料推進システム衛星と、単一燃料推進システム衛星の両方を含む。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図９は、バルブツール３０によって燃料供給されるクライアント衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブ３６０の断面図を示している。バルブ３６０は、外側キャップ３６２と、ベースプレート３８０に固定された外側キャップロックワイヤ３７０とを含む。Ｂナットキャップ３６４は、バルブステム３７６の上部に装着され、ロックワイヤ３６６は、Ｂナットキャップ３６４をバルブステムに固定する。作動ナット３７４は回動してバルブを開放または閉鎖する。ロックワイヤ３７２は、作動ナット３７４をバルブステム３６８に固定する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７ａ】
2010520832.tif 000020
【国際調査報告】
2010520832.tif 000021
2010520832.tif 000022
2010520832.tif 000023
2010520832.tif 000024
2010520832.tif 000025