JPH0911999A - 非接触型かつ分離安定型の微重力プラットフォームシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙軌道飛行体の中に支持されているペイロ
ードを微小重力よりも大きな加速度力から絶縁する。 【解決手段】 プラットフォーム１の上に置かれた微小
重力感応性のペイロードが、プラットフォームに作用す
る加速度を解消することにより、宇宙軌道飛行体の中の
無重量環境の中で、長期間にわたって、外部の加速度力
から絶縁される。二軸型ワイドギャップ磁気アクチュエ
ータ５、７、９、及び、加速度計の対１７が、プラット
フォームの周囲で隔置される。磁気アクチュエータは、
プラットフォーム１と物理的に接触しない、非接触型の
磁気的な位置制御装置を提供する。位置センサが、プラ
ットフォーム１の位置を感知する。ディジタルコンピュ
ータ及びアナログコンピュータを含む制御装置が、磁気
アクチュエータ５、７、９を制御して、プラットフォー
ム１を適正に位置決めすると共に、プラットフォーム１
に与えられる過渡的な加速度力を緩衝して解消する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙軌道飛行体の
空間の一部の中に、微小重力環境を維持するための技術
に関し、より詳細には、微小重力感応性のペイロード
を、宇宙船が軌道上で作動している間に通常生ずる外部
加速度力から絶縁するための、振動絶縁装置及び安定化
されたプラットフォームに関する。

【０００２】

【従来の技術】スペースシャトルの如き宇宙船上でのあ
る独特な移動の品質は、殆どの人が経験しない、無重量
により生ずる感覚である。宇宙船の中に存在する人工的
な大気の中では、人間、物体及び材料は、単純に空間に
浮揚することができる。より科学的に言うと、理想的な
宇宙船の中の環境は、微小重力環境と呼ばれ、そのよう
な環境においては、人体、工具等のような質量が受ける
加速度は、地球の赤道の海面におけるそれの１００万分
の１程度、すなわち９．８×１０^-6ｍ／ｓｅｃ²程度に
減少する。

【０００３】微小重力環境は、地上では重力のために行
うことのできない、あるタイプの実験及び製造を行うの
に理想的な環境であると、長い間考えられてきた。例え
ば、炉、結晶成長モジュール、生物学的な実験装置、燃
焼及び混合設備、並びに、特に限定するものではない
が、半導体、非晶質ガラス固体を含む、材料科学的な観
察、流体及び燃焼の物理学、蛋白質の結晶成長、生物学
的な製品の分離を含む、バイオテクノロジー、若しく
は、制御された微小重力実験は、総て微小重力環境の利
益を享受するべきものである。そのような実験及び製造
を無重量環境で行うことが望ましい理由を更に認識する
ためには、更に詳細に述べた技術的文献を参考にするこ
とができる。

【０００４】従って、理論的には、結晶成長装置及び他
の機器を、宇宙船のコーナー部に置いて、阻害されない
微小重力環境で機能させることができる。しかしなが
ら、宇宙船が運転している間に実際に生ずる過渡的な力
の効果が、微小重力を阻害し、宇宙船の運転に固有の実
際的な困難性がある。宇宙船の中を動き回り、宇宙船の
壁に衝突したりそこから離れたりする、宇宙飛行士は、
宇宙船の中に反力生じ、機器自体の衝突等により、その
ような機器に反力を生じさせる。肉体的な健康の手段と
して宇宙船の中で行われる、単調なエクササイズは、振
動を発生させる。宇宙船の太陽電池列の位置を調節する
ために、電動モータが、時々作動される。そのようなモ
ータの運転は、トルクを発生し、そのようなトルクは、
宇宙船に逆トルクを生じさせる。そのような各々の作用
は、ニュートン物理学の初歩的な法則に従って、等しく
反対方向の反力を生ずる。

【０００５】そのような衝撃及び振動は、加速度力であ
る。敏感な機器が、そのような加速度力によって瞬間的
に加速されると、そのような加速度は、９．８×１０^-6
ｍ／ｓｅｃ²よりも大きいことが多い、重力の効果を示
す。従って、総ての宇宙飛行士が仕事をしている期間、
すなわち、「ワークデイ」の間には、実際の環境は、地
球上の重力加速度の千分の１である、数ミリＧ程度の重
力であり、理想的な重力よりも数倍大きい。宇宙飛行士
が、総て休憩している時だけ、環境は、低いレベルの重
力効果を達成し、太陽電池列の調節によって時々生ずる
加速度によって、微小重力の期間が阻害される。

【０００６】実際の宇宙船の中では、微小重力と言う用
語には、より拡張された定義が与えられ、０．１Ｈｚあ
るいはそれ以下の周波数において、マイクロＧレベルあ
るいはそれ以下の加速度が可能となり、０．１Ｈｚと１
００Ｈｚとの間では、そのようなレベルからミリＧレベ
ルまで直線的に増大する。ミリＧのレベルは、太陽電池
列のモータ等によって発生されるレベルである。従っ
て、実際には、宇宙船の中で使用され、また、本明細書
で使用する場合には、微小重力と言う用語は、そのよう
な拡張された意味を含んでいる。

【０００７】そのような総てのマイクロＧ及びミリＧの
力は、地上での標準からすると微小であるが、そのよう
な力は、微小重力レベルに比較すると十分に大きく、宇
宙船上での実験又は製造から得られる結果を危うくす
る。宇宙船上での微小重力環境を必要とするそのような
製造装置を上述の外的に発生される加速度力から絶縁し
て、そのような製造機器すなわち装置を安定化させる必
要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、製造プロセス及び実験を微小重力環境で行うことを
可能にすることである。

【０００９】本発明の別の目的は、宇宙軌道飛行体の環
境の中に支持された選択された機器を、微小重力のレベ
ルを超す大きな加速度力から、長期間にわたって絶縁す
ることである。

【００１０】本発明の更に別の目的は、宇宙軌道飛行体
の中で使用される、非接触型の能動型すなわち積極的な
振動絶縁装置を提供することである。

【００１１】振動絶縁の課題は新規なものではない。本
発明の譲受人を含む研究者等が、角度方向の振動が大き
い環境であると認識されるヘリコプタに使用される、目
標とするトラッキング装置を安定化するための積極的な
絶縁装置を従来提供している。目標とするトラッキング
装置を安定化するための積極的な絶縁装置は、宇宙船に
もその用途が見い出されているが、宇宙船においては、
監視される物体までの距離が大きく、そのような対象物
に対する小さな振動の効果は、大きくない。そのような
装置は、目標装置が動き、ターゲットとされることを許
容しなければならず、そのようなターゲットをある限定
された時間にわたって追跡することを可能としなければ
ならない。振動を大幅に絶縁することができれば、安定
した目標物が可能となる。

【００１２】一例として、本発明の譲受人であるマクダ
ネル・ダグラス社（ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ Ｄｏｕｇｌａ
ｓ Ｃｏｍｐａｎｙ： カリフォルニア州Ｈｕｎｔｉｎ
ｇｔｏｎ Ｂｅａｃｈ）は、ヘリコプタの回転翼支柱の
上に取り付けられ、「マクダネル・ダグラスのマスト・
マウンテッド・サイト」と呼ばれる、安定化を目的とし
た装置を販売している。そのような装置は、ヘリコプタ
のパイロットが、ヘリコプタの運転中に遭遇する固有の
振動にも拘わらず、遠くの目標物の安定したテレビジョ
ン画像を得ることを可能とする。

【００１３】別の例として、ジェイコット外（Ｊａｃｏ
ｔ ｅｔ ａｌ．）に対して１９８９年７月１８日に認
められた、”Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ Ｉｓｏｌａｔｏ
ｒ（”Ｊａｃｏｔ”）と題する、米国特許第４，８４
８，５２５号は、ヘリコプタと同様に、目標装置に対す
る振動の伝達を極力少なくすると共にレーザを動かすこ
とができるようにしなければならない、宇宙船で使用す
ることを意図した、レーザで追跡型の目標装置を記載し
ている。そのようなジェイコットの装置は、狭いギャッ
プの磁気アクチュエータ、すなわち、ナローギャップ磁
気アクチュエータ、及び、直線アクチュエータの複合体
を使用している。ジェイコットは、アクチュエータのス
テータが、磁界によって、ステータコアの磁極面の間に
懸架されている、”Design of the Annular Suspension
and Pointing System”と題する、１９８０年１０月の
NASA Contractor Report 3343を引用して、一方のボデ
ィを他方のボディに対して磁界によって支持するための
磁気アクチュエータを使用する従来の提案を示してい
る。また、ジェイコットは、そのような提案における磁
気アクチュエータは、磁極部分の間に非常に大きをギャ
ップを持たなければならず、また、大きなステータを必
要とし、大きな電流及び重力が必要とされることを示し
ている。ジェイコットは、軌道飛行装置にワイドギャッ
プ磁気アクチュエータを用いることは、大きな欠点であ
ると結論づけしている。

【００１４】本件出願人は、指定された機能を短時間の
間に達成する、ターゲット及び目標装置に関する設計上
の関心は、製造が、日、週又はそれ以上の長い期間にわ
たって実行される微小重力製造環境に関するものと同じ
ではないことを認識した。そうとしても、本件出願人
は、従来の種類の装置の振動絶縁の幾つかの特徴、特
に、ワイドギャップ磁気アクチュエータを、後者の微小
重力環境に効果的に用いて、設計及び製造における時間
及び経費を極めて小さくする利点を想像することができ
ると信ずる。ワイドギャップ磁気アクチュエータ、及
び、これに関連する制御電子回路は、有用であり、実質
的に汎用品として入手可能である。

【００１５】従って、本発明の更に別の目的は、宇宙軌
道飛行体の微小重力製造作業を行うための、ワイドギャ
ップ磁気アクチュエータを備え、容易に製造できる、非
接触型の積極的な振動絶縁装置及びこれに関連する安定
化されたプラットフォームを提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の目的に従って、微
小重力感応性のペイロードが、宇宙軌道飛行体の中の無
重量環境の中で、外部加速度力から長期間にわたって絶
縁される。そのような絶縁は、プラットフォーム装置に
よって行われ、この装置は、微小重力感応体をフレーム
から浮揚した関係で着座させるためのプラットフォーム
と、該プラットフォーム及び上記フレームの周囲で隔置
されている、複数のワイドギャップ磁気アクチュエータ
及び二軸加速度計の複合体と、フレームに対するプラッ
トフォームの位置を感知するための位置センサと、プラ
ットフォームをフレームから隔置された浮揚関係で所定
位置に保持するための制御装置とを備えている。この制
御装置は、加速度計に応答して、上記プラットフォーム
に作用する加速度力を総て中和するための、アナログコ
ンピュータと、上記位置センサに応答して、上記アナロ
グコンピュータを介して、上記プラットフォームを上記
フレームに対して所定位置に維持するための、ディジタ
ルコンピュータ手段とを備えている。

【００１７】本発明の上述の及び別の目的並びに利点、
若しくは、上に簡単に概説したその構造的な特徴は、図
面を参照しながら、好ましい実施例に関する以下の詳細
な記載を読むことにより、当業者には明らかとなろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１の部分的な斜視図に示す本装
置の機械的な特徴を図１を参照して最初に考えると、プ
ラットフォーム１が、ベースすなわちフレーム３の上方
に位置している。この図面は、軌道運動をしていて無重
量である要素を示しており、プラットフォーム１は、必
然的に浮揚しており、一方、フレーム３は、図示しない
ブラケット又は他の装置によって、これも図示しない宇
宙船に緊締するか又は他の手段で取り付けられて、上記
宇宙船の固定位置に保持されている。フレーム及びプラ
ットフォームを物理的に直接接触させることなく、磁界
を用いて、プラットフォーム１をフレーム３から離れた
位置に保持するために、３つのワイドギャップ磁気アク
チュエータ５、７、９が設けられている。

【００１９】各々の磁気アクチュエータは、アクチュエ
ータ９を代表例として考えると、磁気的に相互作用を行
うが、物理的には接触していない、物理的に別個の２つ
の部品、すなわち、磁極片及び電機子を備えている。磁
極片は、プラットフォームに接続されており、電機子
は、ベースに接続されている。磁極片は、強磁性体から
形成された、馬蹄形のすなわちＵ字形状の磁極片１１を
含んでおり、該磁極片は、その両方の先端部に、図２Ａ
に参照符号１２、１４で示す、永久磁石を有している。
磁極片１１に接続されたそのような２つの磁石の一方
は、そのＮ極を他方の磁石の方に向けて水平方向に配列
され、且つ、該他方の磁石から水平方向に隔置されてお
り、また、他方の磁石は、そのＳ極を上記一方の磁石の
方に向けて水平方向に配列されており、これにより、磁
極片の端部と磁石との間の比較的広い間隔ギャップを横
断して実質的に直線的に伸長する、磁束線を形成してい
る。磁極片１１は、ブラケット１３に取り付けられてお
り、一方このブラケットは、矩形状のプラットフォーム
のコーナー部の１つに取り付けられている。

【００２０】磁気アクチュエータの電機子すなわちパド
ル（種々の名称で呼ばれる）１５は、非導電性のエポキ
シ材料の中に埋め込まれた電線から成る電気コイルから
形成されるのが適当である。上記電機子は、関連する磁
極片１１のステムの間に形成されたワイドギャップの中
に嵌合し、上記コイルの一部は、磁束線の中に位置し、
また、上記コイルの別の部分は、磁束線の外側に位置し
ている。電機子１５は、金属ブラケット１６の如き適宜
な通常の手段によって、フレーム３に取り付けられ、該
フレームによって支持されている。プラットフォーム１
は、電機子が１又はそれ以上のアクチュエータの磁極片
に当接するまで、ある限度内で、自由に浮揚する、すな
わち、ベース３に対して相対的に自由に動くように見え
る。しかしながら、後に詳細に説明するように、プラッ
トフォームは、本装置によって与えられる制御によっ
て、それ程大きな範囲で動くことはできず、システム・
オペレータによって設定された、フレームに対するほぼ
中心に保持されなければならない。

【００２１】磁気アクチュエータ及び電機子コイルが、
図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示されており、これら図面
を以下に簡単に参照する。図２Ａは、磁極片１１及び電
機子１５を有するアクチュエータを側面図で示してい
る。この電機子は、パンケーキすなわちホットケーキ状
の形状を有しており、磁極片の磁石の間の磁気ギャップ
の幅に比較して、その厚みが比較的薄い。図２Ｂに示す
ように、別個のコイル１８が、２つのＤ字形状の半部に
なるように巻かれており、該Ｄ字形状のステムは、直線
的であって、磁界の中に入るようになされており、一
方、上記Ｄ字形状の湾曲部分は、磁界の外側にある。そ
のような２つのコイル１８、２０は、図２Ｃに示すよう
に配列されていて、一方のコイルの直線部分は、他方の
コイルの直線部分に対して直交している。

【００２２】磁気アクチュエータの作用においては、電
機子の電気コイルの中の電流が、Ｆ＝ｎＩ×Ｂのベクト
ル関係に従って、コイルアセンブリに力を生じる。上記
式において、Ｂは、磁束密度であり、ｎは、磁界の中に
入っているコイルの巻数であり、Ｉは、コイルを通る電
流である。上記力は、コイルの中の電流の方向に応じ
て、磁束線の中に入る方向に、あるいは、該磁束線から
離れる方向に、上記電機子を動かす。すなわち、相対的
に言えば、電機子は、フレーム３に固定されているの
で、電機子によって生ずる上記力は、磁極片をそのよう
な力に応じて動かす。磁極片は、プラットフォームに取
り付けられているので、プラットフォームはそれに従っ
て動く。従って、一方の電機子コイルを通る電流は、例
えば、水平方向の如きある方向の力を発生し、その方向
における相対的な運動を生ずる。一方、他方の電機子コ
イルを通る電流は、垂直方向の如きある方向（上記第１
のコイルが発生する上記第１の力に対して直交する方
向）の力を発生し、従って、直交方向の運動を生ずる。

【００２３】図１を参照すると、磁気アクチュエータ９
の磁極片１１は、関連するブラケット１３によって、プ
ラットフォームの左側下方のコーナー部に取り付けられ
て、半径方向外方に伸長しており、その関連する電機子
は、磁極片に対して直交する方向に配列されている。電
機子７の対応する磁極片は、関連するブラケットによっ
て、右側下方のコーナー部に取り付けられて、半径方向
外方に伸長し、上記磁極片１１に対して９０°の角度を
なして配列されている。関連する電機子は、その磁極片
に対して直交して配列されている。

【００２４】アクチュエータ５の磁極片は、他の２つの
アクチュエータの間の中央で、プラットフォームの反対
側の上側部に位置している。すなわち、アクチュエータ
５の磁極片は、左側及び右側の端部の間に位置し、他の
２つの磁極片に対して、「Ｙ字形状」のすなわち三角形
の形態で配列されている。図示の実施例においては、上
記アクチュエータ５の磁極片は、他の各々２つの磁極片
に対して、１３５°の角度をなして配列されている。こ
の関係は、プラットフォームが運動することのできる６
つの自由度における作動効率を極めて高くし、電力消費
量を極めて少なくすると共に、大きな電流の必要性を排
除する。上述のアクチュエータの別の配置も可能であ
り、本発明の範囲内であるが、そのような別の配置の電
気効率は低くなる。また、磁極片は、金属ブラケットに
よってプラットフォームに取り付けられている。アクチ
ュエータの関連する電機子は、磁極片に対して直交して
配列されている。当業者は理解し得るように、上述の構
成は、プラットフォームが６つの自由度で動くことを許
容する。すなわち、プラットフォームは、上記３つのア
クチュエータの中の１又はそれ以上のアクチュエータに
対して、適正な電流を与えることにより、３つの方向に
おいて並進運動し、また、３つの方向において回転する
ことができる。

【００２５】２つの加速度計が、各々の磁極片取り付け
ブラケット１３に接続されていて、一緒に配置されたア
センブリ、すなわち、一体型のアセンブリ（種々の用語
が用いられる）を形成している。そのようなアセンブリ
は、各々の磁気アクチュエータに接続されており、従っ
て、合計６つの加速度計が、プラットフォームアセンブ
リに設けられている。そのような加速度計は、微小重力
加速度あるいはそれ以下の加速度を感知することのでき
る慣性グレードの、通常の高感度加速度計である。その
ような加速度計は、既製品すなわち汎用品として入手可
能である。例えば、アライド・シグナル・カンパニー
（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ：ワシ
ントン州Ｒｅｄｍｏｎｄ）によって製造されている製品
を使用することができる。

【００２６】上記加速度計は、アクチュエータのＵ字形
状の磁石サポート部材を支持するブラケットの上に、互
いに直交するように配列され、互いに直交する２つの方
向すなわち軸線の各々において、そのような磁石要素が
受ける総ての加速度を監視する。そのような互いに直交
する２つの方向すなわち軸線は、関連する磁気アクチュ
エータがプラットフォームを動かすことのできる方向と
同じである。

【００２７】磁気アクチュエータ５と共に図１に示され
る加速度計１７、及び、図１には示されていない加速度
計１９は、磁気アクチュエータの支持ブラケット１３に
取り付けられており、上記アクチュエータの磁極片は、
必然的に一緒に配置される一体型のアセンブリを形成し
ている。そのような状態は、図２Ｄ及び図２Ｅの概略的
な正面図及び側面図により良く示されており、これら図
２Ｄ及び図２Ｅも簡単に参照する。ブラケット１３は、
非常に堅固であり、アルミニウムの如き強度の高い材料
から形成することができる。加速度計１９は、相対的な
垂直方向の加速度を測定し、一方、加速度計１７は、上
記垂直方向に対して直交する横方向すなわち水平方向に
沿う加速度を測定する。

【００２８】図２Ｆのアクチュエータの概略図に示すよ
うに、各々のアクチュエータは、電機子をフレームに対
して相対的に、互いに直交する２つの方向（ｘ及びｙの
符号が付されている）に、すなわち、ｘ軸線又はｙ軸線
に沿って、上下方向又は水平方向に動かす。加速度計
は、そのような軸線に沿う加速度を測定するようになさ
れている。理論的に最も良い精度を得るためには、上記
２つの加速度計は、電機子が磁極片に対して中心に位置
するのと同じ焦点に配置するのが理想的であるが、その
ような配置は、物理的に不可能である。そのような加速
度計を可能な限り上述の位置に接近して取り付け、ま
た、堅固な取り付けブラケット１３を介して磁極片に堅
固に接続することにより、可能性のある最善の構成が得
られる。

【００２９】図１を参照すると、プラットフォームに設
けられた６つの加速度計は、６つの運動に関する、すな
わち、３つの直交する軸線から成る各々の組に関する変
位及び回転に関する情報をもたらす。また、加速度計
は、通常、温度を校正するために、温度検知装置、及
び、これに関連して設けられる出力回路を備えており、
そのような温度検知装置及び出力回路については、後に
説明する。加速度計の出力に関しては、制御装置に関連
して後に更に説明する。

【００３０】上述の磁気アクチュエータは、本発明の譲
受人であるマクダネル・ダグラス社（ＭｃＤｏｎｅｌｌ
Ｄｏｕｇｌａｓ Ｃｏｍｐａｎｙ：カリフォルニア州
Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ Ｂｅａｃｈ）によって製造さ
れ、上記会社のマスト・マウンテッド・サイト（Ｍａｓ
ｔ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｓｉｇｈｔ）の部品として販売さ
れている、２軸型ワイドギャップ・トルカー（ｔｗｏ
ａｘｉｓ ｗｉｄｅ ｇａｐ ｔｏｒｑｕｅｒ）と考え
ることができ、該トルカーは、それが装着されるヘリコ
プタの回転翼支柱の頂部に取り付けられるようになされ
た、安定化された照準装置である。そのような照準装置
は、ヘリコプタのパイロットが、ヘリコプタの運転中に
大きな振動を受けている場合でも、遠くの目標の安定し
たテレビジョン映像を得ることができるようにする。そ
のようなワイドギャップ・トルカーの特徴は、米国特許
第４，４４３，７４３号及び米国特許第４，８３３，３
５１号に記載されており、また、幾つかの関連する特徴
が、米国特許第４，０３３，５４１号及び米国特許第
３，７０３，９９９号に記載されており、興味のある人
はそのような文献を参照することができる。

【００３１】図１の実施例のプラットフォームは、機械
加工された金属部品であり、そのような金属部品は、切
欠部を有していて、剛性を高めるための控えリブを有す
る実質的にフレーム状の部材を形成している。しかしな
がら、後に説明する制御装置の帯域幅よりも十分に高い
固有共鳴振動数を有するに十分な剛性を有し、また、プ
ラットフォームに取り付けられる、センサ及びアクチュ
エータ、並びに、科学的又は商業的な重力感知ペイロー
ドが必要とする特定の取付具を収容できる構造であれ
ば、プラットフォームとして使用することができる。

【００３２】図面を明瞭にするために図１には示してい
ないが、３つの位置センサが、フレーム３上のアセンブ
リに含まれている。そのような位置センサは、位置、す
なわち、プラットフォーム１とベース３との間の間隔を
監視し、従って、プラットフォームの傾斜運動（チル
ト）及び回転運動のようなどのような相対的な運動をも
検知し、そのような情報を後に説明する電子制御装置に
供給する。位置センサは、図３以降の図面において検討
するプラットフォーム及びフレームの別の機械的な実施
例に示されている。

【００３３】次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照す
ると、これら図面は、プラットフォーム及びフレームの
別の機械的な形態、並びに、その容易な組み立てを示し
ている。便宜上、図３に示す構成要素の中の図１と同様
な構成要素には、そのような図１の構成要素に用いた符
号と同様な符号を付してある。図３Ａの斜視図に示すよ
うに、ボックス２１で示すペイロードが、プラットフォ
ーム１’に取り付けられている。添字ａ及びｂがそれぞ
れ付されている２つの隔置された部品を含む位置センサ
２３、２５、２７は、フレーム３’に取り付けられたセ
ンサ部分２３ｂ、２５ｂ、２７ｂと、プラットフォーム
１’に取り付けられたターゲット部分２３ａ、２５ａ、
２７ａとを備えている。符号１１で示す如きアクチュエ
ータの磁極片、加速度計（図３には示されていない）、
及び、位置センサの上記ターゲット部分は各々、プラッ
トフォーム上の好ましい位置に示されている。フレーム
３’は、リブ付きの矩形状のカゴの形態として、図３に
示されている。上記フレームは、幾分パドル（羽根）状
の形態の符号１５で示す如きアクチュエータの電機子
と、位置センサの残りの部分２３ｂ、２５ｂ、２７ｂと
を収容している。上記位置センサは、図３においては、
アクチュエータの二軸型加速度計アセンブリとは別個の
状態で示されているが、より好ましい構成は、本発明者
等の一人の係属米国特許出願（１９９５年）に開示され
ているアセンブリを用いることであり、そのようなアセ
ンブリにおいては、位置センサは、単一のアセンブリの
中に機械的に詰め込まれている。そのような改善は、プ
ラットフォームの製造及び組み立てを簡単にし、プラッ
トフォームの撓み、あるいは、部品の取り付けの際の変
動により生ずることのある、僅かな測定の不正確さを排
除する。

【００３４】明らかなように、上記機械的な構造は、プ
ラットフォームをフレームの中に挿入することを許容
し、各々の磁極片の開口端は、関連する電機子に容易に
被嵌される。電機子は、磁極片から隔置された関係で該
磁極片と物理的に接触することなく、その中に収容され
る。本発明の利点及び組み立てられた関係が、図３Ｃに
示されている。図面を明瞭にするために、電線、真空ラ
イン等の、ペイロード２１に対する種々の接続手段、並
びに、実際の実施例において必然的に使用される、プラ
ットフォーム上の加速度計に対する導線を含む接続手段
は、図面から省略してある。

【００３５】上述の事柄から、プラットフォームは、ペ
イロードとは別個にすることができ、また、プラットフ
ォームは、ペイロードと一体に形成することができるこ
とは明らかである。従って、本明細書で使用する「プラ
ットフォーム」と言う用語は、微小重力実験装置又は微
小重力製造装置等の「ペイロード」が、大気圏外空間で
無重量状態で固定又は他の態様で取り付けられる、ベー
ス又はパネルを意味するだけではなく、より一般的な意
味においては、磁気アクチュエータ及び二重加速度計の
複合体が上述のように取り付けられる、上述の実験装置
及び製造装置のフレーム部分又はパネル部分のような、
ペイロード自体の一部をも意味し、そのような意味にお
けるプラットフォームは、本装置においては、製造装置
と一体であるが、別個のフレーム又はパネルと同じ機能
を果たす。

【００３６】図４のブロックダイアグラムに示す安定化
装置を参照する。上述の機械的なアセンブリは、本装置
の部品として、図解的に示されており、以前に説明した
要素には、図１乃至図３と同様な参照符号を付してあ
る。プラットフォーム１の上に位置する微小重力感知ペ
イロード２１は、ペイロードを作動させるために必要と
される、電気、真空、及び／又は、流体を搬送する臍の
緒すなわちユーティリティケーブル２２と同様に、破線
で示されている。

【００３７】図示のように、臍の緒２２は、フレーム３
からプラットフォーム１まで伸長している。そのような
臍の緒は、加速度計に対する導線と共に、フレーム又は
外部領域とプラットフォームとの間の唯一の物理的な接
続部である。上述の臍の緒の構造は、臍の緒のフレーム
側に生ずる衝撃又は振動に起因するどのような力をもプ
ラットフォームに到達させないように、あるいは、その
ような力を減衰させるように、意図的に、可能な限り軟
らかくすなわち柔軟になされているが、そのような絶縁
は、完全には可能ではなく、プラットフォームをベース
に接続する上記臍の緒の剛性により、小さなレベルの何
等かの力又は振動が、プラットフォームに到達する。ま
た、ペイロードに使用される流体ライン又は真空ライン
のタイプによっては、そのようなラインの中のサージ
が、例えば、当該ラインに沿って伝達されて、ペイロー
ドの実験又は製造プロセスを阻害するに十分な大きさの
機械的な力を発生する。後に明らかになるように、本装
置は、そのような邪魔な力を補償すなわち相殺する。

【００３８】本装置は、ディジタルコンピュータすなわ
ちコントローラ３３と、アナログコンピュータすなわち
コントローラ３５とを有する、制御装置３１を備えてい
る。各々の位置センサ２３ｂ、２５ｂ、２７ｂは、ケー
ブルを介して、ディジタルコンピュータ３３に接続され
ており、該コンピュータに位置情報を与えると共に、傾
斜及び回転を含むプラットフォームの位置に関する完全
な情報を提供する。磁気アクチュエータのそれぞれの電
機子の各々のコイルは、アナログコンピュータの出力側
に接続され、これにより、上記アナログコンピュータ
は、ペイロードまで伸長している臍の緒によって、ある
いは、ペイロードが発生する外乱によって生ずる恐れの
ある負荷力に抗して、プラットフォームの加速度を解消
するための、すなわち、プラットフォームを安定状態に
維持するための磁気力を発生する役割を果たす、適切な
電流をアクチュエータ５、７、９に供給する。

【００３９】ディジタルコンピュータ３３の出力側は、
アナログコントローラの入力側に接続されている。ディ
ジタルコンピュータが、プラットフォームの位置が変位
していることを感知した場合には、該コンピュータは、
センタリング命令をアナログコントローラに出力する。
そのような命令に応答して、アナログコントローラは、
適切な出力をそれぞれの磁気アクチュエータ５、７、９
の電機子に与える。各々の加速度計は、アナログコンピ
ュータ３５の対応する入力側に接続されている。加速度
計は、与えられた軸線に沿う慣性加速度の情報を発生
し、各対の加速度計は、図１及び図２に示す如き、加速
度計が設けられている各々の位置における、互いに直交
する２つの軸線に沿う情報を発生する。アクチュエータ
５に関して、図解的に示すように、矢印及び円で囲まれ
た点は、関連する対の加速度計によって測定される直交
方向、すなわち、円で囲まれた点によって表されてい
る、紙面に対して上下方向、並びに、隣接する矢印によ
って表されている、紙面を横断する直線方向を示してい
る。他の２つのアクチュエータ７、９の各々について
も、同じように表現することができる。中でも、紙面に
対して直交する軸線に沿う測定、及び、紙面に沿う対応
する直交軸線の測定は、アクチュエータ５から伸長する
軸線に対して角度をなしている。

【００４０】制御装置は、加速度計の対、及び、位置セ
ンサからの情報を用いて、プラットフォームを「揺動空
間」すなわち「スウェイ・スペース（ｓｗａｙ ｓｐａ
ｃｅ）」の中で、慣性的に安定化して位置決めする。制
御装置は、アナログ式高帯域幅慣性加速度分散制御ルー
プと、デジタル式低帯域幅位置制御ループと、デジタル
式低帯域幅力管理制御ループとを備えている。当業者に
は理解され得るように、上述の機能的な作用は、図５に
示すような、６つのチャンネルの１つの機能的なブロッ
クダイアグラムによって、最も良く説明されているの
で、図５を参照されたい。

【００４１】上述のデジタルコントローラすなわちディ
ジタルコンピュータ３３は、低サンプリング速度を有す
るものが適当であり、上述のアナログコントローラすな
わちアナログコンピュータ３５、及び、磁気的な位置決
めアクチュエータの１つ（例えば、図４に符号５で示す
アクチュエータ）の２つの運動軸線の一方だけに関する
制御ループが、示されている。図５には、１つのチャン
ネルだけが示されているが、各々のチャンネルに関して
別のアナログコンピュータが設けられ、ここに説明する
構成においては、６つのアナログコンピュータが設けら
れることは理解されよう。しかしながら、ディジタルコ
ンピュータ３３は、１つだけ用いられる。このダイアグ
ラムに示すディジタルコンピュータは、アナログコンピ
ュータの１つに接続された出力側を有しているが、この
ディジタルコンピュータは、複数の出力側を有してお
り、図示の一組の出力側と同様な出力側を各々のアナロ
グコンピュータに関して有していることを理解する必要
がある。

【００４２】このブロックダイアグラムにおいては、ア
ナログ制御ブロックの右側の要素は、通常のように、力
４５、加速度Ｘｄｄ１、及び、変位ｄＸ１の如き物理的
な作用を表している。プラットフォームの質量４７に対
して与えられる力の外乱Ｆd、４５は、加速度Ｘｄｄ１
を発生する。この加速度Ｘｄｄ１は次に、加速度計Ｇ
_accelによって、回路４８を介して、「加算ブロック」
の円４０で示すループの入力側にフィードバックされ
る。上記加速度信号は、ブロック４３で処理されて、外
乱力を無効にするすなわち解消するための対抗力信号を
ブロック４３の出力側に発生する。何等かの時間にわた
って継続する加速度Ｘｄｄ１は、ｄＸ１で示す変位を生
ずる。そのような変位は、理想的には、必要に応じて、
外乱力をフィードバック制御で効果的に解消し、加速度
をゼロにすれば、極めて小さい。当業者には認識される
ように、上述の事柄は、標準的な力又は加速度の解消装
置である。

【００４３】ディジタルコンピュータ３３は、最初に、
関連する加速度計から温度情報を検知するための入力を
Ｔ１に受ける。周知のように、加速度計は、周囲温度を
感知するものであり、従って、その出力は、存在する特
定の温度に応じて変化する。従って、加速度計を時々校
正し、与えられた周囲温度に対して、バイアス電流を調
節する。そのような校正は、加速度計の出力を正確にす
る。そのような校正は、ディジタルコンピュータ３３に
よって都合良く処理され、上記ディジタルコンピュータ
は、種々の温度に対する適正な校正情報、並びに、補償
に必要な対応するバイアスレベルを、そのメモリに記憶
している。温度情報が入力されると、ディジタルコンピ
ュータは、出力側４２から、高利得デジタル／アナログ
コントローラ４１、あるいは、低利得チャンネルを通じ
て、適正なバイアス電流を制御ループに出力し、そこか
ら、制御ループの加算接点４０に出力する。ディジタル
コンピュータは、出力すべき信号のサイズを決定し、出
力するのに適した、高利得又は低利得のチャンネルを選
択する。

【００４４】図示のチャンネルの変位は、ｄＸ１で表さ
れ、また、残りの５つのチャンネルの変位は、ｄＸ２乃
至ｄＸ６で表され、これら変位は、位置センササブシス
テム３７に接続されている。この位置センササブシステ
ムは、プラットフォームの変位を最少で６つの出力を与
える位置を表す非特異すなわち正則の測定値の組に変換
し、そのような出力は、入力Ｐ１乃至Ｐ６として、ディ
ジタルコンピュータ３３に供給される。追加のアクチュ
エータ及び位置センサを備える他の実施例においては、
追加の変位チャンネルを設け、追加の入力も同様に、追
加の位置を表す数の入力として、ディジタルコンピュー
タに供給することができることを理解する必要がある。

【００４５】ディジタルコンピュータ３３は、加速度計
のバイアスの開始及び補正の後に、入力Ｐ１乃至Ｐ６で
位置センサ２３、２５、２７を監視することにより、プ
ラットフォーム１の位置を監視する。コンピュータ３３
は、通常の態様で、そのような各々の入力を順にスキャ
ンして、受信した情報をそのメモリに記憶されている位
置情報と比較してチェックする。ディジタルコンピュー
タは、プラットフォームの位置がその中央位置から変化
していることを表す条件を、そのような入力のいずれか
において感知すると、必要な出力を決定し、６つのアナ
ログコンピュータの中の１又はそれ以上のコンピュータ
に適正な加速度命令を出力する。図示のチャンネルにそ
のような加速度命令が必要であると仮定すると、ディジ
タルコンピュータは、出力側４４を介して、アナログコ
ントローラの低利得３９に命令を出力する。アナログコ
ンピュータは、対応する磁気アクチュエータに電流を供
給して、プラットフォームをその正しい所定位置へ戻
す。

【００４６】ディジタルコンピュータは、図５に示す別
の機能も行い、装置の複数の磁気アクチュエータを解析
してバランスさせる役割を果たす。特定の装置が、特異
なすなわち冗長な磁気アクチュエータの組を含んでいる
場合には、何等かの組み合わせのアクチュエータを互い
に反対方向に作用させて、反対方向の力を与えることが
できる。そのような場合には、例えば、宇宙船では貴重
な電力を不必要に且つ大量に消費することになる。その
ような状態を避けるために、ディジタルコンピュータ
は、各々の磁気アクチュエータによってプラットフォー
ムに与えられる力を監視する。従って、そのチャンネル
が一方の方向に与えている力の測定値であるＦ１が、コ
ンピュータに入力され、同じアクチュエータの直交方向
の他方の力に関する対応する力、並びに、残りの２つの
磁気アクチュエータに関連する他の４つの追加のチャン
ネルの各々に関する対応する力も入力される。

【００４７】次に、上記コンピュータは、上記情報を用
いて、力のアンバランスが存在するか否かを判断し、も
しそうであれば、バランス誤差を内部で認識する。バラ
ンス誤差を決定した後に、上記コンピュータは、力のア
ンバランスに比例する加速度命令を発生し、そのような
命令を、出力側４４、低利得デジタル／アナログコンバ
ータを介して、符号４０で示すブロックに供給し、そこ
に存在する加速度命令に加算する。アンバランスのレベ
ルすなわち程度が、十分に大きい場合には、上記コンピ
ュータは、出力側４２を介して、高利得チャンネルから
加速度命令を出力することもできる。

【００４８】加速度制御ループは、プラットフォームを
ベースの運動から絶縁し、プラットフォームに作用する
外乱を減衰させる。このモードにおいては、磁気アクチ
ュエータは、プラットフォームの運動をほぼゼロ加速度
に維持し、プラットフォームの位置は、その中央位置か
ら若干変動する。適正な加速度制御ループの補償を用い
ると、装置全体の絶縁性能は、臍の緒ケーブルを介して
プラットフォームに接続される可能性のある、ベース運
動の外乱に対して、比較的鈍感になる。

【００４９】低帯域幅位置ループは、一組の位置測定値
から慣性加速度命令を発生し、プラットフォームの位置
を揺動空間すなわちスウェイ・スペースの中に維持す
る。従って、プラットフォームが、該プラットフォーム
に対して移動したことが判明すると、位置センサが、位
置情報を位置ループに供給し、該位置ループは、移動を
開始するに十分な加速度命令を発生する。プラットフォ
ームが、フレームの中の中央位置に向かって移動する
と、上記センサは、新しい位置情報を引き続き発生し、
新しい命令が決定されて出力される。磁気アクチュエー
タは、適正なレベルの電流によって励起され、プラット
フォームを動かすための適正な磁気力を発生する。この
センタリングプロセスは、プラットフォームが上記スウ
ェイ・スペースの中心に戻るまで、継続される。このモ
ードにおいては、磁気アクチュエータは、プラットフォ
ームを所定位置に再度センタリングする。

【００５０】高帯域幅制御装置の機能は、アナログプロ
セッサすなわちアナログコンピュータによって実行さ
れ、そのようなプロセッサすなわちコンピュータは、軌
道運転における装置の応答性及び信頼性を高める。当業
者には認識されるように、アナログ電子回路は、本来的
に、デジタル電子回路に比較して、より迅速に作用し、
宇宙線及び高エネルギ粒子の出現によって生ずる単一事
象の混乱（ＳＥＵ）を受ける割合が少ない。そのような
出現エネルギは、高速ディジタルコンピュータに故障を
生じさせることが多く、本質的に一時的な混乱、あるい
は、高速ディジタルコンピュータがそれ自身でリセット
することができず、従って、その記憶しているプログラ
ムを実行することができなくなる、ラッチアップすなわ
ちハングアップを生じさせる。そのような故障は、本発
明で使用することが好ましい、低速ディジタルコンピュ
ータでは生じない。そのような低速ディジタルコンピュ
ータは、そのトランジスタチップの構造が３ミクロン程
度の間隔で形成されているデジタルプロセッサを備えて
おり、一方、高速ディジタルコンピュータは、１／２乃
至１ミクロン程度の間隔を用いて形成されているプロセ
ッサを備えており、そのような小さな間隔は、高速ディ
ジタルコンピュータが偶発的な高エネルギ粒子の影響を
受けやすくする。

【００５１】本制御装置は、上述のヘリコプタ用「マス
ト・マウンテッド・サイト」制御装置の要素と同じ要素
であるが、上記ヘリコプタ制御装置においては、コンピ
ュータが命令するのは、加速度であり、フィードバック
が、角度方向の位置であるのに対して、本装置において
は、コンピュータが命令するのは、加速度であって、フ
ィードバックは、力、及び、並進方向の位置であり、ヘ
リコプタ装置においては、２つのアクチュエータだけを
用いて２つの自由度を与えるのに対して、本装置におい
ては、少なくとも３つの磁気アクチュエータを用いて、
６つの運動の自由度を与える点が異なっている。

【００５２】しかしながら、フレームの中に画定された
領域の中で実質的に浮揚するようになされた無重量プラ
ットフォームは、フレームとプラットフォームとの間に
伸長する臍の緒ケーブルによって生ずる予負荷に関連す
る、ペイロードに対する負荷、及び、重力勾配力を含
む、定常状態の力を受ける。また、プラットフォーム
は、宇宙船の速度を徐々に低下させる力である、宇宙船
が受ける流体力学的な抗力による影響も受ける。そのよ
うな力は、フレームの速度も低下させるが、プラットフ
ォームの速度は低下させず、従って、フレームは、プラ
ットフォームと相対的に動くことになる。上記センタリ
ング装置は、上述の総ての効果を修正する。

【００５３】低帯域幅力管理ループは、適正な力制御装
置の補償を選択して、慣性加速度命令を発生し、該慣性
加速度命令は、過度に決定されたアクチュエータの加速
度計の対の形態で、冗長アクチュエータ及び加速度制御
ループを管理する。「過度に決定された」という用語
は、必要とされる力が、任意の構成のアクチュエータに
よって与えることができることを意味する。すなわち、
特異なものでないことを意味する。例えば、プラットフ
ォームを６つの運動の自由度、すなわち、ｘ軸線、ｙ軸
線及びＺ軸線において正又は負の方向の中のいずれかの
方向において位置決めするために、少なくとも３つのア
クチュエータを必要とする。そうではなく、本装置に、
４つのアクチュエータを選択して採用した場合には、３
又は４あるいはそれ以上のアクチュエータを用いて、プ
ラットフォームを任意の位置へ動かすためには、２以上
の回答すなわち解が得られる。アクチュエータ及び二重
加速度計から成る一体型の構造は、装置の設計を単純化
する。一つの理由として、そのようなユニットは、汎用
品として容易に入手可能であり、また、一つの理由とし
て、機械的な設計が、ボリューム、コスト、組み立て時
間及び部品のカウントを低減させることである。３つの
そのような二軸感知ユニットは、６つの別個の単軸ユニ
ットと同じ仕事を行う。

【００５４】プラットフォームとフレームとの間の唯一
の接触は、小さく、軟らかいすなわち柔軟な、種々の呼
び方がされる臍の緒を通して行われる。プラットフォー
ムを制御してセンタリングする力は、電機子と磁石アセ
ンブリの磁界との間に与えられる。磁石とこれに関連す
る電機子とは全く接触していないので、電機子を流れる
電流によって生ずる力以外には、ギャップを通過する力
の伝達は全く行われない。電機子が、磁界に対して相対
的に動いた場合でも、ギャップには力が全く伝達されな
い。パドルは、非磁性体であるから、コグ力（ｃｏｇｇ
ｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）は生じず、また、電機子は、埋め
込まれたコイルを除いて、非導電性であるので、渦電流
力は生じず、アクチュエータは、コミュテータを使用し
ていないので、リップル電流力は現れず、また、アクチ
ュエータは、２ｋＨｚよりも大きい高帯域幅電流源によ
って励起されるので、逆ＥＭＦ力は発生しない。

【００５５】アクチュエータは、フレームとプラットフ
ォーム又はペイロードとの間に、物理的な接触を必要と
しないので、フレームに影響を与える外乱を含む、宇宙
船に生ずる機械的な外乱は、プラットフォームに伝達さ
れない。非接触型のアクチュエータは、機械的なタイプ
のアクチュエータに固有の、作動機構を介するプラット
フォームへの外乱荷重の経路を排除する。非接触型のア
クチュエータは、摩擦、スリップ、遊びによって、性能
また他の機械的な効果を低下させる、プッシュロッド、
固定具、ヒンジ、ピボット、及び、他の機械的な機構の
必要性を排除し、また、アクチュエータ自身が、機械的
なアクチュエータを構成する要素に固有の可撓性によっ
て、性能を減少させる可能性を排除する。追加の効果と
して、特に、ペイロードの取り付け、作動、及び、保守
が単純化され、ペイロードに対する臍の緒の電気コード
を取り外し、いずれのアクチュエータを機械的に分解す
ることなく、ペイロードをフレームから引き出すだけで
良い。

【００５６】センタリングループが必要とする計算は、
１０Ｈｚ（１秒間当たり１０サンプル）程度の低レベル
であり、非常に遅い。このように遅く実質的に小さいも
のを用いることにより、デジタルプロセッサは、大量の
熱を発生せず、従って、高速コンピュータにおいて特徴
的に必要とされる液体又は強制空気による冷却は、必要
とされない。低いサンプル速度の計算しか必要としない
ので、本装置に使用されるデジタルプロセッサは、例え
ば、インテル８０１９６プロセッサの如き、ＳＥＵに対
して十分な免疫性を有するものが好ましい。上述の理由
から、本発明においては、高速ディジタルコンピュータ
は、必要とされず、また、望ましくもない。

【００５７】上述の絶縁構造は、特に「キット」のアプ
ローチに適しており、「グローブボックス」サイズのボ
リュームから完全な軌道ラックあるいはそれ以上のサイ
ズまでの幾何学的形状に容易に適合させることができ
る。

【００５８】位置制御ループは、プラットフォームの剛
性の基本となる。上記剛性は、センタリング装置の低周
波数絶縁性能、及び、応答速度の両方を決定する。本発
明の実際的な実施例においては、例えば、ディジタルコ
ンピュータは、プラットフォームを１００秒間の間に再
位置決めするようにプログラムされており、これは、１
秒間当たり１０の命令を出すだけで行われる。上記速度
は、各々の二軸アクチュエータに関して使用される。こ
れは、非常に軟らかいバネ状の剛性と考えることができ
る。デジタル位置制御装置の構造すなわちアーキテクチ
ャーは、位置決め装置の低周波数の剛性及び減衰特性
を、プラットフォームが並進運動するあるいは回転する
ことのできる６つの自由度の各々において独立に決定す
ることを許容する。別の実施例においては、他の速度を
選択し、また、ディジタルコンピュータのプログラムに
十分に理解された変更を加えて、別の剛性を得ることが
でき、また、上記６つの自由度の各々における速度を互
いに変えて、設計者の特定の目的を満足させることがで
きる。

【００５９】軌道運動するシャトルに作用する機械的な
外乱からトレイ又はプラットフォームを絶縁することに
加えて、本装置は、現在知られていない実験及び／又は
製造技術において、プラットフォームを予めプログラム
されたサイン曲線又は一般的な周期で揺動するように、
容易に適合させることができ、そのような揺動は、３つ
の独立した運動軸線のいずれかあるいは総ての方向にお
いて、運動又は加速度の制御された測定を行う際に必要
とされる。上述の事柄は、適正な運動命令を与えるソフ
トウエアプログラムをコンピュータに組み込むことによ
って、行うことができる。

【００６０】軌道運動するプラットフォームアセンブリ
を安定化させる作用を上に説明した。地上にある場合、
あるいは、軌道までの上昇中には、プラットフォーム
は、固定することにより、ラックの適所に適正に収容さ
れるか、あるいは、宇宙船が軌道に入った後で、ペイロ
ードの中における製造作業を行う前に、別個に収容され
て組み立てることができる。

【００６１】本発明の好ましい実施例に関する上述の説
明は、当業者が本発明を製造したり使用したりするのに
十分である。しかしながら、上述の目的のために説明し
た上述の要素の詳細は、本発明の範囲を限定する意図は
なく、本発明の範囲に入る上述の要素の均等例及び他の
変更例は、本明細書から当業者には明らかであることを
注記しておく、従って、本発明は、請求の範囲に記載の
全範囲の中で、最も広く理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用されるプラットフォーム及びベー
スの機械的な特徴を有する実施例の部分的な斜視図であ
る。

【図２】Ａは、図１及び図３に示す磁気アクチュエータ
の一部を示す概略図、Ｂは、図１及び図３に示す磁気ア
クチュエータの一部を示す概略図、Ｃは、図１及び図３
に示す磁気アクチュエータの一部を示す概略図、Ｄは、
図１の実施例に使用される一緒に配置されたアクチュエ
ータ／加速度計アセンブリの正面図、Ｅは、、図１の実
施例に使用される一緒に配置されたアクチュエータ／加
速度計アセンブリの側面図、Ｆは、アクチュエータの概
略図であって、アクチュエータの運動の直交方向を示し
ている。

【図３】Ａは、本発明に使用される別のプラットフォー
ム及びベース、並びに、これらプラットフォーム及びベ
ースのアセンブリの機械的な特徴を示す部分的な斜視
図、Ｂは、本発明に使用される別のプラットフォーム及
びベース、並びに、これらプラットフォーム及びベース
のアセンブリの機械的な特徴を示す部分的な斜視図、Ｃ
は、本発明に使用される別のプラットフォーム及びベー
ス、並びに、これらプラットフォーム及びベースのアセ
ンブリの機械的な特徴を示す部分的な斜視図である。

【図４】本発明を概略的に示すブロックダイアグラムで
ある。

【図５】上述の実施例に使用される制御装置の機能的な
ダイアグラムである。

【符号の説明】

１ プラットフォーム ３ フレーム（ベース） ５、７、９ 磁気アクチュエータ １１ 磁極片 １２、１４ 永久磁石 １３ 金属ブラケット １５ 電機子 １６ 金属ブラケット １７、１９ 加速度計 １８、２０ 電気コイル ２１ ペイロード（ボックス） ２３、２５、２７ 位置センサ ３３ ディジタルコンピュータ ３５ アナログコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596093640 5301 Ｂｏｌｓａ Ａｖｅｎｕｅ， Ｈｕ ｎｔｉｎｇｔｏｎ Ｂｅａｃｈ， Ｃａｌ ｉｆｏｒｎｉａ 92647− 2048， Ｕｎ ｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒ ｉｃａ (72)発明者 ジョン・ティー・ハーデュヴェル アメリカ合衆国カリフォルニア州92647, ハンティントン・ビーチ，スカイライン・ レーン 17491 (72)発明者 デーヴィッド・ジェイ・シェンク アメリカ合衆国カリフォルニア州90720, ロス・アラミトス，ケリー・レーン 11362

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 宇宙軌道飛行体の中の無重量環境におい
   て、長時間にわたって、プラットフォームを実質的に微
   小重力環境に維持するための装置であって、 微小重力感応体を着座させるためのプラットフォーム手
   段と、 フレーム手段とを備え、 前記プラットフォーム手段は、前記フレーム手段と物理
   的に接触することなく、該フレーム手段と隔置された浮
   揚関係にあって、所定位置に設けられており、当該装置
   は更に、 前記プラットフォーム手段及び前記フレーム手段の周囲
   で隔置された、複数のワイドギャップ磁気アクチュエー
   タ手段及び二軸加速度計手段から成る、複合体と、 前記プラットフォーム手段の位置及び向きを監視するた
   めの、位置センサ手段と、 前記プラットフォーム手段を前記フレーム手段と所定の
   隔置された関係に維持するための制御手段とを備え、 前記制御手段が、 前記フレーム手段に対する前記プラットフォーム手段の
   位置又は向きの変化が検知されることに応じて、前記位
   置センサ手段に応答して命令信号を発生するための、デ
   ィジタルコンピュータ手段と、 前記磁気アクチュエータ手段に接続される、アナログコ
   ンピュータ手段とを含んでおり、 前記アナログコンピュータ手段は、前記加速度計手段に
   応答して、前記磁気アクチュエータ手段に電流を供給
   し、前記磁気アクチュエータ手段は、前記プラットフォ
   ーム手段に与えられる力によって生ずるどのような加速
   度をも中和するようになされており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記ディジタルコン
   ピュータ手段からの前記命令信号に応答して、前記磁気
   アクチュエータ手段に電流を供給し、前記磁気アクチュ
   エータ手段が、前記プラットフォーム手段を前記所定位
   置に再位置決めするようになされていることを特徴とす
   る、装置。
2. 【請求項２】 請求項１の装置において、前記複数のワ
   イドギャップ磁気アクチュエータが、３つ設けられ、こ
   れら各々のワイドギャップ磁気アクチュエータは、前記
   プラットフォーム手段を互いに直交する２つの方向の各
   々において動かすことができ、前記アナログコンピュー
   タ手段は、少なくとも３対のアナログコンピュータを備
   えており、各々の対のアナログコンピュータは、前記ワ
   イドギャップ磁気アクチュエータの対応する１つに関連
   して設けられ、一対のアナログコンピュータの一方は、
   前記ワイドギャップ磁気アクチュエータに電流を供給し
   て、前記プラットフォーム手段を一方の方向に押し、ま
   た、前記一対のアナログコンピュータの他方は、前記ワ
   イドギャップ磁気アクチュエータに電流を供給して、前
   記プラットフォーム手段を前記一方の方向に直交する方
   向に押すようになされており、前記ディジタルコンピュ
   ータ手段は、前記各々のアナログコンピュータに命令信
   号を供給するための、前記各々のアナログコンピュータ
   のための出力側を有していることを特徴とする、装置。
3. 【請求項３】 宇宙軌道飛行体の中の無重量環境におい
   て、前記飛行体に作用する瞬間的及び継続的な外部加速
   度力の存在下で、長時間にわたって、プラットフォーム
   を実質的に微小重力環境に維持するための装置であっ
   て、 微小重力感応体を着座させるためのプラットフォーム手
   段と、 フレーム手段とを備え、 前記プラットフォーム手段は、前記フレーム手段と物理
   的に接触することなく、該フレーム手段と隔置された浮
   揚関係で所定位置に設けられており、当該装置は更に、 前記プラットフォーム手段及び前記フレーム手段の周囲
   で隔置された、複数の磁気アクチュエータ手段及び二軸
   加速度計手段から成る、複合体とを備えており、 前記各々の磁気アクチュエータ手段は、 Ｕ字形状の磁極片及び永久磁石の複合体であって、隔置
   された端部を有しており、前記隔置された端部の間に、
   これら端部を横断する磁界を生成するための、磁気的な
   ワイドギャップを形成している、複合体と、 電機子手段とを備えており、 前記電機子手段は、少なくとも１つ電気コイルを有して
   おり、 前記電機子手段は、前記磁気的なワイドギャップよりも
   小さい厚みを有しており、前記電機子の少なくとも一部
   は、対応する前記磁極片及び永久磁石の複合体に物理的
   に接触することなく、前記磁気的なワイドギャップの中
   で運動可能であって、前記コイルに電流が供給されるこ
   とに応答して、前記磁界を横断する方向に運動し、ま
   た、前記隔置された端部の間で横方向に運動するように
   なされており、更に、 前記磁極片及び磁石の複合体を前記プラットフォーム手
   段に取り付けるためのブラケット手段と、 前記電機子手段を前記フレーム手段に取り付けるための
   手段とを備えており、 前記各々の二軸加速度計手段は、互いに直交する２つの
   方向の各々における前記プラットフォームの加速度を表
   す別々の信号を発生する手段を有しており、前記各々の
   二軸加速度計手段は、９．８×１０^-6ｍ／ｓｅｃ²より
   高い感度で、加速度を検知することができ、 前記磁気アクチュエータ手段及び二軸加速度計手段の複
   合体は、前記プラットフォーム手段の周囲に設けられて
   いて、デカルト座標系の互いに直交する３つの軸線の各
   々に沿って生ずるどのような加速度をも検知して、前記
   プラットフォームの横方向又は回転方向のどのような運
   動をも検知するようになされており、更に、 少なくとも３つの互いに直交する方向に沿って、前記フ
   レーム手段に対する前記プラットフォーム手段の位置を
   検知して、３つの直交方向及び３つの回転方向のいずれ
   における位置及び向きの変化をも検知するための、少な
   くとも３つの位置検知手段と、 前記フレーム手段を、前記プラットフォーム手段と隔置
   された浮揚関係にある前記所定位置に維持するための制
   御手段とを備え、 該制御手段が、 前記ワイドギャップ磁気アクチュエータ手段に接続さ
   れ、前記加速度計手段に応答して、前記ワイドギャップ
   磁気アクチュエータ手段に補正電流を供給し、前記プラ
   ットフォーム手段に与えられるどのような加速度力をも
   中和する、アナログコンピュータ手段と、 前記アナログコンピュータ手段に接続され、前記位置セ
   ンサに応答して、前記アナログコンピュータ手段に補正
   信号を供給するための、ディジタルコンピュータ手段と
   を備えており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記ディジタルコン
   ピュータ手段からの前記補正信号に応答して、前記ワイ
   ドギャップ磁気アクチュエータ手段に電流を供給し、前
   記プラットフォーム手段を、前記フレーム手段に対して
   隔置された、所定位置に維持し、これにより、少なくと
   も、大気の抗力、重力勾配、臍の緒の偏倚力、及び、定
   常的に与えられる力又は加速度によって生ずる、前記プ
   ラットフォーム手段のドリフトを中和するようになされ
   ていることを特徴とする、装置。
4. 【請求項４】 宇宙軌道飛行体の中の無重量環境におい
   て、長時間にわたって、プラットフォームを実質的に微
   小重力環境に維持するための装置であって、 微小重力感応体を着座させるためのプラットフォーム手
   段と、 フレーム手段とを備え、 前記プラットフォーム手段は、前記フレームと物理的に
   直接接触することなく、該フレームから隔置された浮揚
   関係にあり、更に、 前記プラットフォーム手段及び前記フレーム手段の周囲
   でそれぞれ隔置された位置に設けられた、複数の磁気ア
   クチュエータ手段及び二軸加速度計手段の複合体であっ
   て、前記プラットフォーム手段を、前記フレーム手段と
   隔置された浮揚関係に維持し、前記それぞれの位置が、
   少なくとも三角形を形成し、これにより、前記アクチュ
   エータ手段は、３つの直交方向及び３つの回転方向の各
   々において、前記プラットフォーム手段を動かすことが
   できるようになされた、磁気アクチュエータ手段及び二
   軸加速度計手段の複合体とを備え、 前記各々の磁気アクチュエータ手段は、 Ｕ字形状の磁極片及び永久磁石の複合体であって、隔置
   された端部を有しており、これら端部の間に磁界を生成
   するための磁気的なワイドギャップを前記端部の間に形
   成する、複合体と、 電機子手段とを備えており、 前記電機子手段は、少なくとも２つの電気コイルを有し
   ていて、これらコイルの一方は、他方のコイルに対して
   直交するように配列されており、 前記電機子手段は、前記磁気的なワイドギャップよりも
   小さい厚みを有しており、前記電機子は、前記コイルに
   電流が与えられることに応答して、前記それぞれの磁極
   片及び永久磁石の複合体に物理的に接触することなく、
   互いに直交する少なくとも２つの方向において、前記磁
   気的なワイドギャップの中で運動できるようになされて
   おり、 前記磁極片及び磁石の複合体は、前記プラットフォーム
   手段に接続され、また、前記電機子手段は、前記フレー
   ム手段に接続されており、これにより、前記磁極片及び
   前記磁石の複合体の間の運動が、前記プラットフォーム
   手段と前記フレーム手段との間の運動を生じさせるよう
   になされており、 前記各々の二軸加速度計手段は、互いに直交する２つの
   方向の各々における前記プラットフォーム手段の加速度
   を表す別個の信号を発生する手段を含んでおり、前記各
   々の二軸加速度計手段は、少なくとも９．８×１０^-6ｍ
   ／ｓｅｃ²程度の加速度を検知することができることを
   特徴とする、装置。
5. 【請求項５】 請求項４の装置において、更に、 前記フレーム手段に対する前記プラットフォーム手段の
   位置を感知して、３つの直交方向及び３つの回転方向の
   いずれにおける位置をも検知するための、位置感知手段
   を備えることを特徴とする、装置。
6. 【請求項６】 請求項５の装置において、前記複数の磁
   気アクチュエータ手段が、３つ設けられ、前記プラット
   フォーム手段は、前方及び後方の側縁部を有しており、
   前記磁気アクチュエータ手段は、互いに角度方向におい
   て隔置された位置に設けられており、前記アクチュエー
   タ手段の中の２つのアクチュエータ手段は、前記一方の
   側縁部に沿って設けられ、また、残りのアクチュエータ
   手段は、他方の側縁部で、前記２つのアクチュエータ手
   段の間の中間に設けられていることを特徴とする、装
   置。
7. 【請求項７】 請求項５の装置において、前記フレーム
   手段は、空所を形成しており、前記プラットフォーム手
   段は、前記フレーム手段の中に嵌合し、前記空所は、前
   記プラットフォーム手段を受け入れるための開口を有し
   ており、これにより、前記プラットフォーム手段は、前
   記開口を介して前記空所の中の適所に挿入され、前記磁
   気アクチュエータ手段の前記磁極片は、前記電機子を覆
   って嵌合されていることを特徴とする、装置。
8. 【請求項８】 請求項７の装置において、更に、 前記プラットフォーム手段を前記フレーム手段と所定の
   隔置された関係に維持するための、制御手段を備え、 該制御手段が、 前記フレーム手段に対する前記プラットフォーム手段の
   位置又は向きの変化が検知されることに応じて、前記位
   置センサ手段に応答して、命令信号を発生するための、
   ディジタルコンピュータ手段と、 前記磁気アクチュエータ手段に接続されたアナログコン
   ピュータ手段とを備えており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記加速度計手段に
   応答して、前記磁気アクチュエータ手段に電流を供給
   し、前記磁気アクチュエータ手段は、前記プラットフォ
   ーム手段に外部から与えられるどのような加速度力をも
   中和するようになされており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記ディジタルコン
   ピュータ手段からの前記命令信号に応答して、前記磁気
   アクチュエータ手段に電流を供給し、前記磁気アクチュ
   エータ手段が、前記プラットフォーム手段を前記所定位
   置に再位置決めするようになされていることを特徴とす
   る、装置。
9. 【請求項９】 請求項５の装置において、更に、 前記プラットフォーム手段を前記フレーム手段と所定の
   隔置された関係に維持するための、制御手段を備え、 該制御手段が、 前記フレーム手段に対する前記プラットフォーム手段の
   位置又は向きの変化が検知されることに応じて、前記位
   置センサ手段に応答して、命令信号を発生するための、
   ディジタルコンピュータ手段と、 前記磁気アクチュエータ手段に接続されたアナログコン
   ピュータ手段とを備えており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記加速度計手段に
   応答して、前記磁気アクチュエータ手段に電流を供給
   し、前記磁気アクチュエータ手段は、前記プラットフォ
   ーム手段に外部から与えられるどのような加速度力をも
   中和するようになされており、 前記アナログコンピュータ手段は、前記ディジタルコン
   ピュータ手段からの前記命令信号に応答して、前記磁気
   アクチュエータ手段に電流を供給し、前記磁気アクチュ
   エータ手段が、前記プラットフォーム手段を前記所定位
   置に再位置決めするようになされていることを特徴とす
   る、装置。
10. 【請求項１０】 宇宙軌道飛行体の上で、長時間にわた
    って、プラットフォームを実質的に微小重力環境に維持
    するための装置であって、 微小重力感応体を着座させるためのプラットフォーム手
    段と、 フレーム手段とを備えており、 前記プラットフォーム手段は、前記フレーム手段に直接
    物理的に接触することなく、前記フレーム手段と隔置さ
    れた浮揚関係にあり、更に、 前記プラットフォーム手段に接続されていて、前記プラ
    ットフォーム手段に作用するあるいは該プラットフォー
    ム手段から生ずるどのような加速度力をも中和し、前記
    プラットフォーム手段を前記フレーム手段に対して所定
    の隔置された位置に維持するための、手段とを備えるこ
    とを特徴とする、装置。
11. 【請求項１１】 微小重力感応体を着座させるためのプ
    ラットフォーム手段と、 フレーム手段とを備え、 前記プラットフォーム手段は、前記フレーム手段に物理
    的に直接接触することなく、前記フレーム手段と隔置さ
    れた浮揚関係にあり、更に、 前記プラットフォーム手段に接続されていて、該プラッ
    トフォーム手段に作用する又は該プラットフォーム手段
    から生ずるどのような加速度力をも中和して、前記プラ
    ットフォーム手段を前記フレーム手段に対して、所定の
    隔置された位置に維持するための手段を備えることを特
    徴とする、装置。