(57)【要約】【解決手段】本開示は、機構がコンポーネントをリリースするように命令される時まで、打ち上げ中に宇宙機の前記コンポーネントをリリース可能に共に固定するための前記機構に関する。命令があり次第、リリースに起因する極めて低い衝撃力が前に固定されていたコンポーネントに伝達され、その後、前記コンポーネントはリリースされる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構であって、
ａ）第１の対象物に取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有し、第１インターフェースと、前記第１インターフェースを超えて延びる係合部材を含むロック機構を有するアクティブハウジングと、
ｂ）第２の対象物に取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有し、前記第１インターフェースに対して相補形の第２インターフェースを有し、それと前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成して前記アクティブハウジングとの間で構造的な接続を与え、前記アクティブハウジングとの間で構造的接続が形成された場合に前記係合部材をその中に収容するように構成され、前記係合部材に対して相補形の内部構造を有するパッシブハウジングと、
を備え、
前記ロック機構は、前記構造的接続が確立されると、前記係合部材を半径方向外側に駆動して前記内部構造と物理的接触をさせ、それによって前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリをショックレスで共にロックするように構成される可逆駆動機構を有し、前記可逆駆動機構を反転すると前記係合部材を前記相補形の内部構造から物理的に係合を解放して、前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリをショックレスでお互いからリリースする機構。
【請求項２】
請求項１に記載の機構であって、
前記ロック機構は、前記アクティブハウジングに搭載される近位端を有する１対の係合部材と、前記アクティブハウジングから前記第１インターフェースを超えて延びる遠位端とを有し、
前記可逆駆動機構は、遠位端を有し、前記１対の係合部材間を移動可能で、前記パッシブアッセンブリの方に移動させられた場合、前記遠位端が前記１対の係合部材の遠位端の内面を支持し、それらを半径方向外側に駆動する可動部材を有する機構。
【請求項３】
請求項２に記載の機構であって、
前記係合部材は、少なくとも２つの弓形の細長いコレットアームと、前記アクティブハウジングに構造的に取り付けられる前記細長いコレットアームの近位端と、それに取り付けられているコレットウェッジを有する各細長いコレットアームの遠位端とを有するコレットを有し、前記コレットウェッジのそれぞれは、前記パッシブハウジングの前記内部構造と相補形の形状を有する外面を有し、
前記可動部材は、送りねじに搭載されるプランジャを有し、前記送りねじの近位端は前記プランジャを前後に可逆的に駆動するためのアクチュエータに動作可能に接続され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータの作動を制御するための制御機構に接続されるための電気的接続部を含み、前記送りねじの遠位端は前記コレットウェッジの間に位置し、前記弓形の細長いコレットアームは、前記プランジャが前記コレットウェッジと物理的に接触していない場合に、前記コレットウェッジが前記送りねじの前記遠位端の方に傾斜するように構成されており、
前記アクチュエータは、前記プランジャを前記送りねじの前記遠位端の方に前進、及びそれから後退させるように構成される機構。
【請求項４】
請求項３に記載の機構であって、
前記コレットウェッジは、前記プランジャの外面に接触する内側ウェッジ面を有し、前記パッシブハウジングの前記内部構造は、前記コレットウェッジ上の選択される外側ウェッジ面と相補形となるように設計されているウェッジ面を有し、
前記内側ウェッジ面は、前記プランジャが前記コレットウェッジを引き離す場合に、前記選択される外側ウェッジ面は前記パッシブハウジングの相補形のウェッジ面に駆動され、前記コレットウェッジを前記細長いアームの前記近位端からさらに遠ざけて、それによって前記細長いアーム内に事前選択される張力を生じさせるように前記パッシブハウジングのウェッジ面と前記外側ウェッジ面との組み合わせで選択される機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の機構であって、
前記アクティブハウジングは、共にボルト締めされるように構成される２つのアクティブハウジング部分を有し、前記２つのアクティブハウジング部分を分離する事前選択される厚さのシムを有し、前記シムの厚さは前記コレットアームに前記事前選択される張力を生成するように事前選択される機構。
【請求項６】
請求項５に記載の機構であって、
前記アクチュエータは、前記事前選択される張力をリリースし機械的衝撃の発生を防止するために十分に遅い速度で、前記プランジャを前記送りねじの前記近位端の方に移動させるように構成される機構。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の機構であって、
前記アクティブハウジングとパッシブハウジングとの間の前記構造的接続は、同一パッシブハウジング又は異なるパッシブハウジングを前記アクティブハウジングに物理的に嵌合させ、前記係合部材を前記パッシブハウジングの前記相補形の内部構造に接触させることによって復旧することができ、それによってリセット可能でショックレスなホールドダウン及びリリースの機構を与える機構。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の機構であって、
前記アクティブハウジングの遠位端に位置する前記取付け構造は、前記アクティブハウジングをリリース可能なアッセンブリの第１部分にボルト締めするためのボルト孔を有する前記アクティブハウジングの近くの周辺に延びる取付け機構を有し、
前記パッシブハウジングの前記遠位端に位置する前記取付け構造は、前記アクティブハウジングをリリース可能なアッセンブリの第２部分にボルト締めするためのボルト孔を有する前記パッシブハウジングの近くの周辺に延びる取付け機構を有する機構。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１インターフェース及び第２インターフェースは、ハースインターフェースである機構。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の機構であって、
センサシステムからのフィードバックに基づいて前記アクティブハウジング及びパッシブハウジングを調整、カップリング及び分離することに関連する全ての動作を遠隔のオペレータが制御可能にするための、前記アクティブハウジング及びパッシブハウジングのうちの一方又は両方に搭載される前記センサシステムをさらに備える機構。
【請求項１１】
請求項１０に記載の機構であって、
前記センサシステムは、カメラベースのビジョンシステム、レーダー及びＬＩＤＡＲのうちのいずれか１つ又は組み合わせを有する機構。
【請求項１２】
請求項１０に記載の機構であって、
制御システムがアラインメントを実行するために前記センサシステムを使用する、前記パッシブハウジングを前記アクティブハウジングに位置決め及び嵌合するための位置決め装置をさらに備える機構。
【請求項１３】
請求項１０に記載の機構であって、
制御システムがアラインメントを実行するために前記センサシステムを使用する、前記アクティブハウジングを前記パッシブハウジングに位置決め及び嵌合するための位置決め装置をさらに備える機構。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機で、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードである機構。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機のペイロードで、前記第２の対象物は宇宙機であり、
アクティブハウジングは、第１の対象物に自身を取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有する機構。
【請求項１６】
リセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構であって、
ａ）第１の対象物に取り付けられるように構成される取付け機構を含む遠位端を有する第１ハウジングを有し、第１インターフェース、可動部材を含む前記ハウジングに搭載されるロック機構、及び前記第１ハウジングに搭載される近位端と前記第１ハウジングから前記第１インターフェースを超えて延びる遠位端とを有する１対の係合部材を含み、前記ロック機構は、前記可動部材が前記１対の係合部材間を移動可能で、前記アクティブアッセンブリの遠位端の方に移動した場合に前記係合部材の遠位端の内面を支持し、それを半径方向外側に駆動するように構成されるアクティブハウジングアッセンブリと、
ｂ）遠位端を第２の対象物に取り付けるように構成される取付け機構を含む遠位端を有する第２ハウジングを有し、前記第２ハウジングは、前記第１インターフェースと相補形の第２インターフェースを有し、それと前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成して前記第１ハウジングと第２ハウジングの間に構造的接続を与え、前記第１及び第２ハウジングが構造的に接続された場合に、前記可動部材の前記第２ハウジングの方向への移動により前記係合部材は半径方向外側に駆動されて前記相補形の内部ハウジング構造と物理的に接触し、それによってショックレスに前記アクティブハウジングアッセンブリ及びパッシブハウジングアッセンブリを共にロックし、前記可動部材を前記第２ハウジングから離れるように後退させると、前記係合部材は前記相補形の内部ハウジング構造から物理的に解放されてショックレスに前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリを共にリリースするように、前記第２ハウジングが前記可動部材による係合に先立ち前記係合部材の前記遠位端を収容するように構成され、前記係合部材の遠位端の外面と相補形の内部構造を有する前記パッシブハウジングアッセンブリと、
を備える機構。
【請求項１７】
請求項１６に記載の機構であって、
前記係合部材は、少なくとも２つの弓形の細長いコレットアームと、前記アクティブハウジングに構造的に取り付けられる前記細長いコレットアームの近位端と、それに取り付けられているコレットウェッジを有する各細長いコレットアームの遠位端とを有するコレットを有し、前記コレットウェッジのそれぞれは、前記パッシブハウジングの前記内部構造と相補形の形状を有する外面を有し、
前記可動部材は、送りねじに搭載されるプランジャを有し、前記送りねじの近位端は前記プランジャを前後に可逆的に駆動するためのアクチュエータに動作可能に接続され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータの作動を制御するための制御機構に接続されるための電気的接続部を含み、前記送りねじの遠位端は前記コレットウェッジの間に位置し、前記弓形の細長いコレットアームは、前記プランジャが前記コレットウェッジと物理的に接触していない場合に、前記コレットウェッジが前記送りねじの前記遠位端の方に傾斜するように構成されており、
前記アクチュエータは、前記プランジャを前記送りねじの前記遠位端の方に前進、及びそれから後退させるように構成される機構。
【請求項１８】
請求項１７に記載の機構であって、
前記コレットウェッジは、前記プランジャの外面に接触する内側ウェッジ面を有し、前記パッシブハウジングの前記内部構造は、前記コレットウェッジ上の選択される外側ウェッジ面と相補形となるように設計されているウェッジ面を有し、
前記内側ウェッジ面は、前記プランジャが前記コレットウェッジを引き離す場合に、前記選択される外側ウェッジ面は前記パッシブハウジングの相補形のウェッジ面に駆動され、前記コレットウェッジを前記細長いアームの前記近位端からさらに遠ざけて、それによって前記細長いアーム内に事前選択される張力を生じさせるように前記パッシブハウジングのウェッジ面と前記外側ウェッジ面との組み合わせで選択される機構。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の機構であって、
前記アクティブハウジングは、共にボルト締めされるように構成される２つのアクティブハウジング部分を有し、前記２つのアクティブハウジング部分を分離する事前選択される厚さのシムを有し、前記シムの厚さは前記コレットアームに前記事前選択される張力を生成するように事前選択される機構。
【請求項２０】
請求項１９に記載の機構であって、
前記アクチュエータは、前記事前選択される張力をリリースし機械的衝撃の発生を防止するために十分に遅い速度で、前記プランジャを前記送りねじの前記近位端の方に移動させるように構成される機構。
【請求項２１】
請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載の機構であって、
前記構造的接続は、同一パッシブハウジング又は異なるパッシブハウジングを前記アクティブハウジングに物理的に嵌合させ、前記係合部材を前記パッシブハウジングの前記相補形の内部構造に接触させることによって復旧することができ、それによってリセット可能でショックレスなホールドダウン及びリリースの機構を与える機構。
【請求項２２】
請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載の機構であって、
前記アクティブハウジングの前記取付け機構は、前記アクティブハウジングを前記第１の対象物にボルト締めするためのボルト孔を有する前記アクティブハウジング周りの周辺に延びる環状フランジを有し、
前記パッシブハウジングの前記遠位端に位置する前記取付け機構は、前記アクティブハウジングを前記第２の対象物にボルト締めするためのボルト孔を有する前記アクティブハウジング周りの周辺に延びる環状フランジを有する機構。
【請求項２３】
請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１インターフェース及び第２インターフェースはハースインターフェースである機構。
【請求項２４】
請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機で、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードである機構。
【請求項２５】
請求項１６乃至２４のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機のペイロードで、前記第２の対象物は宇宙機である機構。
【請求項２６】
駆動型のリセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構であって、
ａ）第１の対象物にそれを取り付けるための取付け機構を有する遠位端と第１インターフェースとを有するアクティブハウジングを有し、近位端が構造的に前記アクティブハウジングと係合しており、遠位端はそれに取り付けられるコレットウェッジを有する少なくとも２つの弓型の細長いアームを有するコレットと、
それと係合するプランジャを有する送りねじと、アクチュエータの動作を制御するための制御機構に接続されるために電気的接続部を有する前記アクチュエータとを有し、前記送りねじの近位端は前記アクチュエータに作動可能に接続され、前記送りねじの遠位端は前記コレットウェッジの間に位置し、前記弓型の細長いアームは前記コレットウェッジが前記送りねじの前記遠位端の方に傾斜するように構成されるアクティブハウジングアッセンブリと、
ｂ）第２の対象物に取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有し、第２インターフェースを有し、それと前記アクティブハウジングアッセンブリ上の前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成し、前記第１インターフェースと第２インターフェースが互いに嵌合して前記アクティブハウジングとの間に構造的接続を与え、前記コレットウェッジと相補形の内部構造を有するパッシブハウジングを含むパッシブハウジングアッセンブリと、
を備え、
ｃ）前記パッシブハウジングアッセンブリは、前記プランジャが前記パッシブハウジングアッセンブリの方に駆動されると、前記プランジャは前記コレットウェッジと係合し、コレットウェッジを半径方向外側に駆動して内部ハウジング構造と物理的に接触させ、係合すると、前記アクチュエータは移動を停止し、それによって前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリをショックレスに共にロックし、前記プランジャを前記パッシブハウジングアッセンブリから離して後退させることによってショックレスに前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリがリリースされるように構成される前記内部ハウジング構造を有する機構。
【請求項２７】
請求項２６に記載の機構であって、
前記コレットウェッジは、前記プランジャの外面に接触する内側ウェッジ面を有し、前記パッシブハウジングの前記内部構造は、前記コレットウェッジ上の選択される外側ウェッジ面と相補形となるように設計されているウェッジ面を有し、
前記内側ウェッジ面は、前記プランジャが前記コレットウェッジを引き離す場合に、前記選択される外側ウェッジ面は前記パッシブハウジングの相補形のウェッジ面に駆動され、前記コレットウェッジを前記細長いアームの前記近位端からさらに遠ざけて、それによって前記細長いアーム内に事前選択される張力を生じさせるように前記パッシブハウジングのウェッジ面と前記外側ウェッジ面との組み合わせで選択される機構。
【請求項２８】
請求項２６に記載の機構であって、
前記アクチュエータは、前記事前選択される張力をリリースし機械的衝撃の発生を防止するために十分に遅い速度で、前記プランジャを前記送りねじの前記近位端の方に移動させるように構成される機構。
【請求項２９】
請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の機構であって、
前記構造的接続は、同一又は異なるパッシブハウジングを前記アクティブハウジングアッセンブリに物理的に嵌合させ、前記コレットウェッジを前記パッシブハウジングの前記内部に接触させることによって復旧することができ、それによってリセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構を与える機構。
【請求項３０】
請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載の機構であって、
前記ハウジングは、共にボルト締めされるように構成される２つのハウジング部分から作製されており、前記２つのハウジング部分を分離する事前選択される厚さのシムを有し、前記シムの厚さはコレットアームに前記事前選択される張力を生成するために事前選択される機構。
【請求項３１】
請求項２６乃至３０のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１インターフェース及び第２インターフェースはハースインターフェースである機構。
【請求項３２】
請求項２６乃至３１のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機で、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードである機構。
【請求項３３】
請求項２６乃至３１のいずれか１項に記載の機構であって、
前記第１の対象物は宇宙機のペイロードで、前記第２の対象物は宇宙機である機構。
【請求項３４】
リリース可能なアッセンブリをリセット可能でショックレスに嵌合及び分離する方法であって、
ａ）第１インターフェースを有する遠位端と前記第１インターフェースを超えて延びる、自身に搭載される係合部材を有し、前記係合部材を横方向外側に移動させるように構成される可逆ロック機構とを有するアクティブハウジングを第１の対象物に取り付ける工程と、
ｂ）前記第１インターフェースと相補形の第２のインターフェースを有する遠位端を有して、それと前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成し、前記アクティブハウジングとの間で構造的な接続を与え、構造的な接続が前記アクティブハウジングとの間で形成される場合に前記係合部材を自身の中に収容するように構成され、前記係合部材と相補形の内部構造を有するパッシブハウジングを第２の対象物に取り付ける工程と、
ｃ）前記係合部材が前記パッシブハウジングの内に位置するように、前記アクティブハウジングとパッシブハウジングを調整して前記アクティブハウジングとパッシブハウジングとの間に構造的接続を形成する工程と、
ｄ）前記係合部材が前記内部ハウジング構造と物理的に接触する場合に、前記アクティブハウジングとパッシブハウジングがショックレスに共にロックされるように、前記係合部材を半径方向外側に移動させて前記係合部材と相補形の前記パッシブハウジングの前記内部ハウジング構造と物理的に係合するように前記可逆ロック機構を作動させる工程と、
ｅ）前記アクティブハウジングとパッシブハウジングをリリースすることが望ましい場合に、前記係合部材を前記内部ハウジング構造との物理的接触から離して内側に移動させ、それによってショックレスに前記アクティブハウジング及び前記パッシブハウジングをリリースするために前記可逆ロック機構を作動させる工程と、
を備える方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、
前記ロック機構は、前記構造的接続が確立されると、前記係合部材を半径方向外側に駆動して前記内部構造と物理的に接触させ、それによって前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリを互いにショックレスにロックするように構成される可逆駆動機構を有し、前記駆動機構を逆転すると、前記係合部材は前記相補形の内部ハウジング構造から物理的に解放され、前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリはショックレスに互いにリリースされる方法。
【請求項３６】
請求項３４又は３５に記載の方法であって、
前記第１の対象物は宇宙機で、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードである方法。
【請求項３７】
請求項３４又は３５に記載の方法であって、
前記第１の対象物は宇宙機のペイロードで、前記第２の対象物は宇宙機である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、打ち上げ中に、宇宙機のコンポーネントをリリースするように機構が命令されるまで、そのコンポーネントをリリース可能に一緒に固定するためのリセット可能な機構に関する。命令があり次第、次に、それまで固定されていたコンポーネントに対してリリースに起因する極めて小さい衝撃力が伝達されて、コンポーネントはリリースされる。
【背景技術】
【０００２】
あらゆる宇宙機の打ち上げ時には、宇宙空間にペイロードを実際に加速する荷重に加えて、バス構造と取り付けられている全ての要素にかなり大きな荷重が引き起こされる。これらには、音圧、不規則振動、横力及びねじり力が含まれ、通例では、組み合わさって、また宇宙機とそれのあらゆるサブコンポーネントに対する重要なデザインドライバーとなるに足りる大きさで作用する。宇宙機のコンポーネントは、アンテナアレイ、ポインティング機構、太陽電池アレイ、展開可能マスト等を含むがこれに限定されないが、その機能のために、打ち上げ後それらのコンポーネントの移動又は再配置を必要とし、同時に、上記に挙げた打ち上げ荷重に耐えるために設計された打ち上げ構成に固定され、次に、その機能を首尾よく果たすことができるように、一旦軌道に乗ると、正常にリリースできなければならない。
【０００３】
打ち上げ中これらの可動コンポーネントを固定する装置は、総称的に、ホールドダウン及びリリース機構（ＨＤＲＭ）と呼ばれる。可動コンポーネントを固定する機能の一部として、ホールドダウン及びリリース機構は、通例、固定されるコンポーネントの構造的一体性の重要な部分も形成し、また、既知の剛性と強度を有する宇宙機本体への接続を提供し、固定されるコンポーネントがその既知の能力をベースに設計されることを可能にする。ＨＤＲＭを変化する荷重とトルクに耐えることができるようにすることによって、可動コンポーネントをより効率的に設計することを可能にし、そうすることによって、宇宙機の全体の質量を低減し、宇宙機所有者／オペレータに対して大きな利益を提供する。
【０００４】
最初の宇宙機飛行以来、様々な種類のＨＤＲＭが利用されてきており、それが宇宙機の構造の重要な部分を形成するので、可動コンポーネントと残りの宇宙機の部分との間の接続部は、通例、ＨＤＲＭ内の主荷重分担コンポーネント内に「プリロード」と呼ばれる、通例、かなり大きな張力の形をとる相当な荷重を受ける。宇宙機本体から可動コンポーネントをリリースすることに影響を及ぼすものとして、２つを接続するこの張力を取り除くことが含まれる。実際に、全ての既存のＨＤＲＭ装置は、極めて迅速に、ほんの一瞬で、この接続する張力をリリースする、その結果、宇宙機とリリースされたコンポーネントの両方に対してかなり大きな機械的衝撃が加わる。極めて壊れやすい又は繊細な宇宙機のサブシステムに対して、これらの衝撃は性能を悪化させる恐れがあり、これらの衝撃が引き起こす恐れがある損傷を制限するための軽減技術が必要とされる。通例では、これらの軽減技術は構造をより堅牢にすることを含み、一方において、それが、質量を増し、宇宙機の性能を低下及び／又は打ち上げ費用を増大させる結果となる。
【０００５】
さらに、大半の既存のＨＤＲＭは、破損し又はリリースプロセスの一部として溶け落ちる部品を一部含む設計に起因して消耗可能な要素を有する。このことにより、次に、宇宙機全体の設計を確証するために必要とされる、打ち上げに先立つ必須のリリースサイクルのテストを含めて、各リリースサイクルの後、ＨＤＲＭの一部の部品を交換することが必要となる。実際に最も重要な部分が実際には全くテストされていないという事実が、打ち上げ後に行われるリリースの信頼をさらに低下させる。これらのシステムでは、飛行に先立ち、打ち上げられる機構の全ての部分を実際にテストすることは不可能である。ＨＤＲＭの少なくとも一つのサブコンポーネントは新規であり、宇宙での最初の（そしてしばしば唯一の）リリースの時にテストされていない。
【０００６】
現在、固定された可動の宇宙機用コンポーネントをリリースし、宇宙機とリリースされるコンポーネントとの間の構造的接続を提供し、ほぼゼロに近い衝撃でコンポーネントをリリースし、並びに新規の消耗可能なサブコンポーネントを必要としない完全にリセット可能なＨＤＲＭ機構はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は２つのアイテムを構造的にかつリリース可能に共に固定し、命令があり次第、リリースされるアイテムのいずれにも機械的衝撃を与えないようにして２つのアイテムをリリースする機構に関する。本明細書中に開示されるＨＤＲＭ機構は、駆動型のリセット可能なショックレス（ＡＲｅＳ）ＨＤＲＭと呼ばれるが、くさび（ウェッジ）の原理を用いて、繰り返して再設定でき、また消耗型サブコンポーネントを有しない、構造上、事実上ショックレスなリリース機構を提供する。
【０００８】
本明細書中に開示される実施形態は、さもなければ宇宙機の可動コンポーネントを、その宇宙機の非可動の本体にリリース可能に固定するための機構を提供する。本発明は、スライディングくさびの原理を用いて、アクチュエータ駆動インターフェイシングウェッジが、２つのアイテム間の必要な構造的接続だけでなく、いずれの部品にも機械的衝撃荷重を与えないようにして２つの部品間の前記構造的接続、あるいはプリロードをリリースできる仕方も提供することができる方法を開示する。さらに、アクチュエータ駆動ウェッジを使用すると、いかなるリリース動作中においても、ＨＤＲＭのいかなるコンポーネントの損傷、破損又は消耗も必要とされない。このことは、実際の宇宙での作動であるプリロードのリリースのために使用される全く同一のコンポーネントを作動に先立ちテストすることができ、信頼性を大幅に向上し、常に重要な作動である作動に対するリスクを低減することを意味する。リリースに失敗すると、衛星はずっと作動できなくなる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書中に開示される機構には、前記プリロードのリリース後、部品を互いに物理的に配置する動作だけで、前記プリロードされた状態に前記機構を再設定する能力が本来備わっており、前記プリロードをリリースするために必要とされる方向と反対の方向にアクチュエータを回転させる電動機能に依存する。これにより、前記機構の最初のリリース動作に先立ち重要な便益が提供されるだけでなく、前に共に固定されたアイテムを、繰り返して、しかも最初のリリースの前と同一レベルの構造的接続で、再び共に固定できる動作を可能にする。
実施形態において、リセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構が提供され、
ａ）第１の対象物に取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有し、第１インターフェースと、前記第１インターフェースを超えて延びる係合部材を含むロック機構を有するアクティブハウジングと、
ｂ）第２の対象物に取り付けるための取付け機構を含む遠位端を有し、前記第１インターフェースに対して相補形の第２インターフェースを有し、それと前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成して前記アクティブハウジングとの間で構造的な接続を与え、前記アクティブハウジングとの間で構造的接続が形成された場合に前記係合部材をその中に収容するように構成され、前記係合部材に対して相補形の内部構造を有するパッシブハウジングと、
を備え、
前記ロック機構は、前記構造的接続が確立されると、前記係合部材を半径方向外側に駆動して前記内部構造と物理的接触をさせ、それによって前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングのアッセンブリをショックレスで共にロックするように構成される可逆駆動機構を有し、前記駆動機構を反転すると前記係合部材を前記相補形の内部ハウジング構造から物理的に係合を解放して、前記アクティブハウジングのアッセンブリ及び前記パッシブハウジングのアッセンブリをショックレスでお互いからリリースする。
【００１０】
前記ロック機構は、前記アクティブハウジングに搭載される近位端を有する１対の係合部材と、前記アクティブハウジングから前記第１インターフェースを超えて延びる遠位端とを有してもよく、
前記可逆駆動機構は、遠位端を有し、前記１対の係合部材間を移動可能で、前記パッシブアッセンブリの方に移動させられた場合、前記遠位端が前記１対の係合部材の遠位端の内面を支持し、それらを半径方向外側に駆動する可動部材を有する。
【００１１】
前記係合部材は、少なくとも２つの弓形の細長いコレットアームと、前記アクティブハウジングに構造的に取り付けられる前記細長いコレットアームの近位端と、それに取り付けられているコレットウェッジを有する各細長いコレットアームの遠位端とを有するコレットを有してもよく、前記コレットウェッジのそれぞれは、前記パッシブハウジングの前記内部構造と相補形の形状を有する外面を有し、
前記可動部材は、送りねじに搭載されるプランジャを有し、前記送りねじの近位端は前記プランジャを前後に可逆的に駆動するためのアクチュエータに動作可能に接続され、前記アクチュエータは、前記アクチュエータの作動を制御するための制御機構に接続されるための電気的接続部を含み、前記送りねじの遠位端は前記コレットウェッジの間に位置し、前記弓形の細長いコレットアームは、前記プランジャが前記コレットウェッジと物理的に接触していない場合に、前記コレットウェッジが前記送りねじの前記遠位端の方に傾斜するように構成されており、
前記アクチュエータは、前記プランジャを前記送りねじの前記遠位端の方に前進、及びそれから後退させるように構成される。
【００１２】
前記コレットウェッジは、前記プランジャの外面に接触する内側ウェッジ面を有してもよく、前記パッシブハウジングの前記内部構造は、前記コレットウェッジ上の選択される外側ウェッジ面と相補形となるように設計されているウェッジ面を有してもよく、
前記内側ウェッジ面は、前記プランジャが前記コレットウェッジを引き離す場合に、前記選択される外側ウェッジ面は前記パッシブハウジングの相補形のウェッジ面に駆動され、前記コレットウェッジを前記細長いアームの前記近位端からさらに遠ざけて、それによって前記細長いアーム内に事前選択される張力を生じさせるように前記パッシブハウジングのウェッジ面と前記外側ウェッジ面との組み合わせで選択される。
【００１３】
前記アクティブハウジングは、共にボルト締めされるように構成される２つのアクティブハウジング部分を有してもよく、前記２つのアクティブハウジング部分を分離する事前選択される厚さのシムを有し、前記シムの厚さは前記コレットアームに前記事前選択される張力を生成するように事前選択されてもよい。前記アクチュエータは、前記事前選択される張力をリリースし機械的衝撃の発生を防止するために十分に遅い速度で、前記プランジャを前記送りねじの前記近位端の方に移動させるように構成されてもよい。
【００１４】
前記アクティブハウジングとパッシブハウジングとの間の前記構造的接続は、同一パッシブハウジング又は異なるパッシブハウジングを前記アクティブハウジングに物理的に嵌合させ、前記係合部材を前記パッシブハウジングの前記相補形の内部構造に接触させることによって復旧することができ、それによってリセット可能でショックレスなホールドダウン及びリリースの機構を与える。
【００１５】
前記アクティブハウジングの遠位端に位置する前記取付け構造は、前記アクティブハウジングを前記リリース可能なアッセンブリの前記第１部分にボルト締めするためのボルト孔を有する前記アクティブハウジングの近くの周辺に延びる取付け機構を有してもよく、そして
前記パッシブハウジングの前記遠位端に位置する前記取付け構造は、前記アクティブハウジングを前記リリース可能なアッセンブリの前記第２部分にボルト締めするためのボルト孔を有する前記パッシブハウジングの近くの周辺に延びる取付け機構を有する。
【００１６】
第１インターフェースと第２インターフェースは、ハースインターフェースであってもよい。
【００１７】
前記機構は、センサシステムからのフィードバックに基づいて前記アクティブハウジング及びパッシブハウジングを調整、カップリング及び分離することに関連する全ての動作を遠隔のオペレータが制御可能にするための、前記アクティブハウジング及びパッシブハウジングのうちの一方又は両方に搭載される前記センサシステムをさらに備えてもよい。前記センサシステムは、カメラベースのビジョンシステム、レーダー及びＬＩＤＡＲのうちのいずれか１つ又は組み合わせを有する。
【００１８】
前記機構は、制御システムがアラインメントを実行するために前記センサシステムを使用する、前記パッシブハウジングを前記アクティブハウジングに位置決め及び嵌合するための位置決め装置をさらに備えてもよい。
【００１９】
前記機構は、制御システムがアラインメントを実行するために前記センサシステムを使用する、前記アクティブハウジングを前記パッシブハウジングに位置決め及び嵌合するための位置決め装置をさらに備えてもよい。
【００２０】
前記第１の対象物は宇宙機であってもよく、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードである、又は、代わりに前記第１の対象物は宇宙機のペイロードで、前記第２の対象物は宇宙機である。
実施形態において、リリース可能なアッセンブリをリセット可能でショックレスに嵌合及び分離する方法が提供され、
ａ）第１インターフェースを有する遠位端と前記第１インターフェースを超えて延びる、自身に搭載される係合部材を有し、前記係合部材を横方向外側に移動させるように構成される可逆ロック機構とを有するアクティブハウジングを第１の対象物に取り付ける工程と、
ｂ）前記第１インターフェースと相補形の第２のインターフェースを有する遠位端を有して、それと前記第１インターフェースとの間でカップリングを形成し、前記アクティブハウジングとの間で構造的な接続を与え、また構造的な接続が前記アクティブハウジングとの間で形成される場合に前記係合部材を自身の中に収容するように構成され、前記係合部材と相補形の内部構造を有するパッシブハウジングを第２の対象物に取り付ける工程と、
ｃ）前記係合部材が前記パッシブハウジングの内に位置するように、前記アクティブハウジングとパッシブハウジングを調整して前記アクティブハウジングとパッシブハウジングとの間に構造的接続を形成する工程と、
ｄ）前記係合部材が前記内部ハウジング構造と物理的に接触する場合に、前記アクティブハウジングとパッシブハウジングがショックレスに共にロックされるように、前記係合部材を半径方向外側に移動させて前記係合部材と相補形の前記パッシブハウジングの前記内部ハウジング構造と物理的に係合するように前記可逆ロック機構を作動させる工程と、
ｅ）前記アクティブハウジングとパッシブハウジングをリリースすることが望ましい場合に、前記係合部材を前記内部ハウジング構造との物理的接触から離して内側に移動させ、それによってショックレスに前記アクティブハウジングとパッシブハウジングをリリースするために前記可逆ロック機構を作動させる工程と、
を備える。
【００２１】
前記ロック機構は、前記構造的接続が確立されると、前記係合部材を半径方向外側に駆動して前記内部構造と物理的に接触させ、それによって前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリを互いにショックレスにロックするように構成される可逆駆動機構を有してもよく、前記駆動機構を逆転すると、前記係合部材は前記相補形の内部ハウジング構造から物理的に解放され、前記アクティブハウジングアッセンブリ及び前記パッシブハウジングアッセンブリはショックレスに互いにリリースされる。
【００２２】
前記第１の対象物は宇宙機であってもよく、前記第２の対象物は宇宙機のペイロードであってもよい、又は代わりに前記第１の対象物は宇宙機のペイロードであってもよく、前記第２の対象物は宇宙機であってもよい。
【００２３】
以下の詳細な説明と図面を参照することにより、本開示の機能上の及び有利な態様に関するさらなる理解を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
打ち上げ中に宇宙機のコンポーネントをリリース可能に固定するための機構に関する実施形態を、ほんの一例として、図面を参照して説明する。
【図１】本開示に従って構成される駆動型のリセット可能でショックレスなホールドダウンとリリースの機構の実施形態の等尺性外観図である。
【図２】図１の矢印２に沿った図１の前記機構の上面図である。
【図３】前記機構の内部構造を示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図４】前記機構のさらなる詳細を示す図２の４‐４線に沿った断面図である。
【図５】図４の５‐５線に沿った断面図である。
【図６】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図６Ａ】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図６Ｂ】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図６Ｃ】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図６Ｄ】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図６Ｅ】前記機構の動作のシーケンスを示す図２の３‐３線に沿った断面図である。
【図７】図３の細部７の拡大図である。
【図８】Ｚ軸がアクティブハウジング２１０の軸に沿って位置し、Ｘ軸及びＹ軸と互いに直交する座標系である。
【図９】アーミング状態の状態にあるコレットの等角図である
【図１０】図２の４‐４線に沿った代替実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示の様々な実施形態と態様について、下記に述べる詳細を参照して説明する。以下の説明と図面は本開示の例示であって本開示を限定するものとして解釈されるべきでない。図面は必ずしも原寸に比例していない。本開示の様々な実施形態の完全な理解を提供するために多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、場合によっては、本開示の実施形態の簡潔な記述を提供するために、周知又は従来の詳細は説明されない。
【００２６】
本明細書中で使用されるように、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」と「を備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、包括的でオープンエンドであり、排他的でないと解釈されるべきである。具体的には、請求項を含めて本明細書において使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」と「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及びそれの変化形は具体的な機構、工程又はコンポーネントが含まれることを意味する。これらの用語はその他の機構、工程又はコンポーネントの存在を除外すると解釈されるべきではない。
【００２７】
本明細書中で使用されるように、用語「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、「例、実例又は例証として役割を果たす」という意味であり、本明細書中に開示されたその他の構成を上回って好ましい又は有益であると解釈されるべきではない。
【００２８】
本明細書中で使用されるように、用語「約（ａｂｏｕｔ）」と「大体（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」は、粒子の寸法の範囲、混合物の組成あるいはその他の物理的性質又は特性に関連して用いられる場合、平均して大半の寸法は満たされるが統計的にはその範囲外に寸法が存在する可能性がある実施形態を除外しないために、寸法の範囲の上限と下限に存在する可能性があるわずかなバリエーションをカバーすることを意図する。そのような実施形態を本開示から除外することを意図していない。
【００２９】
以下は、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭの好適な実施形態の説明である。付加的な実施形態も説明する。
【００３０】
図１は、パッシブハウジング３００、アクティブハウジングアッセンブリ２００、及び取付け孔３０１と２１１を示すＡＲｅＳ  ＨＤＲＭ１００の等尺性外観図を示す。アクティブハウジングアッセンブリ２００の可視コンポーネントは、アクティブハウジング２１０、プリロードシム２２０、コレット２３０、軸受ハウジング２４０及びアクチュエータアッセンブリ２５０を含む。図２は、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭ１００の上面図を示す。
【００３１】
図３は、パッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００のさらなる詳細を示す図２の３‐３線に沿った断面図を示す。図３は、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭ１００による２つの対象物１１０と１２０の接続方法も示す（図１参照）。アクティブハウジングアッセンブリ２００の可視コンポーネントは、アクティブハウジング２１０、プリロードシム２２０、コレット２３０、軸受ハウジング２４０、アクチュエータアッセンブリ２５０、軸受２６０、送りねじ２７１、軸受ワッシャ２７２、ファスナー２５３、軸受リテーナ２７３及びプランジャ２８０を含む。アクチュエータアッセンブリ２５０は、アクチュエータプレート２５１、及びアクチュエータ２５２を含む。本図は、また、取付け機構３１０によってその対象物１１０に取り付けられたパッシブハウジング３００及び取付け機構２０５によってその対象物１２０に取り付けられたアクティブハウジング２１０も示す。ＡＲｅＳの１つの提案される使用において、対象物１１０は、宇宙機である対象物１２０にリリース可能かつリセット可能に固定されるペイロードである。ＡＲｅＳの別の応用例において、対象物１１０は宇宙機で、対象物１２０は、ＡＲｅＳにリリース可能かつリセット可能なように接続できるペイロードである。対象物１１０は、個別のファスナー（ボルト）、ねじ付きインターフェース、溶接、一体加工等の様々な方法のうちの１つを用いて取付け機構３１０においてパッシブハウジング３００に接続されてもよい。同様にして、対象物１２０は、同じ様々な締結技法のうちの１つを用いて取付け機構２０５においてアクティブハウジング２１０に接続されてもよい。
【００３２】
取付け機構は、それが取り付けられている対象物上の取付け機構に対応する孔と合う、自身を通過して延びる孔を有する環状フランジであってもよいことに留意されたい。
【００３３】
図４は、パッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００のさらなる詳細を示す図２の４‐４線に沿った断面図を示す。アクティブハウジングアッセンブリの可視コンポーネントは、アクティブハウジング２１０、プリロードシム２２０、コレット２３０、軸受ハウジング２４０、アクチュエータアッセンブリ２５０、軸受２６０、送りねじ２７１、軸受ワッシャ２７２、ファスナー２４５、軸受リテーナ２７３、プランジャガイド２８５及びプランジャ２８０を含む。アクチュエータアッセンブリ２５０は、アクチュエータプレート２５１、アクチュエータ２５２及びアクチュエータハーネス２５４含む。パッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００との間のインターフェースは５０５で示される。
【００３４】
図５は、プランジャガイド２８５が、どのようにプランジャ２８０に接続され、アクティブハウジング２１０の溝２１５の中を延び、及びコレット２３０の両側に設置されているかを示す図４の５‐５線に沿った断面図を示す。
【００３５】
図６乃至図６Ｅは、取付け機構３１０によって対象物１１０に取り付けられたパッシブハウジング３００、アクティブハウジングアッセンブリ２００、取付け機構２０５によって対象物１２０に取り付けられたアクティブハウジング２１０、プリロードシム２２０、コレット２３０、コレットウェッジ２３５、コレットアーム５０４、軸受ハウジング２４０、アクチュエータプレート２５１及びアクチュエータ２５２、軸受２６０、送りねじ２７１、プランジャ２８０、インターフェース５０５、接触点５０３、及び接触面５０２を示す機構の動作のシーケンスを説明する図２の３‐３線に沿った断面図を示す。本図は、また、ＨＤＲＭがアーミング状態の状態（図３参照）にある場合に構造的に固定されることに比べて、ＨＤＲＭがリリース状態にある場合に、パッシブハウジング３００からアクティブハウジングアッセンブリ２００を分離すると、２つの対象物１１０と１２０を分離することができるようにどのように作用するかも説明する。
【００３６】
図７は、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭが完全な構造的プリロードを達成した場合におけるプランジャ２８０、送りねじ２７１、及びパッシブハウジング３００の間の相互作用を示す図３の詳細７の拡大図を示す。本図は接触面５０２、接触点５０３及びウェッジ角５０１を示す。
【００３７】
図８は、Ｚ軸がアクティブハウジング２１０の軸に沿って位置し、またＸ軸とＹ軸に互いに直交する座標系を示す。Ｚ軸周りのＸ軸とＹ軸の方向は概念的であり、本機構の動作にとって重要ではない。
【００３８】
図９は、説明目的のためにコレット２３０のみの等角図を示す。コレットアーム５０４は、本機構が「配備された状態」にあるかのようにまっすぐな配置で示されている。コレットウェッジ２３５及び接触面５０２と５０６も見ることができる。
【００３９】
図１０は、別の実施形態を示し、パッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００を含む別の実施形態の機構の詳細を示す図４の繰り返しである。アクティブハウジングアッセンブリの可視コンポーネントは、アクティブハウジング２１０、プリロードシム２２０、コレット２３０、軸受ハウジング２４０、アクチュエータアッセンブリ２５０、軸受２６０、送りねじ２７１、軸受ワッシャ２７２、ファスナー２４５、軸受リテーナ２７３、プランジャガイド２８５及びプランジャ２８０を含む。アクチュエータアッセンブリ２５０は、アクチュエータハウジング６００、アクチュエータ２５２、アクチュエータハーネス２５４、航空電子制御盤６０１、及びコネクタ６０２を含む。別の実施形態は、また、アーミング状態のスイッチ面６０３、アーミング状態のスイッチサポート６０４、アーミング状態のスイッチコンタクト６０７、リリース状態のスイッチ面６０５、リリース状態のスイッチサポート６０６、リリース状態のスイッチコンタクト６０８、アーミング状態のスイッチハーネス６０９及びリリース状態のスイッチハーネス６１０も含む。
動作の方法
【００４０】
本明細書中に開示されたＡＲｅＳ  ＨＤＲＭ装置は、くさびの原理を使用して、本機構の各部分に散りつけられたアイテムを適切に支持するために必要な所望の構造的プリロードだけでなく、本機構の動作において損傷、変更又は消耗される部品はないので、再利用性と信頼性の向上を可能にすることも達成する。
【００４１】
ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭは、２つの対象物１１０と１２０を、リリース可能かつリセット可能に、互いに構造的に接続することができるように使用され、ＨＤＲＭの各部分は対象物１１０又は１２０のどちらかに取り付けられる。本機構の２つの部分をリリースするために、そしてそれによって２つの対象物１１０と１２０をリリースするために、それらは最初に互いに適切に取り付けられ、所望のプリロード張力が、ＨＤＲＭ１００を通して印加される必要な荷重を支えるコレット２３０で達成されなければならない。図６に示されるように、パッシブハウジング３００はアクティブハウジングアッセンブリ２００からの分離を開始する。この構成において、ＨＤＲＭ１００の状態はリリース状態のであると定義される。２つのハウジング２００と３００は、この時点でリリースされるアイテムに取り付けられていてもよい又はＨＤＲＭ１００がプリロード又はアーミング状態の後にそれらのアイテムに固定されてもよい。孔３０１と２１０（図１参照）は、本機構を、リリース可能に取り付けられる２つのアイテムに取り付けるために設けられる。当該説明を明確にするために、プリロードされたＨＤＲＭ１００は、プリロードが達成された後で、リリースされるアイテムに取り付けられると想定する。プリロードが、リリースされる２つのアイテムにＨＤＲＭ１００が取り付けられる前又は後に達成されるかどうかは、動作のシーケンスに影響を及ぼさない。
ステップ１
【００４２】
図６は、接続される前の本機構の２つの部品を示す。取付け機構３１０によってそれの対象物１１０に取り付けられたパッシブハウジング３００は、取付け機構２０５によってそれの対象物１２０に取り付けられたアクティブハウジング２１０を有するアクティブハウジングアッセンブリ２００から完全に分離している。全ての部品は完全に「分離された」状態にある。
ステップ２
【００４３】
ＨＤＲＭ１００をプリロードする第１ステップ最初のステップでは、嵌合インターフェース５０５でパッシブハウジング３００をアクティブハウジングアッセンブリ２００に接触させる（図６Ａ参照）。この時点では、アクチュエータ２５２は送りねじ２７１を全く回転していない。本実施形態において、インターフェース５０５は、ハースカップリングで、回転荷重と面内荷重に応答することが可能である。これらのカップリングは当業者にとって周知である。異なる実施形態ではハースカップリングインターフェースを異なるインターフェースに取り替えており、下記で説明する。
ステップ３
【００４４】
アクチュエータ２５２は、アクチュエータ駆動軸２５３を介して送りねじ２７１に取り付けられ、送りねじはプランジャ２８０にねじ込まれている。アクチュエータ２５２は、それがプランジャ２８０をパッシブハウジング３００の方に前進させるように送りねじ２７１を回転させる。図６Ｂは、ちょうど２つの接触点５０３でコレットウェッジ２３５に接触しているプランジャ２８０と移動前のコレットウェッジ２３５を示す。リリース状態において、コレットアーム５０４は、コレットウェッジ２３５がパッシブハウジング３００の内径から離れるように内側に湾曲している。
【００４５】
送りねじ２７１は、特定の用途に対してより有利となるボールねじ又はラックとピニオン等の、回転運動を直線運動に変換するために使用される他の装置に交換されてもよいことが理解される。さらに、アクチュエータ２５２は、命令時に回転運動を提供することができる電気モータ等の任意の装置であってもよいが、これに限定されない。
ステップ４
【００４６】
図６Ｃに示されるように、プランジャ２８０は継続して前進する。プランジャ２８０とコレットウェッジ２３５との間の接触点５０３は、プランジャ２８０が前進するにつれて変化し、コレットウェッジ２３５の方向は、それらが半径方向外側に移動してパッシブハウジング３００の相補形溝の中に移動するにつれて変化、回転する。それらが半径方向外側に移動すると、コレットウェッジ２３５は、面５０２に沿ってパッシブハウジング３００と接触し始める。
ステップ５
【００４７】
図６Ｄは、送りねじ２７１が、コレットウェッジ２３５を外側に強制し、さらに、面５０２に沿ってパッシブハウジング３００の内面の相補形溝と係合させるプランジャ２８０を継続して前進させる方法を示す。コレット２３０のアーム５０４は、コレットウェッジ２３５がパッシブハウジング３００の溝の中に押し込まれるにつれてまっすぐになる。
ステップ６
【００４８】
図７において、完全に係合されたコレットウェッジ２３５の詳細が示される。プランジャ２８０の前進が継続して、最終的には、コレット２３０のウェッジは傾斜している面５０２に沿ってパッシブハウジング３００に接触する。コレットウェッジ２３５の内面５０６は、所定の角度５０１でテーパー形状になっている。この角度５０１は、プランジャ２８０が前進するにつれて、コレットウェッジ２３５が外側に押され、それによってパッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００との間の所望のプリロードを達成するために十分にコレットアーム５０４を広げるために必要な範囲だけ、面５０２を押し上げられる角度である。
【００４９】
アクチュエータ２５２が継続してプランジャ２８０を前進させるにつれて、内側のウェッジ面５０６とプランジャ２８０との間の接触点５０３が移動してコレットウェッジ２３５をさらにパッシブハウジング３００の相補形溝の中に強制する。一旦、面５０２に沿って完全な接触が生じると、プランジャ２８０がさらに前進することによって、傾斜面５０２をさらに登る向きにコレットウェッジ２３５を強制するように作用し、コレットアーム５０４に張力又はプリロードを生じさせるように作用する。
ステップ７
【００５０】
一旦、プランジャ２８０の所定の前進が達成されると、次に、コレットアーム５０４の所望のプリロードも達成される。図６Ｅは、完全に伸長された位置にあるプランジャ２８０と面５０２に沿ってパッシブハウジング３００と完全に係合しているコレットウェッジ２３５を示す。
【００５１】
プランジャ３００が十分に前進した場合に所望のプリロード達成を確立するためにいくつかの方法が使用されてもよい。これらには、送りねじ２７１の回転を計数する方法、コレットアーム５０４の張力又はプリロードを検出するひずみ計を用いる方法、又は本実施形態におけるように、アクチュエータ２５２を失速させることに加えてシム２２０を使用する方法が含まれる。
【００５２】
図４に示されるように、アクチュエータ２５２はハーネス２５４を経由して電力を供給され命令される、そして製造工程において、シム２２０の厚さは、プランジャ２８０がパッシブハウジング３００の下側に接触してアクチュエータ２５２を失速させる、又はその電流限度を超える場合、コレットアーム５０４に必要な張力を確実に発生させるよう、コレットウェッジ２３５が面５０２を登る向きに十分に強制されるように調整される。所望のプリロード及びパッシブハウジング３００、アクティブハウジング２１０及びコレット２３０を作製するために使用される材料と方法によっては、別個のシムは必要でない場合がある。
【００５３】
プランジャ２８０がコレットウェッジ２３５と接触する前に回転することを防止するために、プランジャ２８０は、アクティブハウジング２１０の内面の溝２１５を延びるガイドピン２８５によってガイドされる（図４及び図５参照）。
【００５４】
図４を参照すると、送りねじ２７１は軸受２６０によって軸受ハウジング２４０の中で支持されている、そして、軸受２６０は、軸受ワッシャ２７２と軸受リテーナ２７３によって送りねじ２７１の軸に保持される。ファスナー２４５は軸受ハウジング２４０、コレット２３０及びシム２２０をアクティブハウジング２１０に保持するために使用される。ファスナー２５３（図３）は、アクチュエータアッセンブリ２５０を軸受ハウジング２４０に保持するために使用される。
【００５５】
一旦、パッシブハウジング３００とアクティブハウジングアッセンブリ２００との間のプリロードが達成されると、ＨＤＲＭ１００全体はアーミング状態とみなされる。リリース状態の状態に変えるためには、プリロードを達成するための前述の動作は基本的に逆転される。アクチュエータ２５２は、プランジャ２８０がパッシブハウジング３００から離れるように、プランジャ２８０を反対方向に回転させるよう命令される。これにより、まず、数秒間続く期間にわたってコレットアーム５０４のプリロード又は張力のリリースが行われる。こうして時間をかけてプリロードをリリースすることは超低衝撃を達成する鍵であり、また本明細書中に開示される装置と実際の他のあらゆるリリース機構とを区別する鍵である。
【００５６】
プリロードがリリースされて、プランジャ２８０は、パッシブハウジング３００からなおさらに遠ざけられ、プランジャ２８０がそれらを引き離すことなく、コレットウェッジ２３５は、パッシブハウジング３００をアクティブハウジングアッセンブリ２００から自由に分離できる位置までパッシブハウジング３００の相補形溝から引き出される。ＨＤＲＭは、今やリリース状態の状態に戻っている。
【００５７】
パッシブハウジング３００が、再び嵌合インターフェース５０５でアクティブハウジングアッセンブリ２００上に配置された場合、ＨＤＲＭ１００は、本機構に対する付加的な変更なく、再びアーミング状態の状態に駆動されてもよい。毎回全く同一のコンポーネントを用いてアーミング状態の状態とリリース状態の状態との間を繰り返し循環させるこの能力は、本捕捉とリリースの機構の再使用性の鍵であり、また動作上使用される全てのコンポーネントは動作に先立ちテストすることができるので、アッセンブリ全体の信頼性を向上するための鍵でもある。
付加的な実施形態
【００５８】
上述したように、パッシブハウジング３００とアクティブハウジング２１０との間のインターフェースはハースカップリングである。これらのカップリングは、回転荷重及びカップリングの軸に直交する平面の面内荷重（Ｘ‐Ｙ平面内の応答荷重及びＺ軸周りのモーメントと呼ばれることが多い、図８参照）に応答することができる構造的な接続を提供する。
【００５９】
別の実施形態において、本インターフェースは、Ｚ軸周りの回転を制限せず、またその他の全ての荷重及びモーメントに応答する周知の「カップとコーン」デザインであってもよい。
【００６０】
さらなる実施形態では、ハースカップリングを、平面内の１方向の運動とＺ軸周りの運動を可能とし、またその他のあらゆる荷重とモーメントに応答するスロット付きプレートに置き換える。
【００６１】
さらなる実施形態では、プレートの平面内の滑り運動とＺ軸周りの回転を可能とするが、その他の全ての荷重とモーメントに応答するように、ハースカップリングをコレットの直径よりも大きな孔を有するプレートに置き換える。
【００６２】
リリースは、運用計画の特定の時点で宇宙機の制御コンピュータからの自動命令によって制御又は始動することができ、ＡＲｅＳのリリースは宇宙機のコンピュータからの宇宙機データバス接続を経由して始動される。代わりに、リリースの始動は地上のオペレータの命令によって行われてもよい。この命令は地上局で提供され、宇宙機のコンピュータへの通信リンクを介してＡＲｅＳの始動を可能にする。
【００６３】
ＡＲｅＳのパッシブ及びアクティブ部分を接続する物理的動作は手動で行うことができる、あるいは組み立てリグを使用して、アクティブアッセンブリにまで取り付けられたパッシブハウジングを用いてペイロードを提供し、２つのインターフェースを嵌合させることができる。
【００６４】
さらなる実施形態において、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭは、標準の火工式リリース機構をリリースするための短い発射パルスのみを提供する任意の宇宙機制御システムと後方互換性を有してもよい。当該実施形態の付加的特徴は、プランジャがアーミング状態の又はリリース状態の状態にある場合に、宇宙機により提供されるパルスを解釈してそのパルスを使用するアビオニクスを確立するセンサであり、当該センサから戻された信号を加えてアクチュエータに制御可能に電力を供給して機構を駆動する。当該実施形態の利点は、制御システムに変更を要せず、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭと従来の宇宙機制御システムとの容易な統合を提供する火工式リリース機構を収容するようにすでに構成されている宇宙機制御システムを用いてＡＲｅＳ  ＨＤＲＭを使用することができることにある。
【００６５】
図１０に示されるように、プランジャ２８０は、アーミング状態のスイッチコンタクト６０７とリリース状態のスイッチコンタクト６０８をサポートする機構を含む。ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭがアーミング状態の状態にある場合、図１０に示されるように、アーミング状態のスイッチコンタクト６０７は、アーミング状態のスイッチサポート６０４に構造的にサポートされているアーミング状態のスイッチ面６０３と電気的に接触し、回路を閉じて、アーミング状態のスイッチハーネス６０９を介して、アクチュエータハウジング６００内の航空電子制御盤６０１に信号を提供する。
【００６６】
コネクタ６０２を介して、ＨＤＲＭをリリースする信号が宇宙機から受信されると、航空電子制御盤６０１は、同時にコネクタ６０２を介して宇宙機から供給される電力をアクチュエータ２５２に供給するように構成され、それによってプランジャ２８０を移動させる。プランジャ２８０が後退すると、アーミング状態のスイッチコンタクト６０７はアーミング状態のスイッチ面６０３とから電気的に分離し、アーミング状態のスイッチハーネス６０９の回路を開放する。航空電子制御盤６０１は、これを利用してプランジャ２８０が後退していることを検出し、「後退した」スイッチコンタクト６０８が、「後退した」スイッチサポート６０６に支持される「後退した」スイッチ面６０５と電気的に接触し、プランジャ２８０が完全に後退してアクティブハウジングアッセンブリ２００がパッシブハウジング３００をリリースしたことを航空電子制御盤６０１に伝える「後退した」スイッチハーネス６１０の回路を閉じるまでアクチュエータ２５２に継続して電力を供給する。航空電子制御盤６０１は、その後、アクチュエータ２５２に電力を供給することを停止し、プランジャ２８０の移動は停止する。上記の説明のとおり、プランジャ２８０が後退して、コレット２３０はパッシブハウジング３００をリリースし、ＡＲｅＳ  ＨＤＲＭの２つの部分は現在分離可能である。
【００６７】
ポテンショメータ、レゾルバ、マイクロスイッチ等のその他のセンサがプランジャ２８０の位置を確定して航空電子制御盤６０１にそれを報告するために使用できることは理解されるであろう。
【００６８】
本機構のリセット可能な特質のため、さらなる実施形態は、従来のファスナーを使用することができない場合がある環境に対するリリース可能な構造的ファスナーとして本機構を使用する。そのような環境、例として、恐らく大気圏外又は原子炉内部において、アクティブハウジングアッセンブリ２００とパッシブハウジングアッセンブリ３００は、以前において嵌合されたことがなく、人為的又はロボット的手段により、前記環境内で初めて嵌合されるアイテムに取り付けることができる。本機構を配備された状態に作動させると、２つのアイテムの間に構造的な接続が形成される。このようにして、ＡＲｅＳは、前記環境内でアイテムを収容するために、又はその環境でより大きな集合体として使用するために複数のアイテムを共に組み立てるために使用することができる。
【００６９】
本実施形態において、アクティブハウジングアッセンブリ２００及びパッシブハウジングアッセンブリ３００の遠隔カップリングは、ハウジング２００と３００のうちの一方又は両方に搭載される位置決め装置（例えば、ロボットアーム/マニピュレータ）とセンサによって可能になるであろう。位置決め装置は、１２０にすでに取り付けられているパッシブハウジングアッセンブリ３００を、１２０にすでに取り付けられているアクティブハウジングアッセンブリ２００に位置決めし、嵌合させることによって、対象物１１０を第２の対象物１２０に位置決めし、嵌合させるために使用できるであろう。別の実施形態において、位置決め装置は、１２０にすでに取り付けられているアクティブハウジングアッセンブリ２００を、１１０にすでに取り付けられているパッシブハウジングアッセンブリ３００に位置決めし、嵌合させることによって、対象物１２０を第２の対象物１１０に位置決めし、嵌合させるために使用される。パッシブハウジングアッセンブリ３００をアクティブハウジングアッセンブリ２００に対して（又はアクティブハウジングアッセンブリ２００をパッシブハウジングアッセンブリ３００に対して）嵌合できるように十分な精度で位置決めするために、コンピュータ制御システムによる又は、カメラ、レーダー又はＬＩＤＡＲを有してもよい様々なセンサを用い、恐らく地上局との通信を用いて遠隔地からの人間を介在する命令による位置決め装置の自律制御を含むがこれに限定されない様々な方法で遂行できる。
【００７０】
パッシブハウジング３００とアクティブハウジング２１０は、リリースされるアイテムとは別個のコンポーネントとして示されてきたが、パッシブハウジング３００とアクティブハウジング２１０の動作可能な機構は、リリースされるアイテムの一方又は他方あるいは両方と一体で製造することができ、全体の質量を低減することによるさらなる便益を提供する。
【００７１】
本開示の好適な実施形態の上述の説明は、本開示の原理を例示するために提示されたのであり、例示された特定の実施形態に本開示を限定するものではない。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物内に包含される全ての実施形態によって定義されることが意図されている。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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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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【国際調査報告】
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