(57)【要約】  本開示のある態様によれば、宇宙機は第１及び第２の複数のスラスタを含む。複数のスラスタは、格納位置と展開位置との間で第１の複数のスラスタを移動させるように構成されたブームによって宇宙機本体に取り付けられている。第１の複数のスラスタの展開位置は、第１の複数のスラスタの格納位置よりも北方に離れている。第２の複数のスラスタの展開位置は、第２の複数のスラスタの格納位置よりも南方に離れている。第１の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む。第２の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む。【選択図】  図１Ｂ
2017507837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端と後端と北側面と南側面と東側面と西側面とを含む宇宙機本体であって、前記宇宙機本体がｘ軸とｙ軸とｚ軸とを含み、前記ｘ軸が前後方向に延び、前記ｙ軸が東西方向に延び、前記ｚ軸が南北方向に延び、前記ｘ軸、前記ｙ軸、及び前記ｚ軸が互いに直交している、宇宙機本体と、
前記宇宙機本体の北側面に配置された第１の複数のスラスタであって、前記ｙ軸に沿って互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む第１の複数のスラスタと、
前記宇宙機本体の南側面に配置された第２の複数のスラスタであって、前記ｙ軸に沿って互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む第２の複数のスラスタと、
を含む宇宙機であって、
複数のスラスタのそれぞれは、（ａ）第１の格納位置と少なくとも１つの第１のスラスタ噴射位置との間で回動する少なくとも１つのブームによって前記宇宙機本体に取り付けられていると共に（ｂ）複数のスラスタのそれぞれが少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能なように前記宇宙機本体に取り付けられている、宇宙機。
【請求項２】
前記第１の複数のスラスタは、イオンスラスタを含む、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項３】
前記第１の複数のスラスタは、ホールカレントスラスタを含む、請求項２に記載の宇宙機。
【請求項４】
前記少なくとも１つのブームは、前記宇宙機本体に対する前記少なくとも１つのブームの取り付け部から前記複数のスラスタのうちの１つに対する前記少なくとも１つのブームの取り付け部に至るまでの長さであって、前記ｘ軸及び前記ｚ軸によって規定される平面への前記少なくとも１つのブームの突出部によって測定された少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）の長さを有する、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項５】
前記少なくとも１つのブームの前記長さは、前記宇宙機の運転中に調節可能である、請求項４に記載の宇宙機。
【請求項６】
前記少なくとも１つのブームは、ヒンジによって前記宇宙機に取り付けられている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項７】
前記少なくとも１つのブームは、少なくとも２つの非平行軸を有するジンバルによって前記宇宙機本体に取り付けられている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項８】
前記複数のスラスタの少なくとも１つは、ヒンジによって対応するブームに取り付けられている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項９】
前記複数のスラスタの少なくとも１つは、少なくとも２つの非平行軸を有するジンバルによって対応するブームに取り付けられている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項１０】
前記複数のスラスタは、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）だけｙ方向に離間されている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項１１】
前記複数のスラスタのそれぞれは、前記ｙ軸に沿って少なくとも１０インチ（２５．４ｃｍ）だけブーム方位軸から離間されている、請求項１０に記載の宇宙機。
【請求項１２】
前記複数のスラスタの少なくとも１つは、対応するブームが位置保持位置にあるときに前記少なくとも１つスラスタの推力ベクトルが前記宇宙機の質量中心と交わるような角度で仰角ブラケットによって前記対応するブームに取り付けられている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項１３】
宇宙機本体と、
第１の複数のスラスタを格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動させるように構成された少なくとも１つの第１のブームによって前記宇宙機本体に取り付けられた第１の複数のスラスタであって、前記第１の複数のスラスタの前記噴射位置が前記宇宙機本体の質量中心から前記第１の複数のスラスタの前記格納位置よりも北方に離れており、前記第１の複数のスラスタが、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含み、前記第１のスラスタ及び前記第２のスラスタが少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能である、第１の複数のスラスタと、
第２の複数のスラスタを格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動させるように構成された少なくとも１つの第２のブームによって前記宇宙機本体に取り付けられた第２の複数のスラスタであって、前記第２の複数のスラスタの前記噴射位置が前記宇宙機本体の質量中心から前記第２の複数のスラスタの前記格納位置よりも南方に離れており、前記第２の複数のスラスタが、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含み、前記第３のスラスタ及び前記第４のスラスタが少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能である、第２の複数のスラスタと、
を含む、宇宙機。
【請求項１４】
各ブームは、前記宇宙機本体に対する前記ブームの取り付け部から前記複数のスラスタのうちの１つに対する前記ブームの取り付け部に至るまでの長さであって、前記ブームが前記宇宙機の質量中心から前記１つスラスタの南北方向に最大変位した位置にあるときに南北方向において測定された少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）の長さを有する、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項１５】
前記複数のスラスタは、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）だけ東西方向に離間されている、請求項１に記載の宇宙機。
【請求項１６】
宇宙機を運転する方法であって、
宇宙機本体に取り付けられた第１の複数のスラスタを格納位置から噴射位置まで移動させること、
前記宇宙機本体に取り付けられた第２の複数のスラスタを格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動させること、
前記第１の複数のスラスタと前記第２の複数のスラスタとがそれぞれの噴射位置にある状態で、前記複数のスラスタの少なくとも幾つかを噴射させてイントラック推力を発生させること、及び
前記第１の複数のスラスタ及び前記第２の複数のスラスタがそれぞれの噴射位置にある状態で、前記複数のスラスタの少なくとも幾つかを噴射させてクロストラック推力を発生させること、
を含み、
前記第１の複数のスラスタの前記噴射位置は、前記宇宙機本体の質量中心から前記第１の複数のスラスタの前記格納位置よりも北方に離れており、前記第１の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含み、
前記第２の複数のスラスタの前記噴射位置は、前記宇宙機本体の質量中心から前記第２の複数のスラスタの前記格納位置よりも南方に離れており、前記第２の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む、方法。
【請求項１７】
ブームは、前記第１の複数のスラスタを前記宇宙機本体に取り付けるものであり、
前記方法は、前記宇宙機本体に対する前記ブームの第１の取り付け部と前記複数のスラスタの少なくとも１つに対する前記ブームの第２の取り付け部との間の前記ブームの長さを増大させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の複数のスラスタは、前記格納位置から前記噴射位置まで少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）移動する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の複数のスラスタを前記格納位置から前記噴射位置まで移動させることは、前記第１の複数のスラスタを前記宇宙機本体に取り付けるブームを回動させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のスラスタの少なくとも１つを少なくとも２つの非平行軸の周りで回転させることを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の複数のスラスタを前記宇宙機の離間平面の後部の位置まで移動させ、その位置で前記第１の複数のスラスタの少なくとも幾つかを噴射させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の複数のスラスタが前記宇宙機の前記離間平面の後部に位置するとき、推力ベクトルと縦揺れ軸との間の角度θは、５１度より小さい、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（連邦支援研究又は開発に関する記載）
適用なし。
【０００２】
本発明は、一般に宇宙機（spacecraft）に関し、詳細には対地同期軌道宇宙機（geosynchronous orbit spacecraft）用のスラスタの配置（thruster arrangement）に関する。
【背景技術】
【０００３】
キセノンイオン推進システムは、対地同期軌道（ＧＥＯ）通信宇宙機において広く使用されるようになった。このシステムは、化学システムよりもはるかに高い効率を有しており、軌道に輸送される積載質量を増加させるための、又は低コスト及び低能力の打上げロケットでの打上げを可能にするための効果的な手段になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
キセノンイオンスラスタをどのように物理的に配置し操作するかに影響を及ぼす重大な実際上の考慮事項がある。スラスタは、表面のプルームエロージョンを最小化し、通信信号ひずみを抑制するように位置決めされるべきである。スラスタは、好ましくは、軌道移行及びミッション軌道位置保持の両方を効率的にサポートするように配置される。スラスタは、宇宙機の構成要素に対する熱の影響又はスラスタ間の相互作用を抑制するように構成されるべきである。スラスタは、打上げロケットのフェアリングにより課される制約と適合性を有するものでなければならない。本技術のある態様では、ＧＥＯ宇宙機用のスラスタ（例えば、キセノンイオンスラスタ）の配置は、これらの問題の幾つか又は全てに対処し、既存の配置と比較して重大なミッション上の利益をもたらす。
【０００５】
本技術のある態様では、ＧＥＯ宇宙機用のスラスタ（例えば、キセノンイオンスラスタ）の配置は、表面のプルームエロージョンを最小化し、通信信号ひずみを抑制し、軌道移行及びミッション軌道位置保持の両方を効率的にサポートし、宇宙機の構成要素に対する熱の影響を抑制し、スラスタ間の相互作用を抑制し、打上げロケットのフェアリングにより課される制約と適合性を有するようにスラスタを位置決めする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある態様によれば、宇宙機は、第１及び第２の複数のスラスタを含む。複数のスラスタは、格納位置と展開位置（stowed and deployed positions）との間で第１の複数のスラスタを移動させるように構成されたブーム（boom）によって宇宙機本体（spacecraft body）に取り付けられている。第１の複数のスラスタの展開位置（deployed position）は、第１の複数のスラスタの格納位置（stowed position）よりも北方に離れている。第２の複数のスラスタの展開位置は、第２の複数のスラスタの格納位置よりも南方に離れている。第１の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む。第２の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む。
【０００７】
本技術のある態様では、宇宙機は、宇宙機本体と、第１の複数のスラスタと、第２の複数のスラスタと、を含む。宇宙機本体は、前端と後端と北側面と南側面と東側面と西側面とを含む。宇宙機本体は、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とを有する。ｘ軸は前後方向に延びている。ｙ軸は東西方向に延びている。ｚ軸は南北方向に延びている。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は互いに直交している。第１の複数のスラスタは、宇宙機本体の北側面に配置され、第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む。第１のスラスタと第２のスラスタとは、ｙ軸に沿って互いに離間されている。第２の複数のスラスタは、宇宙機本体の南側面に配置され、第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む。第３のスラスタと第４のスラスタとは、ｙ軸に沿って互いに離間されている。複数のスラスタのそれぞれは、（ａ）第１の格納位置と少なくとも１つの第１のスラスタ噴射位置（firing position）との間で回動する少なくとも１つのブームによって宇宙機本体に取り付けられると共に（ｂ）複数のスラスタのそれぞれが少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能なように宇宙機本体に取り付けられている。
【０００８】
本技術のある態様では、宇宙機は、宇宙機本体と、第１の複数のスラスタと、第２の複数のスラスタと、を含む。第１の複数のスラスタは、第１の複数のスラスタを格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動させるように構成された少なくとも１つのブームによって宇宙機本体に取り付けられている。第１の複数のスラスタの噴射位置は、宇宙機本体の質量中心から第１の複数のスラスタの格納位置よりも北方に離れている。第１の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む。第１のスラスタ及び第２のスラスタは、少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能である。第２の複数のスラスタは、第２の複数のスラスタを格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動させるように構成された少なくとも１つのブームによって宇宙機本体に取り付けられている。第２の複数のスラスタの噴射位置は、宇宙機本体の質量中心から第２の複数のスラスタの格納位置よりも南方に離れている。第２の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む。第３のスラスタ及び第４のスラスタは、少なくとも２つの非平行軸の周りで回転可能である。
【０００９】
本技術のある態様では、宇宙機を運転する方法は、第１の複数のスラスタと第２の複数のスラスタとを移動させて噴射させることを含む。宇宙機本体に取り付けられた第１の複数のスラスタは、格納位置から噴射位置まで移動する。第１の複数のスラスタの噴射位置は、宇宙機本体の質量中心から第１の複数のスラスタの格納位置よりも北方に離れている。第１の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第１のスラスタ及び第２のスラスタを含む。宇宙機本体に取り付けられた第２の複数のスラスタは、格納位置から少なくとも１つの噴射位置まで移動する。第２の複数のスラスタの噴射位置は、宇宙機本体の質量中心から第２の複数のスラスタの格納位置よりも南方に離れている。第２の複数のスラスタは、東西方向に互いに離間された第３のスラスタ及び第４のスラスタを含む。第１の複数のスラスタ及び第２の複数のスラスタがそれぞれの噴射位置にある状態で、複数のスラスタの少なくとも幾つかを噴射させてイントラック推力（in-track thrust）を発生させることができる。第１の複数のスラスタ及び第２の複数のスラスタがそれぞれの噴射位置にある状態で、複数のスラスタの少なくとも幾つかを噴射させてクロストラック推力（cross-track thrust）を発生させることができる。
【００１０】
上記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は模範的かつ説明的なものであり、請求されている本技術について更に説明するためのものであることを理解されたい。また、その他の態様を使用することができ、本技術の範囲を逸脱せずに変更を行うことができることも理解されたい。
【００１１】
添付図面は、本技術を更に理解するために含まれており、この説明に取り入れられ、その一部を構成し、本技術の諸態様を例証するものであり、明細書とともに本技術の原理を説明する働きをするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】ブームに取り付けられた複数のスラスタを含む宇宙機の斜視図であり、展開位置にあるブーム及び複数のスラスタを示す。
【図１Ｂ】図１Ａの宇宙機の斜視図であり、宇宙機の２つの対向する側面のそれぞれに複数のスラスタを含むブームを示す。
【図２】図１Ａ及び図１Ｂの宇宙機の斜視図であり、格納位置にあるブーム及び複数のスラスタを示す。
【図３】図１Ａ、図１Ｂ、及び図２のブーム及び複数のスラスタの拡大斜視図であり、ブーム及び複数のスラスタを示す。
【図４】図１Ａ、図１Ｂ、及び図２のブーム及び複数のスラスタの拡大斜視図であり、ブーム及び複数のスラスタを示す。
【図５】ブーム及び複数のスラスタの斜視図であり、ブームはブームの長さを調節するためのブーム延長部を含む。
【図６】ブーム及び複数のスラスタの斜視図であり、ブームはブームの長さを調節するためのブーム延長部を含む。
【図７】位置保持運転のためのｘ／ｙ平面におけるスラスタの幾何形態を概略的に示す。
【図８】位置保持運転のためのｙ／ｚ平面におけるスラスタの幾何形態を概略的に示す。
【図９】位置保持運転のためのｘ／ｚ平面におけるスラスタの幾何形態を概略的に示す。
【図１０】軌道移行運転のためのｘ／ｚ平面におけるスラスタの幾何形態を概略的に示す。
【図１１】図１Ａ〜図４の宇宙機の斜視図であり、位置保持運転を実行するための位置にあるスラスタアセンブリを示す。
【図１２】図１Ａ〜図４の宇宙機の斜視図であり、軌道移行運転を実行するための位置にあるスラスタアセンブリを示す。
【図１３】ブーム及び複数のスラスタを含むスラスタの配置を示す。
【図１４】複数のブーム及び複数のスラスタを含むスラスタの配置を示す。
【図１５】幾つかのアルファ値についてＸｂｏｏｍの関数としての代表的なＹｂｏｏｍ値を示す。
【図１６】幾つかのシータ値及び１６度というアルファ角についてＸｂｏｏｍの関数としての代表的なＺｂｏｏｍ値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に明記する詳細な説明は、本技術の様々な構成の説明として意図されたものであり、本技術を実施可能な構成のみを表すものではない。この詳細な説明は、本技術を徹底的に理解するための特定の詳細を含む。しかし、本技術は、このような特定の詳細の一部なしでも実施可能である。幾つかの事例では、本技術の概念を曖昧にするのを回避するために、周知の構造及び構成要素は示されていないか或いは概略的に又はブロック図形式で示されている。
【００１４】
本技術の諸態様について詳細に言及するが、その例は添付図面に示されており、添付図面では全体を通して同様の参照番号は同様の要素を参照している。
【００１５】
図１Ａ〜図４は、本技術の様々な態様を示す宇宙機１００を示している。図１Ａ、図１Ｂ、及び図２は、宇宙機本体１０２と、第１及び第２のスラスタ搭載アセンブリ（thruster mounting assembly）１０４と、を含む宇宙機１００を示している。第２のスラスタ搭載アセンブリは、例示されているスラスタ搭載アセンブリ１０４と同じであるか、実質的に同じものであるか、又は異なるものであってもよい。また、宇宙機１００は、例えば、ソーラーアレイ（solar array）１０６などのその他の構成要素を含んでもよい。
【００１６】
図１Ａ〜図２では、宇宙機本体１０２がアースデッキ（Earth deck）１０８とベースパネル（base panel）１１０とを含むことを示している。
【００１７】
図１Ａに示されているように、宇宙機本体は、南側面１１２、北側面１１４、西側面１１６及び東側面１１８を有する。宇宙機１００は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を有する。ｘ軸は前後方向に延びている。ｙ軸は、東西方向に延びている。ｚ軸は、南北方向に延びている。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、互いに直交している。
【００１８】
図１Ａ〜図４に示されているスラスタ搭載アセンブリ１０４のそれぞれは、ブーム１２０と、２つのスラスタ１２２と、を含む。第１及び第２のスラスタ搭載アセンブリ１０４が２つのスラスタを含むように示されているが、本技術のある態様では、スラスタ搭載アセンブリは、その他の数のスラスタを含んでもよい。上記のように、図１Ａ〜図４の宇宙機１００は、２つのスラスタ搭載アセンブリを含む。図１Ｂに示されているように、一方は、ベースパネル１１０の北側面１１４又はその付近に取り付けられ、もう一方は、南側面１１２又はその付近に取付けられている。
【００１９】
本技術のある態様では、スラスタは、イオンスラスタを含む。ある態様では、イオンスラスタは、キセノンイオンスラスタ又はグリッディドイオンエンジン（Gridded Ion Engine）である。ある態様では、イオンスラスタは、ホールカレントスラスタ（ＨＣＴ（Hall Current Thruster））又はステイショナリープラズマスラスタ（ＳＰＴ（Stationary Plasma Thruster））である。
【００２０】
図３及び図４に示されているように、ブーム１２０は、複数のスラスタ間、例えば、複数のＨＣＴ間の横方向（ｙ軸）の離間（lateral (y-axis) separation）を提供するウィッシュボーン形状の構造体（wish-bone like structure）を含む。本技術のある態様では、ブーム１２０は、複数のスラスタ間の横方向（ｙ軸）の離間を提供する、ほぼＴ字形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状又はＹ字形状の構造体を含んでもよい。この横方向の離間により、及び宇宙機の質量中心（ＣＭ）を通るように方向付けられたその推力ベクトルにより、それぞれのスラスタは、東西（Ｅ／Ｗ）及び南北（Ｎ／Ｓ）の位置保持をサポートするのに必要なイントラック（in-track）推力及びクロストラック（cross-track）推力の両方を発生させることが可能となる。対照的に、既存のブームが配備されたＨＣＴシステムでは、横方向の離間は提供されておらず、Ｎ／Ｓ位置保持のみをサポートすることができる。
【００２１】
図１Ａ、図１Ｂ、及び図３〜図６では、展開位置にあるブーム１２０が示されている。展開位置では、ブームが実質的にＹ／Ｚ平面に平行に延びている。本技術のある態様では、ブームは１つ以上の展開位置でＹ／Ｚ平面に平行又は非平行に延びることができる。ある実施形態では、例えば、図１０に示されているように、ブームは軌道移行のためにＹ／Ｚ平面に非平行になることができる。ブームをＹ／Ｚ平面に平行又は実質的に平行に位置決めできないある態様では、ブームの幾何形態は、仮想回転（hypothetical rotation）によって及び／又はＹ／Ｚ平面へのブームの突出部によって規定されてもよい。ブームがＹ／Ｚ平面に平行に位置決めされたとみなされる場合、図１Ａ、図１Ｂ、図３、及び図４に示されているブームはそれぞれ、横部材（lateral member）１４０と、２つのアーム１４２と、を含む。横部材１４０は、アーム１４２に対する取り付け部間でｙ軸に平行に延びる長さを有する。アーム１４２は、横部材１４０からスラスタ１２２に至るまでｙ方向及びｚ方向の両方に延びている。ある態様では、アーム１４２は、ｚ軸に平行に延びている。ある態様では、横部材１４０は省略され、アーム１４２は、Ｖ字形状になるように宇宙機本体１０２に近い側の端部で一緒に結合されるか又はその端部と一体に形成されると共に、宇宙機本体に対して回動可能に取り付けることができ、任意選択的に、ブームがほぼＹ字形状となるように回動式取り付け部とＶ字形部材又はアセンブリとの間でｚ軸に沿って延びた他の部材を有していてもよい。ある態様では、ブーム１２０は、Ｕ字形状に曲げられた単一の部材又はＵ字形状に組み立てられた複数の部材であって宇宙機本体に対して回動可能に取り付けられた部材を含み、任意選択的に、回動式取り付け部とＶ字形部材又はアセンブリとの間でｚ軸に沿って延びた他の部材を有していてもよい。ある態様では、ブーム１２０は、宇宙機本体１０２に対する回動式取り付け部から横部材１４０までｚ軸に沿って延びているアームを含み、その横部材にスラスタ１２２が取付けられている（図７〜図９を参照）。アーム又はその他の部材は、上記その他の配置のアーム１４２及び／又は横部材１４０（存在する場合）の間に挿入されてもよい。例えば、ある態様では、ブーム１２０は、横部材１４０と、横部材１４０からｙ方向及びｚ方向の両方に延びる第１の複数のアーム１４２と、第１の複数のアームからスラスタ１２２まで延びる第２の複数のアーム１４２と、を含む（図１３を参照）。第２の複数のアームの各アームは、ｚ軸に平行に延びるか、又はｙ方向及びｚ方向の両方に延びていてもよい。
【００２２】
ブーム１２０は、様々な配置のいずれかにおいて、ｚ方向において宇宙機本体１０２に対して所望の位置にてスラスタ１２２を位置決めするように構成されてもよい。ある態様では、ブームは、宇宙機本体１０２との回動式取り付け部からスラスタ１２２との取り付け部に至るまでのｚ方向の長さ（Ｚｂｏｏｍ）を有する（図７〜図１０を参照）。
【００２３】
ブーム１２０は、様々な配置のいずれかにおいて、ｙ方向において宇宙機本体１０２に対して所望の位置にて、並びにｙ方向において互いに対して所望の位置にてスラスタ１２２を位置決めするように構成されてもよい。Ｙｂｏｏｍは、スラスタ１２２とブーム方位軸（boom azimuth axis）との間のｙ方向において測定された距離である（図７を参照）。
【００２４】
図５及び図６は、スラスタ搭載アセンブリ１０４を示しており、ここにおいて、ブーム１２０は、ブームの長さを調節するためのブーム延長部（boom extension）１２４を含む。ブーム長を調節することにより、スラスタがベースパネル１１０の後部に位置決めされた状態で、後述する、ｚ軸に大きく展開されたスラスタ位置及び小さいシータ角が可能となり、プルーム効果（plume effects）が低減され、好ましくは最小化される。
【００２５】
図１Ａ〜図４に示す宇宙機１００のブーム１２０のそれぞれは、２軸ジンバル（two-axis gimbal）１２６と、ベースパネル１１０に結合された支持構造体（support structure）１２８とによって宇宙機本体１０２に取り付けられている。図１Ａ〜図４に示す宇宙機１００のスラスタ搭載アセンブリ１０４は、また、アセンブリ１０４を格納位置（stewed position）と１つ以上の展開位置（deployed position）との間で回動させることが可能なヒンジ１３０を含む。格納位置では、スラスタ搭載アセンブリ１０４は、好ましくは、例えば、スラスタ搭載アセンブリ１０４を宇宙機本体１０２に近付けるように移動させることなどにより、打上げロケットのフェアリングとの干渉を回避するように位置決めされる。例えば、図２に示されている格納位置は、機器パネルに平行である。本技術のある態様では、格納位置は、宇宙機本体１０２の機器パネル又はその他のパネルに平行又は非平行であってもよい。展開位置では、スラスタは、格納位置にある場合と比較して宇宙機本体１０２から離れるように位置決めされる。図１Ａ及び図９〜図１２では、本技術のある態様による様々な展開位置が示されている。
【００２６】
ジンバル１２６は、軌道移行（orbit transfer）及び位置保持（stationkeeping）の際、スラスタの向きを制御するために使用される。展開位置では、内側ジンバル（宇宙機側）は、宇宙機の縦揺れ（pitch）（Ｚ）軸に平行な軸の周りでブーム１２０を回転させ、外側ジンバル（ブームのスラスタ側）は、宇宙機の横揺れ（roll）／偏揺れ（yaw）（Ｘ／Ｙ）平面に平行な垂直軸の周りでブームを回転させる。図５〜図７を参照すると、この内側回転は、ブーム方位角（boom azimuth）１２７と呼ばれ、外側回転は、ブーム仰角（boom elevation）１２９と呼ばれる。ブーム１２０がそのゼロ方位角位置及びゼロ仰角位置にある場合、その座標フレームは宇宙機本体の軸と揃えられる。
【００２７】
図１Ａ〜図６では、ブーム１２０と各スラスタ１２２との間に取り付けられ、位置決めされたラジエータパネル１３１が示されている。
【００２８】
図３〜図６では、基準ブーム座標に対するバイアス仰角（bias elevation）の指向を提供する仰角ブラケット１３２を介してブーム１２０に取り付けられた各スラスタが示されている。ブームは、スラスタの所定の展開長及び横方向の離間を提供するように構成される。本技術のある態様では、これら３つのパラメータは、燃料効率を最大化するシータ角及びアルファ角を提供するように選択される。位置保持運転のためのスラスタの幾何形態は、図７〜図９に示されており、これらの図では、例示を単純かつ明瞭にするために、北側のスラスタ搭載アセンブリ１０４のみが示されている。南側のスラスタ搭載アセンブリに関するスラスタの幾何形態は同様のものになるが、Ｘ／Ｙ平面の反対側に再現されるであろう。
【００２９】
一般に、仰角バイアス（elevation bias）は、ブームがその基準位置にある状態で、アルファに等しい方位角回転によって推力ベクトルが宇宙機１００の本体途中（ＭＯＬ）の質量中心（ＣＭ）を通るように方向付けられるのに十分となるように選択される。
【００３０】
図９を参照すると、仰角バイアスは以下のように計算することができる。
【００３１】
【数１】
2017507837.tif 000003
【００３２】
ここで、Ｚａｔｔａｃｈは、宇宙機ＣＭからジンバル取り付け部に至るまでの宇宙機のｚ軸に沿った距離であり、Ｚｂｏｏｍは、ジンバル取り付け部からブームに対するスラスタ取り付け部に至るまでの宇宙機のｚ軸に沿った距離である。
【００３３】
ブームが位置保持のために位置決めされた場合、基準シータ角は以下のようになる。
【００３４】
【数２】
2017507837.tif 000004
【００３５】
また、図７から明らかなように、アルファは、以下のようにブームジンバル軸からのスラスタの横方向のずれ（offset）（Ｙｂｏｏｍ）に基づいて決定される。
【００３６】
【数３】
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【００３７】
ここで、Ｘｂｏｏｍは、宇宙機ＣＭからジンバル取り付け部に至るまでの宇宙機のＸ軸に沿った距離である。一般に、Ｘｂｏｏｍは、スラスタを十分後部に位置決めして許容範囲内のプルーム効果を提供するように決定される。例えば、ブームのｘ軸における取り付け点を、可能な限り、宇宙機の離間平面（separation plane）１３４に近い側に配置することが望ましい。この位置が確定されると、式（３）によって所望のアルファを提供するようにスラスタの横方向における離間位置を決定することができ、ブーム長（Ｚｂｏｏｍ）は、所望のシータを提供するように式（１）及び式（２）により決定される。
【００３８】
以下の表１は、本技術の様々な態様によるスラスタの取り付け配置を例証するためのブームのパラメータ並びにシータ角及びアルファ角を提供する。宇宙機ＣＭの２つの代表的なｘ軸位置、すなわち、離間平面１３４の前方８０インチ（２０３．２ｃｍ）及び１２０インチ（３０４．８ｃｍ）についての値が提供される。両方のＣＭ位置について、共通のブーム取り付け位置によって５１度以下のシータ角が達成される。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１は、また、スラスタ１２２が位置保持及び軌道移行のために位置決めされた状態のスラスタの本体フレーム座標を提供する。図１０に示すように、軌道移行の場合、ブーム１２０は、推力ベクトルが本体ｘ軸と平行になるように回転し、これにより離間平面１３４の後部にスラスタが配置される。これは、ゼロ方位角と、マイナス仰角バイアスに等しい仰角とによって達成される。
【００４１】
ある態様では、共通のブーム取り付け位置によって５０度以下、４５度以下、又は４０度以下のシータ角が達成される。
【００４２】
図１５は、様々なアルファ値に関するＸｂｏｏｍの関数としての代表的なＹｂｏｏｍ値を示している。図１５から明らかなように、所定のＸｂｏｏｍについて、より大きいアルファを達成するには複数のスラスタ同士の横方向の離間を増大させることを必要とする。質量中心からブーム取り付け部までの最短の距離（Ｘｂｏｏｍ）が８０インチ（２０３．２ｃｍ）である場合、最小のＹｂｏｏｍは、アルファ角に応じて約１１〜２２インチ（約２７．９４〜５５．８８ｃｍ）の範囲にある。この場合、最も小さいＹｂｏｏｍは、８度のアルファに対応し、これは、ＧＥＯ宇宙機のＥ／Ｗ位置保持のために実用的な最小値とみなされる。したがって、複数のスラスタ同士の横方向（Ｙ軸）の離間距離は、この値の２倍になる。ある態様では、Ｙｂｏｏｍは、少なくとも１０インチ（２５．４ｃｍ）、少なくとも１１インチ（２７．９４ｃｍ）、少なくとも１６インチ（４０．６４ｃｍ）、又は少なくとも２２インチ（５５．８８ｃｍ）である。ある態様では、Ｙｂｏｏｍは、１１〜３６インチ（２７．９４〜９１．４４ｃｍ）である。ある態様では、Ｙｂｏｏｍは、１１〜１８インチ（２７．９４〜４５．７２ｃｍ）、１６〜２７インチ（４０．６４〜６８．５８ｃｍ）、又は２２〜３６インチ（５５．８８〜９１．４４ｃｍ）である。ある態様では、Ｙｂｏｏｍは、１１〜１８インチ（２７．９４〜４５．７２ｃｍ）の間、１６〜２７インチ（４０．６４〜６８．５８ｃｍ）の間、又は２２〜３６インチ（５５．８８〜９１．４４ｃｍ）の間で調節可能である。ある態様では、宇宙機１００の同じ側にある２つのスラスタ間のｙ方向の距離は、Ｙｂｏｏｍの距離の２倍である。ある態様では、宇宙機１００の同じ側にある２つのスラスタ間のｙ方向の距離は、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）、少なくとも２２インチ（５５．８８ｃｍ）、少なくとも３２インチ（８１．２８ｃｍ）、又は少なくとも４４インチ（１１１．７６ｃｍ）である。ある態様では、宇宙機１００の同じ側にある２つのスラスタ間のｙ方向の距離は、２２〜７２インチ（５５．８８〜１８２．８８ｃｍ）である。ある態様では、宇宙機１００の同じ側にある２つのスラスタ間のｙ方向の距離は、２２〜３６インチ（５５．８８〜９１．４４ｃｍ）、３２〜５４インチ（８１．２８〜１３７．１６ｃｍ）、又は４４〜７２インチ（１１１．７６〜１８２．８８ｃｍ）である。ある態様では、宇宙機１００の同じ側にある２つのスラスタ間のｙ方向の距離は、２２〜３６インチ（５５．８８〜９１．４４ｃｍ）の間、３２〜５４インチ（８１．２８〜１３７．１６ｃｍ）の間、又は４４〜７２インチ（１１１．７６〜１８２．８８ｃｍ）の間で調節可能である。また、受動傾斜制御戦略（passive inclination control strategy）を使用できる、ある種のＧＥＯミッションが存在し、これによりＮ／ＳデルタＶ要件（N/S Delta-V requirements）が低減される。この場合、Ｅ／ＷデルタＶ要件（E/W Delta-V requirements）が支配的となり、より大きいアルファ値を使用して全体的な燃料効率を高めることができる。例えば、３２度のアルファ角の場合、Ｙｂｏｏｍは、８０〜１３０インチ（２０３．２〜３３０．２ｃｍ）のＸｂｏｏｍ値について４２〜６９インチ（１０６．６８〜１７５．２６ｃｍ）の間で変動するであろう。この場合、複数のスラスタ同士の離間は、８４〜１３８インチ（２１３．３６〜３５０．５２ｃｍ）の間で変動するであろう。
【００４３】
図１６は、様々なシータ値及び１６度のアルファ角に関するＸｂｏｏｍの関数としての代表的なＺｂｏｏｍ値を示している。このアルファは、一般に、ＧＥＯ宇宙機の位置保持を燃料効率良く行うのに実用的な最大値と見なされる。上記の受動傾斜制御の場合は例外であり、その場合、より大きいアルファ値が好ましい可能性がある。ある態様では、その他、より小さいアルファ角及びより大きいアルファ角を使用してもよく、その場合、アルファの値を、Ｎ／Ｓ及びＥ／ＷデルタＶ要件に基づいて燃料効率を最大化するように決定することができる。図１６から明らかなように、Ｘｂｏｏｍが増加するにつれて、Ｚｂｏｏｍも増加する。質量中心からブーム取り付け部までの最短の距離（Ｘｂｏｏｍ）が８０インチ（２０３．２ｃｍ）である場合、最小Ｚｂｏｏｍは、シータ角に応じて約２５〜５２インチ（６３．５〜１３２．０８ｃｍ）の範囲になる。ある態様では、ブームは、宇宙機本体１０２との回動式取り付け部から複数のスラスタ１２２との取り付け部に至るまでのｚ方向の長さ（Ｚｂｏｏｍ）として、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）、少なくとも２５インチ（６３．５ｃｍ）、少なくとも３７インチ（９３．９８ｃｍ）、又は少なくとも５２インチ（１３２．０８ｃｍ）の長さを有する。ある態様では、ブーム１２０は、２５〜１０９インチ（６３．５〜２７６．８６ｃｍ）のｚ方向の長さ（Ｚｂｏｏｍ）を有する。ある態様では、ブーム１２０は、２５〜６５インチ（６３．５〜１６５．１ｃｍ）、３７〜８５インチ（９３．９８〜２１５．９ｃｍ）、又は５２〜１０９インチ（１３２．０８〜２７６．８６ｃｍ）のｚ方向の長さ（Ｚｂｏｏｍ）を有する。ある態様では、調節可能な長さを有するブームは、宇宙機本体１０２との回動式取り付け部から複数のスラスタ１２２との取り付け部に至るまでのｚ方向の最小の長さ（Ｚｂｏｏｍ）として、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）、少なくとも２５インチ（６３．５ｃｍ）、少なくとも３７インチ（９３．９８ｃｍ）、又は少なくとも５２インチ（１３２．０８ｃｍ）の長さを有する。ある態様では、ｚ方向のブームの長さ（Ｚｂｏｏｍ）は、少なくとも２０インチ（５０．８ｃｍ）、少なくとも３０インチ（７６．２ｃｍ）、少なくとも４０インチ（１０１．６ｃｍ）、又は少なくとも５０インチ（１２７ｃｍ）だけ調節可能である。ある態様では、ｚ方向のブームの長さ（Ｚｂｏｏｍ）は、２５〜６５インチ（６３．５〜１６５．１ｃｍ）の間、３７〜８５インチ（９３．９８〜２１５．９ｃｍ）の間、又は５２〜１０９インチ（１３２．０８〜２７６．８６ｃｍ）の間で調節可能である。
【００４４】
図１１及び図１２は、本技術のある態様のプルーム上の恩恵を示している。ブームが位置保持のために位置決めされると（図１１）、スラスタ１２２のｘ軸位置は、離間平面１３４に近付き、ソーラーアレイ１０６は、４５度のプルーム放出領域１３６の外部に存在したままである。ブームが移行軌道位置にあると（図１２）、スラスタ１２２のＸ軸位置は増大し、プルーム効果は更に低減される。図１１は、また、複数のスラスタの１つに関する推力ベクトル１３８であって、宇宙機ＣＭを通るように方向付けられたものを示している。
【００４５】
本技術のその他の態様における変形例は、当業者にとって明白なものになるであろう。例えば、宇宙機の幾何形態に応じて、スラスタの仰角バイアスは、スラスタの位置保持の指向制御が仰角バイアスとブーム仰角とを組み合わせることによって達成されるように選択されてもよい。このような指向制御では、プルーム効果が増加してしまうものの、（スラスタを宇宙機ＣＭの近くに移動させることによって）より小さなシータ角を提供することができる。また、図１３及び図１４に示されているように、スラスタ搭載アセンブリ１０４を他の構成にすることが可能である。
【００４６】
図１３には、各スラスタ１２２用の２軸ジンバル式プラットフォームを含むスラスタ搭載アセンブリ１０４が示されている。図１３の各スラスタ１２２は、２軸ジンバル１２６によってブーム１２０に取り付けられている。図１３のブーム１２０は、ヒンジ１３０によって支持構造体１２８に取り付けられている。ある態様において、ブーム１２０は、単軸ジンバル又は２軸ジンバル１２６によって支持構造体１２８に取り付けられてもよい。
【００４７】
図１４には、各スラスタ用の別個のブームを含むスラスタ搭載アセンブリ１０４が示されている。図１４の各スラスタ１２２は、２軸ジンバル１２６によって対応するブーム１２０に取り付けられている。図１４の各ブーム１２０は、ヒンジ１３０によって支持構造体１２８に取り付けられている。ある態様において、各ブーム１２０は、ヒンジ１３０に加えて又はその代わりに、ジンバルを用いて支持構造体１２８に取り付けられてもよい。
【００４８】
基本的に宇宙機の偏揺れ（yaw）／縦揺れ（pitch）平面（Ｘ／Ｚ平面）に位置するジンバル式ブームに搭載された４つのＨＣＴを使用する配置は、イントラック（ｙ軸）推力を発生させることができず、従って、東西（Ｅ／Ｗ）位置保持に使用することができない。このような配置とは異なり、本技術のある態様による宇宙機は、この目的のための別個の推進システム（例えば、二元推進薬化学システム）を必要としない。
【００４９】
本技術のある態様によれば、宇宙機は、例えば、宇宙機ベースパネルの下方に突出可能な口径の大きいワイヤメッシュリフレクタ（wire mesh reflectors）などの展開可能なリフレクタとのプルーム適合性を保証するのに十分後部にあるｘ軸に沿ったスラスタ位置を有する。
【００５０】
本技術のある態様によれば、宇宙機は、２つの対向する側面のそれぞれに少なくとも２つのスラスタを有し、各側面上のスラスタは、軌道移行のために宇宙機の対向する両側面上の２つのスラスタを同時に噴射可能とするのに十分な距離だけｙ方向において離間されている。例えば、北側面に２つのスラスタを有し、南側面に２つのスラスタを有する。ある態様では、このような配置は、潜在的に、２つのスラスタのみを同時に噴射可能なシステムと比較して軌道移行の時間を半分に短縮することができる。
【００５１】
本技術のある態様は、例えば、２つのＨＣＴが宇宙機の北側面上及び南側面上でベースパネルに隣接して取り付けられ、各スラスタが（ｙ軸に沿って）横方向に離間されている配置など、展開可能なブームを含まない本体固定型のスラスタの配置と比較して、幾つかの利点を提供する。例えば、本技術のある態様は、スラスタのｚ軸位置（宇宙機のＸ／Ｙ平面からの距離）を変更し、スラスタを宇宙機のＸ／Ｙ平面から遠ざけて配置可能とする能力を提供する。また、本技術のある態様は、打上げロケットのフェアリングの制約によって制限されるｚ軸におけるスラスタ位置と、宇宙機パネル、ソーラーアレイ、及び展開可能なリフレクタに対してスラスタが近接することによって制限されるシータ値と、を有する本体固定型のスラスタの配置で可能なものよりも小さいシータ値を、許容範囲内のプルーム効果とともに提供する。
【００５２】
本技術の説明は、任意の当業者が本明細書に記載されている様々な態様を実践できるようにするために提供されたものである。本技術は様々な図及び態様に関連して詳細に記載されているが、これらは例示目的のみのものであり、本技術の範囲を制限するものと解釈してはならないことを理解されたい。
【００５３】
本技術を実現するために多くのその他の方法が存在する可能性がある。本明細書に記載されている様々な機能及び要素は、本技術の範囲を逸脱せずに、示されているものとは異なる区分にすることができる。これらの態様に対する様々な変更は当業者にとって容易に明らかになり、本明細書に定義されている包括的原理はその他の態様に適用することができる。従って、本技術の範囲を逸脱せずに、当業者により、本技術に対して多くの変更及び修正を行うことができる。
【００５４】
開示されているプロセスにおける諸ステップの特定の順序又は階層は手法を例証する例示であることは言うまでもない。設計上の好みに基づいて、プロセスにおける諸ステップの特定の順序又は階層を再編成できることは言うまでもない。諸ステップのうちの幾つかは同時に実行することができる。付随する方法の請求項はサンプル順序における様々なステップの要素を提示しており、提示されている特定の順序又は階層に制限するためのものではない。
【００５５】
本明細書で使用するように、一連の項目の前にあって、それらの項目のいずれかを分離するために「及び（and）」又は「又は（or）」という用語が付いている「のうちの少なくとも１つ（at least one of）」という語句は、そのリストのそれぞれの構成要素（即ち、それぞれの項目）ではなく、全体としてそのリストを修飾するものである。「のうちの少なくとも１つ」という語句は、リストされているそれぞれの項目のうちの少なくとも１つの選択を要求するものではなく、むしろ、この語句は、それらの項目のうちのいずれか１つのうちの少なくとも１つ、及び／又はそれらの項目の任意の組み合わせのうちの少なくとも１つ、及び／又はそれらの項目のそれぞれのうちの少なくとも１つを含むという意味を可能にするものである。一例として、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」はいずれも、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組み合わせ、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣのそれぞれのうちの少なくとも１つを指す。
【００５６】
単数形の要素に対する言及は、特に明記されていない限り、「唯一のもの（one and only one）」を意味するものではなく、むしろ、「１つ以上（one or more）」を意味するものである。「幾つかの（some）」という用語は１つ以上を指す。下線付き及び／又はイタリック体の見出し及び小見出しは、便宜上使用されているだけであり、本技術を限定するものではなく、本技術の説明の解釈に関連して参照されるものではない。本発明全体を通して記載されている様々な態様の諸要素と構造上及び機能上同等であって、当業者にとって既知であるか又は後で既知のものになるものはいずれも、参照により明確に本明細書に取り入れられ、本技術によって包含されるものである。その上、本明細書に開示されているものはいずれも、このような開示が上記の説明に明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公共のために供されたものではない。
【００５７】
「態様（aspect）」などの語句は、このような態様が本技術にとって不可欠なものであること又はこのような態様が本技術のすべての構成に適用されることを意味するものではない。一態様に関連する開示内容はすべての構成又は１つ以上の構成に適用することができる。一態様は１つ以上の例を提供することができる。一態様などの語句は１つ以上の態様を指すことができ、逆の場合も可能である。「実施形態（embodiment）」などの語句は、このような実施形態が本技術にとって不可欠なものであること又はこのような実施形態が本技術のすべての構成に適用されることを意味するものではない。一実施形態に関連する開示内容はすべての実施形態又は１つ以上の実施形態に適用することができる。一実施形態は１つ以上の例を提供することができる。一実施形態などの語句は１つ以上の実施形態を指すことができ、逆の場合も可能である。「構成（configuration）」などの語句は、このような構成が本技術にとって不可欠なものであること又はこのような構成が本技術のすべての構成に適用されることを意味するものではない。一構成に関連する開示内容はすべての構成又は１つ以上の構成に適用することができる。一構成は１つ以上の例を提供することができる。一構成などの語句は１つ以上の構成を指すことができ、逆の場合も可能である。
【００５８】
「模範的（exemplary）」という単語は「一例又は例示として機能すること」を意味するために本明細書で使用されている。「模範的」として本明細書に記載されている態様又は設計は必ずしも他の態様又は設計より好ましいか又は有利であると解釈すべきではない。
【００５９】
本発明全体を通して記載されている様々な態様の諸要素と構造上及び機能上同等であって、当業者にとって既知であるか又は後で既知のものになるものはいずれも、参照により明確に本明細書に取り入れられ、特許請求の範囲によって包含されるものである。その上、本明細書に開示されているものはいずれも、このような開示が特許請求の範囲に明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、公共のために供されたものではない。いかなる請求要素も、その要素が「ための手段（means for）」という語句を使用して明確に列挙されていないか又は方法の請求項の場合にその要素が「ためのステップ（step for）」という語句を使用して列挙されていない限り、米国特許法第１１２条第６項の規定に基づいて解釈されるべきではない。更に、「含む（comprise）」という用語は請求項内で過渡的単語として使用される時に解釈されるので、「含む（include）」、「有する（have）」などの用語は、説明又は特許請求の範囲において使用される範囲で、「含む（comprise）」と同様に包括的なものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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