JPH1016897A - 宇宙空間構造物の温度制御構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放射吸収を利用して所定温度に温度制御するこ
とを可能とし、温度制御に係る電力消費を抑制できる宇
宙空間構造物の温度制御構造を提供する。 【解決手段】 実験機器３０を収容する収容匡体２０の
地球指向外板２１の外面に沿って、長手方向で放射吸収
率が変化する温度調節ベルト４１が駆動モーター４３に
よって周回駆動されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間の構造物
において、放射源からの放射を利用して内部温度を所定
に制御する宇宙空間構造物の温度制御構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地球周回軌道上の人工衛星等の宇宙空間
構造物は、太陽放射，太陽放射の地球からの反射放射
（アルビード光），及び地球放射等が入力し、その一方
で自らも宇宙空間に向けて放射する。つまり、太陽放射
等の放射による熱量が流入すると共に表面から熱量を放
散するものである。このため、何等温度調節を加えない
場合には外面の熱光学的特性（太陽光吸収率と赤外光放
射率の特性）に応じて入力（放射吸収）と出力（放射）
が平衡した温度（放射平衡温度）となるが、入力量は放
射源である太陽や地球に対するそれを受ける面の角度の
変化に伴って変化し、従って平衡温度も変化する。尚、
内部機器からの発熱がある場合には、内部機器の発熱量
も入力として含めた平衡温度となる。

【０００３】ところが、宇宙空間構造物の内部に設けら
れる各種装置は、安定的に作動させるために温度を一定
の範囲内に維持することが求められる。そのため、構造
物の外面全体を断熱材で覆って熱の入出力の双方を遮断
してこれらに起因する温度変化を防ぐと共に、加熱又は
冷却可能な温度制御装置を備え、構造物内部の所定温度
への維持はこの温度制御装置によって行うように構成さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、宇宙空
間構造物では供給電力が限られるために、温度制御に要
する電力の消費を最小限に留めたいという要求がある。

【０００５】そこで、外面を断熱材で覆わず、外面の熱
光学特性を選択することで太陽や地球からの放射を温度
制御に利用することが考えられるが、前述のごとく放射
を受ける面の放射源に対する角度の変化に伴って入力量
が変化してしまうために所望の温度に維持することは困
難であって、やはり加熱又は冷却可能な温度制御装置を
備えて温度制御を行う必要があるものである。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、放射吸収を利用して所定温度に温度制御する
ことを可能とし、温度制御に係る電力消費を抑制できる
宇宙空間構造物の温度制御構造を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する宇宙空
間構造物の温度制御構造は、放射源からの放射を受ける
宇宙空間構造物の外面に、その放射吸収率を変更可能な
放射吸収率変更手段を備え、該放射吸収率変更手段が放
射状況に応じて放射吸収率を変化させることによって温
度調節するように構成されていることを特徴とする。

【０００８】また、上記放射吸収率変更手段は、上記外
面に温度制御部材が移動可能に設けられると共に、当該
温度制御部材を移動駆動する駆動手段を備えて構成さ
れ、前記温度制御部材は、その移動方向に前記外面より
広い面積を有すると共に部位によって異なる放射吸収率
に形成され、前記駆動手段による移動によって前記外面
と対応する面全体における放射吸収率が変化するように
構成されていることを特徴とする。

【０００９】ここで、温度制御部材の部位によって放射
吸収率を異ならせるとは、例えば塗装色を放射吸収率の
異なる二色に塗り分けることで構成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る宇宙空間
構造物の温度制御構造の一実施形態例を適用した地球周
回軌道構造物の概略構成を示す斜視図である。

【００１１】図示地球周回軌道構造物１は、地球周回軌
道上を地球に対して一定の姿勢を維持して飛行する。そ
の一部に、図２に斜視図を示すような実験機器搭載部１
０が宇宙空間に暴露された状態で設けられている。

【００１２】実験機器搭載部位１０は、その外面に複数
の結合機構１１が備えられており、この結合機構１１に
実験機器を格納した宇宙空間構造物としての格納匡体２
０が着脱可能に結合されるようになっている。

【００１３】格納匡体２０は、図２のＡ−Ａ断面図であ
る図３に示すように、直方体状であってその内部に図中
下側の地球指向外板２１と平行に配設された支持板２２
に支持されて実験機器３０が設けられている。

【００１４】支持板２２と地球指向外板２１の間には、
アルミニウム等の熱伝導率の高い素材によって形成され
た熱伝導板２３が介設されており、この熱伝導板２３を
介して地球指向外板２１から支持板２２に支持された実
験機器３０へ熱伝達が行われるようになっている。

【００１５】実験機器３０の周囲には、本発明に係る温
度制御構造の一実施形態である温度制御機構４０が設け
られている。

【００１６】ここで、本構成例の温度制御機構４０は、
格納匡体２０の図中下面である地球指向面を入射外面と
して、この地球指向面への入射放射を実験機器３０の温
度調節に利用するように構成される。これは、上面及び
側面は太陽からの直接放射を受けるが太陽放射の入射放
射量は構造物１の飛行に伴う太陽との相対位置の変化に
よって大きく変わると共に最大入射放射量も多いため、
このような絶対量が大きくしかも変化の大きい放射を利
用することなく、安定的な太陽放射の地球からの反射放
射及び地球放射を実験機器３０の温度調節に利用しよう
とするものである。このため、格納匡体２０の図中上側
の面と側面は、アルミニウムを蒸着した樹脂布等を複数
層重ねた断熱シート２４によって覆われ、この断熱シー
ト２４によって当該面からの放射吸収と外部への放射を
防ぐようになっている。

【００１７】温度制御機構４０は、格納匡体２０の四隅
内部に配設された支持ローラー４１間に温度制御部材と
しての温度制御ベルト４２が掛け回されて格納匡体２０
の周囲に沿った軌道で周回可能に設けられると共に、こ
の温度制御ベルト４２が支持板上２２に設けられた駆動
モーター４３によって回転駆動される図中下側の一方の
支持ローラー４１Ａの回転によって周回駆動されるよう
に構成されている。

【００１８】駆動モーター４３は、実験機器３０に設け
られた温度センサ３１からの温度情報が入力される制御
装置５０によって駆動制御されるようになっている。

【００１９】図中上側の一対の支持ローラー４１Ｂ，Ｃ
は格納匡体２０の内部に配設されると共に、図中下側の
一対の支持ローラー４１Ａ，Ｄはその周面が地球指向外
板２１の外面と一致するように配設されており、これに
よって温度制御ベルト４２の周回軌道は図中上側及び側
面側は格納匡体２０の内側を通り、図中下側は地球指向
外板２１の外側を当該地球指向外板２１と接触して移動
するように設定されている。

【００２０】温度制御ベルト４２は、図４に展開面を示
すように例えば短冊状のアルミニウム等の金属板（単位
板４２Ａ）が屈曲可能にいわゆるキャタピラ状に連結さ
れた格納匡体２０と対応する幅の無端ベルトであり、そ
の外面は周方向で放射吸収率が異なるように構成されて
いる。

【００２１】周方向で放射吸収率が異なる構成は、図４
に示すように、温度制御ベルト４２を形成する各単位板
４２Ａが黒色と白色の二色に塗り分けられると共にその
塗り分けた領域の比率が隣接するもの毎に徐々に異なっ
て、全体では、格納匡体２０の地球指向外板２１に白色
塗装部位のみが対応する状態と、地球指向外板２１に黒
色塗装部位のみが対応する状態とに成し得ると共に、両
者の中間部位を地球指向外板２１に対応させて位置調節
することで白色塗装部位と黒色塗装部位の占有面積比を
調節し得るようになっているものである。

【００２２】例えば、白色塗装は太陽光吸収率：αｓ＝
０．１５，黒色塗装は太陽光吸収率：αｓ＝０．９５で
あり、図示のごとく両者の丁度中間位置を地球指向外板
２１の中心に一致させた状態では両者の面積比が半々と
なるために地球指向面全体を平均した太陽光吸収率：α
ｓは０．５５となり、更にその中間位置を左右に調節し
て白色塗装と黒色塗装の占有面積比を変化させることで
地球指向面全体平均の太陽光吸収率：αｓを０．１５〜
０．９５の間で任意に設定することが可能となるように
なっているものである。尚、白色塗装部位と黒色塗装部
位の分割形状は、図５に展開図を示すように全周を白色
塗装部位と黒色塗装部位の二つの領域に分割して構成し
ても良い。

【００２３】上記構成の温度制御ベルト４２は、周回移
動させることによって格納匡体２０の地球指向面全体平
均の放射吸収率を任意に設定することができ、これによ
って放射吸収熱量を調節することができるものである。

【００２４】而して、上記のごとく構成された温度制御
機構４０は、制御装置５０が、実験機器３０に設けられ
た温度センサ３１によって検知された温度情報に基づい
て駆動モーター４３を制御駆動して温度制御ベルト４２
を周回駆動し、格納匡体２０の地球指向面全体平均の放
射吸収率を変化させ、放射吸収熱量を調節して実験機器
３０の温度調節を行う。即ち、温度センサ３１によって
検知された実験機器３０の温度が目標温度より低い場合
には放射吸収率が増大する方向（図４中＋方向）に温度
制御ベルト４２を周回移動させ、目標温度より高い場合
には放射吸収率が減少する方向（図４中−方向）に温度
制御ベルト４２を周回移動させる。これにより、目標温
度より低い場合には放射吸収熱量が増大して温度が上昇
し、目標温度より高い場合には放射吸収熱量が減少する
こととなって、目標温度を維持することができるもので
ある。

【００２５】これにより、温度制御ベルト４２を駆動モ
ーター４３によって移動する際に電力を消費するのみで
あるため、加熱又は冷却可能な温度制御装置を備えて温
度制御を行うもののように常時温度制御に電力を消費す
ることがなく、電力消費を抑えることができるものであ
る。

【００２６】尚、上記構成例は、地球周回軌道上の構造
物の地球指向面を入射外面としてここに温度制御ベルト
４２が移動可能に設けられた構成を示したが、本発明は
これに限るものではなく、他の惑星の回りを周回する軌
道上の構造物や太陽を公転する構造物更にはその他の軌
道を運行する構造物に適用しても良く、放射源である最
寄りの惑星や太陽と入射外面との位置関係が変化しない
姿勢であれば、安定した温度制御が可能となるものであ
る。

【００２７】また、温度制御ベルト４２が無端ベルトで
周回駆動する構成を示したが、これに限らず、ローラー
に巻取ることで移動させるように構成する等、適宜変更
可能なものである、

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る宇宙
空間構造物の温度制御構造は、放射源からの放射を受け
る入射外面に、その放射吸収率を変更可能な放射吸収率
変更手段を備え、該放射吸収率変更手段が放射状況に応
じて放射吸収率を変化させるように構成されていること
により、放射吸収を利用して温度調節することが可能と
なり、加熱又は冷却可能な温度制御装置を備えて温度制
御を行う必要がなく、温度制御に係る消費電力を抑えて
合理的な温度制御が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る宇宙空間構造物の温度制御構造の
一実施形態を適用した地球周回軌道構造物の概略構成を
示す斜視図である。

【図２】その実験機器搭載部の斜視図である。

【図３】図２のＡ-Ａ断面図である。

【図４】温度制御ベルトの展開図である。

【図５】温度制御ベルトの異なる例の展開図である。

【符号の説明】

２０ 収容匡体（宇宙空間構造物） ２１ 地球指向外面 ４０ 温度制御機構（放射吸収率変更手段） ４２ 温度制御ベルト（温度制御部材） ４３ 駆動モーター（駆動手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射源からの放射を受ける宇宙空間構造
   物の外面に、その放射吸収率を変更可能な放射吸収率変
   更手段を備え、該放射吸収率変更手段が放射状況に応じ
   て放射吸収率を変化させることによって温度調節するよ
   うに構成されていることを特徴とする宇宙空間構造物の
   温度制御構造。
2. 【請求項２】 上記放射吸収率変更手段は、上記外面に
   温度制御部材が移動可能に設けられると共に、当該温度
   制御部材を移動駆動する駆動手段を備えて構成され、 前記温度制御部材は、その移動方向に前記外面より広い
   面積を有すると共に部位によって異なる放射吸収率に形
   成され、前記駆動手段による移動によって前記外面と対
   応する面全体における放射吸収率が変化するように構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の宇宙空間
   構造物の温度制御構造。
3. 【請求項３】 上記温度制御部材は、無端ベルト状に形
   成されて上記駆動手段によって周回移動するように配設
   されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載
   の宇宙空間構造物の温度制御構造。
4. 【請求項４】 上記宇宙空間構造物は地球周回軌道上に
   あり、上記放射源は地球であって、上記外面は地球指向
   面であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の
   宇宙空間構造物の温度制御構造。