(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、宇宙飛翔体の飛翔中にアライメント調整ができるアライメント装置を提供する。【解決手段】飛翔体に設置されるベース部１１ｂ、光学系機器７が搭載される搭載部１１ａ、及び、ベース部に立設されて、搭載部を支持する複数の脚部１１ｃを備える光学ベンチ１１と、複数の脚部に取り付けられて、脚部を加熱する加熱器１２と、ベース部に対する搭載部の傾きを計測して計測情報として出力する変位計測部１３と、計測情報と、外部から入力するベース部に対する搭載部のアライメント量を示すアライメント調整情報との差分が所定範囲に収まるように、複数の加熱器への通電条件を演算して通電制御するアライメント制御部１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系機器の位置を調整するアライメント装置であって、
前記飛翔体に設置されるベース部、前記光学系機器が搭載される前記搭載部、及び、前記ベース部に立設されて、前記搭載部を支持する複数の脚部を備える光学ベンチと、
複数の前記脚部に取り付けられて、該脚部を加熱する加熱器と、
前記ベース部に対する前記搭載部の傾きを計測して計測情報として出力する変位計測部と、
前記計測情報と、外部から入力する前記ベース部に対する前記搭載部のアライメント量を示すアライメント調整情報との差分が所定範囲に収まるように、複数の前記加熱器への通電条件を演算して通電制御するアライメント制御部と、
を備えることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアライメント装置であって、
前記脚部は、線膨張係数の異なる２種類の部材から形成され、かつ、前記加熱器は線膨張係数の大きい部材を加熱することを特徴とするアライメント装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアライメント装置であって、
前記変位計測部は、レーザ変位計であることを特徴とするアライメント装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアライメント装置であって、
前記変位計測部は、前記搭載部又は前記ベース部の中央に設けられて、対向する前記ベース部又は前記搭載部にレーザ光を出射して、その反射光を受光した際の受光点から前記ベース部に対する前記搭載部のアライメントのずれを検出することを特徴とするアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙飛翔体のアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
望遠鏡等の光学系機器を搭載した人工衛星（飛翔体）では、観測時に望遠鏡の光軸方向が観測対象の方向と一致するように、人工衛星の姿勢角を制御する。この場合、人工衛星の構体に対する望遠鏡の位置関係（アライメント）が既知であり、かつ、観測時においても、この位置関係は変わらないことが前提となっている。
【０００３】
しかし、宇宙環境では、重力歪み、熱歪み、膨潤変形等によるアライメントのずれが生じる。従って、観測時に望遠鏡の光軸方向が観測対象の方向と一致するようにアライメントを調整する必要がある。なお、重力歪みに関するアライメントのずれは、重力環境下の地上で組み立てられた人工衛星の構体と望遠鏡との位置関係には重力による歪み成分が含まれ、この歪み成分が微小又は無重力の宇宙環境で開放されるために起きる。熱歪みに関するアライメントのずれは、宇宙環境で太陽光により人工衛星は大きく温度変化し、かつ、太陽側と太陽反対側とで温度差が大きくなるために起きる。
【０００４】
そこで、特開平９−３２５０２０号公報においては、図７に示すようなアライメント変位検出装置が提案されている。このアライメント変位検出装置は、高精度観測センサ１０３、恒星センサ１０４、飛翔体構体１０１上に設置されたレーザダイオード１０５、レーザ光をプリズム１０７を介して検出する衛星構体歪量検出器１０６等を備える。なお、レーザダイオード１０５は、高精度観測センサ１０３と恒星センサ１０４との近傍位置の飛翔体構体１０１上に設置されている。そして、検出した情報は姿勢制御用のコンピュータ１０８へ送られる。
【０００５】
姿勢制御用のコンピュータ１０８は、検出された情報を元に、飛翔体の姿勢のズレを補正すると同時に、高精度観測センサ１０３へ現在の姿勢データと飛翔体構体１０１の歪量データを送る。高精度観測センサ１０３側では、撮像画像データに、これらのデータを多重化し、地上局１０２へダウンリンクする。
【０００６】
地上局１０２では、これらのデータから画像データを補正することにより、画像データの精度を向上させることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３２５０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開平９−３２５０２０号公報にかかる構成では、アライメントのずれは、所得された画像データを補正することにより抑制しているため、長大なデータ処理時間が必要になる問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、簡単な構成で、飛翔中にアライメント調整ができる宇宙飛翔体のアライメント装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、飛翔体に搭載された光学系機器の位置を調整するアライメント装置にかかる発明は、飛翔体に設置されるベース部、光学系機器が搭載される搭載部、及び、ベース部に立設されて、搭載部を支持する複数の脚部を備える光学ベンチと、複数の脚部に取り付けられて、該脚部を加熱する加熱器と、ベース部に対する搭載部の傾きを計測して計測情報として出力する変位計測部と、計測情報と、外部から入力するベース部に対する搭載部のアライメント量を示すアライメント調整情報との差分が所定範囲に収まるように、複数の加熱器への通電条件を演算して通電制御するアライメント制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学系機器を搭載している搭載部をベース部に対してアライメントする際に、この搭載部を支持する脚部を加熱して熱膨張させることによりアライメントを行うので、簡単な構成で、飛翔中であってもアライメントを行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態にかかるアライメント装置の構成図である。
【図２】アライメント装置の制御系に関するブロック図である。
【図３】ずれ量を説明する図で、（ａ）は受光面、（ｂ）は出射光及び反射光の光路を示した図である。
【図４】脚部に取り付けられた加熱器に通電した際の、受光点を示した図である。
【図５】アライメント調整の様子を示した図で、（ａ）は観測対象方向線が光軸方向線に対してずれている場合、（ｂ）は観測対象方向線が光軸方向線に一致している場合を示した図である。
【図６】脚部を線膨張係数の異なる材料により構成した場合のアライメント装置の構成図を示す図である。
【図７】関連技術の説明に適用されるアライメント変位検出装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかるアライメント装置２の構成図である。また、図２は、アライメント装置２の制御系に関するブロック図である。
【００１４】
このアライメント装置２は、電源１０、光学ベンチ１１、加熱器１２、変位計測部１３、アライメント制御部１４等を備えて、構体５に取り付けられている。構体５は、光学ベンチ１１やアライメント制御部１４を組み付ける飛翔体（以下、人工衛星を例とする）のボディである。電源１０は、アライメント制御部１４、変位計測部１３等に電力供給する。
【００１５】
光学ベンチ１１は、アライメントが要求される望遠鏡等の光学系機器７が取り付けられる搭載部１１ａ、構体５側に位置するベース部１１ｂ、搭載部１１ａとベース部１１ｂとの間に設けられた複数の脚部１１ｃを備える台である。なお、ベース部１１ｂを別途設けずに、構体５に直接脚部１１ｃを立設することも可能である。
【００１６】
加熱器１２は、各脚部１１ｃに取り付けられて、この脚部１１ｃを加温する加熱源である。
【００１７】
変位計測部１３は、レーザ変位計等からなり、光学ベンチ１１の変位量（特に搭載部１１ａの傾き）を測定して、計測情報として出力する。図１においては、変位計測部１３を１つ設けた場合を例示しているが脚部１１ｃに沿わせて、この脚部１１ｃの数だけ設けることも可能である。以下では、変位計測部１３は、搭載部１１ａの裏面中央位置に１つ設けた場合を例に説明する。また、変位量が微少な場合には、レーザ干渉計等により高精度な変位量を測定することも可能である。
【００１８】
人工衛星又はこの人工衛星に固着されているベース部１１ｂの姿勢角は、例えば観測制御手段（図示しない）等により制御されて、光学系機器７の光軸が観測対象に向くように制御される。しかし、人工衛星の熱歪みや重力歪み等により、光学系機器７の光軸方向が観測対象の方向と正確に一致しないことが起きる。
【００１９】
人工衛星には、その姿勢を高精度に検出するために、光学角度センサの一種である恒星センサが搭載されているので、観測制御手段は、恒星センサの観測結果に基づき光学系機器７の光軸方向と観測対象の方向とのずれ量を示すアライメント調整情報を出力する。無論、光学系機器７の光軸方向と観測対象の方向とのずれ量を示すアライメント調整情報が出力されるならば、恒星センサを用いることに限定するものではない。
【００２０】
そして、アライメント装置２は、ベース部１１ｂ（又は人工衛星の構体５）に対して搭載部１１ａを傾けることにより、光学系機器７の光軸方向を観測対象の方向に正確に一致させるようにアライメントする。
【００２１】
このため、変位計測部１３は、搭載部１１ａ（又はベース部１１ｂ）に固着されて、レーザ光をベース部１１ｂ（又は搭載部１１ａ）に向けて射出する。また、変位計測部１３は、ベース部１１ｂ（又は搭載部１１ａ）で反射されたレーザ光を検出し、レーザ光の出射点と受光点とのずれ量を計測情報として出力する。
【００２２】
ずれ量は、どの方向にどれだけずれたかを示すベクトル量である。そこで、以下の説明では、変位計測部１３の受光面に平面極座標を設定し、出射点を原点として、受光点の位置を距離と角度とで表す。これにより、計測情報には、受光点の位置を距離と角度とで示すずれ量に関する情報が含まれることになる。
【００２３】
図３は、ずれ量を説明する図で、図３（ａ）は受光面Ｓ、図３（ｂ）は出射光Ｌ１及び反射光Ｌ２の光路を示した図である。ベース部１１ｂと搭載部１１ａとが平行な場合には、出射点Ｐ１と受光点Ｐ２とは一致する。しかし、搭載部１１ａがベース部１１ｂに対して傾いたときは、傾き量及び傾き方向に応じて出射点Ｐ１と受光点Ｐ２とはずれる。そこで、受光点Ｐ２の座標を距離ｒと角度αとで表現し、これを計測情報として出力する。
【００２４】
アライメント制御部１４には、観測制御手段からアライメント調整情報が入力すると共に、変位計測部１３から計測情報が入力する。アライメント調整情報は、光学系機器７の光軸方向と観測対象の方向との偏差を示す情報である。また、計測情報は変位量に対応した情報であることから、変位前後の偏差を示している。そこで、アライメント制御部１４は、計測情報を監視しながらアライメント調整情報に基づき加熱器１２への通電制御を行う。
【００２５】
加熱器１２は脚部１１ｃに取り付けられているため、通電による加熱器１２の熱は該当する脚部１１ｃの温度を上昇させる。この結果、脚部１１ｃは熱膨張して伸張する。複数の脚部１１ｃが非一様に熱膨張すると、搭載部１１ａはベース部１１ｂに対して傾くようになる。
【００２６】
脚部１１ｃの伸張量ΔＬは、加熱器１２で加熱される脚部領域の線膨張係数γ、加熱領域の長さＬ、温度変化ΔＴとすると、ΔＬ＝γ×Ｌ×ΔＴで与えられる。例えば、脚部領域がアルミ合金の場合、γ≒２０×１０−６［１／Ｋ］であるので、Ｌ＝０．１［ｍ］、ΔＴ＝＋１０［℃］のとき、ΔＬ＝２０［μｍ］となる。
【００２７】
図４は、３本の脚部１１ｃ＿ａ〜１１ｃ＿ｃに取り付けられた加熱器１２に通電した際の、受光点Ｐ２＿ａ〜Ｐ２＿ｃを示した図である。例えば、脚部１１ｃ＿ａの加熱器１２に通電を行ったとき、受光点はＰ２＿ａの方向に動く。また、脚部１１ｃ＿ａと脚部１１ｃ＿ｃとの加熱器１２に通電を行ったとき、受光点はＰ２＿ａとＰ２＿ｃとの中間位置の方向であるＰ２＿ｂｃに動く。
【００２８】
アライメント制御部１４は、アライメント調整情報からアライメント量を距離、角度として算出し、この距離、角度が満たされるように、脚部１１ｃ＿ａ〜脚部１１ｃ＿ｃに取り付けられている加熱器１２への通電（電流量又は時間）を制御する。
【００２９】
図５は、アライメント調整の様子を示した図である。図５においては、観測対象Ｈを星として、「★」印で示している。また、観測対象Ｈと光学系機器７とを結ぶ直線を観測対象方向線Ｄ１、光学系機器７の光軸方向を光軸方向線Ｄ２とする。このとき、図５（ａ）は観測対象方向線Ｄ１が光軸方向線Ｄ２に対してずれている場合を示し、図５（ｂ）は観測対象方向線Ｄ１が光軸方向線Ｄ２に一致している場合を示している。
【００３０】
図５（ａ）の状態で、観測制御手段は観測結果から観測対象方向線Ｄ１が光軸方向線Ｄ２と一致していないので、一致させるようにアライメント調整情報を出力する。これによりアライメント制御部１４は、アライメント調整情報に基づき各加熱器１２への通電条件（通電時間又は通電量）を演算し、その演算結果に基づき該当加熱器１２への通電を行う。これにより搭載部１１ａがベース部１１ｂに対して傾き、観測対象方向線Ｄ１が光軸方向線Ｄ２と一致する（図５（ｂ））。一致の判断は、アライメント調整情報が制御誤差内に収まったときとすることができる。
【００３１】
なお、上記説明では、１本の脚部１１ｃは、全て同じ材料で構成された場合について説明したが、この構成に限定するものではない。図６は、脚部を線膨張係数の異なる材料により構成した場合のアライメント装置の構成図を示す図である。図６に示すように、脚部１１ｃを線膨張係数の小さい材質で形成された脚部領域１１ｃ＿Ａ、及び、線膨張係数の大きい材質で形成された脚部領域１１ｃ＿Ｂで構成し、脚部領域１１ｃ＿Ｂに加熱器１２を取り付けることが可能である。これにより、光学ベンチ１１が宇宙環境の温度変化の影響を受け難くしながら、アライメント調整が容易に行えるようになる。
【００３２】
また、上記説明では、加熱器１２への通電は連続通電を想定したが、断続通電（ＯＮ／ＯＦＦ通電）であってもよい。さらに、所定の伸張量を得るために制御開始時には、大きな電流を通電し、その後通電量を減らすような制御や所謂ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御のようなクローズ制御でも良い。
【００３３】
以上説明したように、脚部を加熱して熱膨張させることによりベース部に対する搭載部のアライメントを行うので、簡単な構成で、飛翔中であってもアライメントを行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
２    アライメント装置
５    構体
７    光学系機器
９    平
１０    電源
１１    光学ベンチ
１１ａ    搭載部
１１ｂ    ベース部
１１ｃ    脚部
１１ｃ＿ａ〜１１ｃ＿ｃ    脚部
１１ｃ＿Ａ、１１ｃ＿Ｂ    脚部領域
１２    加熱器
１３    変位計測部
１４    アライメント制御部
【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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