(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙航行体に搭載された複数の機器の温度を制御する温度制御装置であって、
各々の前記機器の温度を検出する温度センサと、
前記機器を各々加熱する複数のヒータと、
前記温度センサからの温度検出の出力を読み取る温度モニタ部と、
前記温度モニタ部からの前記温度検出の結果と予め設定した所定の温度設定値との差分を算出し、前記差分の結果を用いて前記ヒータの通電と非通電の判断を行いその判断結果を出力する判断部と、
予め設定したヒータの通電順序に従い、所定の時間間隔で順次、前記ヒータを通電する指令信号を出力するヒータ駆動シーケンス発生部と、
前記判断部から通電を実施する前記判断結果を入力し、かつ、前記ヒータ駆動シーケンス発生部から通電を実施する前記指令信号を入力した場合に、接続した前記ヒータの通電を行うように前記ヒータへの通電と非通電を切り替えるヒータスイッチとを備えた温度制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ駆動シーケンス発生部は、前記判断部から前記差分の結果を入力し、前記差分の大きい順に従って通電すべきヒータの順序を設定する請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記複数のヒータを複数のグループに分割し、各グループ毎に前記ヒータ駆動シーケンス発生部を備え、それぞれのグループ毎にヒータへの通電順序付けを行う請求項１記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記ヒータ駆動シーケンス発生部は、前記判断部がヒータへ通電開始を判断したのち前記機器の温度の上昇に伴って非通電への切り替えを判断するまでの所要時間よりも短い時間間隔となるように、前記所定の時間間隔を設定する請求項１乃至３のいずれかに記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、人工衛星や宇宙機などの、いわゆる宇宙航行体において、これに搭載し各部の温度を制御する温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、宇宙航行体では日照日陰での熱入力の差が大きく、地上のような大気による保温効果を期待できない。したがって、その機能、性能を維持するために各部の温度を適切な範囲内に制御することが重要である。温度制御の対象について例を上げるならば、推進系タンク内に収めた液体の推進薬が凝固点温度以上となるように維持する。また、温度依存性の高い２次電池の充放電特性が一定の温度範囲内になるよう温度制御する。また、搭載電子機器が所望の特性を発揮できる温度範囲内になるよう温度制御する。また、姿勢制御系を構成する機器のうち油潤滑式軸受けをもつ機器では、その潤滑特性が一定の範囲内になるよう温度制御する等、多くの機能部分が温度制御の対象となる。なお、宇宙航行体全体として機能、性能を維持するうえでこれら各部のいずれもが温度制御された状態にあることが必要である。このような温度制御を地上からの指令によって逐次実施する場合には、地上局から宇宙航行体への通信回線の可視性や通信断に対する耐性が求められることから、あまり一般的ではなく、宇宙航行体自身に搭載した温度制御装置にて実現するのが通例である。そして多くの場合、温度制御装置はヒータ、温度センサ、ヒータ制御回路から構成され、温度センサ検出値をもとにヒータ制御回路が電源からヒータへの通電及び非通電とを切り替えることにより温度制御を実現している。近年は宇宙航行体の大型化、複雑化に伴い、ヒータ電力及びヒータ数が増加しており、温度制御装置の取り扱う電力も増大している。そのため、後述するように従来の温度制御装置ではヒータ電力が一時的に大きくなるケースを生じ、温度制御装置へ電力を供給する電源及び電源ラインへの負荷が高まる傾向にある。このことは、電源及び電源ラインの大型化、大容量化を促すことに成り、重量が増え、ペイロード重量を圧迫することにつながる。
【０００３】
図９は宇宙航行体への温度制御装置の典型的な搭載例を示す図であり、１は宇宙航行体、Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３は宇宙航行体１の温度制御対象となる部分であり、例えばＰ−１は上記具体例としてあげた推進系タンク、Ｐ−２は２次電池、Ｐ−３は搭載電子機器の１つである地球観測センサ、２−１，２−２，２−３はそれぞれ宇宙航行体１の各部Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３に取り付けられ通電によって発熱するヒータ、３−１，３−２，３−３は宇宙航行体１の各部Ｐ−１，Ｐ−２，Ｐ−３に取り付けられ温度検出を行う温度センサ、４はヒータ制御回路、５はヒータ制御回路４を経てヒータ２−１，２−２，２−３へ電力を供給する電源ラインである。なお、同図においては図の簡単のために宇宙航行体１の温度制御対象となる各部をＰ−１，Ｐ−２，Ｐ−３の３点にて略式で示したが、宇宙航行体の機種によっては温度制御対象となる部分の数が数百点に及ぶ場合もある。
【０００４】
図１０は宇宙航行体に搭載された温度制御対象部分の数が３点の場合の従来の温度制御装置の機能ブロック図であり、６−１，６−２，６−３はヒータ制御回路４の内部のヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部、７−１，７−２，７−３はヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１，６−２，６−３の内部にあって温度センサ３−１，３−２，３−３からの温度検出の出力を読み取る温度モニタ部、８−１，８−２，８−３はヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１，６−２，６−３の内部のヒータスイッチ、９−１，９−２，９−３はヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１，６−２，６−３の内部にあって温度モニタ部７−１，７−２，７−３の個々の出力を用いてそれぞれ独立にヒータスイッチ８−１，８−２，８−３のＯＮ／ＯＦＦ切り替え判断を行う判断部である。
【０００５】
図１１には、ヒータ２−１，２−２，２−３へ印加される電力プロファイルの例をそれぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ）にて示し、これらヒータの動作に伴う電源ライン５での印加電力のプロファイル例を（ｄ）にて示す。
【０００６】
次に動作について説明する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１では温度モニタ部７−１にて温度センサ３−１による温度検出の出力を読み取り、その結果を判断部９−１にて事前に設定した値と比較してヒータ２ー１への通電の要否を判断し、この判断結果に基付いてヒータスイッチ８−１にて電源ライン５からヒータ２−１への通電（ヒータＯＮ）と非通電（ヒータＯＦＦ）を切り替える。すなわち、判断部９−１にて温度が低いと判断すればヒータ２−１をＯＮし、温度が高いと判断すればＯＦＦする。このようにヒータ２−１、温度センサ３−１、及びヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１は１つの独立した制御ループを構成している。
【０００７】
上記説明では簡単のためにヒータ２−１と温度センサ３−１とヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部６−１を取り上げたが他も同様である。そのため、これらヒータ２−１，２−２，２−３は電力供給において電源ライン５を共有し、各ヒータへの印加電力合計が電源ライン５に印加され、電源への負荷となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の温度制御装置は、以上のように構成されており、複数のヒータへの電力供給を１つの電源ラインでまかなうため、複数のヒータが同時にＯＮになったときに、大きな負荷が電源及び電源ラインにかかる。この負荷に耐えるように電源の容量を持たせ、太い線材を電源ラインに適用するため、電源及び電源ラインの重量が増大し、ひいては打上重量に対するペイロード重量比が低下していた。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、宇宙航行体の温度制御装置において電源および電源ラインにかかる負荷を低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による温度制御装置は、複数のヒータＯＮに対してあらかじめ順番を決めておき、この順番と判断部での判断結果にしたがって順次ヒータをＯＮしていく。
【００１１】
また、第２の発明による温度制御装置は、ヒータを複数のグループに分け、グループ内のヒータＯＮに対してあらかじめ順番を決めておき、この順番と判断部での判断結果にしたがって順次ヒータをＯＮしていく。
【００１２】
また、第３の発明による温度制御装置は、あらかじめ設定した時間間隔内でヒータ通電順序を自動的に設定し、この自動設定した順番と判断部での判断結果にしたがって順次ヒータをＯＮしていく。
【００１３】
また、第４の発明による温度制御装置は、あらかじめ予想される１回のヒータＯＮ時間に比べて十分細かいＯＮ／ＯＦＦの周期をとるよう温度制御の時間間隔を設定し、１つのヒータのＯＮとＯＮとの合間に生じるＯＦＦ期間中に、同様に時分割した他のヒータＯＮを事前に決めた順番にしたがって実施する。
【００１４】
また、第５の発明による温度制御装置は、ヒータを複数のグループに分け、グループ内にてあらかじめ予想される１回のヒータＯＮ時間に比べて十分細かいＯＮ／ＯＦＦの周期をとるよう温度制御の時間間隔を設定し、１つのヒータのＯＮとＯＮとの合間に生じるＯＦＦ期間中に、グループ内で同様に時分割した他のヒータＯＮを事前に決めた順番にしたがって実施する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック図であり、図の簡単のためにヒータ３台にて示している。この図において、２−１，２−２，２−３は宇宙航行体１に取り付けられ通電によって発熱するヒータ、３−１，３−２，３−３は宇宙航行体に取り付けられ温度検出を行う温度センサ、５はヒータ２−１，２−２，２−３に電力を供給する電源ライン、１０は本発明にかかるヒータ制御回路、１１はあらかじめ定めた順序に従い、かつあらかじめ予測される１回当たりのヒータ通電時間よりも広い時間間隔にてヒータ駆動の指令を出力するヒータ駆動シーケンス発生部、１２−１，１２−２，１２−３はヒータ駆動シーケンス発生部１１からのヒータ駆動指令と判断部９−１，９−２，９−３からの指令を受けて論理積をとる論理積機能部、１３−１，１３−２，１３−３は論理積機能部１２−１，１２−２，１２−３を含むヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部である。なお、ヒータ駆動シーケンス発生部１１ではヒータ駆動の順序を例えば２−１→２−２→２−３の順に定めておく。
【００１６】
また、図２は本発明にかかる実施の形態１でのヒータ２−１，２−２，２−３への印可電力を図中の（ａ），（ｂ），（ｃ）で示し、電源ライン５への印可電力を図中の（ｄ）にて示したものである。
【００１７】
次に動作に付いて説明する。ヒータ駆動シーケンス発生部１１にてあらかじめ、ヒータ駆動の順序を２−１→２−２→２−３の順に定めてあるため、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように各ヒータへの印加電力もその順に従う。その結果、３台のヒータ２−１，２−２，２−３の同時通電は無くなり、電源ライン５への印可電力は、図２の（ｄ）に示すようにヒータ１台分を越えることが無い。
【００１８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２を示すブロック図であり、図の簡単のためにヒータを４台とし、これを２つのグループに分けた例にて示している。この図において、２−１，２−２，２−３，２−４はヒータ、３−１，３−２，３−３，３−４は温度センサ、５はヒータ２−１，２−２，２−３，２−４に電力を供給する電源ライン、１０は本発明にかかるヒータ制御回路、１１−１，１１−２はそれぞれにあらかじめ定めた順序、かつあらかじめ予測されるヒータ通電時間よりも広い時間間隔とによってヒータ駆動の指令を出力するヒータ駆動シーケンス発生部、１２−１，１２−２，１２−３，１２−４はヒータ駆動シーケンス発生部１１−１，１１−２からの指令と判断部９−１，９−２，９−３，９−４からの指令を受けて論理積をとる論理積機能部、１３−１，１３−２，１３−３，１３−４は論理積機能部１２−１，１２−２，１２−３，１２−４を含むヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部である。ただし、ヒータ２−１，２−３はヒータ２−２，２−４に比べて通電時間が長くなるものと事前に分かっており、通電時間の長短から意図的にヒータを組合わせ、ヒータ２−１と２−２で１つのグループ、ヒータ２−３と２−４でもう１つのグループ構成している。なお、ヒータ駆動シーケンス発生部１１−１ではヒータ駆動順序を例えばヒータ２−１→２−２の順に、ヒータ駆動シーケンス発生部１１−２ではヒータ駆動順序をヒータ２−３→２−４の順にあらかじめ定めておく。
【００１９】
また、図４は本発明にかかる実施の形態２でのヒータ２−１，２−２，２−３，２−４への印可電力を図中の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）にて示し、電源ライン５への印可電力を図中の（ｅ）にて示したものである。
【００２０】
次に動作に付いて説明する。ヒータ駆動シーケンス発生部１１−１，１１−２にてあらかじめヒータ駆動の順序をそれぞれ２−１→２−２、及び２−３→２−４に定めてあるため、図４の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように各ヒータへの印加電力もその順に従う。その結果、１つのグループ内でのヒータの同時通電は無くなり、１グループ内でのヒータ印加電力はヒータ１台分となる。そのため、電源ライン５への印可電力は、同図の（ｅ）に示すように２グループ分のヒータ電力すなわちヒータ２台分を越えることが無い。
【００２１】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３を示すブロック図であり、図の簡単のためにヒータ３台にて示している。この図において、１０は本発明にかかるヒータ制御回路であり、温度モニタ部７−１，７−２，７−３からの温度検出値を判断部９−１，９−２，９−３に取り込み、その温度検出値と判断部９−１，９−２，９−３にてそれぞれ事前に設定しておいた値との差信号ΔＴ−１，ΔＴ−２，ΔＴ−３をヒータ駆動シーケンス発生部１１にて取り込み、差信号ΔＴ−１，ΔＴ−２，ΔＴ−３の大きい順、すなわち事前に設定した値に比べて温度検出値が下まわっている程度の大きな順に従って通電すべきヒータの順序を自動的に設定する。つまり、差信号の大きさの順がΔＴ−２＞ΔＴ−３＞ΔＴ−１であったならば、通電すべきヒータの順序を２−２→２−３→２−１とする。また、通電すべきヒータの順序の自動設定はあらかじめ定めた時間間隔で行う。なお、論理積機能部１２−１，１２−２，１２−３を含むヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部１３−１，１３−２，１３−３は上記の実施例と同じである。
【００２２】
次に動作に付いて説明する。ヒータ駆動シーケンス発生部１１はあらかじめ定めた時間間隔内においてヒータＯＮの順序を設定しているため、各ヒータへの印加電力はその結果に従う。この例の場合、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、３台のヒータ２−２，２−３，２−１へ順次通電することになり、電源ライン５への印可電力は同図の（ｄ）に示すようにヒータ１台分を越えることが無い。
【００２３】
実施の形態４．
構成は図１と同様であるが、ヒータ駆動シーケンス発生部１１はあらかじめ予想される１回のヒータＯＮ時間に比べて十分細かいＯＮ／ＯＦＦの周期をとるよう温度制御の時間間隔を設定し、１つのヒータのＯＮとＯＮとの合間に生じるＯＦＦ期間中に、同様に時分割した他のヒータ駆動の指令をあらかじめ定めた順序にしたがって出力するよう設定する。図７の（ａ），（ｂ），（ｃ）はこの実施形態においてヒータ２−１，２−２，２−３への印可電力を示し、同図の（ｄ）は電源ライン５への印可電力を示したものである。
【００２４】
次に動作に付いて説明する。ヒータ駆動シーケンス発生部１１にてあらかじめヒータ駆動の順序を定めているため、図７に示すように各ヒータへ印加される電力はその順に従う。ただし、予測されるヒータ通電時間よりも十分短い時間間隔にてヒータ駆動の指令が出力されるため、ヒータ２−２及び２−３への通電はヒータ２−１による温度制御の終了を待たずに開始される。この場合も３台のヒータ２−１，２−２，２−３への同時の通電は無いため、電源ライン５に印可される電力は、ヒータ１台分を越えることが無い。
【００２５】
実施の形態５．
構成は図３と同様であるが、ヒータ駆動シーケンス発生部１１−１及び１１−２は予測される１回当たりのヒータ通電時間よりも十分細かいＯＮ／ＯＦＦの周期をとるようそれぞれに温度制御の時間間隔を設定し、１つのヒータのＯＮとＯＮとの合間に生じるＯＦＦ期間中に、同様に時分割したグループ内の他のヒータ駆動指令をあらかじめ定めた順序にしたがって出力するよう設定する。この時、ヒータ駆動の指令を出力する時間間隔をヒータグループの特性に応じて異なる値にする。例えば、熱容量が小さく温度低下に対する許容範囲の狭い制御対象がグループ内に多ければ時間間隔を短く設定し、熱容量が大きく温度低下に対する許容範囲の広い制御対象から構成したグループであれば時間間隔を長く設定する。図８はこの実施形態においてヒータ駆動の指令を出力する時間間隔の短いものをヒータ２−１，２−２に割り当て、時間間隔の長いものをヒータ２−３，２−４へ割り当てた場合のそれぞれのヒータへの印可電力を図中の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）にて示し、電源ライン５への印可電力を同図の（ｅ）にて示したものである。
【００２６】
次に動作に付いて説明する。ヒータ駆動シーケンス発生部１１−１，１１−２にてあらかじめヒータ駆動の順序を定めているため、図８に示すように各ヒータへ印加される電力もその順に従う。ただし、予測されるヒータ通電時間よりも十分短い時間間隔にてヒータ駆動の指令が出力されるため、ヒータ２−２への通電はヒータ２−１による温度制御の終了を待たずに開始され、ヒータ２−４への通電はヒータ２−３による温度制御の終了を待たずに開始される。その結果、１グループ内の２台のヒータへの同時通電は無くなり、電源ライン５に印可される電力は、２グループ分すなわちヒータ２台分の電力を越えることが無い。
【００２７】
【発明の効果】
温度制御装置への電力供給は、温度制御装置にて同時に通電されるヒータ電力合計値に合わせて実施される必要がある。温度制御装置から電源及び電源ラインへの能力要求はこのヒータ電力合計値に依存する。上記の発明によれば、同時に通電されるヒータ数をヒータの全数よりも大きく減らすことができ、必要なヒータの電力合計値を低減できる。したがって、電源からの電力供給能力を低減することができ、ひいては電源機器の重量を軽減できるという効果がある。また、電源ラインにて伝送すべき電力の上限値を抑えられるため、使用する線材の径を細くすることによって、宇宙航行体内部に配線する電源ラインの重量を軽減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による温度制御装置の実施の形態１を示す機能ブロック図である。
【図２】  この発明による温度制御装置の実施の形態１でのヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【図３】  この発明による温度制御装置の実施の形態２を示す機能ブロック図である。
【図４】  この発明による温度制御装置の実施の形態２でのヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【図５】  この発明による温度制御装置の実施の形態３を示す機能ブロック図である。
【図６】  この発明による温度制御装置の実施の形態３でのヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【図７】  この発明による温度制御装置の実施の形態４でのヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【図８】  この発明による温度制御装置の実施の形態５でのヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【図９】  宇宙航行体における温度制御装置の搭載例を示す図である。
【図１０】  従来の温度制御装置における機能ブロック図である。
【図１１】  従来の温度制御装置におけるヒータ及び電源ラインへの印加電力を示す図である。
【符号の説明】
１  宇宙航行体、２  ヒータ、３  温度センサ、５  電源ライン、７  温度モニタ部、８  ヒータスイッチ、９  判断部、１０  本発明にかかるヒータ制御回路、１１  ヒータ駆動シーケンス発生部、１２  論理積機能部、１３  論理積機能部を含むヒータＯＮ／ＯＦＦ制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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