(57)【要約】【課題】  太陽輻射や寒暖の差による長周期の振動、宇宙ゴミによる破損などがあっても長期にわたって健全性を維持できる、宇宙構造体における異常検出と補修を行えるようにした装置を提供することが課題である。【解決手段】  宇宙構造体の構造部材に、光または電気による信号を入力して伝達できるようにした光ファイバ、信号ケーブルなどで構築した神経線を組み込み、該構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、神経線線からの異常信号を受けて前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラとからなる健全性維持システムを設け、コントローラからの補修指示を受けた前記メンテナンスロボットにより損傷した前記構造部材と交換できるようにされた補修用冗長構造部材を備えるようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記インフレータブル構造部材の伸展部の表面若しくは内部空間に電気、熱若しくは光のいずれかの信号が伝達可能な神経線を延設し、該それぞれのインフレータブル構造部材の神経線を前記ジョイント部を介してマトリックス若しくはネット状に結合して神経線網を構成し、その結合した神経線網の結合端側に信号収受用の検知体を配設したことを特徴とする宇宙構造体。
【請求項２】
請求項１記載の宇宙構造体において、
神経線網の結合端の一端側に信号送信体を、他端側に検知体を配設し、該検知体より取り込んだ信号によって結合した構造部材のいずれに異常があるかを検知できるようにしたことを特徴とする宇宙構造体。
【請求項３】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記宇宙構造体に強度上冗長となる構造部材（以下冗長構造部材という）が組み付けられ、該冗長構造部材を補修用構造部材に用いることを特徴とする宇宙構造体。
【請求項４】
請求項３記載の宇宙に構築された宇宙構造体において、
前記構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、前記構造部材のいずれに異常があるかを検出し、前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラとを備え、前記コントローラで検出した構造部材を、前記メンテナンスロボットにより、前記補修用冗長構造部材と交換可能に構成したことを特徴とする宇宙構造体。
【請求項５】
請求項３記載の宇宙に構築された宇宙構造体において、
前記構造部材同士を光ファイバ、信号ケーブルなどでマトリックス若しくはネット状に結合させて構築した神経線網と、該構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、前記神経線網を介して結合した前記構造部材のいずれに異常があるかを検出し、前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラとを備え、前記コントローラで検出した構造部材を、前記メンテナンスロボットにより、前記補修用冗長構造部材と交換可能に構成したことを特徴とする宇宙構造体。
【請求項６】
密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記インフレータブル構造部材に加えて、前記宇宙構造体で発生する低周波振動などに対する制振動作を行う制振構造体が組み込まれて宇宙構造体が構成されていることを特徴とする宇宙構造体。
【請求項７】
前記制振構造体は、振動または撓み力の伝わる方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性を有する部材の強度の大きい方向が振動または撓み力の伝わる方向に変位させる機構とからなることを特徴とする請求項６に記載した宇宙構造体の補修装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙空間で組立てる大型の宇宙構造体に関し、特に、宇宙構造体の健全性維持システムを有し、異常検出と補修作業の容易化により、宇宙構造体を長期間にわたって使用可能にする宇宙構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ：Ｊａｐａｎ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙ）では、将来の化石燃料の枯渇に備えて太陽エネルギーの有効利用を目的に、宇宙空間に大型太陽電池パネルを設置し、得られた電力をマイクロ波やレーザ光に変換して地上に送るＳＳＰＳ（Ｓｐａｃｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）構想を発表している。
【０００３】
この構想は、例えば図９に示したように、赤道上空３万６０００ｋｍの静止軌道上に３．５×２．５ｋｍ程度の楕円形の一次ミラー９１と二次ミラー９２、及び直径２km程度の太陽電池パネル９３をトラス構造９４、９５で結合した宇宙エネルギー利用システム９６を設け、太陽光をこれら一次ミラー９１と二次ミラー９２で反射して太陽電池パネル９３に集光し、発電した電力をパネルの中でマイクロウェーブやレーザ光に変換して、９７のように地上に設けた受信用アンテナ９８（２ｋｍ程度の大きさ）やレーザ光受光部に送り、電力などのエネルギーとして取り出すもので、将来的には１００万ｋｗ級の発電を目指している。
【０００４】
すなわち、太陽電池パネルの発電効率は現状１２〜２４％であるから、大電力を得るためには大きな面積が必要であり、日陰になることの少ない静止軌道は、こういった大型の太陽電池パネルを設置するには好適な場所であるからである。
【０００５】
そしてこういった宇宙空間における大型の宇宙構造体は、例えば特許文献１に示されたように、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、チューブ状、あるいは柱状に再現して硬化させるインフレータブル構造で作成したビームなどのトラス構造ユニット部材や、特許文献２に示されているようなバルーン状のインフレータブル構造体やパネル状の構造体などで構築されることが多い。
【０００６】
すなわちインフレータブル構造体やパネル状の構造体は、収納時には小さく折り畳むことができ、宇宙空間で大きく膨らませたり展開することができるため、大型の構成部品であっても軽量、小型に収納できる特徴があるためである。
【０００７】
そしてこのような宇宙空間における大型の宇宙構造体は、１０年単位にわたる長期間の健全性を維持する必要があるが、こういった大型の宇宙構造体を構築する宇宙空間は、軌道が赤道上空に有ることによる地球の影への出入りの際の、約３５０℃にもなる温度差や太陽からの放射線などによる疲労や劣化、そして宇宙空間を飛び交うゴミなどの衝突により、損傷等の予期せぬ不具合が発生する確率が高い。
【０００８】
またこういった宇宙空間にある大型の宇宙構造体は、太陽からの輻射をまともに受けるが、構造体自体が約６ｋｍにもなる大型であると共に非常に柔らかい構造であるため、全体の輻射圧が数十Nという大きな力となり、撓んでしまう。しかも、前記したように赤道上空の静止軌道にあるため昼夜の約３５０℃にも達する温度差があり、これら熱の影響と輻射圧によって励起される低周波の振動が常にあって宇宙構造体に影響を与えている。
【０００９】
そのため、こういった事故や振動に対する技術として例えば特許文献３に、構造体に光ファイバセンサと、この光ファイバセンサによって求めた各部材の物理量と各部材の規定限界値とを比較して情報を発する装置とを設け、この情報を集める集中検知システムによって各部材の物理量を規定限界値から遠ざけるようにする制御システムを設けたシステムが示されている。
【００１０】
また特許文献４、５には、宇宙空間に設けられた構造体特有の低周波振動を減衰させるため、構造体に取り付けた加速度計の検出信号に基づき、慣性反力アクチュエータのモータの回転方向と回転数を制御して振動を制御するようにした装置（特許文献４）が示され、また、縦、横の連結材にこれら連結材上を移動可能に構成した慣性マスを取り付け、構造体に取り付けた加速時計の検出信号に基づいて、慣性マスを振動が減衰する方向に所定速度でスライドさせるようにした装置（特許文献５）が示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２３７６９８号公報
【特許文献２】特開平８−２７９７１５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８６９４４号公報
【特許文献４】特開平５−９９２６９号公報
【特許文献５】特開平５−９９２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら特許文献３に記された技術は、構造体に設けられた光ファイバセンサによって各部材の物理量を求め、各部材の物理量を規定限界値から遠ざけるようにしているだけで、破損したシステムの修復を行うものではなく、特許文献４、５に示された技術も、宇宙空間に設けられた構造体特有の低周波振動を減衰させるための構造であって、破損したシステムの修復を行うものではない。
【００１３】
そのため本発明においては、宇宙構造体の状態を検知する手段を設けて、構造体自身が異常を判断し、損傷の度合いや必要性に応じて異常信号を出力し、上位のシステム又は他の構造が補償や修理、形状の変更などを行う宇宙構造体において異常検出と補修が容易な宇宙構造体を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明は、密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記インフレータブル構造部材の伸展部の表面若しくは内部空間に電気、熱若しくは光のいずれかの信号が伝達可能な神経線を延設し、該それぞれのインフレータブル構造部材の神経線を前記ジョイント部を介してマトリックス若しくはネット状に結合して神経線網を構成し、その結合した神経線網の結合端側に信号収受用の検知体を配設したことを特徴とする。
かかる発明は、神経線網の結合端の一端側に信号送信体を、他端側に検知体を配設し、該検知体より取り込んだ信号によって結合した構造部材のいずれに異常があるかを検知できる。
例えば前記構造部材の神経線をマトリクス状に結合すると共にマトリクスの列または行のいずれかに時間差を持たせた前記信号を入力して他の行または列で時間差を持って信号を受け、所定位置の構造部材の異常を検知できる。
【００１５】
また、上記課題を解決するため本発明は、密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記宇宙構造体に強度上冗長となる構造部材（以下冗長構造部材という）が組み付けられ、該冗長構造部材を補修用構造部材に用いることを特徴とする。
かかる発明によれば、宇宙に構築された宇宙構造体の補修装置を、前記構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、前記構造部材のいずれに異常があるかを検出し、前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラとを備え、前記コントローラで検出した構造部材を、前記メンテナンスロボットにより、前記補修用冗長構造部材と交換可能に構成し、更に請求項１記載の発明と組み合わせて、前記構造部材同士を光ファイバ、信号ケーブルなどでマトリックス若しくはネット状に結合させて構築した神経線網と、該構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、前記神経線網を介して結合した前記構造部材のいずれに異常があるかを検出し、前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラとを備え、前記コントローラで検出した構造部材を、前記メンテナンスロボットにより、前記補修用冗長構造部材と交換可能に構成することもできる。
【００１６】
特開２０００−２５４８８２号公報に示された技術は、居住モジュール構造の状態検査や表面保護のためのＭ／Ｄシールドの交換を自動的に行うためのもので、破損個所の修復や低周波振動などに対する宇宙構造体における健全性を総合的に維持するシステムに関するものではないが、宇宙空間に設けられる居住モジュール構造の状態検査や、表面保護のためのＭ／Ｄシールドが破損したとき、その交換を自動的に行うメンテナンスロボットなどが示されているので、前記メインテナンスロボットは公知の技術を利用して構成できることは明らかである。
【００１７】
そして、前記構造部材及び補修用冗長構造部材は、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により伸展させ、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成したインフレータブル構造体であり、前記神経線は、前記インフレータブル構造体の伸展部を多層構造として組み込まれて構成してもよい。
【００１８】
さらに、本発明は、密閉内部空間を形成する伸展部が折畳可能に構成され、該折畳された伸展部内に充填するガスによって伸展させた後硬化させ、所定形状に再現するようにしたインフレータブル構造部材をジョイント部を介して複数組み合わせてなる宇宙構造体であって、
前記インフレータブル構造部材に加えて、前記宇宙構造体で発生する低周波振動などに対する制振動作を行う制振構造体が組み込まれて宇宙構造体が構成されていることを特徴とする。
【００１９】
前記制振構造体は、振動または撓み力の伝わる方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性を有する部材の強度の大きい方向が振動または撓み力の伝わる方向に変位させる機構とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
このように請求項１記載の発明によれば、構造部材を多数組み込んで宇宙構造体を構成した場合でも所定位置の構造部材の異常を検知できるようにすることにより、常時宇宙構造体の状態を監視でき、宇宙構造体に異常があったときはすぐに対処できる。
【００２１】
また、本発明によれば神経線によりそれが即座に検出され、その修理もメンテナンスロボットと補修用冗長構造部材を用いて簡単にできるから、有人船外活動による検査、補修などが大幅に削減でき、省力化、運用の低コスト化が実現できる。
【００２２】
そして、前記構造部材が破損しても補修用冗長構造部材と交換することで神経線はすぐに復活するから、宇宙構造体の状態を検知する線を別途張り巡らすことによって状態を検知するための線そのものが破損して状態の検知が不能になるといったことが防止でき、長期にわたって宇宙構造体を健全に維持することができる。
【００２３】
また、前記構造部材及び補修用冗長構造部材の一には、前記コントローラからの指示を受けて宇宙構造体へ伝わる低周波振動などに対する制振動作を行う制振構造体が組み込まれていることで、宇宙構造体の低周波振動による撓みなどの振動による悪影響を低減できる。
【００２４】
そして、前記前記制振構造体は、振動または撓み力の伝わる方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性を有する部材の強度の大きい方向が振動または撓み力の伝わる方向に変位する機構とすることで、簡単な構造で大きな制振効果を有した制振構造体を有する宇宙構造体とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２６】
図１は本発明になる宇宙構造体のブロック図、図２は宇宙構造体を構成するトラス構造とその構造部材であるインフレータブル構造体の一例を示した図、図３は本発明になる宇宙構造体に設けられるのメンテナンスロボットの一例と修復状況を説明するための図、図４は本発明になる宇宙構造体における損傷した構造部材交換の説明図、図５は本発明の宇宙構造体に用いる制振構造体を有したインフレータブル構造体の第１実施例、図６は同じく制振構造体の第２実施例、図７はこの第２実施例の制振構造体の内部構造を示す断面図、図９は第２実施例の制振構造体を図２のトラス構造に応用した場合の概略図である。
【００２７】
図中１０は宇宙構造体全体の健全性をコントロールするマスターコントローラ、１１は宇宙構造体の不具合ヶ所を修理するためのメンテナンスロボット、１２１、１２２、１２３……は宇宙構造体の各ユニット、１３は各ユニット１２自身の不具合ヶ所をチェックするスレーブコントローラ、１４はユニット１２に設けられて低周波数の振動を押さえるための制振構造体などのアクチュエータ、１５は各ユニット１２の状態を検知するため、光または電気による信号を入力して伝達できるようにした光ファイバ、信号ケーブルなどで構築した神経線、１６、１７は宇宙構造体の健全性維持のための発電装置と蓄電装置であり、これらアクチュエータ１４、発電装置１６、蓄電装置１７は、１つのユニットにだけ設けて共用するようにしても良く、さらにこれらマスターコントローラ１０、メンテナンスロボット１１、各ユニット１２  スレーブコントローラ１３、アクチュエータ１４、神経線１５、発電装置１６、蓄電装置１７によって健全性維持システムが構成される。
【００２８】
２０は図９に示したような宇宙構造体の構築に使用するトラス構造、２１はトラス構造２０の構成部材であるインフレータブル構造体で、このインフレータブル構造体２１は、前記特許文献１に示されているように密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成する。２２はインフレータブル構造体２１のジョイント部、２３は光ファイバ、信号ケーブルなどを用いたワイヤで、この実施例においては、インフレータブル構造体２１を多層構造で構成し、その硬化層にセンサ機能を有する光ファイバ、信号ケーブルなどを用いたワイヤ２３をネット状に張り巡らして状態検知線となし、図１における神経線１５として用いる。
【００２９】
３０はトラス構造２０を構成するインフレータブル構造体２１の破損個所で、３１はこの破損個所３０を修復するメンテナンスロボット、４０はトラス構造２０に設けた破損個所補修用の強度的な冗長部分に設けたインフレータブル構造体、４１はトラス構造２０における破損したインフレータブル構造体、５０は圧電素子５１をジョイント５２とワイヤ５３の間に組み込んだインフレータブル構造体で、インフレータブル構造体５０自体がこの圧電素子５１によって撓むことができるよう構成されている。
【００３０】
６０は長方形構造体、楕円形構造体、Ｈ型構造体など、或る方向には強いが或る方向には弱いという強度異方性を有するビーム６１を有する制振構造体で、６２はジョイント、６３はアクチュエータ、６４は制振制御するときの制振構造体６１の回転方向、６５はこの図６に示した制振構造体６０のビーム６１をＨ型鋼で構成したＨ型ビーム、６６はビーム保持部、６７はアンギュラベアリングなどを用いた軸受け、６８はウォームホイール、６９はウォームギア、７０はジョイント部、７１は図６に示した制振構造体６０のビーム６１を楕円パイプで構成した楕円パイプ型ビーム、７２はビーム保持部、７３はアンギュラベアリングなどを用いた軸受け、７４、７５はスプロケット、７６はチェーン、７７はモータ、７８はジョイント部、８１は制振構造体の保持部、８２はモータ、８３は制振構造体の保持部８１を支えるトラス構造２０における支柱である。
【００３１】
図９に９６で示したような宇宙構造体は、図１に示したように、宇宙構造体全体の健全性維持をコントロールするマスターコントローラ１０、宇宙構造体の不具合ヶ所を修理するためのメンテナンスロボット１１、そして宇宙構造体を構成する各ユニット１２１、１２２、……で構成され、さらに宇宙構造体の各ユニット１２１、１２２、……は、各ユニット１２１、１２２、……自身の不具合ヶ所をチェックするスレーブコントローラ１３、各ユニット１２１、１２２、……の低周波数の振動を押さえる制振構造体などのアクチュエータ１４、各ユニット１２１、１２２、……の状態を検知するため光ファイバ、信号ケーブルなどで構築した神経線１５、宇宙構造体の健全性維持のための発電装置１６、蓄電装置１７などで構成される。
【００３２】
そしてこの宇宙構造体は、主要部分が図２（Ａ）に示したようなトラス構造２０で構成され、さらにこのトラス構造２０は、図２（Ｂ）に示したように、端部にジョイント部２２を有して密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成するインフレータブル構造体２１で構成する。また、このインフレータブル構造体２１は、その伸展部を多層構造とし、その多層構造の中に、図１における神経線１５を構成する光ファイバ、信号ケーブルなどを用いてネット状としたワイヤ２３が配されている。
【００３３】
光ファイバーは光通信における伝送媒体として広く用いられているが、温度センサー、歪みセンサーとしての応用も可能であり、このようにインフレータブル構造体２１の中に組み込むことで、このインフレータブル構造体２１にかかった歪みや、さらに宇宙のゴミなどの衝突による破損で断線した場合は破損であることも検知できる。すなわち、図２（Ｃ）に示したように、図２（Ａ）のトラス構造２０におけるインフレータブル構造体２１を、例えば図２（Ａ）における横、斜め毎に接続してＹ１、Ｙ２、Ｙ３、……のラインとなし、さらに図２（Ａ）における縦のインフレータブル構造体をこのＹ方向のインフレータブル構造体におけるジョイント部に接続してＸ方向として、該光ファイバからなる神経線を前記ジョイント部を介してマトリックス若しくはネット状に結合して神経線網を構成し、その結合した神経線網の結合端の一端側に信号送信体２２０を、他端側に検知体２２１を配設し、例えば信号送信体２２０より前記Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、……に時間差を持たせて信号を入力し、検知体２２１よりＹ１、Ｙ２、Ｙ３、……方向毎にこれも時間差を持たせて順次信号を受信できるようにすることにより、破損して信号が通過できなくなったインフレータブル構造体２１が有る場合、前記した入力と受信の時間差によってその位置を特定することが可能となる。
【００３４】
そのため、この検知動作をスレーブコントローラ１３に行わせ、破損が検知された場合は、信号をマスタコントローラ１０に、またはメンテナンスロボット１１に送る。信号がマスタコントローラ１０に送られた場合は、このマスタコントローラ１０がメンテナンスロボット１１に指示し、また、信号が直接メンテナンスロボット１１に送られた場合は直接、メンテナンスロボット１１がこの破損したインフレータブル構造体２１を図３に示したようにして修理する。
【００３５】
この図３において、３０はインフレータブル構造体２１における破損個所であり、３１は図１に１１で示したメンテナンスロボットで、このメンテナンスロボット１１は、図１における発電装置１６、蓄電装置１７などからも電力の供給を受け、自身も蓄電装置を有してこういったメンテナンスを行うようになっている。なおこのメンテナンスロボット１１は、前記特許文献７に記されたようなロボットでも良い。
【００３６】
また、本発明になる宇宙構造体は図４（Ａ）に示したように、そのトラス構造２０の一部に普段は使わない破損個所補修用冗長インフレータブル構造体４０を有し、例えばトラス構造２０を構成する一部のインフレータブル構造体４１が破損したとき、メンテナンスロボット３１により、この破損したインフレータブル構造体４１を図４（Ｂ）のように他の場所に移し、冗長インフレータブル構造体４０を持ってきて図４（Ｃ）のように補修ができるようになっている。
【００３７】
このようにトラス構造２０を構成するインフレータブル構造体２１が破損しても、神経線１５がそれを検知し、マスタコントローラ１０、またはスレーブコントローラ１３がメンテナンスロボット３１に指示し、修理するか、またはそばにある冗長インフレータブル構造体４０と交換するようにしたから、有人船外活動による検査、補修が大幅に削減でき、省力化、運用の低コスト化が実現できる。
【００３８】
また本発明になる宇宙構造体は、図１におけるアクチュエータ１４に相当する機構として、図５に一例を示したように、そのトラス構造２０の要所に、圧電素子５１をジョイント５２と構造体５３の間に組み込んだインフレータブル構造体５０を用い、インフレータブル構造体５０自体がこの圧電素子５１によって撓むことができるよう構成されている。
【００３９】
すなわち図９に示したような宇宙構造体９６は、前記したように構造体自体が約６ｋｍにもなる大型であると共に非常に柔らかい構造であるため、太陽からの輻射をまともに受け、全体の輻射圧が数十Nという大きな力となって撓んでしまう。また、昼夜の約３５０℃にも達する温度差があり、これら熱の影響と輻射圧によって励起される振動が常にあってシステム構造体に影響を与えている。そのため、図５に示したようにインフレータブル構造体５０自体に組み込んだ圧電素子５１により、インフレータブル構造体５０を撓ませ、この振動を吸収できるようにしたものである。
【００４０】
この動作は、前記したように図１におけるスレーブコントローラ１３により、神経線１５としてのインフレータブル構造体２１に組み込まれた光ファイバ２３によってインフレータブル構造体２１の歪みを検知し、その信号をマスタコントローラ１０に送って宇宙構造体の振動または撓みを、各ユニット１２１、１２２、……のどの部分を撓ませれば吸収できるか演算し、その結果を各ユニット１２１、１２２、……のスレーブコントローラ１３に送り、スレーブコントローラ１３が所定のアクチュエータ１４、すなわち図５に示した圧電素子を組み込んだインフレータブル構造体５０に信号を送って撓ませ。この振動や撓みを吸収させるわけである。
【００４１】
このようにすることにより、インフレータブル構造体２１の神経性１５として光ファイバ２３を組み込んでおくことで、宇宙構造体の構造部材としてのインフレータブル構造体２１の破損や、宇宙構造体に伝わってくる振動、撓みなどに随時対処できる宇宙構造体とすることができる。
【００４２】
なお、この振動を吸収するためのアクチュエータ１４としては、この図５に示した圧電素子５１を用いたものだけでなく、図６、図７に示したような構造の制振構造体６０を用いても良い。
【００４３】
この図６に示した振動を吸収するためのアクチュエータ１４としての制振構造体６０は、長方形、楕円形、Ｈ型鋼など、或る方向には強いが或る方向には弱いという強度異方性を有するビーム６１と、一方のジョイント６２にこのビーム６１を回転させるアクチュエータ６３を有し、このビーム６１を、振動または撓みは撓みが伝わってくる方向に対して強度が強くなるよう６４のように回転させ、宇宙構造体に耐振動性を持たせられるようにしたものである。
【００４４】
すなわち、ビーム６１における長方形、または楕円形、あるいはＨ型鋼の長手方向、または強度の大きい強強度方向を振動方向とすると、振動に対する耐性が高まるから、前記したマスタコントローラ１０は、光ファイバ２３で構成される神経線１５により振動または撓み力の伝わる方向を検知し、ビーム６１における強強度方向を向かせるようスレーブコントローラ１３に指示する。そのため、スレーブコントローラ１３は、アクチュエータ６３を回転させて、指示された方向に強度の大きい方向が向くように回転させる。
【００４５】
なお、この制振構造体６０の機構としては、図７（Ａ）、（Ｂ）に示したようなものを用いることができる。まず図７（Ａ）は、制振構造体６０のビーム６１をＨ型鋼で構成したＨ型ビーム６５で構成し、アンギュラベアリング６７などを用いた軸受けに保持されたビーム保持部６６に、図示しないモータによって回転されるウォームギア６９と噛み合って回転するウォームホイール６８を設け、モータの回転によってＨ型ビーム６５における強度の強い方向を振動方向に向けられるようにしたものである。なおこの図７（Ａ）において、７０はジョイント部である。
【００４６】
図７（Ｂ）のものは、制振構造体６０のビーム６１を楕円パイプで構成した楕円パイプ型ビーム７１で構成し、アンギュラベアリング７３などを用いた軸受けに保持されたビーム保持部７２に、モータ７７によって回転されるスプロケット７５にかけたチェーン７６によって回転するスプロケット７４を設け、モータの回転によって楕円パイプ型ビーム７１における強度の大きい長手方向を振動方向に向けられるようにしたものである。なおこの図７（Ｂ）において、７８はジョイント部である。
【００４７】
図８は、このように構成した制振構造体６０を前記図２に示したトラス構造体２０に適用した場合の一例であり、この図８では、制振構造体６０を明確に示すため、図２に於けるトラス構造体２０の両端以外は省略して点線で示してある。
【００４８】
この図８において制振構造体６０は、インフレータブル構造体２１で構成されるトラス構造２０の端部に設けられた支柱８３によって保持部８１が支えられ、この保持部８１内に図７に示したようなビーム６１を回転させる機構を含み、モータ８２で回転できるようになっている。なお、このビーム６１は、前記した長方形、楕円形、若しくはＨ型鋼など、どのような形状のビームであっても良く、材料として強度異方性を有しても良い。
【００４９】
このように構成したトラス構造２０を前記図９に示したような宇宙構造体９６の要所に用い、例えば太陽輻射の圧力によってトラス構造９４、９５が撓む力を受けたとき、制振構造体６０を構成するビーム６１（図８）の強強度方向を輻射圧が伝わってくる方向に向けることで、トラス構造２０を撓ませようとする輻射圧に抗することができる。さらに、輻射圧の来る方向が変わっても、ビーム６１をその方向に向けるだけで常にトラス構造２０を撓ませようとする輻射圧に抗することができ、長周期の振動に対して効果的な制振動作を行わせることができる。
【００５０】
このように制振構造体を設けることにより、全体形状の変形や耐振動強度を変化させられるため、構造体に設計時に予期しない応力集中が発生した場合においても、構造のプロパティの変更による最適化が可能となり、健全性が常時維持できる宇宙構造体を提供することができる。
【００５１】
このように宇宙構造体を光または電気による信号を入力して伝達できるようにした光ファイバ、信号ケーブルなどで構築した神経線が組み込まれた構造部材で構築し、該構造部材の神経線をマトリクス状に結合すると共にマトリクスの列または行のいずれかに時間差を持たせた前記信号を入力して他の行または列で時間差を持って信号を受け、所定位置の構造部材の異常を検知できるようにすることで、常時宇宙構造体の状態を監視でき、宇宙構造体に異常があったときはすぐに対処できる宇宙構造体における異常検出方法を提供することができる。
【００５２】
また、前記宇宙構造体を光または電気による信号を入力して伝達できるようにした光ファイバ、信号ケーブルなどで構築した神経線が組み込まれた構造部材と、該構造部材を補修または交換するメンテナンスロボットと、前記神経線を伝達した信号を受けて異常を検出し、前記メンテナンスロボットに補修指示を出すコントローラと、補修用冗長構造部材とを備え、前記コントローラで前記構造部材の異常を検出し、前記メンテナンスロボットにより、損傷した前記構造部材を前記補修用冗長構造部材と交換して補修するようにしたことにより、構造体が損傷を受けたり異常を生じた場合、神経線によりそれが即座に検出され、その修理もメンテナンスロボットと補修用冗長構造部材を用いて簡単にできるから、有人船外活動による検査、補修などが大幅に削減でき、省力化、運用の低コスト化が実現できる宇宙構造体における補修方法及び装置を提供することができる。
【００５３】
そして、前記構造部材及び補修用冗長構造部材は、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により伸展させ、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成したインフレータブル構造体であり、さらに前記神経線を、インフレータブル構造体の伸展部を多層構造として組み込むことで、構造部材が破損しても補修用冗長構造部材と交換することで神経線はすぐに復活するから、宇宙構造体の状態を検知する線を別途張り巡らすことによって状態を検知するための線そのものが破損して状態の検知が不能になるといったことが防止でき、長期にわたって宇宙構造体を健全に維持することができる。
【００５４】
また、前記構造部材及び補修用冗長構造部材は、前記コントローラからの指示を受けて宇宙構造体へ伝わる低周波振動などに対する制振動作を行う制振構造体が組み込まれていることで、宇宙構造体の低周波振動による撓みなどの振動による悪影響を低減できる宇宙構造体を提供できる。
【００５５】
さらに、前記制振構造体が組み込まれた構造部材及び補修用冗長構造部材は、密閉された袋状の部材を折り畳んだ状態で収納し、組立を行う宇宙空間で内部に充填させたガス等の内圧により伸展させ、柱状、又はチューブ状に再現して硬化させて形成したインフレータブル構造体であり、前記制振構造体は、前記インフレータブル構造体に組み込まれた圧電素子、または圧電素子ワイヤとすることで、簡単な構造で制振を行うことができる。
【００５６】
そして、前記構造部材及び補修用冗長構造部材に組み込まれた前記制振構造体は、振動または撓み力の伝わる方向によって強度の異なる強度異方性を有する部材と、該強度異方性を有する部材の強度の大きい方向が振動または撓み力の伝わる方向に向くようにする機構とすることで、簡単な構造で大きな制振効果を有した制振構造体を有する宇宙構造体とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、宇宙構造体自身が構造体の健全性を判断することができ、制振構造体や補修用冗長構造体、それにメンテナンスロボットの存在によって、有人船外活動による検査、補修などが大幅に削減でき、省力化、運用の低コスト化が実現できる宇宙構造体における異常検出方法と補修方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明になる宇宙構造体のブロック図である。
【図２】宇宙構造体を構成するトラス構造とその構造部材であるインフレータブル構造体の一例を示した図である。
【図３】本発明になる宇宙構造体に設けられるのメンテナンスロボットの一例と修復状況を説明するための図である。
【図４】本発明になる宇宙構造体における損傷した構造部材交換の説明図である。
【図５】本発明の宇宙構造体に用いる制振構造体を有したインフレータブル構造体の第１実施例である。
【図６】本発明の宇宙構造体に用いる制振構造体を有したインフレータブル構造体の第２実施例である。
【図７】第２実施例の制振構造体の内部構造を示す断面図である。
【図８】第２実施例の制振構造体を図２のトラス構造に応用した場合の概略図である。
【図９】赤道上空の静止軌道上に設ける太陽エネルギー発電システムの概念図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  マスターコントローラ
１１  メンテナンスロボット
１２  各ユニット
１３  スレーブコントローラ
１４  アクチュエータ
１５  神経線
１６  発電装置
１７  蓄電装置
【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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