(57)【要約】推進システムは、多軸システム内で空間的に配置された少なくとも一群の電気スラスタを含む。制御装置が、各々の電気スラスタと通信している。制御装置は、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して、電気スラスタの推力を差動式に変化させるように設けられている。
2018530475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸システム内で空間的に配置された少なくとも一群の電気スラスタと、
各々の電気スラスタと通信し、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して電気スラスタの推力を差動式に変化させるように設けられた制御装置と、を備えることを特徴とする宇宙機の推進システム
【請求項２】
前記制御装置は、多軸システムの前記２つの軸周りでモーメンタムホイールの累積角運動量のアンロードに対して、推力を差動式に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項３】
２つ以上の電気スラスタが異なる方向に方向づけられていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項４】
前記異なる方向は、相補的な方向であることを特徴とする請求項３に記載の推進システム。
【請求項５】
多軸システムに関して、各々の電気スラスタは、３つの直交する軸のそれぞれに対して約４５°もしくはその正の倍数または負の倍数に方向づけられていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項６】
少なくとも一群は、少なくとも４つの電気スラスタを含む第１の群と、少なくとも２つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、前記制御装置は、多軸システムの前記２つの軸に対して第１の群の推力を差動式に変化させ、多軸システムの第３の軸に対して第２の群の推力を差動式に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項７】
少なくとも一群は、４つの電気スラスタを含む第１の群と、４つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、第１の群は、第２の群に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項８】
電気スラスタの少なくとも一群は、電気スラスタの第１の群と、電気スラスタの第２の群と、を含み、前記制御装置は、制御装置が第１の赤経に応じて第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、異なる第２の赤経に応じて第２の群の推力を所定時間にわたって差動式に変化させる主動作モードを含むことを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項９】
前記制御装置は、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応答してトリガされる冗長動作モードを含み、冗長モードでは、前記制御装置は、第１の群の推力を差動式に変化させずに、第２の赤経に応じて、前記所定時間よりも長い時間にわたって第２の群の推力を差動式に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の推進システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応答してトリガされる冗長動作モードを含み、冗長モードでは、前記制御装置は、第１の群の相補的な電気スラスタの対の推力を差動式に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の推進システム。
【請求項１１】
推力システムは、非ジンバル式であることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、推力を同時に差動式に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項１３】
二軸システム内で空間的に配置された４つの電気スラスタを提供し、
４つの電気スラスタの全てから推力を発生させ、
４つの電気スラスタの全てから推力を発生させながら、４つの電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を差動式に変化させることを含むことを特徴とする宇宙機を制御するプロセス
【請求項１４】
４つの電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を差動式に変化させると同時に、４つの電気スラスタのうちの第２のスラスタの推力を差動式に変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の宇宙機を制御するプロセス。
【請求項１５】
４つの電気スラスタのうちの第１及び第２のスラスタの推力を差動式に変化させた後で、４つの電気スラスタのうちの第３及び第４のスラスタの推力を差動式に変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の宇宙機を制御するプロセス。
【請求項１６】
４つの電気スラスタのうちの第２のスラスタの推力を変化させた後で、かつ電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を変化させると同時に、４つの電気スラスタのうちの第３のスラスタの推力を差動式に変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の宇宙機を制御するプロセス。
【請求項１７】
推力の発生は、姿勢制御及びステーションキーピング制御を提供することを特徴とする請求項１４に記載の宇宙機を制御するプロセス。
【請求項１８】
多軸システム内で空間的に配置された少なくとも一群の電気スラスタについて、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して電気スラスタによって提供される推力を差動式に変化させることを含むことを特徴とする推進システム用の方法。
【請求項１９】
多軸システムの前記２つの軸周りにおけるモーメンタムホイールの累積角運動量のアンロードに対して、推力を差動式に変化させることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の推進システム用の方法。
【請求項２０】
少なくとも一群は、少なくとも４つの電気スラスタを含む第１の群と、少なくとも２つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、多軸システムの前記２つの軸に対して第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、多軸システムの第３の軸に対して第２の群の推力を差動式に変化させることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の推進システム用の方法。
【請求項２１】
少なくとも一群は、電気スラスタの第１の群と、電気スラスタの第２の群と、を含み、主動作モードでは、第１の赤経に応じて第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、異なる第２の赤経に応じて第２の群の推力を所定時間にわたって差動式に変化させることを含むことを特徴とする請求項１８に記載の推進システム用の方法。
【請求項２２】
第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応じてトリガされる冗長動作モードをさらに有し、冗長モードは、第１の群の推力を差動式に変化させずに、第２の赤経に応じて、前記所定時間を超える時間にわたって第２の群の推力を差動式に変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の推進システム用の方法。
【請求項２３】
第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応じてトリガされる冗長動作モードをさらに有し、冗長モードは、第１の群の電気スラスタの相補的な対の推力を差動式に変化させることをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の推進システム用の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進システムに関し、特に、電気スラスタの差動スロットリングを伴う推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非常に多くの異なる種類の宇宙機スラスタがある。例えば、化学燃料ロケット／スラスタは、ノズルを通して加速される加圧ガスを発生させるために発熱反応を利用する。対照的に、電気推進は、推力を発生させるために電磁力を利用する。現在一般的に使用されている電気推進装置のカテゴリーは、静電スラスタである。静電スラスタには、電気スラスタ（高周波電気スラスタまたはカウフマン型電気スラスタ）と“ホール効果スラスタ”または“ＨＥＴ”（磁気層式またはアノード層式）を含む２種類の基本的なものがある。静電式のスラスタに加えて、電熱式及び電磁式のものもある。挙げられた全ての種類の電気推進は、化学スラスタに比べて低い推力と高い効率を特徴とする。高い効率により、化学スラスタを用いる同等の宇宙機に比べて搭載する必要がある推進剤が少ないが、その代わりに推力が低く、長くかつより多くの操作が必要となる。実際には、電気スラスタは、姿勢制御、ステーションキーピング、軌道飛行を含む種々の目的で使用することができ、ステーションキーピングでは、推力が太陽輻射圧、太陽と月の引力及び地球の非均一性による宇宙機の自然な移動に反作用し、軌道飛行では、打上げ機から切り離された後で宇宙機を最終的な軌道位置に挿入するためにスラスタが使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の例による宇宙機の推進システムは、多軸システム内で空間的に配置された少なくとも一群の電気スラスタと、各々の電気スラスタと通信する制御装置と、を含む。制御装置は、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して電気スラスタの推力を差動式に変化させるように設けられている。
【０００４】
上述の実施例のさらなる実施例では、制御装置は、多軸システムの２つの軸周りでモーメンタムホイールの累積角運動量のアンロードに対して、推力を差動式に変化させるように構成されている。
【０００５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、２つ以上の電気スラスタが異なる方向に方向づけられている。
【０００６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、異なる方向は、相補的な方向である。
【０００７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、多軸システムに関して、各々の電気スラスタは、３つの直交する軸のそれぞれに対して約４５°もしくはその正の倍数または負の倍数に方向づけられている。
【０００８】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、少なくとも一群は、少なくとも４つの電気スラスタを含む第１の群と、少なくとも２つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、制御装置は、多軸システムの２つの軸に対して第１の群の推力を差動式に変化させ、多軸システムの第３の軸に対して第２の群の推力を差動式に変化させるするように構成されている。
【０００９】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、少なくとも一群は、４つの電気スラスタを含む第１の群と、４つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、第１の群は、第２の群に対して対称に配置されている。
【００１０】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、電気スラスタの少なくとも一群は、電気スラスタの第１の群と、電気スラスタの第２の群と、を含み、制御装置は、制御装置が第１の赤経（ａｓｃｅｎｓｉｏｎ  ａｎｇｌｅ）に応じて第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、異なる第２の赤経に応じて第２の群の推力を所定時間にわたって差動式に変化させる主動作モードを含む。
【００１１】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、制御装置は、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応答してトリガされる冗長動作モードを含み、冗長モードでは、制御装置は、第１の群の推力を差動式に変化させずに、第２の赤経に応じて、所定時間よりも長い時間にわたって第２の群の推力を差動式に変化させるように構成されている。
【００１２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、制御装置は、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応答してトリガされる冗長動作モードを含み、冗長モードでは、制御装置は、第１の群の相補的な電気スラスタの対の推力を差動式に変化させるように構成されている。
【００１３】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、推力システムは、非ジンバル式である。
【００１４】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、制御装置は、推力を同時に差動式に変化させるように構成されている。
【００１５】
本開示の例による宇宙機を制御するプロセスは、二軸システム内で空間的に配置された４つの電気スラスタを提供し、４つの電気スラスタの全てから推力を発生させ、４つの電気スラスタの全てから推力を発生させながら、４つの電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を差動式に変化させることを含む。
【００１６】
上述の実施例のさらなる実施例では、４つの電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を差動式に変化させると同時に、４つの電気スラスタのうちの第２のスラスタの推力を差動式に変化させることを含む。
【００１７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、４つの電気スラスタのうちの第１及び第２のスラスタの推力を差動式に変化させた後で、４つの電気スラスタのうちの第３及び第４のスラスタの推力を差動式に変化させることを含む。
【００１８】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、４つの電気スラスタのうちの第２のスラスタの推力を変化させた後で、かつ電気スラスタのうちの第１のスラスタの推力を変化させると同時に、４つの電気スラスタのうちの第３のスラスタの推力を差動式に変化させることを含む。
【００１９】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、推力の発生は、姿勢制御及びステーションキーピング制御を提供する。
【００２０】
本開示の例による推進システム用の方法は、多軸システム内で空間的に配置された少なくとも一群の電気スラスタについて、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して電気スラスタによって提供される推力を差動式に変化させることを含む。
【００２１】
上述の実施例のさらなる実施例では、多軸システムの２つの軸周りにおけるモーメンタムホイールの累積角運動量のアンロードに対して、推力を差動式に変化させることを含む。
【００２２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、少なくとも一群は、少なくとも４つの電気スラスタを含む第１の群と、少なくとも２つの電気スラスタを含む第２の群と、を含み、多軸システムの２つの軸に対して第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、多軸システムの第３の軸に対して第２の群の推力を差動式に変化させることを含む。
【００２３】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、少なくとも一群は、電気スラスタの第１の群と、電気スラスタの第２の群と、を含み、主動作モードでは、第１の赤経に応じて第１の群の推力を差動式に変化させるとともに、異なる第２の赤経に応じて第２の群の推力を所定時間にわたって差動式に変化させることを含む。
【００２４】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応じてトリガされる冗長動作モードをさらに有し、冗長モードは、第１の群の推力を差動式に変化させずに、第２の赤経に応じて、所定時間を超える時間にわたって第２の群の推力を差動式に変化させることを含む。
【００２５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１の群の少なくとも１つの電気スラスタの動作不能に応じてトリガされる冗長動作モードをさらに有し、冗長モードは、第１の群の電気スラスタの相補的な対の推力を差動式に変化させることを含む。
【００２６】
以下の詳細な説明から本開示の種々の特徴及び利点が当業者に明らかになる。詳細な説明に付随する図面を以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】電気スラスタとスラスタの推力を差動式に変化させる制御装置を含む例示的な推進システムの説明図である。
【図２】電気スラスタが図１とは異なる方向に方向づけられた変形例の説明図である。
【図３】図１に比べて電気スラスタの数が少なく、電気スラスタの一部の相対的位置が異なる他の変形例の説明図である。
【図４】図３に比べて電気スラスタの数が多く、電気スラスタの一部の相対的位置が異なる他の変形例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、推進システム２０を示す。推進システム２０は、宇宙機Ｓとの可能性のある使用に関連して図示及び説明される。例えば、宇宙機Ｓは、中高度の地球軌道で使用可能な静止宇宙機である。推進システム２０は、宇宙機と共に示されているが、例えば、後に宇宙機に組み込まれる別個のシステムとして提供することもできる。
【００２９】
推進システム２０は、ホール効果スラスタ等の少なくとも一群の電気スラスタを含む。電気スラスタは、全体として２２で示されており、個々には２２ａ〜２２ｈで示されている。この例では、推進システム２０は、電気スラスタ２２の２つの群を含む。例えば、電気スラスタ２２の“群”は、１つまたは複数の機能的な推力目標に関する制御方式／方法によって協働するように関連する２つ以上の電気スラスタ２２である。制御方式／方法は、群の２つ以上の電気スラスタ２２の同時または重なる点火を含みうる。図示の例では、第１の群は、電気スラスタ２２ａ〜２２ｄを含み、第２の群は、電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈを含む。明らかなように、本開示は、ここで示す例の電気スラスタ２２の数または位置に限定されるものではなく、他のスラスタの位置及び数にも適用可能である。
【００３０】
電気スラスタ２２は、多軸システム内で空間的に配置されている。この例では、多軸システムは、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む三軸デカルトシステムである。電気スラスタ２２は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の原点に対して空間的に配置することができる。原点は、モーメンタムホイールの位置及び／または航空機Ｓのおおよその重心等を含むがこれらに限定されない航空機Ｓの物理的特性であるか、またはこれに対応しうる。
【００３１】
それぞれの電気スラスタ２２は、制御装置２４と通信している。制御装置２４は、電気スラスタ２２の制御に関連して、ここで説明する動作を実行するためのハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの両方を備える。この点に関して、ハードウェアは、マイクロプロセッサ、電源ユニット、電圧調整器、電流調整器、母線等を含むがこれらに限定されない。ソフトウェアは、電気スラスタ２２の動作を制御するようにハードウェア及び電気スラスタの間で信号を選択的に送受信するようにプログラム／構成されうる。この点に関して、制御装置２４は、単一のユニットとして示されているが、ハードウェア及びソフトウェアは、同じ位置にあってもなくてもよい、複数の別個の制御装置及びモジュールにわたって分散していてもよい。
【００３２】
制御装置２４は、多軸システムの２つの軸周りの推進力に対して、電気スラスタ２２の推力を差動式に変化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ  ｔｈｒｏｔｔｌｅ）させるように構成されている。“推力を差動式に変化させる”という表現及びその変形は、２つ以上の電気スラスタ２２から異なる推進力を出力するために推進力を調整することを意味する。例えば、制御装置２４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうちの２つの軸周りで宇宙機Ｓを回転させるように、２つ以上の電気スラスタ２２の推力を差動式に変化させる。
【００３３】
制御装置２４は、個々の電気スラスタ２２の１つまたは複数の入力を調整することによって、電気スラスタ２２の推力を差動式に変化させることができる。例えば、１つまたは複数の入力は、これらに限定されないが、電流及び電圧でありうる。例として、制御装置２４は、電気スラスタ２２の電流入力を調整する。与えられる電流の量は、発生する推力の量に対応する。よって、より多くのまたはより少ない電流を提供するための調整は、それぞれより多くのまたはより少ない推力を発生させる。さらなる例では、制御装置２４は、これに限定されないが、０．１アンペアの増分等の明瞭な増分で電流を調整する。明瞭な増分は、推力の所望の制御レベルに従って選択することができ、姿勢位置を示す信号データに応答して推力を徐々に調整するように、姿勢制御装置へのフィードバックループと組み合わせて使用可能である。例えば、フィードバックループは、ジンバルシステムで使用されるものと同様であってもよい。
【００３４】
図示の例では、電気スラスタ２２の第１及び第２の群は、Ｘ−Ｚ平面に対して対称に設けられている。例えば、各群は、本質的に二次元の平面に空間的に配置されており、その平面に関して二軸システムでも表すことができる。制御装置２４は、宇宙機Ｓの姿勢制御のために、第１の群の電気スラスタ２２ａ〜２２ｄの推力を差動式に変化させるとともに、第２の群の電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈの推力を差動式に変化させることができる。例えば、推力の差動式変化は、宇宙機Ｓの２つの軸周りでモーメンタムホイールの累積角運動量をアンロードするために使用される。アンロードは、モーメンタムホイールの飽和を減少または防止するために使用可能である。多軸システムの２つの軸周りで推力を発生する能力により、Ｚ軸等の１つの軸周りでの運動量のアンロードは、（Ｙ軸周りの）傾き制御操作や（Ｘ軸周りの）経度修正操作と同時に実行することができる。“同時”とは、２つ以上の電気スラスタ２２の同時または重なる点火を意味する。結果的に得られる推力ベクトルを用いた軌道修正操作の実行は、同時に蓄積された宇宙機の運動量を減少させる。これにより、運動量を管理するための別個の運動量アンロードスラスタ点火、ジンバル及び専用噴射の必要性がなくなり、全てのスラスタ点火は好ましい軌道位置で連携して行うことができる。
【００３５】
多軸システムの２つの軸周りで推力を発生させる能力は、オンステーション操作及び軌道飛行操作に必要な全インパルスを分離するためにも使用できる。ミッション設計によって、ステーションキーピングおよび軌道飛行ための必要条件はかなり異なりうる。軌道飛行では、減少した操作時間にわたる高推力が要求され、ステーションキーピングでは、高い比推力（Ｉｓｐ）及び高いサイクル寿命が要求される。必要な全インパルスを分離することにより、制御方式を単一の出力電圧の使用に単純化することができる可能性があり、出力電圧は、ステーションキーピング用のスラスタでは比較的高く、軌道飛行用のスラスタでは比較的低い。さらに、必要な全インパルスを分離することで、場合によっては軌道飛行のために高インパルスの化学スラスタを使用し、全電化ステーションキーピング能力を電気スラスタ２２によって維持する選択肢がある。
【００３６】
さらなる例では、傾きを制御するために差動スロットリングが使用される。例として、制御装置２４は、第１の群の電気スラスタ２２ａ〜２２ｄを赤径９０°で使用し、第２の群の電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈを赤径２７０°で使用して、１日に２回傾きを修正する。
【００３７】
他の例では、制御装置２４は、宇宙機の姿勢制御及び／またはステーションキーピング制御のプロセスにおいて、電気スラスタ２２の推力を差動式に変化させる。姿勢制御操作は、宇宙機が面する方向を変更する（例えば、トランスポンダが所望の方向を確実に指すようにする）ために使用される。ステーションキーピング操作は、宇宙機を厳密な緯度／経度位置に維持するために使用される。姿勢制御操作は、典型的にモーメンタムホイールを用いて実行することができる。しかし、モーメンタムホイールは、特定の操作を実行するために追加のエネルギを必要とする。スラスタ２２の差動スロットリングは、その追加のエネルギを提供するために利用できる。
【００３８】
姿勢制御及び／またはステーションキーピング制御のための例示的プロセスは、第１の群の４つの電気スラスタ２２ａ〜２２ｄまたは第２の群の４つの電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈのいずれかを利用できる。プロセスは、群の４つの全ての電気スラスタ２２から推力を発生させ、群の４つの電気スラスタ２２のうちの第１のスラスタ（例えば、スラスタ２２ａ）の推力を差動式に変化させると同時に、群の他の３つの電気スラスタ２２（スラスタ２２ｂ〜２２ｄ）から推力を発生させることを含む。
【００３９】
他の例では、プロセスは、群の４つの電気スラスタ２２のうちの第２のスラスタ（すなわち、スラスタ２２ｂ〜２２ｄのうちの１つ）の推力を差動式に変化させると同時に、群の４つの電気スラスタ２２のうちの第１のスラスタ（スラスタ２２ａ）の推力を差動式に変化させることをさらに含む。
【００４０】
さらに他の例では、プロセスは、群の４つの電気スラスタ２２のうちの第１及び第２のスラスタの推力を差動式に変化させた後で、４つの電気スラスタ２２のうちの第３及び第４のスラスタ（例えば、スラスタ２２ｂ〜２２ｄのうちの２つ）の推力を差動式に変化させることをさらに含む。追加の例では、プロセスは、４つの電気スラスタ２２のうちの第２の電気スラスタの推力を変化させた後で、かつ電気スラスタ２２のうちの第１のスラスタの推力を変化させると同時に、４つの電気スラスタ２２のうちの第３のスラスタの推力を差動式に変化させることをさらに含む。
【００４１】
他の例では、制御装置２４は、電気スラスタ２２の１つが動作不能となった場合でも動作を確実に継続するために“冗長性”機構を含みうる。例えば、制御装置２４は、主動作モードと冗長動作モードを備える。主動作モードでは、全ての電気スラスタ２２が動作可能（推力を提供可能）である。制御装置２４は、上述したように傾きの修正のために第１の群の電気スラスタ２２ａ〜２２ｄの推力を差動式に変化させるとともに、第２の群のスラスタ２２ｅ〜２２ｈの推力を差動式に変化させる。電気スラスタ２２のうちの１つの動作不能状態（推力提供能力の喪失もしくは実質的減少）により、冗長モードへの移行がトリガされる。例えば、電気スラスタ２２ａが動作不能になると、制御装置２４は第１群の電気スラスタ２２ａ〜２２ｄの差動スロットリングを除外し、第２の群のみを使用する。この場合には、制御装置２４は、主モードで使用される時間よりも長い時間にわたって、第２の群の電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈの推力を赤径２７０°で差動式に変化させる。例として、主モードにおいて第２の群の推力が所定時間ｔにわたって差動式に変更されるとすると、冗長モードでは、第１の群の動作の除外を補うために、第２の群の推力は約２ｔの時間に亘って差動式に変更される。当然のことながら、冗長モードは、どの電気スラスタ２２が動作不能であるかを明らかにし、除外する適切な群を選択するように構成することができる。
【００４２】
冗長モードの１つの代替的な例では、１つの群の推力の差動スロットリングを除外して他の群に頼る代わりに、制御装置２４は相補的な一組の電気スラスタ２２の推力を差動式に変化させる。例として、電気スラスタ２２ａが動作不能になると、制御装置２４は、第１の群の対角に位置する電気スラスタ２２ｂ／２２ｃの対の推力を差動式に変化させて、主モードと同様に傾きの修正を実行する。この場合、対角に位置する電気スラスタ２２ｂ／２２ｃの対は、非主要（軸外の）方向における推力が相殺されるように相補的である。
【００４３】
電気スラスタ２２は、多軸システムに対して所定の向きで宇宙機に固定され、必要に応じて宇宙機Ｓの構造体に対しても固定される。図１に示す例では、電気スラスタ２２は、それぞれ固有の方向に方向づけられている。例えば、電気スラスタ２２は、一般に宇宙機Ｓの角領域に位置し、推力噴流が本体または太陽電池パネルＰに直接衝突するのを防止するかまたは減少させるように、宇宙機Ｓの本体及び太陽電池パネルＰから離れる角度に向けられている。
【００４４】
他の例では、各々の電気スラスタ２２は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して約４５°またはその＋／−の倍数で方向づけられている。このような配置は、ピッチトルクの導入を減少またはなくすのを容易にし、上述した２つの電気スラスタによる冗長モードのより効率的な動作を容易にしうる。すなわち、対角に位置する電気スラスタ２２ｂ／２２ｃの対の角度が、非主要（軸外の）方向における推力が相殺されるように相補的でない場合、比推力を２桁以上減少させる損失が生じうる。４５°またはその倍数の向きは、専用の放射状噴射を可能にする。
【００４５】
図２は、電気スラスタ２２が、４５°の向きの代わりにＹ軸にほぼ平行にそれぞれ方向づけられた変形例を示している。この例では、電気スラスタ２２ａ〜２２ｄは、＋Ｙ方向に方向づけられており、電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈは、反対向きの−Ｙ方向に方向づけられている。
【００４６】
図３は、６つの電気スラスタ２２を含む、他の例示的な推進システム１２０を示している。この例では、第１の群は、ここでも電気スラスタ２２ａ〜２２ｄを含むが、第２の群は、電気スラスタ２２ｅ，２２ｆのみを含む。さらに、電気スラスタ２２ｅ，２２ｆは、異なる位置にあり、概ねＸ軸方向に面している。制御装置２４は、主モードにおいて、第１の群を上述したように動作させる。制御装置２４は、面内操作及び運動量のアンロードのために、第１の群によってアンロードされた軸でない第３の軸周りに第２の群の推力を差動式に変化させる。しかし、図示の装置は、８つの電気スラスタを含む装置のように単一の電気スラスタの動作不能に対する冗長モードを提供しない。
【００４７】
図４は、８つの電気スラスタ２２を含む他の例示的な推進システム２２０を示している。この例では、第１の群は、ここでも電気スラスタ２２ａ〜２２ｄを含む。第２の群は、ここでも電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈを含むが、異なる位置にあり、概ねＸ軸方向に面している。電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈは、宇宙機Ｓ、太陽電池パネルＰおよびあらゆるペイロードから離れる方向を指すように一般に方向づけられており、向きは等しいか等しい＋／−倍数である。例として、これらの向きは、Ｘ−Ｚ平面に対称でありうる。
【００４８】
推進システム２２０における他の例では、２０°の角度が、宇宙機Ｓ、太陽電池パネルＰ及びペイロードに最小の影響を有し、かつ操作効率を高めうる。例えば、操作効率は、図１の構成よりも高くなる可能性がある。しかし、より高い操作効率は、ステーションリロケーションを除くものでありうる。図示の例でステーションリロケーションを可能にするには、図１，図２の電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈの位置に追加の４つの電気スラスタの組を追加する必要がある。これは、電気スラスタ２２の総数を１２個に増加させる。従って、傾きの修正や冗長モードは、上述したものと同様となり、図４の電気スラスタ２２ｅ〜２２ｈを２つの軸の運動量のアンロードに使用することができ、いずれかの電気スラスタが動作不能となった場合でもミッションが失敗することがないという追加の特徴が得られる。上述したように、電気スラスタ２２は、例えば、第１の群が傾きの修正のために動作不能となった場合に、（第２の群の）頂部の電気スラスタ２２ｅ，２２ｆの組み合わせ（及び計１２個に到達するための追加の電気スラスタ）を使用して傾きの修正を行うことができる角度に設けることができる。
【００４９】
図示の例では特徴の組み合わせが示されているが、本開示の種々の実施例の利点を実現するために全ての特徴を組み合わせる必要はない。換言すると、本開示の実施例によって設計されるシステムは、いずれかの図に示した全ての特徴または図に概略的に示した全ての部分を必ずしも含まない。さらに、１つの例示的な実施例の選択された特徴を他の例示的な実施例の選択された特徴と組み合わせることができる。
【００５０】
上述の説明は、限定的なものでなく、例示的なものである。開示の実施例の変更及び改良は、当業者に明らかであり、必ずしも本開示から逸脱しない。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の請求項を検討することによってのみ判断できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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