(57)【要約】本明細書で提供されるのは、衛星またはペイロード展開システムおよび機器に対する様々な改良である。一例では、衛星展開装置が提供される。衛星展開装置は、衛星の突出部と係合して衛星をベースプレートに対して保つように構成された対向する保持部材を含む。衛星展開装置は、衛星の突出部が対向する保持部材に拘束されているときに、対向する保持部材に対して衛星に展開の力をプレロードするように構成された少なくとも１つのプッシャ要素、およびアクチュエータシステムによるトリガに応答して対向する保持部材を広げ、少なくとも展開の力を用いて衛星をベースプレートから離れるように展開するために衛星の突出部を解放するように構成される展開機構を含む。【選択図】図１
2020514155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星の突出部と係合して前記衛星をベースプレートに対して保つように構成された対向する保持部材と、
前記衛星の前記突出部が前記対向する保持部材に拘束されているときに、前記対向する保持部材に対して前記衛星に展開の力をプレロードするように構成された少なくとも１つのプッシャ要素と、
アクチュエータシステムによるトリガに応答して前記対向する保持部材を広げ、少なくとも前記展開の力を用いて前記衛星を前記ベースプレートから離れるように展開するために前記衛星の前記突出部を解放するように構成される展開機構と、
を備える、衛星展開装置。
【請求項２】
前記対向する保持部材は、前記衛星の前記突出部に連結し、前記対向する保持部材が広げられるときに、前記突出部に対して前記対向する保持部材を回転させることを可能にするローラ部を備える、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項３】
前記対向する保持部材は、前記ベースプレートに連結されて取り付けられて、前記線形レールに沿ってスライドするように構成されている、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項４】
前記対向する保持部材は、前記衛星の前記突出部が前記対向する保持部材によって係合されるときに、前記衛星の移動を少なくとも２次元で拘束する、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのプッシャ要素は、前記衛星が前記対向する保持部材の中へと係合されて前記展開の力を確立するときに圧縮される圧縮式バネシステムを備える、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項６】
前記衛星展開機構は、
ハンマー部材に連結されたハンマーアームであって、前記ハンマー部材は引張りバネによってシア部材に対して保持されているハンマーアームと、
前記アクチュエータシステムに連結され、前記アクチュエータシステムによってトリガされると、前記ハンマー部材およびハンマーアームを解放する前記シア部材と、
前記ハンマーアームと前記対向する保持部材とに連結され、前記ハンマーアームの動きに応じて前記対向する保持部材を動かすアクションバーと、
を備える、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項７】
前記ハンマー部材および前記シアは、それぞれ、関連するベアリング機構によって前記ベースプレートに旋回可能に連結されている、請求項６に記載の衛星展開装置。
【請求項８】
前記アクチュエータシステムは、親ねじアクチュエータ、ボールねじアクチュエータ、リニアモータアクチュエータ、パラフィンアクチュエータ、および、ソレノイドアクチュエータの少なくとも１つを備えるリニアアクチュエータを備える、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項９】
前記衛星がＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星を含み、前記衛星の前記突出部が前記ＣｕｂｅＳａｔのレールを含む、請求項１に記載の衛星展開装置。
【請求項１０】
前記衛星の前記レールの少なくとも一端が少なくとも１つの圧力スイッチを含み、前記少なくとも１つの圧力スイッチが、前記衛星が前記対向する保持部材に拘束されているときに前記対向する保持部材の対応する１つによって押し下げられる、請求項９に記載の衛星展開装置。
【請求項１１】
ペイロードディプロイアであって、
スライド式保持部材であって、前記スライド式保持部材が第１の相対的な位置にあるとき、ペイロードシャーシと係合して前記ペイロードをベースプレートに対して保つスライド式保持部材と、
アクチュエータによるシア要素のトリガに応答して、前記スライド式保持部材を第２の相対的な位置に動かす展開機構であって、前記第２の相対的な位置が前記ペイロードシャーシを係合解除し、前記ペイロードを前記ペイロードディプロイアに少なくとも挿入するのに基づいて前記ペイロードに対して確立される少なくとも１つの展開の力を用いて前記ペイロードを前記ベースプレートから離れるように加速する展開機構と、
を備える、ペイロードディプロイア。
【請求項１２】
前記スライド式保持部材が、前記ペイロードシャーシに連結して前記対向する保持部材が前記第２の相対的な位置に移動したときに前記ペイロードシャーシに対して前記スライド式保持部材の前記ローラ部の回転を可能にするローラ部を備える、請求項１１に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１３】
１つ以上の圧縮バネを含む少なくとも１つのプッシャプレートが、前記ペイロードの前記ペイロードディプロイアへの挿入に少なくとも基づいて圧縮されて、前記展開の力を確立する、請求項１１に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１４】
前記スライド式保持部材が、前記ベースプレートに連結されている線形レールに取り付けられており、前記線形レールに沿ってスライドするように構成されている、請求項１１に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１５】
前記展開機構が、
前記シア要素部材と接触して保たれているハンマー要素、
前記アクチュエータに連結され、少なくとも前記アクチュエータによって閾値の角度を超えて回転可能に動かされることに基づいて、回転される前記ハンマー要素を解放するシア要素、および、
前記ハンマー要素および前記スライド式保持部材に連結され、前記ハンマー要素の回転に応答して前記スライド式保持部材を前記線形レールに沿って前記第２の相対的な位置に移動させるアクションバーを備える、請求項１４に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１６】
前記ハンマー部材および前記シアがそれぞれ前記ベースプレートに旋回可能に連結されている、請求項１５に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１７】
前記アクチュエータが、親ねじアクチュエータ、ボールねじアクチュエータ、リニアモータアクチュエータ、パラフィンアクチュエータおよびソレノイドアクチュエータの少なくとも１つを含むリニアアクチュエータを含む、請求項１１に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１８】
前記ペイロードは、１Ｕ以上のフォームファクタのＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星を含み、前記ペイロードシャーシは、前記ＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星のレールを含む、請求項１１に記載のペイロードディプロイア。
【請求項１９】
前記レールの少なくとも一端が、前記スライド式保持部材に拘束されている前記レールに少なくとも基づいて、前記スライド式保持部材の対応する１つによって押し下げられる少なくとも１つの圧力スイッチを含む、請求項１８に記載のペイロードディプロイア。
【請求項２０】
ペイロード展開機構を動作させる方法であって、
対向する保持部材が相対的閉位置にあるときに前記ペイロードの突出部を拘束して保つ少なくとも対向する保持部材を用いて前記ペイロードの前記突出部と係合させること、
少なくとも１つのシア要素を使用して、前記対向する保持部材を前記相対的閉位置にロックすること、
作動システムによる前記シア要素の回転の閾値レベルに応答して、前記対向する保持部材を相対的開位置に広げるハンマー機構の回転をトリガすること、および
前記ペイロードを前記ペイロード展開メカニズムに挿入する間に前記ペイロードに確立された少なくとも１つの展開の力を使用して前記ペイロードを展開すること
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１６年１２月１９日に出願された「ＴＲＩＧＧＥＲＥＤ  ＳＡＴＥＬＬＩＴＥ  ＤＥＰＬＯＹＭＥＮＴ  ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ」と題する米国非仮特許出願第１５／３８３，９６８号の利益および優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
衛星および他のペイロードをロケットのような発射システムによって宇宙の軌道または他の目的地に運ぶことができる。発射システムが目的地または所望の軌道特性に達すると、そのときペイロード衛星、プローブ、または他のペイロードを展開（又は配備）して機能モードにすることができる。衛星は地球の軌道（または他の天体の周りの軌道）に配置することができ、これらの衛星はセンシング、監視、通信、科学実験などの様々なタスクを実行できる。
【０００３】
衛星の例としては、ＣｕｂｅＳａｔベースの衛星が挙げられる。ＣｕｂｅＳａｔは、安価で急速に開発されている宇宙／軌道プラットフォームで使用するための標準化された小型衛星アーキテクチャである。ＣｕｂｅＳａｔは、１０×１０×１１．３５センチメートル（ｃｍ）のモジュラーユニットとその倍数で提供できる。ＣｕｂｅＳａｔは、開発者が電子機器、推進システム、センサ、実験、または他の機器を取り付けることができる標準化されたシャーシを含むモジュラー形式に、任意の数の機能と操作を展開することを可能にする。しかし、ＣｕｂｅＳａｔや他の様々なタイプの衛星や宇宙探査機を展開することが、宇宙環境や打ち上げの厳密さのために困難な場合がある。さらに、ＣｕｂｅＳａｔの従来の展開システムには、関連するＣｕｂｅＳａｔの大きさと重量に大きな制限をもたらす、かさばる金属製の箱型エンクロージャが含まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書で提供されるのは、衛星またはペイロード展開システムおよび機器に対する様々な改良である。一例では、衛星展開装置が提供される。衛星展開装置は、衛星の突出部と係合して衛星をベースプレートに対して保つように構成された対向する保持部材を含む。衛星展開装置は、衛星の突出部が対向する保持部材に拘束されているときに、対向する保持部材に対して衛星に展開の力をプレロード（ｐｒｅｌｏａｄ，前負荷）するように構成された少なくとも１つのプッシャ（ｐｕｓｈｅｒ，押圧）要素、およびアクチュエータシステムによるトリガに応答して対向する保持部材を広げ、少なくとも展開の力を用いて衛星をベースプレートから離れるように展開するために衛星の突出部を解放するように構成される展開機構を含む。
【０００５】
この概要は、詳細な説明においてさらに後述する概念の選択を単純化された形で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を識別することを意図しておらず、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることも意図していないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してよりよく理解することができる。これらの図面に関連していくつかの実装形態が説明されているが、本開示は本明細書に開示された実装形態に限定されない。それどころか、その意図は、すべての代替案、修正案、および等価物を網羅することである。
【０００７】
【図１】実装形態における衛星展開システムを示す。
【０００８】
【図２】実装形態における衛星展開システムを示す。
【０００９】
【図３】実装形態における衛星展開システムを示す。
【００１０】
【図４】実装形態における衛星展開システムを示す。
【００１１】
【図５】実装形態における衛星展開システムを示す。
【００１２】
【図６】実装形態における衛星展開システムを示す。
【００１３】
【図７】実装形態においてペイロードを展開する方法を示す。
【００１４】
【図８】例示的な衛星展開システムを示す。
【００１５】
【図９】例示的な衛星展開システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ペイロードは、地上ベースの場所から様々なタイプの軌道への発射システムによって運ばれるか、他の宇宙関連の目的地への送達のために、運ばれ得る。衛星、科学的なプローブ、その他の対象などのペイロードを展開してから運用モードに配置することができる。典型的には、ペイロードを発射システムのステージから離して展開するために展開機構が採用される。ただし、打ち上げのコストが高いこともあって、発射システムおよび展開するペイロードにおいて、重量と大きさが重要な考慮事項になる。さらに、複雑な展開システムの障害が、展開の失敗またはペイロードの損失につながる可能性がある。本明細書で提供されるのは、多くのタイプの衛星またはペイロード展開シナリオで採用することができる衛星またはペイロード展開システムおよび機器に対する様々な改良である。
【００１７】
ＣｕｂｅＳａｔなどの小型衛星用の従来のディプロイア（展開機、ｄｅｐｌｏｙｅｒ）は、モジュール式衛星を金属製の箱型構造で完全に囲み、飛行可能なＣｕｂｅＳａｔの大きさと重量に大きな制限を加える可能性がある。本明細書における新規のメカニズムおよびシステムは、従来のディプロイアに存在する重量と体積の制約なしに、ＣｕｂｅＳａｔまたは他の衛星およびペイロードを打ち上げることを可能にする。また、本明細書の改善例は、様々な大きさのディプロイアにわたって同様の構成要素の種類および動作を維持しながら、異なる大きさのＣｕｂｅＳａｔ（１Ｕ、１．５Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、６Ｕなど）に適合させることができる。
【００１８】
ＣｕｂｅＳａｔのディプロイアとして使用される場合、本明細書における新規のディプロイアの例は、ＣｕｂｅＳａｔに標準的な一組の小さな突出したシャーシレール上をスライドする一対の対向する「フック」を使用して、ＣｕｂｅＳａｔとインターフェースをとることができる。これらのフックはバネ式であり、解放されるとフックをＣｕｂｅＳａｔシャーシレールからスライドさせて引き離すことができるトリガ機構によって相対的な位置に保持される。一組の圧縮バネ式プッシャプレートを使用して、展開のためにＣｕｂｅＳａｔを展開機構から押し出すか加速させることができる。
【００１９】
ＣｕｂｅＳａｔのシャーシは、標準のＰｏｌｙ  Ｐｉｃｏ衛星Ｏｒｂｉｔａｌ  Ｄｅｐｌｏｙｅｒ（ＰＰＯＤ）に接続する固い金属製の部材で通常構成されるレールを含む。ＣｕｂｅＳａｔがディプロイアを離れたら、衛星の分離の促進を補助するために、バネ式プランジャが従来のシャーシレールの端部に挿入される。ロジック／テレメトリを制御するための展開が成功したことを示すために、マイクロスイッチをシャーシレールに含めることもできる。有利にも、本明細書の例では、標準的なＰＰＯＤは採用されておらず、その代わりに改善版ディプロイアが提供されている。さらに、ＣｕｂｅＳａｔの展開に改善版ディプロイアを使用すると、ＣｕｂｅＳａｔのシャーシレールにバネ式プランジャが不要になり、複雑さと重量が軽減される。
【００２０】
第１の例では、ペイロード展開システムが論じられている。図１は、ペイロード展開システム１０２の２つの図を示す。第１の図１００では、ペイロード１１０がペイロード展開システム１０２に挿入されて収容されている。第１の図１００は、展開前の状態にあるペイロード１１０を示す。第２の図１０１では、ペイロード１１０は、ペイロード展開システム１０２から図１の移動用矢印で示される略「ｚ」方向に展開される。
【００２１】
図１の要素に目を向けると、ペイロード展開システム１０２は、ベースプレート１２０と展開機構１３０とを含む。展開機構１３０は、後に続く図面において後述されるさらなる要素と共に、対向するペイロード保持部材１２２、アクションバー１２３、およびハンマーアーム１２４を含む。アクションバー１２３、ハンマーアーム１２４、ハンマー要素１２５は、ハンマー機構またはハンマー組立体に含めることができる。
【００２２】
ペイロード保持部材１２２は、線形レール１３３に沿ってスライドすることができ、概して２つの相対的な開および閉位置に位置される。相対的「閉」位置にあるとき、ペイロード保持部材１２２は、ペイロード１１０をベースプレート１２０に対して保つためにペイロード１１０の突出部１１１と係合する。ペイロード保持部材１２２は、線形レール１３３上をスライドすることができ、したがってスライド式保持部材と見なすことができる。少なくとも１つのプッシャ要素１２７は、ペイロード１１０の突出部がペイロード保持部材１２２にて係留されているときに、ペイロード１１０への展開の力を、ペイロード保持部材１２２に対してプレロードするように構成される。ペイロード１１０がペイロード展開システム１０２に挿入されて突出部１１１をペイロード保持部材１２２と係合させると、プレロードが生じる。この挿入が、圧縮式バネ搭載のプッシャ要素１２７を押す。展開機構１３０は、アクチュエータシステムによるトリガに応答して、対向するペイロード保持部材１２２を相対的「開」位置まで広げることができる。アクチュエータシステム（図１には示さず）は、ペイロード保持部材１２２を引き離すように動くアクションバー１２３に連結されているハンマーアーム１２４を動かす。ペイロード保持部材１２２が広がると、次いでペイロード保持部材１２２からペイロード１１０の突出部１１１が解放され、プレロードされた展開の力がペイロード１１０に作用し、展開のためにペイロード１１０をベースプレート１２０から離れるように加速させる。
【００２３】
ペイロード展開システム１０２の要素は、金属、金属合金、ポリマー、プラスチック、セラミック、または他の適切な材料などの様々な材料を含み得る。一例では、他の要素の中でも、アルミニウムがベースプレート１２０およびペイロード保持部材１２２に採用されている。チタンは、後述するハンマー要素やシア（ｓｅａｒ）要素などの、より摩耗しやすい要素に使用することができる。他の材料を使用することができるが、鋼または他の材料をバネ要素および軸受要素に使用することができる。様々な表面は、コーティング、陽極酸化、硬質陽極酸化、または腐食、冷間圧接、電気伝導、または他の望ましくない条件を軽減するための処理を採用することができる。
【００２４】
次にペイロード保持部材１２２の詳細な図に目を向けるが、図２が提示されている。図２は、ペイロード展開システム１０２内の収容されたまたは展開前のペイロード１１０を示す図２００を示す。明瞭にするために、ベースプレート１２０、ペイロード保持部材１２２、および展開機構１３０などのいくつかの要素が図２００に示されている。
【００２５】
ペイロード保持部材１２２の詳細な図２０１を図２に示す。この詳細な図は、ペイロード保持部材１２２の「フック」版を示す。ペイロード保持部材１２２の「ローラ」版は、図６にて見ることができる。図２において、ペイロード１１０の突出部１１１は、フック１５０を形成する下側フック部１５１および上側フック部１５２によって、ペイロード保持部材１２２の端部に形成された空間に係合する。ペイロード保持部材１２２の端部フック１５０に係合すると、突出部１１１はそれぞれ、ペイロード保持部材１２２のフック部の対向面によって、少なくとも２次元、すなわち図２に示すｘ−ｙ平面に限定される。さらに、ペイロード１１０は、フック部１５１〜１５２によって形成された空間の間に、「ｚ」軸で、関連するプッシャ要素１２７を使用して限定される。ペイロード保持部材１２２は、ペイロード１１０の突出部１１１と係合および係合解除するために、線形レール１３３を介して「ｘ」方向にスライドすることができる。
【００２６】
ペイロード突出部とペイロード保持部材１２２のフック部またはローラ部との間に、突出部がフック部またはローラ部の内部にスライドすることを可能にする所定の量の隙間を設けることができる。線形レール１３３に沿って互いに向かって内側にスライドすることによってペイロード保持部材１２２を閉じると、ペイロードは、フック部またはローラ部の面および壁に対して少なくとも２次元で拘束される。プッシャ要素１２７などのプッシャプレートは、ペイロードの底面またはレールに作用して、ペイロードをベースプレート１２０から押し出すように試みる。ペイロードがフックまたはローラによって拘束されるので、プッシャプレートはペイロードをフックまたはローラの上面１５２に押し付け、ペイロードの突出部とフックまたはローラとの間の摩擦が、ペイロードが振動事象の下で動くことを防ぐ。プレロードの力の量は、関連するプッシャプレートのバネのバネ定数またはプレロードを増やすことによって増加させることができる。さらに、小さな調整パッドをフックまたはローラに追加して、突出部とフック部またはローラ部との間に所定の量の隙間を得ることができる。調節パッドは、ペイロードを傷つけたり損傷させたりすることなくペイロードまたは突出部に対して締め付けることを可能にするために、ナイロンの先端を有する止めねじを含むことができる。
【００２７】
図３は、ペイロード展開システム１０２の等角図３００を示す。図４は、ペイロード展開システム１０２の上面図４００を示す。図５は、ペイロード展開システム１０２の分解図５００を示す。図３００、図４００、および図５００のそれぞれに同様の要素が含まれる。
【００２８】
図３〜図５において、ペイロード展開システム１０２は、ベースプレート１２０、ベースプレート取り付け機構１２１、ペイロード保持部材１２２、アクションアーム１２３、ハンマーアーム１２４、ハンマー要素１２５、シア要素１２６、プッシャ要素１２７、バネ要素１３１〜１３２、線形レール１３３、およびアクチュエータシステム１４０を含む。展開機構１３０は、これらの要素のいくつか、すなわちペイロード保持部材１２２、作用アクションアーム１２３、ハンマーアーム１２４、ハンマー要素１２５、シア要素１２６、プッシャ要素１２７、バネ要素１３１〜１３２、線形レール１３３、およびアクチュエータシステム１４０を含む。アクチュエータシステム１４０は、制御電子機器、制御回路、起動回路を備えることができ、あるいは油圧式または空気圧式アクチュエータが使用されるときには流体制御要素を含むことができる制御システムに連結することができる。
【００２９】
動作中、ペイロードは、ペイロードの突出部がペイロード保持部材１２２のフック１５０（またはローラ）に係合する展開機構１３０に挿入される。「ｘ」軸における保持力は、ハンマー要素１２５に連結されたシア要素１２６、ハンマーアーム１２４、およびアクションアーム１２３を含むバネ式機構によって付与される。ペイロード保持部材１２２と係合するように配置されると、ペイロードは、ペイロード保持部材１２２によって保持され、ペイロード保持部材１２２は、シア要素１２６がアクチュエータシステム１４０によってトリガされるまで、線形レール１３３に沿って実質的に移動しない。
【００３０】
ハンマーアーム１２４は、締結具、溶接部、または他の連結要素などによって、ハンマー要素１２５に連結される。いくつかの例では、ハンマー要素１２５およびハンマーアーム１２４は、ハンマー要素１２５を形成する単一の部品または部分を含む。ハンマー要素１２５は、少なくとも引張りバネによって、シア要素１２６に対して保持されている。ハンマー要素１２５とシア要素１２６の両方は、例えばベースプレート１２０に押し込むことができるベアリングに取り付けられて、ベースプレート１２０に旋回可能に連結されている。シア要素１２６は、線形アクチュエータシステム１４０によってトリガされ、これは、シア要素１２６に、ハンマー要素１２５およびハンマーアーム１２４を解放させる。したがって、ハンマーアーム１２４に連結されているハンマー要素１２５をシア要素１２６が解放するときに、ハンマーアーム１２４が動く。ハンマー要素１２５は、ベースプレート１２０に旋回可能に連結され、１３１によってバネ付勢される。したがって、ハンマー要素１２５／ハンマーアーム１２４の組み合わせた構造は、シア要素１２６によって解放されるときに回転する。ハンマーアーム１２４は、一対のアクションバー１２３に旋回可能に連結され、それはペイロード保持部材１２２にひいては作用する。ペイロード保持部材１２２は、線形ガイドレール１３３を移動するレールチャネル１５３を含み、これはペイロード保持部材１２２が動くことを可能にし、ペイロード保持部材１２２がペイロード１１０の突出部１１１に向かっておよびそこから離れるようにスライドすることを可能にする。
【００３１】
プッシャ要素１２７などのプッシャプレートは、通常、ペイロード１１０の底部と接触している。ペイロード保持部材１２２がアクチュエータシステム１４０によって離れるように広げられると、プッシャ要素１２７は、ベースプレート１２０から離れる「ｚ」方向に、ペイロード１１０へ力を加え、したがってペイロード１１０を展開する。プッシャ要素１２７はそれぞれ、ペイロードを展開機構１３０に挿入する間に確立されたバネの力に基づいて、対応する力をペイロードに加える。このバネの力は、ペイロード保持部材１２２がアクチュエータシステム１４０のトリガによって線形レール１３３に沿って離れるように広がるまで、ペイロード保持部材１２２のフック１５０でペイロードの突出部を「ｚ」軸に係合させ続ける。プッシャ要素１２７により、ペイロード１１０をフック１５０に対してプレロードすることが可能になり、不変の荷重経路が確立され、より少ない振動をペイロード１１０に伝えることが可能になる。
【００３２】
展開システム１０２の動作中、アクチュエータシステム１４０は、作動アーム１４１を介して、バネ１３２によって張力をかけられ、関連するピボット１２８を中心に回転するシア要素１２６に、力を加える。所定の閾値の力がアクチュエータシステム１４０によってシア要素１２６に加えられると、シア要素１２６はシア要素１２６の「トリガ」機構を経て回転し、ハンマー要素１２５に力をかけ始め、それに応じて、関連するピボット１２９で回転する。アクチュエータシステム１４０は、明確にするために図３〜図５には示されていない、関連する制御システムによって制御することができる。この制御システムは、アクチュエータシステムのアクチュエータに電力または圧力を供給して、アクチュエータを作動または起動させることができる。アクチュエータシステム１４０は、地上制御システムによって、または搭載されたタイマーもしくは制御システムによって、遠隔でトリガすることができる。
【００３３】
アクチュエータシステム１４０は線形アクチュエータを含むことができるが、変形形態も可能である。線形アクチュエータは、ベースプレート１２０に連結され、それに応答してピボット１２８を中心に回転するシア要素１２６に力を加えることができる。線形アクチュエータの種類は様々であり得る。例えば、親ねじアクチュエータを使用することができる。他の例示的なアクチュエータは、とりわけ、それらの組み合わせを含む、ソレノイドアクチュエータ、パラフィンアクチュエータ、ボールねじアクチュエータ、およびリニアモータアクチュエータを含む。他の例示的なアクチュエータは、シア要素１２６を直接回転させるかギア機構を介して回転させる、サーボ、モータなどのような回転式アクチュエータを含む。
【００３４】
ペイロード展開システム１０２のさらに詳細な動作についてこれから説明する。シア要素１２６は、ペイロード展開システム１０２用のロック機能を確立する。ペイロード保持部材１２２がペイロード１１０の突出部１１１と係合するように、相対的閉位置に配置されると、シア要素１２６はペイロード保持部材１２２を相対的閉位置にロックすることができる。バネ１３２は、ハンマー要素１２５に対してシア要素１２６を「ロック」位置に維持する。このロックされた位置または相対的閉位置は、ロケット打ち上げプロセスの厳密な状況の間、または展開が望まれるまで、ペイロード１１０を保つように維持することができる。
【００３５】
いったん微小重力環境が確立されたり、所望の軌道が達成されたりすると、ペイロード１１０の展開を開始して、ペイロード１１０を打ち上げ用ロケットまたは乗り物用ステージから分離することができる。アクションバー１２３、ハンマーアーム１２４、ハンマー要素１２５の動きは、シア要素１２６によってトリガされ得る。シア要素１２６は、アクチュエータシステム１４０により回転させることができる。シア要素１２６が所定の閾値回転角を超えて回転すると、シア要素１２６はハンマー要素１２５を「トリガ」し、ハンマー要素１２５をベースプレート１２０に対して旋回可能に回転させる。ハンマー要素１２５はハンマーアーム１２４に連結されているので、ハンマーアーム１２４もハンマー要素１２５と共に回転する。バネ１３１は、ハンマー要素１２５が解放されたとき、またはシア要素１２６によってトリガされたとき、ハンマー１２４を回転させることができる力をハンマーアーム１２４に及ぼす。ハンマーアーム１２４は、アクションバー１２３に連結され、ハンマーアーム１２４の回転および関連するアクションバー１２３の移動は、その回転をレール１３３に沿ったペイロード保持部材１２２の直線運動に変換する。最初にシア要素１２６によってトリガされるこの直線運動は、ペイロード保持部材１２２を、相対的開位置に、離れるように広げる。この相対的開位置は、ペイロード１１０を展開機構へ挿入している間にプッシャ要素１２７によってプレロードされた力に起因して、ペイロード保持部材１２２によって拘束されたペイロード１１０を展開することができる。
【００３６】
図６は、ペイロード展開システム６０１の図６００を示す。ペイロード展開システム６０１は、ペイロード展開システム１０２の代替構成を含む。ペイロード展開システム６０１は、フック機構１５０の代わりにローラ機構６５１を含むペイロード保持部材６５０として、ペイロード保持部材１２２の代替の変形形態を含む。ペイロード展開システム６０１はまた、引張りねじ機構６５２を含む。ペイロード展開システム６０１はまた、プッシャ要素、ハンマーアーム、アクションアーム、および他の要素の軽量版を含む。図３〜図５および図６の変形形態を比較することによって分かるように、軽量版は、依然として完全な機能を提供しながら材料を選択的に排除している。
【００３７】
ローラ機構６５１は、１つ以上のペイロード保持部材６５０の１つ以上の端部に含まれ得る。例えば、両方のペイロード保持部材６５０が、２つのローラ機構６５１を含むことができ、あるいはペイロード保持部材６５０のうちの一方だけがローラ機構６５１を含み得て、他方がフック機構を含む。システム６０１の他の要素はシステム１０２の要素と同様であり得るが、変形形態も可能である。ローラ機構６５１は、ペイロード突出部の材料とペイロード保持部材６５０の材料との間の冷間圧接の危険性をさらに軽減することができるとともに、ペイロード保持部材６５０が互いから離れて滑らかに広がることまたは拡張することを確実にする。
【００３８】
打ち上げプロセス中のペイロードのがたつきと振動を低減するために、ペイロード保持部材６５０に引張りねじ機構６５２が含まれる。ペイロードが展開機構に取り付けられた後にペイロード保持部材６５０を選択的に締め付けて、ペイロードの内側に張力または支えを付与することができる。
【００３９】
図７は、図１〜図５のペイロード展開システム１０２のいずれかまたは図６のペイロード展開システム６０１などの展開システムの動作方法７００を示す。図７では、操作者がペイロードをディプロイアに挿入し、挿入中に関連するプッシャプレートをプレロードする（操作７０１）。ペイロードの突出部を保持部材のフック機構またはローラ機構にはめ込むために、保持部材を押し合わせることによって、対向する保持部材をペイロードの突出部に係合させる（操作７０２）。その後、ペイロードは、図９で以下に説明されるもののように、ディプロイアと共に打ち上げロケットに搭載され得る。次いでペイロードは、他のペイロードの品目と共に、関連する発射システムを介して発射することができる（操作７０３）。発射システムが軌道またはその他の方法で所定の位置に到達すると、展開機構を起動してペイロードを展開することができる。作動システムは、飛行システムに搭載された制御システムによって、または地上制御システムによって発せられた制御信号に基づいてトリガすることができる（操作７０４）。トリガされると、展開機構は、ペイロードの突出部を保持する関連する保持部材を離れるよう広げる。この動作は、ペイロード突出部を解放してプレロードプッシャプレート要素がペイロードを展開機構から離れるように加速することを可能にすることによって、ペイロードを展開する（操作７０５）。
【００４０】
図８は、例示的な衛星展開システム８００〜８０２を示している。これらの衛星展開システム８００〜８０２は、図１〜図６の要素に関して説明したものと同様の要素を含むが、それらは、ＣｕｂｅＳａｔタイプのペイロードを展開するための異なる可能なフォームファクタを例示するために含まれる。第１の例８００では、１Ｕの大きさのＣｕｂｅＳａｔ８１０が含まれ、ディプロイア８１１に収容されている。ディプロイア８１１は、左側のフック型保持要素、および右側のローラ型保持要素を示す。保持要素のこの構成は単なる例示であり、本明細書で論じられるように変わり得ることを理解されたい。第２の例８０１では、３Ｕの大きさのＣｕｂｅＳａｔ８２０が含まれており、ディプロイア８２１に収容されている。第３の例８０２では、６Ｕの大きさのＣｕｂｅＳａｔ８３０が含まれており、ディプロイア８３１に収容されている。図８に示されている以外のさらなるモジュール構成が可能である。
【００４１】
例示的展開システム８００〜８０２は、大きさが異なるにもかかわらず、それぞれ類似の特徴を含む。関連する機械的および構造的な特徴は、大型の寸法に合うように拡大することができ、小型の寸法に合うように縮小することができる。さらに、作動要素は、展開システム８００〜８０２の規模に見合った所望の力を及ぼすように選択することができる。具体的には、トリガ機構の動作は、アクチュエータシステムによって作動されるシア要素、およびシア要素によってトリガされるハンマー要素など、すべての大きさにわたって類似している。各例の対向する保持部材は、関連する線形レール上をスライドして、関連するＣｕｂｅＳａｔのレール突出部と係合および係合解除することができる。
【００４２】
図９は、例示的な衛星展開システム９００〜９０１を示している。図９００は、関連付けられた展開システム／機構に収容されたいくつかのペイロードを含むが、図９０１は、関連付けられた展開システム／機構による展開直後のペイロードを含む。図９は、少なくとも２つの大きさのＣｕｂｅＳａｔ、すなわち１Ｕの大きさ９１０と、３Ｕの大きさ９１１を含む。中央シャーシは、各展開システムを構造的に支え、個々の展開システムを共通のベースプレート９２０に連結するために採用されている。明確にするために、一例の展開システム９３０を図９に示す。この組み合わされた構造／機構は、ロケットなどの発射システムの上段に統合することができる。したがって、各ペイロード／衛星ごとに１つの展開機構が含まれるように、複数の展開機構を使用していくつかのペイロードを搬送および展開することができる。
【００４３】
図９はまた、ペイロード９１０〜９１１に関連付けられている任意選択のアーム９２０〜９２１を示す。アーム９２０〜９２１を使用して、ＣｕｂｅＳａｔのレール端部に通常含まれるマイクロスイッチなどの、各ペイロードのマイクロスイッチを押し下げることができる。これらのマイクロスイッチは、ペイロードの展開が成功したことを示すために使用できる。しかし、本明細書で論じられている拡張展開機構は、アーム９２０〜９２１の使用を必要としない。特定の用途ではアームをなくすことで重量とコストを削減できる。アーム９２０〜９２１が使用されていないときにマイクロスイッチの動作を維持するために、ペイロードは、関連する突出部／レールが展開機構のフック機構またはローラ機構に挿入されたマイクロスイッチで配向されるように取り付けることができる。
【００４４】
本発明の特定の態様は、前述の開示から理解することができ、その中でも以下のものが様々な例である。
【００４５】
例１：衛星の突出部と係合して衛星をベースプレートに対して保つように構成された対向する保持部材、衛星の突出部が対向する保持部材に拘束されているときに、対向する保持部材に対して衛星に展開の力をプレロードするように構成された少なくとも１つのプッシャ要素、およびアクチュエータシステムによるトリガに応答して対向する保持部材を広げ、少なくとも展開の力を用いて衛星をベースプレートから離れるように展開するために衛星の突出部を解放するように構成される展開機構を備える、衛星展開装置。
【００４６】
例２：対向する保持部材は、衛星の突出部に連結し、対向する保持部材が広げられるときに、突出部に対して対向する保持部材を回転させることを可能にするローラ部を備える、例１に記載の衛星展開装置。
【００４７】
例３：対向する保持部材は、ベースプレートに連結されて取り付けられて、線形レールに沿ってスライドするように構成されている、例１〜２の衛星展開装置。
【００４８】
例４：対向する保持部材は、衛星の突出部が対向する保持部材によって係合されるときに、衛星の移動を少なくとも２次元で拘束する、例１〜３の衛星展開装置。
【００４９】
例５：少なくとも１つのプッシャ要素は、衛星が対向する保持部材の中へと係合されて展開の力を確立するときに、圧縮される圧縮式バネシステムを備える、例１〜４の衛星展開装置。
【００５０】
例６：展開機構が、ハンマー部材に連結されたハンマーアームを含み、ハンマー部材は引張りバネによってシア部材に対して保たれて、シア部材がアクチュエータシステムに連結されている、例１〜５の衛星展開装置。アクチュエータシステムによってトリガされると、シア部材はハンマー部材およびハンマーアームを解放する。展開機構は、ハンマーアームおよび対向する保持部材に連結され、ハンマーアームの動きに応じて対向する保持部材を動かすアクションバーをさらに含む。
【００５１】
例７：ハンマー部材およびシアはそれぞれ、関連するベアリング機構によってベースプレートに旋回可能に連結されている、例１〜６の衛星展開装置。
【００５２】
例８：アクチュエータシステムが、親ねじアクチュエータ、ボールねじアクチュエータ、リニアモータアクチュエータ、パラフィンアクチュエータ、およびソレノイドアクチュエータの少なくとも１つを備えるリニアアクチュエータを備える、例１〜７の衛星展開装置。
【００５３】
例９：衛星がＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星を含み、衛星の突出部がＣｕｂｅＳａｔのレールを含む、例１〜８の衛星展開装置。
【００５４】
例１０：衛星のレールの少なくとも一端が少なくとも１つの圧力スイッチを含み、少なくとも１つの圧力スイッチが、衛星が対向する保持部材に拘束されているときに対向する保持部材の対応する１つによって押し下げられる、例１〜９の衛星展開装置。
【００５５】
例１１：ペイロードディプロイアであって、スライド式保持部材であって、スライド式保持部材が第１の相対的な位置にあるとき、ペイロードシャーシと係合してペイロードをベースプレートに対して保つスライド式保持部材、およびアクチュエータによるシア要素のトリガに応答して、スライド式保持部材を第２の相対的な位置に動かす展開機構であって、第２の相対的な位置がペイロードシャーシを係合解除し、ペイロードをペイロードディプロイアに少なくとも挿入するのに基づいてペイロードに対して確立される少なくとも１つの展開の力を用いてペイロードをベースプレートから離れるように加速する展開機構を備える、ペイロードディプロイア。
【００５６】
例１２：スライド式保持部材が、ペイロードシャーシに連結して対向する保持部材が第２の相対的な位置に移動したときにペイロードシャーシに対してスライド式保持部材のローラ部の回転を可能にするローラ部を備える、例１１のペイロードディプロイア。
例１３：１つ以上の圧縮バネを含む少なくとも１つのプッシャプレートが、ペイロードのペイロードディプロイアへの挿入に少なくとも基づいて圧縮されて、展開の力を確立する、例１１〜１２のペイロードディプロイア。
【００５７】
例１４：スライド式保持部材が、ベースプレートに連結されている線形レールに取り付けられており、線形レールに沿ってスライドするように構成されている、例１１〜１３のペイロードディプロイア。
【００５８】
例１５：展開機構が、シア要素部材と接触して保たれているハンマー要素を含み、シア要素がアクチュエータに連結され、少なくともアクチュエータによって閾値の角度を超えて回転可能に動かされることに基づいて、シア要素は回転される、例１１〜１４のペイロードディプロイア。展開機構は、ハンマー要素およびスライド式保持部材に連結されるアクションバーをさらに含み、ハンマー要素の回転に応答してアクションバーがスライド式保持部材を線形レールに沿って第２の相対的な位置に移動する。
【００５９】
例１６：ハンマー部材およびシアがそれぞれベースプレートに旋回可能に連結されている、例１１〜１５のペイロードディプロイア。
【００６０】
例１７：アクチュエータが、親ねじアクチュエータ、ボールねじアクチュエータ、リニアモータアクチュエータ、パラフィンアクチュエータ、およびソレノイドアクチュエータの少なくとも１つを含むリニアアクチュエータを含む、例１１〜１６のペイロードディプロイア。
【００６１】
例１８：ペイロードは、１Ｕ以上のフォームファクタのＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星を含み、ペイロードシャーシは、ＣｕｂｅＳａｔフォームファクタ衛星のレールを含む、例１１〜１７のペイロードディプロイア。
【００６２】
例１９：レールの少なくとも一端が、スライド式保持部材に拘束されているレールに少なくとも基づいて、スライド式保持部材の対応する１つによって押し下げられる少なくとも１つの圧力スイッチを含む、例１１〜１８のペイロードディプロイア。
【００６３】
例２０：ペイロード展開機構を動作させる方法であって、対向する保持部材が相対的閉位置にあるときにペイロードの突出部を拘束して保つ少なくとも対向する保持部材を用いてペイロードの突出部と係合させること、および少なくとも１つのシア要素を使用して、対向する保持部材を相対的閉位置にロックすることを含む方法。方法は、作動システムによるシア要素の回転の閾値レベルに応答して、対向する保持部材を相対的開位置に広げるハンマー機構の回転をトリガすること、およびペイロードをペイロード展開メカニズムに挿入する間にペイロードに確立された少なくとも１つの展開の力を使用してペイロードを展開することを含む。
【００６４】
図面に提示された機能ブロック図、操作シナリオおよびシーケンス、ならびに流れ図は、本開示の新規な態様を実行するための例示的なシステム、環境、および方法論を表している。説明を簡単にする目的で、本明細書に含まれる方法は、機能図、操作シナリオまたはシーケンス、または流れ図の形であってもよく、一連の動作として説明されてもよいが、いくつかの動作は、それに従って、本明細書に示され説明されたものとは異なる順序でおよび／または他の動作と同時に起こり得るので、方法は動作の順序によって制限されないということを理解および認識するべきである。例えば、当業者は、方法が代替的に、状態図のように一連の相互に関連する状態または事象として表され得ることを理解および認識する。さらに、方法論に示されているすべての動作が新規の実装形態に必要とされるわけではない。
【００６５】
本明細書で論じられる様々な材料、製造方法、および推進因子は、上記の説明に従って使用される。しかし、本明細書における開示および改良は、これらの材料、製造方法、および推進因子に限定されず、適切な材料、製造方法、および推進因子の範囲にわたって適用可能であり得ることを理解されたい。したがって、本明細書に含まれる説明および図面は、当業者に最良の選択肢を作りかつ使用する方法を教示するための特定の実装形態を示す。本発明の原理を教示する目的で、いくつかの従来の態様が簡略化または省略されている。当業者は、本開示の範囲内に入るこれらの実装形態からの変形形態を認識する。当業者はまた、上述の特徴を様々な方法で組み合わせて複数の実装形態を形成することができることを認識する。
【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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【国際調査報告】
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