(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のケーブルを格子状に結合することで、収縮状態および展開状態に変形可能に構成され、表面に反射鏡面を有するアンテナ展開構造物と、
放射状に等間隔に連結された複数の膨張部材により構成され、上記膨張部材の先端部が夫々上記アンテナ展開構造物の外周端部に連結された膨張機構と、を具備し、
上記膨張機構の膨張部材は、少なくとも軸方向に膨張可能な棒状の嚢袋からなり、この嚢袋にガスを供給することで上記膨張部材を放射状に膨張させて、上記アンテナ展開構造物を上記展開状態に拡張させるとともに、
上記ケーブルは、熱硬化性素材で形成され、上記各嚢袋に供給されるガスの熱により上記ケーブルを熱硬化させることで、上記アンテナ展開構造物を展開状態に維持させることを特徴とする展開アンテナ。
【請求項２】
上記膨張機構は、放射状に等間隔に配置された複数の平面膨張体によって構成され、各平面膨張体は、上記複数の膨張部材を互いに連結することで矩形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の展開アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、折り畳みあるいは丸めて収縮した状態で人工衛星等に搭載し、宇宙空間で展開させることができる展開アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星等に搭載される展開アンテナを宇宙空間に搬送する場合、搬送手段としてスペースシャトル等のロケットを用いている。しかしながら、ロケットの貨物収容空間は、限られたスペースであるため、大型の展開アンテナを搬送する際には、小さく折り畳んだ状態でロケット内に収容し、ロケットが宇宙空間に到達した後に、この展開アンテナを宇宙空間に放出して展開する方式を用いている。
【０００３】
一般に、このような展開アンテナは、複数の基本構造を組み合わせることにより構成されており、組み合わせる基本構造の数次第で、大型の展開アンテナを構成することができる。
【０００４】
図６は従来の展開アンテナの基本構造の構成を分離して示す斜視図である。
【０００５】
図６に示すように、この展開アンテナの基本構造は、反射鏡面として機能するアンテナ展開構造物１００を有している。このアンテナ展開構造物１００は、サーフェスケーブル、金属メッシュ、バックケーブル、タイケーブルにより構成され、複数のスタンドオフによって展開トラス１０１に支持されている。
【０００６】
この展開トラス１０１は、長方形状に形成された６つの平面リンク機構１０２によって構成されている。これら平面リンク機構１０２は、中心軸部材１０３を共有することで、その周囲に放射状に等配されており、上記中心軸部材１０３をその軸方向に摺動させることで、展開トラス１０１を収納、展開できるようになっている。
【０００７】
また、展開トラスとして、長手方向に伸縮可能な６つの平面リンク機構を放射状に配置した構成も知られている。この構成では、上記複数の平面リンク機構を伸縮駆動することで、展開トラスの収納、展開を行っている。
【０００８】
平面リンク機構の伸縮駆動には、展開トラスの周囲に配設された環状のケーブルを用いる。このケーブルは、各平面リンク機構の先端部に移動自在に接続されており、モータの回転によってケーブルの巻き取り量を調整することで、平面リンク機構を同期して伸縮させている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】第４２回宇宙化学技術連合講演会講演集（１９９８年１０月２８日）（２５５頁〜２６２頁、「大型メッシュアンテナのモジュール結合展開実験について」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述のアンテナ展開構造物１００は、可撓性を有する柔軟なケーブルによって構成されており、自らの力ではアンテナ反射面としての形状を維持することができない。
【００１０】
そのため、展開トラス１０１の上面をパラボラ面形状に形成しておき、その上に上記アンテナ展開構造物１００を貼り付けることで、アンテナ展開構造物１００をパラボラ面形状に維持している。
【００１１】
しかしながら、この方法を用いた場合、アンテナ展開構造物１００の鏡面精度が展開トラス１０１の形状に大きく依存することになる。そのため、アンテナ展開構造物１００に所定の鏡面精度を持たせるためには、展開トラス１０１を高精度に設計し、かつ宇宙空間で変形しないよう高い剛性にする必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、簡単な構成で高い鏡面精度が得られるとともに、アンテナ展開構造物に常に張力を与えていなくとも反射鏡面を所望の形状に維持できる展開アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の展開アンテナは次のように構成されている。
【００１４】
複数のケーブルを格子状に結合することで、収縮状態および展開状態に変形可能に構成され、表面に反射鏡面を有するアンテナ展開構造物と、
放射状に等間隔に連結された複数の膨張部材により構成され、上記膨張部材の先端部が夫々上記アンテナ展開構造物の外周端部に連結された膨張機構と、を備えている。
上記膨張機構の膨張部材は、少なくとも軸方向に膨張可能な棒状の嚢袋からなり、この嚢袋にガスを供給することで上記膨張部材を放射状に膨張させて、上記アンテナ展開構造物を上記展開状態に拡張させるとともに、
上記ケーブルは、熱硬化性素材で形成され、上記各嚢袋に供給されるガスの熱により上記ケーブルを熱硬化させることで、上記アンテナ展開構造物を展開状態に維持させることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の展開アンテナによると、上記膨張機構は、放射状に等間隔に配置された複数の平面膨張体によって構成され、各平面膨張体は、上記複数の膨張部材を互いに連結することで矩形状に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、簡単な構成で高い鏡面精度の展開アンテナを提供することができる。それとともに、ケーブルの熱硬化によりアンテナ展開構造物を展開状態のまま維持できるので、膨張機構によってアンテナ展開構造物に常に張力を与えていなくとも反射鏡面を所望の形状に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図４を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの構成を分離して示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように、この展開アンテナは、平面六角形状のケーブルネットワーク１（アンテナ展開構造物）を有する。このケーブルネットワーク１は、剛性が高く伸びにくい複数の索条体、例えばケーブル２をノード３（結合手段）で順次結合することで格子状に構成されており、その表面には反射鏡面として機能する電波反射膜１０が貼り付けられ、裏面には第１の膨張機構４が設けられている。
【００２３】
図２は同実施の形態に係る第１の膨張機構４が膨張した状態を示す斜視図、図３は同実施の形態に係るインフレータブルチューブ５が収縮した状態を示す斜視図、図４は同実施の形態に係るインフレータブルチューブ５が膨張した状態を示す斜視図である。
【００２４】
図２〜図４に示すように、この第１の膨張機構４は複数、本実施の形態では６本のインフレータブルチューブ５（膨張部材）を有する。これらインフレータブルチューブ５は、軸方向に膨張可能な嚢袋で形成されており、その基端部は連結部６を介して連結体７の外周面に等間隔で連結されている。
【００２５】
この連結体７は、上記各インフレータブルチューブ５同士を互いに連通させており、その所定部位には上記各インフレータブルチューブ５にガスを供給するための供給部８を備えている。この供給部８にはガス供給装置（図示せず）が接続されており、連結体７を介してインフレータブルチューブ５内にガスを供給することで、インフレータブルチューブ５をそれぞれ軸方向に、つまり、全体で見れば放射状に膨張できるようになっている。
【００２６】
インフレータブルチューブ５の先端部５ａは、それぞれ六角形状のケーブルネットワーク１の外周端部（各頂点１ａ）と連結しており、これらインフレータブルチューブ５を軸方向に膨張することで、ケーブルネットワーク１を外周方向に拡張させて展開できるようになっている。
【００２７】
上記構成の展開アンテナを宇宙空間に構築する場合、展開アンテナは各インフレータブルチューブ５を収縮した上で、体積が小さくなるように、折畳みあるいは丸める等により収縮状態とする。この収縮状態の展開アンテナをロケットの貨物収容空間に収納する。
【００２８】
そして、ロケットを打ち上げて宇宙空間に到達したら、ロボット操作等により展開アンテナをロケットから放出し、ガス供給装置によって各インフレータブルチューブ５にガスを供給する。これによって、インフレータブルチューブ５は、その軸方向に膨張し、連結体７を中心にして放射状に膨張する。インフレータブルチューブ５の先端部は、ケーブルネットワーク１の外周端部に連結されているため、インフレータブルチューブの軸方向の膨張によって、ケーブルネットワーク１が大きく展開する。そして、ロボット操作により展開アンテナの姿勢を調整し、ケーブルネットワーク１の反射鏡面の方向を正確に設定する。以上で、展開アンテナの構築が終了する。
【００２９】
なお、ケーブルネットワーク１を展開した後は、常にインフレータブルチューブ５内のガス圧を維持することで、ケーブルネットワーク１に張力を付与し続ける必要がある。
【００３０】
上記構成の展開アンテナによれば、ケーブルネットワーク１を展開する展開手段として、ガスの供給により膨張するインフレータブルチューブ５を用いている。そのため、従来のような展開トラスを用いる場合に比べて、展開アンテナの構成を簡易化することができる。
【００３１】
また、インフレータブルチューブ５の膨張を用いてケーブルネットワーク１に張力を付与することで、ケーブルネットワーク１を展開するようにしている。そのため、各ケーブル２の長さを調整しておくだけで、ケーブルネットワーク１を所望の形状にすることができるから、簡単な構成で高い鏡面精度を得ることができる。
【００３２】
次に、図５を参照しながら本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００３３】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る第２の膨張機構の構成を示す斜視図である。
【００３４】
図５に示すように、本実施の形態に係る展開アンテナは第２の膨張機構４Ａを有する。この第２の膨張機構４Ａは、矩形状に形成された複数、本実施の形態では６つの平面膨張体１１によって構成されている。これら平面膨張体１１は、中心部材１２を共有することで、その周囲に放射状に等配されている。
【００３５】
各平面膨張体１１は、上記中心部材１２、上部材１３、下部材１４、外部材１５、及び斜め部材１６によって構成されている。これらの部材１２〜１６は、第１の実施の形態と同様に、膨張可能なインフレータブルチューブによって形成されており、部材同士は連結部分にて互いに連通している。
【００３６】
すなわち、本実施の形態では、第２の膨張機構４Ａを構成する６つの平面膨張体１１を平面構造体とし、これら平面膨張体１１を中心部材１２の周囲に放射状に配置することで、第２の膨張機構４Ａを三次元構造としているから、三次元空間内における各方向に対する剛性が向上する。
【００３７】
なお、上記各実施の形態では、インフレータブルチューブの素材については、特に限定していないが、例えばインフレータブルチューブの素材を熱硬化性素材とすれば、インフレータブルチューブに高温ガスを供給することで、各インフレータブルチューブを熱硬化によって膨張時の形状のまま維持させることができる。そのため、第１、第２の膨張機構４、４Ａによってケーブルネットワーク１に常に張力を与えていなくても、反射鏡面を所望の形状に維持することができる。
【００３８】
また、ケーブルネットワーク１を構成するケーブル２を熱硬化性素材で形成しても同様の効果を得ることができる。すなわち、ケーブル２を熱硬化性素材で形成すれば、インフレータブルチューブに供給される高温ガスの熱の一部がケーブル２に伝わるから、ケーブル２の熱硬化によってケーブルネットワーク１を展開状態のまま維持させることができる。そのため、第１、第２の膨張機構４、４Ａによってケーブルネットワーク１に常に張力を与えていなくても、反射鏡面を所望の形状に維持することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの構成を分離して示す斜視図。
【図２】同実施の形態に係る第１の膨張機構が膨張した状態を示す斜視図。
【図３】同実施の形態に係るインフレータブルチューブが収縮した状態を示す斜視図。
【図４】同実施の形態に係るインフレータブルチューブが膨張した状態を示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る第２の膨張機構の構成を示す斜視図。
【図６】従来の展開アンテナの基本構造の構成を分離して示す斜視図。
【符号の説明】
【００４１】
１…アンテナ展開構造物（ケーブルネットワーク）、２…ケーブル、４…第１の膨張機構、４Ａ…第２の膨張機構、５…膨張部材（インフレータブルチューブ）、１０…反射鏡面（電波反射膜）。
【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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