(57)【要約】【課題】  人工衛星への射場での推薬充填に関わる、推薬タンクへのコンタミネーションの混入管理のリスクや、推薬の充填作業に要するコストを低減することを目的とする。【解決手段】  衛星構体と、接続アダプタと火工品付きバルブ機構とを具備した推薬タンクと、推薬タンクの接続アダプタとスラスタとの間を着脱可能に接続する配管と、火工品付きバルブ機構を駆動する火口品制御装置とを備えて、人工衛星の射場で推薬タンクを人工衛星内部に装着する。【選択図】      図２
2009241805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星構体と、
接続アダプタと、タンクと、接続アダプタとタンクの間に設けられた接続アダプタ火工品付きバルブ機構とを具備した推薬タンクと、
上記推薬タンクを衛星構体に対して装着する保持部と、
上記推薬タンクの接続アダプタに対して接続される接続インタフェースを有し、スラスタに接続される配管と、
上記火工品付きバルブ機構に対し駆動信号を出力する火口品制御装置と、
を備え、
上記火工品付きバルブ機構は、上記火口品制御装置からの駆動信号を受ける前に接続アダプタとタンクとの流通路を塞ぎ、上記火口品制御装置からの駆動信号を受けた後、接続アダプタとタンクとの流通路を開放することを特徴とした人工衛星。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、推薬の充填された推薬タンクを取り付ける人工衛星に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星（以下、衛星）の推薬タンクは、衛星本体に取り付けられ、配管を通じてスラスタの燃焼室に推薬を供給する。従来、推薬タンクの取り付け構造として、衛星の主構造体であるスラストチューブの中空円筒内に、推薬タンクを収納したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１０１９７号公報
【０００４】
従来の衛星では、予め衛星構体に推薬タンクを取り付け、衛星が打上げロケットに搭載される前の射場準備作業の中で、推薬タンクへ推薬を充填していた。充填用の推薬は、輸送用タンクにより推薬充填装置と共に射場へ運び込まれ、推薬充填装置を用いて推薬タンクへ充填される。
【０００５】
一般に、推薬にはヒドラジンが用いられるが、ヒドラジンは毒性が強くかつ揮発性が高いため、推薬充填において厳しいコンタミネーション管理と充填量管理が必要となる。推薬充填装置の装着には厳しい清浄度管理と、射場における複雑な配管組立作業や配管リーク確認作業が伴い、また充填中ならびに充填後の充填装置撤収作業を行う際には、作業員は大気への推薬漏洩に備えて、特殊なスケープスーツを着用して長時間作業を行うことになる。
【０００６】
また、輸送用推薬タンクから衛星内部の推薬タンクへ充填される配管には、充填される推薬の品質を保つように幾つものフィルターが設置されている。推薬充填時にフィルターを通過させるため、輸送用タンクには高圧窒素ガスが充填されている。そのため、タンクならびに配管には窒素ガスや気化推薬などが混合するので、衛星内部の推薬タンクへの正確な推薬充填正味量や内部圧力を計測するとともに、常時周辺装置や大気の温度、圧力そして重量等をモニタしながら充填作業を行うことになる。
【０００７】
推薬充填後は、配管組立時にコンタミネーション除去のためにダンプした廃推薬、充填中に気化して充填装置外に排出された気化推薬、充填後に充填配管に残った無効推薬、そして充填後の充填機材洗浄で発生した有害物質等を、推薬出荷元へ搬送する。従い、推薬充填のために多大なコストと安全上のリスク管理が必要となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、衛星の射場で輸送用推薬タンクから衛星内部の推薬タンクへ推薬の充填が行なわれていたので、作業安全性、推薬品質、作業スケジュール等に関する多くのリスクが存在するとともに、充填作業に多大なコストを要していた。このため、衛星製造コストに含まれる射場作業コストの低減とリスク低減が望まれていた。
【０００９】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、人工衛星への射場での推薬充填に関わるリスクやコストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による人工衛星は、衛星構体と、接続アダプタと、タンクと、接続アダプタとタンクの間に設けられた接続アダプタ火工品付きバルブ機構とを具備した推薬タンクと、上記推薬タンクを衛星構体に対して装着する保持部と、上記推薬タンクの接続アダプタに対して接続される接続インタフェースを有し、スラスタに接続される配管と、上記火工品付きバルブ機構に対し駆動信号を出力する火口品制御装置と、を備え、
上記火工品付きバルブ機構は、上記火口品制御装置からの駆動信号を受ける前に接続アダプタとタンクとの流通路を塞ぎ、上記火口品制御装置からの駆動信号を受けた後、接続アダプタとタンクとの流通路を開放するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、人工衛星への射場での推薬充填に関わるリスクやコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１による人工衛星（以下、衛星）について、図を用いて説明する。図１は、実施の形態１による衛星の構成を示す図である。
【００１３】
図において、衛星１は、衛星本体を成す衛星構体２と、衛星搭載ミッション機器３と、太陽電池パドル４と、スラスタ５と、カセット式の推薬タンク６を備えている。衛星構体２は、複数の構体パネルを箱型に組み合わせて、六面体形状の構造体を成している。衛星構体２における構体パネルの一面には、衛星搭載ミッション機器３が設置されている。衛星搭載ミッション機器３は、地上と通信するアンテナ装置や、地球や宇宙を観測する観測装置を構成している。太陽電池パドル４は、衛星構体２における衛星搭載ミッション機器３の取り付け面とは異なる、２つの対向面に取り付けられる。太陽電池パドル４は、太陽光により発電し、衛星構体２に電力を供給する。推薬タンク６は衛星構体２の内部に収容される。スラスタ５は衛星構体２に取り付けられ、衛星１に推進力を与えて位置や姿勢を移動させる推進装置として用いられる。
なお、説明の都合上、電源や姿勢制御装置などの他の衛星搭載機器については図示による説明を略す。
【００１４】
図２は推薬タンクを装填した人工衛星の内部構成と、衛星構体内部における推薬タンクの設置構造と、推薬タンクの構成を示す図である。図において、衛星構体２の内部には、セントラルシリンダ７と火口品制御装置２０と配管９が設けられている。また、衛星構体２の内部には、前述のカセット式の推薬タンク６が装着される。
【００１５】
セントラルシリンダ７は衛星構体２の中央部に配置され、中空の円筒形状を成した構造部材である。セントラルシリンダ７における円筒端部は開口しており、この開口部が衛星構体２におけるスラスタ取り付け面の開口穴１５に対向している。衛星構体２の開口穴１５は着脱可能なアクセスパネルにより塞がれる。セントラルシリンダ７の周囲には、姿勢制御装置、電源、計算機、データおよび電源バスや電装部品などの各種衛星搭載機器が配置される。また、衛星構体２の外表面におけるセントラルシリンダ７の周囲には、複数のスラスタ５が配置されている。セントラルシリンダ７の内部には、１つもしくは２つ以上の推薬タンク６が装着され、保持部２１により着脱可能に保持固定されている。図の例は、１つの推薬タンク６が取り付けられ、他の推薬タンク６が取り付けられる前の状態を示している。推薬タンク６は、衛星構体２のアクセスパネルを開いた状態で、開口穴１５を介してセントラルシリンダ７の内部に挿入されるか、もしくはセントラルシリンダ７の内部から引き出される。
【００１６】
配管９はセントラルシリンダ７に取り付けられ、セントラルシリンダ７の内部とスラスタ５の間を接続して推進系配管インターフェイスを構成している。配管９の端部には接続アダプタ１１との接続インタフェースを構成する接続アダプタ１２が設けられている。配管９は接続される推薬タンク６の数に応じて分岐支管の数が決まり、また同分岐支管の端部に接続される接続アダプタ１２の数が決まる。配管９の分岐支管は１つまたは複数の主管に接続される。配管９の主管は各スラスタ５に設けられた燃焼室８に接続されている。また、推薬タンク６は、タンク２８の推薬供給孔に直結された配管１０と、配管１０の端部に設けられた接続アダプタ１１と、配管１０に設けられた火工品付きバルブ機構１３を備え付けられている。
【００１７】
推薬タンク６は予め推薬として例えばヒドラジンが充填されている。推薬タンク６はセントラルシリンダ７に装着される際、衛星構体側の配管９の接続アダプタ１２に対し、推薬タンク側の配管１０の接続アダプタ１１を着脱可能に接続する。これによって配管１０が配管９に接続される。また、火口品制御装置２０の配線を、火工品付きバルブ機構１３に着脱可能に接続する。火口品制御装置２０は、地上からの制御コマンドを受けると、火工品付きバルブ機構１３に駆動信号を出力する。これにより、火口品制御装置２０は、火工品付きバルブ機構１３の火薬を起爆して内部の栓を駆動し、バルブを開放するように制御する。火工品付きバルブ機構１３は、軌道上で火工品によりバルブが開放されない限り、推薬タンク６に充填された推薬が外部に漏れ出さないように構成されている。このように、推薬タンク６に接続アダプタ１２および火工品付きバルブ機構１３を備え付けることにより、推薬が充填された推薬タンク６を任意の場所（例えば、衛星の射場）に搬送した後、搬送先の場所で推薬タンク６を衛星構体内部に組み込むことが可能となる。また、接続アダプタ１２を設けることで、推薬タンク６を推進系配管インターフェイスに接続する作業が容易になる。
【００１８】
図３は火工品付きバルブ機構１３の構成例を示す図であり、（ａ）は栓３０によりバルブが閉じた状態、（ｂ）は弁３１によりバルブが開放した状態を示す。図において、火工品付きバルブ機構１３は、推薬タンク６の配管１０に取り付けるための接続部２９と、栓３０と、弁３１と、弁３１に接続されたブースタ３２と、ブースタ３２が摺動するシリンダ３３と、ブースタ３２を起爆させるためのイニシエータ３４と、受部３５を備えている。栓３０は中実板で構成され貫通孔は存在しない。弁３１は中央に貫通孔が設けられている。弁３１は栓３０に当接して、栓３０とブースタ３２の間に接続される。ブースタ３２は端部が栓３０に当接し、シリンダ３３内を摺動して栓３０とともに弁３１を可動する。
【００１９】
次に、火工品付きバルブ機構１３の動作について説明する。
図３（ａ）において、火口品制御装置２０の制御前は、栓３０が配管１０の流通を塞いだ状態となっており、配管１０内に存在する推薬が推薬タンク６から流れ出ないように流通路を阻害し、バルブが閉鎖した状態となる。
【００２０】
図３（ｂ）において、火口品制御装置２０がバルブを開放するための制御コマンドを受けると、火口品制御装置２０がイニシエータ３４に駆動信号（駆動電圧）を送ることにより、イニシエータ３４が発火する。イニシエータ３４が発火することで内部の火薬が点火し、ブースタ３２が起爆される。ブースタ３２の起爆により、ブースタ３２が接続部２９側に移動し、ブースタ３２に押されて栓３０および弁３１が受部３５側に移動する。受部３５は栓３０が抜け落ちないように栓３０を捕捉する。かくして、弁３１が配管１０を流通させることで、バルブが開放する。
【００２１】
なお、推薬タンク６のタンク２８と火工品付きバルブ機構１３の間には、手動式のバルブ（図示せず）を設けると良い。この際、推薬を充填するときは手動式のバルブを開放するとともに火工品付きバルブ機構１３を取り外す。推薬を充填した後は、手動式のバルブを閉鎖してから火工品付きバルブ機構１３を取り付けた後、手動式のバルブを開放することができる。
【００２２】
図４は配管の接続アダプタの構成を示す図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は接続された状態を示す図である。図において、接続アダプタ１１は、凸型コニカルシール部４０と、雄ねじ部４１を備えている。また、接続アダプタ１２は、凹型コニカルシール部４２と、雌ねじ部４３を備えている。接続アダプタ１１の凸型コニカルシール部４０と接続アダプタ１２の凹型コニカルシール部４２とが密接に接触し、雄ねじ部４１と雌ねじ部４３が相互に締結することで、接続アダプタ１１と接続アダプタ１２とが気密を確保して結合され、配管９と配管１０が連結される。なお、接続アダプタ１１、１２の構成はこれに限ることはなく、コニカルシール部とねじ部の組合せについても相互に反対の組合せであっても良い。
【００２３】
次に、衛星構体２に対し、推薬充填済みのカセット式推薬タンク６を取り付ける際の手順について説明する。推薬タンク６は、次の１）乃至５）の順序で、衛星１に組みつけられる。
１）推薬製造元で事前に推薬タンク６内に推薬が充填される。
２）推薬タンク６を衛星１の射場まで運搬する。このとき、セントラルシリンダ７の内部に推薬タンク６が装着されていない状態で、射場まで衛星１が運搬される。
３）衛星１の射場で、衛星１の構体パネル２からアクセスパネルを外し、開口穴１５からセントラルシリンダ７の内部に推薬タンク６を挿入する。
４）接続アダプタ１１と１２を連結することで、配管９と配管１０を連結する。
５）火口品制御装置２０の配線を火工品付きバルブ機構１３に接続することで、推薬タンク６の装着作業が完了する。
この装着作業において、配管９と配管１０の接続時に配管内に混入するエアが問題となる場合は、配管にエア抜きバルブを設けて、接続アダプタ１１と１２を連結した後、配管内のエアを真空引きすることで、残留エアを無視し得るレベルまで減ずることができる。
なお、衛星１が地上から宇宙空間に打ち上げられた後、衛星軌道上で地上局から火口品制御装置２０に制御コマンドを送る。
その後、火口品制御装置２０は火工品付きバルブ機構１３に駆動電圧を送り、火工品付きバルブ機構１３が駆動する。これにより、火工品付きバルブ機構１３のバルブが開放状態となり、推薬タンク６と衛星内部の配管９との流通路が確保される。
かくして、推薬タンク６から供給される推薬がスラスタ５の燃焼室８に供給され、燃焼室８内での推薬の燃焼によりスラスタ５が推進力を得る。
【００２４】
以上説明したとおり、実施の形態１による衛星１は、推薬充填済みのカセット式推薬タンク６を射場において装填することができる。このため、推薬製造元で輸送タンクに充填する代わりに、衛星１の推薬タンク６に直接推薬を充填すれば良い。また、射場での多くのリスクを伴う推薬充填作業を行なう必要はない。
これによって、射場で推薬を充填する際のコンタミネーション浸入、作業負担の大きな作業、および事故発生時のスケジュールインパクトとそれに伴うコスト等のリスクを低減することができる。
【００２５】
また、推薬タンク６には、衛星推進系システム配管と接続するための接続アダプタ１１が予め装着されており、接続アダプタ１１とタンク２８の間には充填された推薬を完全に塞き止めるための火工品付きバルブ機構１３が備わっている。このため、射場での推薬タンク６の取り付け作業時に、推薬が大気に流出することがない。
したがって、射場でのハイリスク作業を行なうことなく、推薬タンク６を衛星１に装着し、接続アダプタ１１を接続アダプタ１２に接続することで、推薬タンク６の組立て作業が可能となる。
またこの結果、射場での推薬充填準備作業から充填後後処置までの長時間に渡る現場作業を、短時間で行なうことのできる組立て作業に代替することができるので、充填される推薬のコンタミネーション管理と充填量の管理のレベルを向上させることができる。
【００２６】
さらに、推薬タンク６の接続アダプタを人工衛星推進系システム配管に直接接続するだけで、配管作業が完了する。このため、射場にて充填装置や輸送タンクを衛星推薬タンクに接続して、推薬を充填するための複雑な配管組立てを行う必要がなく、コンタミネーションのリスクを高めることとなる接続アダプタ数も少なくて済む。
その結果、人工衛星推進系システム内部にコンタミネーション源が浸入する可能性が極めて高くなるが、この発明によるカセット式推薬タンクの場合、そのリスクを軽減することも可能となる。
【００２７】
また、推薬タンク６を用いることで、推薬タンク６への推薬充填作業を全て専用設備が整う推薬製造元で行うことができる。このため、厳しいコンタミネーション管理と、厳密な充填手順管理に伴うリスクを大きく軽減でき、かつ射場での推薬の充填作業において充填無効となった推薬と、充填装置の出荷元への返送、並びにに返送前の有害な洗浄作業等が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１による人工衛星の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による推薬タンクの構成と、推薬タンクを装填した人工衛星の内部構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による火工品付きバルブ機構１３の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１による接続アダプタの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  人工衛星（衛星）、２  衛星構体、５  スラスタ、６  推薬タンク、７  セントラルシリンダ、９  配管、１０  配管、１１接続アダプタ、１２  接続アダプタ、１３  火工品付きバルブ機構、２０  火口品制御装置。
【図１】
2009241805.tif 000003
【図２】
2009241805.tif 000004
【図３】
2009241805.tif 000005
【図４】
2009241805.tif 000006