JPH0331100A - 衛星 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は衛星姿勢制御安定装置に関する。

どのような軌道にあっても衛星はその環境に対する外乱
トルクをゆるやかに変えるようになっているが、その主
な原因としては、 大気抵抗（とくに低い軌道の場合） 太陽輻射圧 地球の引力勾配 地球の磁場 などがある。

これらのトルクが一般に現れるのは、衛星の機械的設計
または幾何学的形状や使用されている材料の機械的ある
いは光学的特性が対称的でないからである。

旋回が安定した衛星の場合は、衛星本体の回転によって
ジャイロ剛性が生じ、それによってこのような外乱は阻
止される。

３軸が安定化された衛星の場合は、このジャイロ剛性は
通常はずみ車によって人工的に作られている。外乱の効
果−運動モーメントベクトルの変化−ははずみ車の速度
を適当に制御（して速度差を設ける）することによりな
（すことができる。

制限速度に達すると、姿勢制御アクチュエータ（通常は
反動推進エンジン、ソーラセイル、磁気コイルなど）を
用いてはずみ車に速度差をつけている。

反動推進エンジンの主な欠点は、これを用いた場合急激
に姿勢に変化が生じ、この姿勢の変化がなくなるのに長
い時間が掛かって衛星の仕事が中断されるため、地上観
測に苛立ちを生じさせるということである。

磁気コイルを用いると連続的な補正が可能である。しか
し、磁場の低い値（約１０−７テスラ）と補正しようと
するトルクの大きさ（衛星の非対称の程度に応じて１０
−６から１０−’）によって通常１００−１０００アン
ペア回数／　ｍ　２の性能が必要となり、従って磁気コ
イルの質量が高くなる（１０−２０ｋｇまたはそれ以上
）。従って、はずみ車に速度差をつけるのに磁気コイル
を用いる場合は、通常衛星の単軸に対する制御に限定さ
れる非対称の度合の高い形状の衛星もある。例えば、多
（の地上観測の仕事ではいろいろな赤外線波長で満足の
いくような性能を発揮するには赤外線装置の焦平面を冷
却させなければならない。必要温度（＜１００°Ｋ）は
通常衛星の太陽に向いていない北面または南面に設置し
である受動ラジェータによって得られる。

３軸の衛星の場合は、これらの面は通常一定方向に指向
可能の太陽発電機の２つの羽を取り付けるのに用いられ
る。このような付属品は受動ラジェータの正確な作動の
邪魔になる。というのは受動ラジェータにとっては宇宙
の寒さの中での視野がなにものによっても全熱邪魔され
ないことが必要だからである。

このようなことであるところから、例えば、ラジェータ
に対向する面に単羽根式太陽発電機を取り付けた非対称
の形状が用いられている。通常のような構成によって生
じる高い太陽輻射圧トルクを補正するには太陽発電機の
羽根に対向する、長いブームの端部の面にソーラセイル
を設置しなければならない。このトルクの大きさ（約１
０−’Ｎｍ）と方位とから磁気コイルがこの用途に向い
ていないことが分かる。

その高い質量は別として、このような解決策には以下の
ような欠点がある。

ソーラセイルは必ず視野の中にあるから冷却装置の性能
が落ちる。

ソーラセイルの作動展開によって機能の一点が不全とな
るため、信頼性の理由からこれを回避しなければならな
い。

太陽輻射圧トルクは（地球軌道の平面の傾斜による）季
節の変化の影響を受やすいが、太陽輻射圧トルクに対し
て生じるトルクを調整することは不可能である。

本発明は、太陽発電機と、軽量で、信頼性があリ、コン
パクトで、エネルギー消費の点からも経済的であり、外
乱トルク、と（に太陽輻射圧力によるトルクを効果的に
減衰させるようにした姿勢補正装置とを整備した衛星を
提案することにより上記欠点をなくすことを目的として
いる。

本発明は、その本体に対して一定方向を向かせることが
でき、かつ常時太陽に向（ようになっている縦横移動自
在の太陽発電機と、姿勢安定袋、置とをそなえた衛星に
おいて、姿勢安定装置が太陽発電機に連結された支持体
により支持され、かつ太陽から相当それるようにした前
記支持体の一方の側部に配置された超伝導材からなる閉
ループと、この閉ループとほぼ同じ形状とサイズを有し
、かつ閉ループの近辺で前記支持体により支持された、
閉ループに平行の第２ループと、少なくとも前記閉ルー
プの一部の近辺で前記支持体により支持された低抗回路
（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ）と、前記第２
ループと前記低抗回路とに電気的に接続された選択的電
力供給回路とからなる衛星にある。

本発明の好ましい特徴は、超伝導材からなる閉ループは
太陽発電気パネルと平行の平面内にあり、支持体を太陽
発電機と機械的に連結された別のパネルか、または（太
陽電池を支持する）太陽発電機のパネルとし、別のパネ
ルは衛星本体からもっとも離れた太陽発電機の端部に連
接されており、閉ループは熱絶縁材により支持体に機械
的に連結されたフレームにより支持され、第２ループは
このループに対向する支持体に配設され、低抗回路と第
２ループは太陽発電機から給電を受け、太陽発電機は例
えば羽根を一つしかそなえていない非常に非対称的な形
状をなしていることである。

従って、本発明が提案する解決策は、電流ループを太陽
発電機の羽根に取り付けて、これを地球の磁場と相互作
用させて太陽輻射圧トルクとほぼ等しく、かつ逆のトル
クを生起させ、この回路を太陽発電機（太陽パネルまた
はその付属品の一つ）の影になる側（太陽輻射を受けな
い側）の衛星本体から適当な距離の部分に取り付けて、
電流を通す超伝導材の使用に合った温度を得ることにあ
る。

姿勢安定装置は、超伝導材（例えばＹＢａ２ＣｕｓＯｔ
、　ＢＬｔ　Ｓｒｓ　Ｃａｔ　Ｃｕｓ　ｏｔ（１，また
はＢｉｔ　Ｓｒｓ　ＣａＣｕ５０６）からなる電流ルー
プの臨界温度を周囲の構成部品（太陽発電機、衛星本体
）のそばにあることにより受ける温度に合わせたものと
し、その磁場モーメントを地球の磁場との相互作用によ
り衛星上に生じた太陽輻射圧トルクとほぼ等しく、かつ
逆のトルクを生じせしめることをこの電流ループの特徴
としている。この回路の外形や断面はどのようなもので
あってもよいが、支持体は上記の超伝導回路の他に第１
回路の超伝導ループの少な（とも一部を制限された時間
（−分間から数分間）で加熱してこれを超伝導状態に移
行せしめるようにした従来からの抵抗材にッケルクロミ
ウム、黒鉛など）からなる低抗回路を支持すること、従
来の伝導材（例えば、アルミニウムまたは他の材料のコ
イル）からなる補助電流ループを上記ループと回路の側
に置き、かつこれと構造的に連結するようにし、この補
助電流ループは超伝導ループ内の電流を初期化し、かつ
初期化ができなければ主ループの代わりに用いられるよ
うになっていることを条件としている。

補助ループは、一つのループから他のループへの移転に
より得られる（磁束の保持）とした名目条件において主
ループで必要な磁束と等しい磁束を発生することができ
ることを特徴としている。

装置全体は太陽発電機の太陽パネルか、または太陽発電
機の付属品に設けてもよい。

太陽発電機を積み込んだ場合は、この装置を太陽発電機
内か外（宇宙側）のいずれに取り付けてもよい。前の解
決策には太陽発電機を移動させずに移転軌道でこれを作
動せしめることが可能であるという利点がある。

主な動作は連続的に以下のように行われる。

１、太陽発電機を移動させて軌道に乗せる。この装置を
超伝導状態に対応する温度において熱安定化させる。

２、超伝導ループを加熱して、非超伝導状態（Ｔ＞Ｔｃ
）に移行させる。

３、補助ループを付勢させて装置内に公称磁束を発生さ
せる。この初期化に必要な電力は加熱に必要であるよう
に太陽発電機により供給される。

４、加熱作業を停止する。

５、補助ループの付勢を停止する。

６、超伝導ループは公称条件で動作し、発生しトルクは
太陽輻射圧トルクにほぼ匹敵する。

７、補助ループの付勢は太陽輻射圧の季節上の変化と釣
り合うように制御される（超伝導ループと補助ループは
複数であってもよ（いかなる所定時間においてもその数
は変えられる）、。

本発明の目的、特徴、利点は添付の図面と関連させて非
限定的実施例を挙げて以下説明することにより明らかと
なる。

第１図は本発明による衛星の通常の形状を示している。

衛星は先ず衛星本体１をそなえ、その本体には格納形状
（発射時の状態）からブーム３により本体１に連結され
る稼働形状に展開させることができる太陽発電機２が装
備されている。太陽発電機は衛星本体に対して一定方向
に向かせることができ、公知の手段により常に太陽に向
くようになっている。

さらに、衛星は太陽発電機に支持された姿勢安定装置４
をそなえている。

本実施例では、衛星は地球に対して静止している状態の
軌道上にあり、不釣合の形状をなしく太陽発電機は北に
向いている一つの羽根しか有していない）太陽発電機に
太陽の輻射圧力に対する外乱トルクＴが生じている。約
１０−’ＮｍのトルクＴに関する平均値について以下検
討する。

このトルクを補正するのに必要な磁気モーメントはＭ＝
Ｔ／Ｂであるが、宇宙におけるこの位置での地球上の磁
場が約１０”’テスラであるとすると、およそ１０００
アンペア回数１ｍ２である。

この太陽発電機の一般的な寸法（長さが５〜１０ｍ、幅
が１〜２．５ｍ）や衛星の発射時における格納状態では
実際は太陽発電機のパネル、あるいはこの実施例では一
般には１．５平方メータの追加パネルに補正ループ４を
取り付けることが可能である。この追加パネルは他のパ
ネルと同じように太陽発電機の自由端部に連接されてい
る。

補正システム４を支持する追加パネルは支持パネル６と
、超伝導閉ループ７と、支持フレーム８と、補助ループ
９と、低抗回路ｌＯと、制御回路１１とからなっている
。

支持パネル６は複合材（例えば、グラスファイバ°“Ｎ
１ｄａ”と炭素板でサンドイッチした“ＮＯＭ　Ｅ　Ｘ
　”タイプ）製のものでもよい。一般にこのパネルの横
方向の寸法は約１．５ｃｍ厚であるこのパネルの太陽の
放射線に曝されている側面を高反射能材１２（ＳＳＭ、
すなわち第２表面鏡またはＯ３Ｒ，すなわち光学表面反
射器）で被覆して、温度を最小限度に押えている。

閉ループ７はＹＢａｚ　Ｃｕｓ　Ｏｔ超伝導材からでき
ており、かつ補正装置の主電流ループを形成している。

他の超伝導材、例えばＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０ａ、　
Ｔ’ｈａ　Ｂａ２ＣａＣｕｘ　Ｏｓ　、　Ｂｉｇ　５ｒ
２Ｃａ、　Ｃｕ２（Ｌｏなども使用できる。この場合、
これの外形は円状でストリップ状の材料の使用に対応す
るようになっている。超伝導材を基板上に薄い１状に蒸
着させる場合は他の形状も使用可能である（高電流密度
に合うように角部に丸みをもたせた矩形）。ストリップ
の一般的な寸法は、 ループの外形：約１．５ｍ 幅：約１ｃｍ 厚さ：約１０−１００μｍである。

これらの値は１０’−１０６アンペア／ｃｍ”の電流密
度を考慮に入れたものであり、従って所望の磁場モーメ
ントを得るのに必要とされる電流に対する適合性がある
。この場合、 １　＝　ｌｏ［ｌＯＡｍ”／π（１，５／４）’　＝約
６０ＯＡフレーム８は前記回路を支持し、リングの形状
をしている。パネル６と同じように、このフレームは複
合材で作ってもよく、ループ７の温度をその超伝導状態
（そこそこの余裕を持たせて約７５”Ｋ）に対応する値
に保持するのに備えて適切な被覆が施されている。これ
にはループ７側には黒ペンキを用い、また他方側（パネ
ル６側）には熱絶縁性の被覆層を幾層にも施している。

フレーム８は、熱伝導性が非常に低く、かつ支持パネル
６とフレーム８の間に適当な間隔を持たせるのに十分な
高さの材料（例えば炭素繊維）から作った支持体１３に
よってパネル６に機械的に連結されている。

補助回路９は伝導材（例えばアルミニウム）から作られ
ており、主ループ７における電流を初期設定するように
なっている。その外側の寸法はループ（匹敵する回路の
断面、匹敵する外径）の寸法とほぼ同じであり、超伝導
状態になって電流ループ９に流れて来た時にループ７上
における熱衝撃が少なくなるように（陽光に曝された）
反対側に設置されている。

この補助ループまたは回路は実際は巻線がループ７と平
行になっているコイルである。

システムが初期設定されると、補助ループ９は太陽発電
機（衛星に搭載された制御装置）により必要な時間（約
２．３分間）付勢されて初期設定作業を終了する。主ル
ープ７に誘導される磁束がこのループ内に必要な電流に
対応するような電流が流れなければならない。仮に２つ
のループ同士の結合が強ければ、ｎ電流回数に分けられ
るアンペア回数に匹敵する値が必要である。この場合は
約６００アンペア回数である。

回数ｎは、回路９の両端における電圧が太陽発電機によ
って衛星に給電される電圧にせいぜい等しくなるような
数である。例えば、約５０Ｖの電圧である場合は、およ
そ１　ｍｍ２の断面積に対して約１００−２００回数が
ある。

補助ループＤを用いてループ７を初期化する上記の方法
は決して限定的なものではない。他の装置も用いてよい
。例えば超伝導スイッチを用いて電流を直接ループに流
すような装置でもよい。

回数１０は、必要な場合は、ループ７を局部的に加熱し
てその超伝導特性を除くようになっている。この回路は
長さが数センチメータで、抵抗材（例えばニッケルーク
ロミウムとか黒鉛）を素材とした抵抗器により構成され
ており、太陽発電機により付勢される概略的に示した制
御回路１１は太陽発電機（または電池）、補助ループ９
、低抗回路１０などに連結されている。この制ｉ卸回路
は構成部品９と１０への給電の切替えを行う。

全体としてのシステムの動作は先述した通りである。

補正トルクは太陽輻射圧力トルクの季節による変化（地
球軌道の傾斜が２３．５°であるためおよそ１０％）と
か他の形式の外乱に対応するべく調整してもよい。それ
には以下の方法がある。

ループ７の動作をオン／オフ制御する。すなわち、ルー
プ７を妨害トルクの最大値に対して補正するように定格
しておき、所定の制御法則（あるいは衛星上で、または
地上で決定された制御法則）に従って定期的にループの
動作を中断させて妨害トルクの変化を追跡するこの場合
、動作の中断と再開の回数については制限はない。

前記システムの総電気モーメントを制御する装置を使用
する。

前のループから切り離された第２ループを用いて、季節
や他の要素の変化に従って電流を調整する。

多（の独立システム４を用いる。但し電力定格がそれぞ
れ異なるものがよい。一定時間放射能を付与されたシス
テムを適当に選択することにより、補正器の総トルクを
変えて、妨害トルクの変化を段階的に追跡することは可
能である（例えば、３つのシステムを用いた場合、その
内の１つだけが他の２つのシステムより電力定格が高く
てよい）。

これまで実施例を挙げて述べてきたが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものでなく、また本発明の範囲を
逸脱することなくいろいろな態様に変えてもよいことは
云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は姿勢を安定させるための超伝導ループをそなえ
た本発明の衛星（太陽発電機がその背後に見える）の略
図、第２図は第１図の姿勢安定装置の第１図の線２−２
上の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、その本体に対して一定方向を向かせることができ、
   かつ常時太陽に向くようになっている縦横移動自在の太
   陽発電機と、姿勢安定装置とをそなえた衛星において、
   姿勢安定装置が太陽発電機に連結された支持体により支
   持され、かつ太陽から相当それるようにした前記支持体
   の一方の側部に配置された超伝導材からなる閉ループと
   、この閉ループとほぼ同じ形状とサイズを有し、かつ閉
   ループの近辺で前記支持体により支持された、閉ループ
   に平行の第２ループと、少なくとも前記閉ループの一部
   の近辺で前記支持体により支持された低抗回路と、前記
   第２ループと前記抵抗回路とに電気的に接続された選択
   的電力供給回路とからなる衛星。 ２、前記超伝導材からなる閉ループは前記太陽発電機パ
   ネルと平行の平面内にある請求項１記載の衛星。 ３、前記支持体は前記太陽発電機に機械的に連結された
   別のパネルである請求項１記載の衛星。 ４、前記別のパネルは前記衛星本体から最も離れた前記
   太陽発電機の端部に連接されている請求項３記載の衛星
   。 ５、前記超伝導材からなる閉ループはほぼ円形のストリ
   ップにより形成されている請求項１記載の衛星。 ６、前記超伝導材からなる閉ループは超伝導材を基盤上
   に薄く付着せしめた層により形成された請求項１記載の
   衛星。 ７、前記閉ループは熱絶縁材手段により前記支持体に機
   械的に連結されたフレームにより支持されている請求項
   １記載の衛星。 ８、前記第２ループはこれと対向する前記支持体上に配
   置されている請求項１記載の衛星。 ９、前記抵抗回路と前記第２ループとは前記太陽発電機
   が発電した電力を供給されるようにした請求項１記載の
   衛星。 １０、前記太陽発電機は羽根を一枚だけそなえている請
   求項１記載の衛星。