JPH10167197A

JPH10167197A - ホイールによる３軸衛星の姿勢制御及びホイールのアンローディング並びにスピン衛星の姿勢復元装置

Info

Publication number: JPH10167197A
Application number: JP8329374A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Baba; 豊治馬場
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】人工衛星の機能を長期間継続させる為、ジェッ
ト噴射を使わずホイールにより３軸衛星の姿勢制御を行
なうこと、スピン衛星の歳差運動を止め姿勢復元を行な
うこと、リアクションホイールのアンローディングを行
なうこと。【解決手段】２個のホイールを１対とし、ホイールの方
向を対称方向に変え合成角運動量ベクトルにより同一方
向の正負のトルクを得、３軸衛星の姿勢制御を行ない、
合成角運動量の相対的増量によってスピン衛星の姿勢復
元をする。慣性モーメント同一の２個のホイールにより
リアクションホイールのアンローディング時の反動を吸
収し停止させ、２個のホイールの方向を変えホイールの
回転を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二つのホイールの合
成角運動量ベクトルによる３軸衛星の姿勢制御及び合成
角運動量によるリアクションホイールのアンローディン
グ並びにスピン衛星の姿勢復元装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星は宇宙を飛行中、太陽輻射圧ト
ルク、地磁気トルク、重力傾度トルク等による外乱トル
クが働き姿勢を安定に保つことが出来ない。

【０００３】３軸安定方式衛星の場合モーメンタムホイールの角運動量、リアクションホイー
ルの回転数の増減によるアリクションを利用して姿勢制
御されている。ホイールの回転数が上限に達し制御不能
となった時、ガスジェットを噴射しホイールのアンロー
ディングが行われる。したがって搭載している噴射燃料
が無くなると姿勢制御は短期間の内に不能となる。

【０００４】スピン安定方式衛星の場合太陽輻射圧ト
ルクが主な要因となってスピン軸の歳差運動が起こり
ガスを噴射し制御される。３軸安定方式と同様に搭載し
ている噴射燃料が無くなると姿勢制御は短期間の内に不
能となる。

【０００５】回転するホイールの方向を変えて姿勢制御
する場合（特公平７ー２４８０）回転するホイールの方
向を変えると９０度の位相で角運動量ベクトルが働き、
人工衛星本体に対し同一方向の制御トルクを得ることが
出来ない。叉、他に回転するホイールを装着している
と、そのホイールにも９０度の位相で角運動量ベクトル
が緩衝し制御が複雑難解であり、磁気トルカによってホ
イールの方向を戻すには、角運動量ベクトルは大きく働
き、磁気トルカのトルクは小さなトルクであり長期間を
要し実用性にかけるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は回転するホイ
ールの方向を変え人工衛星本体に対し同一方向で正逆の
制御トルクを得ること。

【０００７】ガスジェットの噴射を使うことなくホイー
ルのアンローディングを行なうこと

【０００８】ガスジェットの噴射を使うことなくスピン
衛星の歳差運動を止め姿勢を復元させることであり、人
工衛星の機能を長期間継続させようとする目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】角運動量同一の２個のホ
イールを１対とし、合成の角運動量ベクトルの方向が同
一軸方向になるよう２個のホイールの方向を対称方向に
変え人工衛星本体に対し同一方向の正逆の制御トルクを
得る。

【００１０】慣性モーメント同一の２個のホイールとリ
アクションホイールの回転軸とを平行にしリアクション
ホイールのアンローディング時の反動を２個のホイール
によって吸収しリアクションホイールの回転を停止さ
せ、２個のホイールの回転方向を相対する方向に変え、
ホイールの回転を停止させる。

【００１１】角運動量同一の２個のホイールを１対と
し、２個のホイールを、対称方向に方向を変えることに
より角運動量の相対的増量を行ないスピン衛星の姿勢復
元をする。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明者が唱えた《遠心力による剛
体論》を記述する。『儲論』従来、回転する剛体の歳差運動は、角運動量と
ベクトル表示によって次式により説明されているがＩωΩ＝ＷＬ（Ｉ＝Ｍｒ²）但し、Ｍ＝剛体の慣性質量、Ｗ＝剛体の重力、ｒ＝剛体の慣性
半径， ω＝剛体の角速度、Ω＝剛体の歳差運動の角速度、Ｌ＝
回転軸の長さこの式によるとＩω、Ｗ一定の時、Ｌを大きくある
いは外力を加えΩを大きくすれば、ＩωΩ のモーメン
トは極限なく大きく働くこととなるが、現実には起こり
えない。本理論は遠心力を解析しＭｒ²ω²・sinθ＝ＷＬ・sinα 但し、α＝垂直に対する回転軸の傾斜角、θ＝偏差角
（仮名、本論にて説明）なる式を導き回転する剛体運動
の特性を説明するものである。『序論』『直線移動時の回転の瞬間中心線』図１のように半径r
外周速度v の剛体が矢印方向に回転しながら速度Ｖ₁で
直線移動する時、但し半径r₁の周速度Ｖ₁の時線ＡＢと
半径r₁の円の接する点Ｅが回転の瞬間中心点で速度ゼロ
であり回転体の瞬間中心線（鉛直方向）である。『歳差運動時の回転の瞬間中心線』図２のように剛体が
矢印方向に回転しながら速度Ｖ₁で歳差運動する時、但
し半径r₁の周速度Ｖ₁の時半径r₁の円の接する点Ｅが
図１と同様、回転の瞬間中心点で速度ゼロであり線ＡＥ
が回転体の瞬間中心線である。『本論』『歳差運動時の質点の運動方向』図２の様に剛体が歳差
運動する時、各質点は剛体の回転運動方向の接線と歳差
運動方向の接線との合方向に働きその接線は回転の瞬間
中心線に対し直角である。証明図３のＥは回転の瞬間中心点Ｇは剛体の重心角ＢＤＣ＝直角角ＤＢＣ＝ｄＡは回転軸の支点線ＡＧは回転軸角ＣＧＤ＝ｂｒ₀＝ＧＣの距離角Ａ'ＡＧ＝直角ＡＢの距離＝ｒ₀・cosｂＡＢ＝ＧＤＡＧ＝ＢＤ回転軸の長さＬ＝ＡＧの距離線Ａ'Ｂ'とＥ'Ｄ'は平行線線Ｅ'Ｄ'は剛体の重心を通り回転軸に直角の中心線歳差速度をＶ、回転軸回りの角速度をω 半径ｒ₀の質点の回転速度をｖ₀ 偏差角（回転軸と瞬間中心線との交差角、角ＥＡＧ仮
名）をθ 回転の瞬間中心点Ｅと回転中心点Ｇの距離をｒとした
時側面図の質点ＣのＥ'Ｄ'に平行の回転運動速度はｖ₀
・sinｂ平面図の質点Ｃの歳差速度はＶ・secｄ回転軸に平行の歳差速度はＶ・secｄ・sinｄ＝Ｖ・tan
ｄ正面図は、ｖ₀・sinｂとＶtanｄの合成図で有るが、
角ＧＣＦをｘとした時ｖ₀・sinｂtanｘ＝Ｖtanｄ ────────────── 式ｖ₀＝ｒ₀・ω ────────────── 式Ｖ＝ｒω ────────────── 式より tanｘ＝Ｖtanｄ／ｖ₀・sinｂ，を代入 tanｘ＝ｒωtanｄ／ｒ₀・ωsinｂ＝ｒtanｄ／ｒ₀・sinｂ ────────────── 式ｒ＝Ｌtanθ ────────────── 式式にを代入 tanｘ＝Ｌtanθtanｄ／ｒ₀・sinｂ ─────────── 式Ｌtanｄ＝ｒ₀・sinｂであるから（図３参照）式は tanｘ＝tanθ 故に、質点の接線と回転の瞬間中心線ＡＥとの交差角は
直角である亊が証明できる。『歳差運動時の遠心力の方向』遠心力の方向は、回転の
中心より質点の運動方向に働くと考えられる。剛体が回
転し歳差運動をする時、質点の遠心力方向は回転の瞬間
中心線に直角に働き回転軸回りの剛体の回転方向より偏
差角度分傾いていると考える事ができる『慣性半径及び慣性質量の定義』半径Ｒの均質の円板の
中心が固定軸に回転運動をしている時慣性半径ｒを πＲ²−２πｒ²＝０

【数１】均質の円板の質点の質量をdmとし、慣性質量ＭをＭ＝Σdm ───────────（定義２）として定義する。定義１、２、より遠心力の総和ＦはＦ＝Ｍｒω² （ω＝角速度）『偏差モーメントの発生』剛体が歳差運動する時、剛体
の捩じる力を偏差モーメントと仮名する。歳差運動時の
回転の瞬間中心線と回転軸との交差角（偏差角）をθと
する。回転体の遠心力方向は回転体に対してθの傾きを
持つ、各質点は遠心力方向に力が働き、回転体を遠心力
方向に傾けようとする力が働く、その力は遠心力の総和
Ｍｒω² に sinθ を乗じたＭｒω²・sinθ でありモ
ーメントΛを生じるモーメントΛは、回転の中心からの
距離ｒを乗じた Λ＝Ｍｒω²・sinθ・ｒ＝Ｍｒ²ω²・sinθ このモーメントΛを偏差モーメントとする。回転の瞬間
中心線は回転軸の真上に位置する故、偏差モーメントの
方向は支点に対し反重力方向（負の方向）である。長さ
Ｌの回転軸に、重力Ｗの剛体が、垂直に対し角αの傾き
で歳差運動する時重力によってＷＬ・sinα のモーメン
トが支点で剛体に対し重力方向（正の方向）へと働く。
このモーメントと偏差モーメントが等しいと考える。
『角運動量とベクトル表示によって導かれた式との関
係』剛体の回転中心点と回転の瞬間中心点の距離を
ｒ₀、剛体の回転角速度をω、支点から剛体の重心迄の
距離をＬ、回転軸と垂直線との角度をα、慣性半径を
ｒ、偏差角をθ としＭｒ²ω²・sinθ＝ＷＬ・sinα と ───────── 式歳差速度ＶはＶ＝ｒ₀・ω ──────── （ａ）ｒ₀＝Ｌtanθ ──────── （ｂ）ａ、ｂ式よりＶ＝Ｌω・tanθ 歳差角速度Ωは Ω＝Ｌω・tanθ／Ｌsinα ＝ω・tanθ／sinα ───────────── 式上式より ω＝Ω・sinα／tanθ ───────────── 式よりＭｒ²ωΩ・sinαsinθ／tanθ ＝Ｍｒ²ωΩ・sinαcosθ＝ＷＬ・sinα 両辺を sinα で割るとＭｒ²ωΩ・cosθ＝ＷＬＩωΩ・cosθ＝ＷＬ（Ｉ＝Ｍｒ²） ─────── 式式より

【数２】に於て、Ωの角速度は、ωの角速度に比して非常に小さ
く角θは、微小角でありΩの角速度を無視してcosθを
１と見なすことと、角運動量とベクトル表示によって導
く計算式に於て、Ω回りの角運動量は、ω回りの角運動量
に比して非常に小さくΩ回りの角運動量を無視して導か
れたもので有ることを加味すれば従来の式と一致する。
しかし、各質点は回転の瞬間中心線に対し直角に運動し
ている故、Ｉωの角運動量は回転の瞬間中心線回りの角
運動量と考えることが出来る。偏差角をθとした時、角
運動量とベクトル表示によって導く回転軸回りの角運動
量はＩω に cosθ を乗じるべきであり、乗じると
式と一致する。式のＭｒ²ω²・sinθ＝ＷＬ・sinα を歳差運動時の遠心力による計算式と考えることが出来
る。『偏差モーメントの極限』式より

【数３】

【数４】『偏差モーメントとベクトル』図４のｙ軸を垂直線、
ｘ軸を水平線、Ｇは剛対の重心、Ｗは重さ、線ＡＧを回
転軸、ＡＧ間の距離をＬ、ｙ軸とｘ軸の交点Ａを歳差運
動時の支点、ｙ軸と回転軸ＡＧとの角度をα、Ｍｒ²ω²・sinθ＝ＷＬ・sinα とした時

【数５】

【数６】ベクトルＡＢ，ベクトルＡＣの合力のベクトルＡＤ
は、

【数７】ベクトルＡＢの反力はベクトルＧＳ、ベクトルＡＣの反
力はベクトルＧＴベクトルＧＳ、ベクトルＧＴの合力
はベクトルＧＵ

【数８】『結論』回転する剛体の方向を変えると、回転の瞬間中
心線と剛体の回転中心線とが交差するようになり、この
交差角（偏差角）により偏差モーメントを生じる。遠心
力は回転の瞬間中心線に直角方向に働く故、偏差モーメ
ントは力を駆けた方向より９０度の位相を生じる。回転
する剛体が支点をかえして歳差運動を続けるのは、剛体
等の重力によって静力学的に方向を変えようとする力が
働き、９０度の位相によって歳差運動が起こり、歳差運
動によって、偏差モーメントが働き負の方向の偏差モー
メントと重力によって支点に働く正の方向のモーメント
との釣り合いがとれ、歳差運動を続けていると考える。
偏差モーメントは偏差角を小さくする様に働く故、回転
する剛体を重心で支えた時方向を変えようとしないのは
偏差モーメントの働きと考える。回転する剛体運動の特
性は、偏差モーメントによるものと考えられる。『余論』回転するコマが初期の段階で、頂点を上方に円
錐状の旋回運動をする時、垂直方向へと立ち上がるの
は、接地面の丸みを帯た回転軸との摩擦により旋回の角
速度を速めコマの重力による正の方向のモーメントより
負の方向の偏差モーメントが大きくなって、垂直方向
へと立ち上がるものである。右に回転する剛体の回転軸
の端を支えながら右旋回させると、回転の瞬間中心線は
内側方向に出来、旋回による遠心力により起きる外側に
働くモーメントと内側に働く編差モーメントが釣り合い
が取れ、安定した旋回が出来るが、左回転しながら右旋
回させると外側に編差モーメントが働き安定した旋回が
出来ない。氷上のフィギヤースケートに於て、右旋回中
に左回転しながらジャンプをし、着地が困難なのは着地
の瞬間、偏差モーメントが外側方向に働く所以である。『参考文献』好学社発行応用力学『動力学編』Ｓ．ティモシェンコ／Ｄ．Ｈ．ヤ
ング著 ■渡辺茂・三浦宏文訳以上であるがこの理
論により偏差モーメント（以後、角運動量ベクトルと云
う）は回転の瞬間中心線の直角方向に働くことが決定付
けられる。

【００１３】人工衛星本体に対し同一軸方向の正逆の制
御トルクを得る作用として鉛直方向にｚ軸を設け、Ｙ軸
対称に２個のホイールの回転軸をＹ軸に直角に、Ｘ軸方
向に設け、回転軸とＸ軸の交差角をα、とし（この時
α＝０度）共に＋Ｙ＋Ｚ −Ｙ −Ｚ方向にホイールを
回転させ、角運動量を同一にし＋Ｘ側のホイールは＋Ｘ＋Ｚ −Ｘ −Ｚ −Ｘ側のホイールは−Ｘ＋Ｚ＋Ｘ −Ｚ回りに同じ角
速度でαを０〜９０〜１８０〜２７０〜３６０度回りに
方向を変えホイール１組の方向が変わる時の角運動量ベ
クトルをＭとした時、角運動量ベクトルは力をかけた
方向より９０度の位相で働く故Ｘ軸回りに２Ｍ・sinα
の合成の角運動量ベクトルを得る。αを３６０〜２７
０〜１８０〜９０〜０度回りに方向を変えると−２Ｍ・
sinα の角運動量ベクトルがＸ軸回りに働く。Ｚ軸回り
の角運動量ベクトルは互いに逆方向に働き打ち消し合い
Ｙ軸回りのベクトルは互いに逆の方向にホイールの方向
を変えるのであるから打ち消し合う。この作用を応用し
て人工衛星本体に対し正負の方向の制御トルクを得る。
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説
明する。図６の（ａ）に於てジンバル回転軸４ａ，４ｂ
の方向はｙ軸に平行に，ホイールの回転軸２ａ，２ｂの
方向はＺ軸に平行に、ホイール１ａは＋ｘ −ｙ方向
に、ホイール１ｂは −ｘ −ｙ方向に、同一の所定の角
運動量で回転している。ジンバル用クラッチ５ａ、５ｂ
を閉じ、ジンバル駆動モーター６ａとジンバル軸４ａ，
ジンバル駆動モーター６ｂとジンバル軸４ｂを連動す
る。ジンバル駆動モーター６ａにより−ｘ＋ｚ方向
に、ジンバル駆動モーター６ｂにより＋ｘ＋ｚ方向に
同じ角速度でホイールの方向を変える時、回転軸がｘ軸
に平行になる迄ｘ軸回りに＋ｚ −ｙ方向のトルクを得
る。図６の（ａ）から図６の（ｂ）へ、ここまでの
ジンバル駆動モーターによる操作を操作１、とする。
回転軸がｚ軸に平行でない時、ホイールの方向を元に戻
すにはジンバル用クラッチ５ａ、５ｂを開放しブラケ
ット８ａとジンバル７ａ，ブラケット８ｂとジンバル７
ｂを軸支する、ブラケット駆動モーター１０ａは＋ｘ
−ｙ方向に、ブラケット駆動モーター１０ｂは−ｘ −
ｙ方向に同じ角速度でブラケット８ａ，８ｂを支持軸回
りに回転させる事によりホイールの方向を変え回転軸を
ｚ軸に平行にさせる。図６の（ｂ）から図６の（ｃ）
へ、操作１からここまでのブラケット駆動モーターに
よる操作を操作２、とする。操作２によってホイール
の方向を変えるとき、前述の剛体論『偏差モーメントの
発生』より、角運動量ベクトルは回転の瞬間中心線の直
角方向に働く故、ホイールの方向はジンバル軸回りに、
ホイールの回転方向はブラケットの回転方向になる。図
７の（ａ）は本発明のホイールの片方の１組の正面図で
あり、図７の（ｂ）は平面図である。図７に於て、ホイ
ール回転軸２ａの方向とｘ軸のｚ軸回りの面に対する交
差角を α_z、ジンバル回転軸４ａの方向とｘ軸の交差角
を α_y、操作２のブラケット駆動モーター１０ａよるト
ルクをＴ_m、とした時ホイール回転軸２ａ方向にＴ_m・
cosα_z のトルクが働く、このトルクによってホイール
１ａの方向が変わり、角運動量ベクトルが９０度の位相
でジンバル軸４ａ方向に同力で働き、ｘ軸回りにＴ_m・
cosα_z・sinα_y の１組のトルクが働く。操作１による
ジンバル駆動モーター６ａによる１組のトルクをＴ_m、
とした時ｘ軸回りの＋ｚ −ｙ方向に２個の合成トルク
２・Ｔ_m・sinα_yが働き、操作２によるｘ軸回りの＋ｚ
＋ｙ方向の２個の合成トルク２・Ｔ_m・cosα_z・sinα_y
より大きく働くことによりｘ軸回りの制御を行なうブラ
ケット駆動モーター１０ａ，１０ｂによりブラケット８
ａ，８ｂを初期、図６の（ａ）の状態にしジンバル用ク
ラッチ５ａ、５ｂを閉じ次の制御に備える。なお、初期
の状態の時ジンバル駆動モーター６ａ、６ｂの回転方
向を逆にすればｘ軸回りのトルクが逆方向に働く。叉、
ジンバル軸４ａ，４ｂをｘ軸に平行にさせ、ジンバル駆
動モータ６ａ，６ｂを対称方向に回動させればｙ軸回り
のトルクを得ることが出来、コントロールド・バイアス
モーメンタム方式の３軸姿勢制御衛星には特に敵する

【００１４】図８の（ａ）に於て１４は回転軸方向がｘ
軸方向のアンローディングをするホイールである（以
後、ホイール１４と云う）。慣性モーメントが等しいホ
イール１ａ、１ｂの回転が停止した状態でジンバル用ク
ラッチ５ａ、５ｂを閉じた状態にしておき、ホイール回
転軸２ａ，２ｂの方向はｘ軸に平行に、ジンバル軸４
ａ，４ｂの方向はｙ軸に平行にしておく。ホイール１４
の回転数を下げる事により反動トルクが起きる。この反
動トルクをホイール１ａ又は１ｂ（若しくは同時）に
回転をホイール１４の回転方向に上げてゆきホイール１
４の回転が停止する迄、反動トルクを吸収させる。次に
反動トルクを起こさぬようにホイール１ａ、１ｂを公知
の技術によりホイール駆動モーター３ａ、３ｂによっ
て回転数の大きい方を下げ、回転数の小さい方を上げ回
転数を同一にし、ジンバル駆動モーター６ａ，６ｂ、に
より互いに逆方向に同じ角速度でホイールの方向を変え
ホイール回転軸２ａ、２ｂをｚ軸に平行にさせ（この
時、トルクがｘ軸回りに働くこれをホイール１４によっ
て制御する）。なお、ジンバル用クラッチ５ａ、５ｂを
開放しブラケット８ａとジンバル７ａ，ブラケット８ｂ
とジンバル７ｂを軸支し、ブラケット駆動モーター１０
ａ、１０ｂにより互いに逆方向に同じ角速度でホイール
の方向を変えホイール回転軸２ａ、２ｂをｚ軸に平行に
させれば、ｘ軸回りに働くトルクは小さくなる（図８の
（ａ）から図８の（ｂ）に）。次に、回転数の減数が同
一に成るようにホイール１ａ，１ｂの回転数を下げ停止
させジンバル駆動モーター６ａ，６ｂ、により初期の状
態、図８の（ａ）に戻し次のアンローディングに備え
る。

【００１５】スピン衛星が歳差運動する時、外乱トルク
をＴ_D、スピン軸回りの慣性モーメントをＩ_S、スピンの
角速度をω_S、前述の剛体論での偏差角をθs、とした時Ｉ_S・ω_S ²・sinθs＝Ｔ_D の関係で運動をしている。
角運動量ベクトルは回転の瞬間中心線の直角方向に働く
故上式の角運動量ベクトルＩ_S・ω_S ²・sinθ が外乱ト
ルクＴ_D より大きく働いている時、歳差運動はおさまっ
てゆく。ホイールの回転軸回りの慣性モーメントを
Ｉ_H、ホイールの角速度をω_H、ホイール回転軸方向と仮
定Ｘ軸の交差角をα とした時、Ｘ軸回りの角運動量は
Ｉ_H・ω_H・cosα である。仮定Ｘ軸をスピン軸にし、
衛星のスピンの角運動量Ｉ_S・ω_Sとホイール２個の合成
角運動量２・Ｉ_H・ω_H・cosα を合算しスピン軸回りの
角運動量を増量しつつスピン衛星の姿勢復元を行なう。
図９の（ａ）に於て、１５はスピン衛星のスピン部、１
６はプラットホーム、１７はスピン軸、スピン部１５が
＋ｘ −ｙ方向にスピンし、ｚ軸回りに歳差運動をして
いる時ジンバル用クラッチ５ａ、５ｂを閉じた状態にし
ておき、ホイール回転軸２ａ、２ｂの方向、並びにジン
バル回転軸４ａ，４ｂの方向が平行でスピン軸１７に直
角にし、ホイール１ａ、１ｂは互いに逆回転方向に角運
動量の増量が同一に成るように所定の回転数にする。ジ
ンバル駆動モーター６ａ、６ｂによりホイール１ａ、１
ｂの回転方向がスピン部１５の回転方向に成るように方
向を所定の角速度で変える。この方向を変える時のホイ
ール１ａ，１ｂの角運動量ベクトルはスピン部１５のス
ピンの逆方向に働き、ホームプレート１６はスピンの逆
方向に回転を始めるスピン回りの角運動量を、正の角運
動量とすれば、ホームプレート１６の角運動量は、負の
角運動量であるが、前述の剛体論『偏差モーメントの極
限』よりホイール１ａ，１ｂの方向を変える角速度が角
運動量ベクトルの釣り合う角速度を越えない限り負の
角運動量は正の合成角運動量より大きくなることはな
い。ホームプレート１６の方向を変えない為、公知の技
術によりスピン部１５の回転を遅くする。この操作中
スピン軸１７回りの相対角運動量は、ホイール１ａ，１
ｂの合成角運動量の増加によって大きくなり、歳差運動
による角運動量ベクトルは、外乱トルクより大きく、そ
の方向は衛星本体の重心を支点にしてｚ軸方向へ働くの
であるから、スピン軸１７はｚ軸方向へと偏り、歳差運
動は治まってゆきスピン衛星の姿勢復元が達成される。
（図９の(ｂ)）ニューテーション運動の姿勢復元にも有効である。歳差
運動の治まったところでジンバル駆動モーター６ａ、６
ｂにより初期のホイール１ａ，１ｂの回転方向に同じ角
速度でホイール１ａ，１ｂの方向を変えホイール回転軸
２ａ、２ｂが平行でスピン軸１７に直角にする。この方
向を戻す時、角運動量ベクトルはスピン部１５のスピン
の回転方向に働く、ホームプレート１６の方向を変えな
いことと、元のスピン数に戻す為、公知の技術によりス
ピン部１５の回転を速め次の姿勢制御に備える。な
お、クラッチ５ａ、５ｂを開放し、ブラケット駆動モー
ター１０ａ、１０ｂにより初期の状態に戻せばスピン回
りのトルクは小さくなる。

【００１６】スピン衛星の歳差運動の姿勢復元として前
記の初期の状態、図９の（ａ）の時ホイール回転軸２
ａ、２ｂの方向がｚ軸方向になった時、ホイール１ａ、
１ｂ、の回転数を増減し、衛星の重心を支点に歳差運動
方向にトルクを与えると、角運動量ベクトルは９０度の
位相により、スピン軸はｚ軸方向へ偏りスピン衛星の姿
勢復元が達成される。

【００１７】

【発明の効果】

（共通の効果：前記全実施例）１：電力による作動であり、太陽電池により電力を供給
する事が出来る。２：ホイールを高速回転させる事により、質量を小さく
する事が出来る。３：作動を速くする事により、姿勢制御の時間を短くす
る事が出来る。４：ガス噴射の必要がない故、衛星の機能を長期間にす
る事が出来る。５：姿勢制御用燃料の搭載が必要ない故、衛星の質量が
小さくなる。６：ガス噴射の制御と違い、軌道の変更、振動が起きな
い。

【００１８】角運動量ベクトルによる姿勢制御装置の効
果１：回転軸平行で固定している時、全方向に方向を変え
ても角運動量ベクトルは打ち消し合い別の軸回りの姿勢
制御の時緩衝がなく姿勢制御が容易に成る。

【００１９】歳差運動時の姿勢復元装置の効果１：プラットホームの方向を変える事なく姿勢復元が出
来る。２：ホイールの回転数の増減による反動トルクを利用す
る事によりスピン部の回転数を変える事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】剛体の直線移動時図

【図２】剛体の歳差運動時図

【図３】剛体の歳差運動時図の説明図

【図４】偏差モーメントのベクトル図

【図５】本発明の斜視図

【図６】角運動量ベクトルによる制御トルクの説明図

【図７】ホイールの傾度表示図

【図８】ホイールのアンローディングの説明図

【図９】スピン衛星の姿勢復元の説明図

【符号の説明】

１ａ，１ｂはホイール、２ａ，２ｂはホ
イール回転軸、３ａ，３ｂはホイール駆動モーター、
４ａ，４ｂはジンバル軸、５ａ，５ｂはジンバル用クラ
ッチ、６ａ，６ｂはジンバル駆動モーター７ａ，７ｂはジンバル、８ａ，８ｂはブ
ラケット、９ａ，９ｂはブラケット軸、１０
ａ，１０ｂはブラケット駆動モーター１１ａ，１１ｂはジンバル軸受、１２ａ，１２ｂは
ホイール回転軸受、１３は衛星本体、
１４はアンローディングするホイール１５はスピン衛星のスピン部１６はスピン衛星
のプラットホーム１７はスピン軸Ａはホイール回転軸の方向Ｂはジンバル回
転軸の方向Ｃはスピン軸の方向Ｄは歳差運動方
向ｘ，ｙ，ｚは座標軸 α_yはジンバル回転軸の方向とｘ軸の交差角 α_zはホイールの回転軸の方向とｘ軸のｚ軸回りの面に
対する交差角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】面に、ほぼ対称に所定量の角運動量を持た
せたホイール１ａ，１ｂをジンバル７ａ，７ｂに装架
し、クラッチ５ａ，５ｂを介してブラケット８ａ，８ｂ
にジンバル７ａ，７ｂを軸支し、ジンバル駆動モーター
６ａ，６ｂ並びにブラケット駆動モーター１０ａ，１０
ｂによりジンバル７ａ，７ｂを対称方向の支持軸回りに
回動させる手段を備えたことを特徴とするホイールによ
る３軸衛星の姿勢制御装置。
【請求項２】回転軸２ａ，２ｂを、ほぼ平行にし所定の
慣性モーメントを持たせたホイール１ａ，１ｂをジンバ
ル７ａ，７ｂに装架し、ジンバル７ａ，７ｂを対称方向
の支持軸回りに回動させる手段を備えたことを特徴とす
るホイールによるホイールのアンローディング装置。
【請求項３】回転軸２ａ，２ｂを、ほぼ平行にし所定量
の角運動量を持たせたホイール１ａ，１ｂをジンバル７
ａ，７ｂに装架し、ジンバル７ａ，７ｂを対称方向の支
持軸回りに回動させる手段を備えたことを特徴とするホ
イールによるスピン衛星の姿勢復元装置。