JPH10278898A - 宇宙機の姿勢制御系スラスタ - Google Patents

宇宙機の姿勢制御系スラスタ

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JPH10278898A
JPH10278898A JP9105245A JP10524597A JPH10278898A JP H10278898 A JPH10278898 A JP H10278898A JP 9105245 A JP9105245 A JP 9105245A JP 10524597 A JP10524597 A JP 10524597A JP H10278898 A JPH10278898 A JP H10278898A
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JP
Japan
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thruster
thrusters
spacecraft
attitude control
angle
Prior art date
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JP9105245A
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English (en)
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Hatsuo Mori
初男 森
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/26Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets
    • B64G1/262Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets having adjustable angles, e.g. gimbaled thrusters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二系統のスラスタ群を備えることなくスラス
タの故障に対応することができ、スラスタの合理的な活
用が可能であると共に宇宙機の軽量化に寄与することの
できる宇宙機の姿勢制御系スラスタを提供する。 【解決手段】 宇宙機の外部に複数のスラスタ10より
成る一組のスラスタ群が配設されると共に、各スラスタ
10はそれぞれ伸縮駆動バーによって角度変更可能に設
けられ、スラスタ10の故障時にはそのスラスタを除く
他のスラスタの角度変更によってこれを補完し得るよう
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、人工衛星等の宇宙
機の外部所定位置に配設された複数のスラスタより成
り、宇宙機の姿勢制御の際に個々のスラスタを選択的に
作用させて用いられる人工衛星の姿勢制御系スラスタに
関する。
【0002】
【従来の技術】地球周回軌道や惑星空間等他の軌道上を
飛行する人工衛星等の宇宙機では、姿勢制御等のために
その外部に推進剤を噴出するスラスタを備える。
【0003】姿勢制御系のスラスタは、宇宙機に6自由
度の変位(直交する三軸それぞれを中心とする回転及び
三軸方向への並進)を生じさせることができるように、
宇宙機の外面の各部位に所定方向を向けて複数配設され
る。
【0004】例えば、概念図である図7に示すように、
宇宙機1の外面に、直交する三軸(X,Y,Z)の各軸
正逆方向にそれぞれ一対づつ、合計12個配設される。
この構成では、各軸方向の一対のスラスタ10を作動さ
せることによって当該方向に並進(平行移動)させるこ
とができ、重心位置:Cを挟んで点対称となる位置のス
ラスタ10を作動させることによって回転させることが
できる。尚、この配置は理想的なものであって実際には
太陽電池パネルやアンテナ等の設備との干渉を避けるた
めにより多くのスラスタが配設される。
【0005】ところで、このような姿勢制御系では、当
該姿勢制御系を構成するスラスタが一つでも故障する
と、姿勢制御に支障を来して最悪の場合には宇宙機自体
の運用が不能になる虞があるため、図8に系統図を示す
ように全く同様のスラスタ群が二系統(A,B)備えら
れる。即ち、同一箇所にそれぞれ独立した作動系統に属
する全く同様のスラスタが2個づつ設けられるものであ
り、前述の構成では一系統のスラスタ群は12個のスラ
スタによって構成されているためにスラスタは二系統で
合計24個設けられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ごとくスラスタの故障に備えて姿勢制御系のスラスタ群
を二系統備える構成では、一つのスラスタが故障すると
他方の系統に切り換えられるために故障を生じたスラス
タの属する系統の残るスラスタは正常であるにも拘わら
ず使用されることのない無用の長物と化してしまい、極
めて無駄の多い不合理なものであった。
【0007】また、必要な数の二倍のスラスタが必要で
あるために重量増加を招来し、搭載機器の重量を規制す
るという問題もある。
【0008】本発明は、上記解決課題に鑑みてなされた
ものであって、二系統のスラスタ群を備えることなくス
ラスタの故障に対応することができ、スラスタの合理的
な活用が可能であると共に宇宙機の軽量化に寄与するこ
とのできる宇宙機の姿勢制御系スラスタを提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る宇宙機の姿勢制御系スラスタは、宇宙機の外部
に複数のスラスタより成る一組のスラスタ群が配設され
ると共に、前記各スラスタはそれぞれ駆動手段によって
角度変更可能に設けられ、スラスタの故障時にはそのス
ラスタを除く他のスラスタの角度変更によってこれを補
完し得るように構成されていることを特徴とする。
【0010】また、上記駆動手段は、支点で揺動可能に
支持された上記スラスタを形状記憶合金の変形によって
揺動操作するように構成されていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図1は本発明に係る宇
宙機の姿勢制御系スラスタの一構成例を適用した宇宙機
の概略図であり、図2はスラスタの外観図である。
【0012】図示宇宙機1の外面には、スラスタ10
(10Xa,10Xb,10xa,10xb,10Y
a,10Yb,10ya,10yb,10Za,10Z
b,10za,10zb)が直交する三軸(X,Y,
Z)の各軸正逆方向にそれぞれ一対づつ配設されてい
る。この構成では、宇宙機1は各軸方向の一対のスラス
タ10の作動によって当該方向に並進(平行移動)する
と共に、重心位置:Cを挟む対称位置のスラスタ10の
作動によって回転し、6自由度の姿勢変位が可能であ
る。
【0013】例えば、宇宙機1はスラスタ(10Xa,
10Xb)又は(10xa,10xb)の作動によって
X軸方向に並進し、スラスタ(10Ya,10yb)又
は(10Yb,10ya)の作動によってX軸を中心と
して回転するものである。(他の軸方向についても同
様) 各スラスタ10は、図2に示すように、支点となる揺動
支持アーム11と、揺動規制リンクバー12と、揺動駆
動手段としての伸縮駆動バー13とによって宇宙機1の
外面に支持されており、伸縮駆動バー13の駆動によっ
て所定角度揺動するようになっている。
【0014】揺動支持アーム11は、その端部が球面軸
受によって宇宙機1の外面に揺動自在に支持され、先端
でスラスタ10の基端部を支持している。
【0015】揺動規制リンクバー12は、所定の長さで
あってその基端部が宇宙機1の外面に揺動可能に支持さ
れると共に先端がスラスタ10の先端近傍に嵌合固定さ
れたリング10Aに枢着されている。
【0016】伸縮駆動バー13は、揺動規制リンクバー
12と同様にその基端部が宇宙機1の外面に揺動可能に
支持されると共に先端がリング10Aに枢着されてお
り、所定長さの短い初期設定状態から、所定長さの伸長
状態に伸長変位駆動可能となっている。本構成例では、
Ti−Ni合金等の形状記憶合金によって形成された形
状記憶心材13Aの周囲に電気ヒーター13Bが巻回さ
れて構成され、形状記憶心材13Aは、所定長さの伸長
状態を記憶したものが、所定長さ(初期設定状態)に圧
縮変形されて配設されている。これにより、電気ヒータ
ー13Bに通電すると、形状記憶心材13Aが加熱され
て初期設定状態から所定長さの記憶状態に伸長するよう
になっているものである。
【0017】上記のごとき構成のスラスタ10は、揺動
支持アーム11によって揺動可能に支持されると共に揺
動規制リンクバー12によってその揺動方向が規制され
ているため、伸縮駆動バー13の長さによってその揺動
角度が決まる。伸縮駆動バー13はその形状記憶心材1
3Aが初期設定状態から記憶状態に伸長するため、その
伸長によってスラスタ10を揺動駆動し、これによって
スラスタ10は概念図である図3(A)に示す初期状態
から図3(B)に示すように所定の角度に揺動するよう
になっているものである。
【0018】而して、上記のごとき揺動駆動可能なスラ
スタ10を備えることにより、宇宙機1は、特定のスラ
スタ10が故障した場合には、正常な他のスラスタ10
の角度を変更することによって故障したスラスタ10を
補完するように構成することができる。
【0019】例えば、図1に示す宇宙機の12個のスラ
スタ10のうち、互いに対称面に位置する8個のスラス
タ10(10Ya,10Yb,10ya,10yb,1
0Za,10Zb,10za,10zb)を図4及びそ
れを概念的に示す図5に示すように略放射状となるよう
にそれぞれ所定角度に揺動させることにより、これら8
個のスラスタ10のうちの4個を同時に作動させること
によって、宇宙機1に6自由度の変位を生じさせること
が可能となる。
【0020】即ち、宇宙機1は例えば同じ側のスラスタ
(10ya,10yb,10Zb,10zb)又は(1
0Ya,10Yb,10Za,10za)を同時に作動
させることによってX軸方向に移動(並進)すると共に
重心:Cを挟んで対称に位置するスラスタ(10Ya,
10Zb,10yb,10za)又は(10ya,10
Za,10Yb,10zb)を同時に作動させることに
よってX軸回りに回転するものである。尚、この例では
宇宙機1に対するX軸及びY軸の絶対位置が前述の12
個のスラスタ10を用いる場合に比較してZ軸回りに4
5度回転することとなるが、予め勘案することで姿勢制
御に支障が生ずることはない。
【0021】この構成例では、12個のスラスタ10の
中から8個を選択するには3通りの組み合わせがあるた
め、スラスタ10に故障が生じた場合にはそのスラスタ
10を用いない組み合わせを選択すれば良いものであ
る。
【0022】ここで、上記のごとく8個のスラスタ10
で姿勢制御作用を行う場合には、一度に4個のスラスタ
10を作用させなければならないために推進剤の消費量
が増大して姿勢制御システム全体の寿命が短くなるとい
う問題が生ずる虞があるが、スラスタ10の故障は極め
て希であると共にスラスタ群を二系統備える必要がない
ことから一系統分の重量を軽減できるため、このような
難点は推進剤の搭載量を増大させる等によって解消し
得、より大きなメリットを享受することができる。
【0023】尚、上記構成例は12個のスラスタ10を
備えた宇宙機1のスラスタ10に故障が発生した場合に
その他の正常なスラスタ10のうちの8個を角度変更し
て補完する例であるが、スラスタ10が12個の宇宙機
1に限るものではなく、また、使用するスラスタ10も
8個に限らず適宜設定可能なものである。
【0024】更に、一度角度変更して用いるスラスタ1
0に故障が発生した際に、残るスラスタ10の角度を再
度変更して補完可能とする構成も考えられ、それは、図
6(A),(B)に概念図を示すように、スラスタ10
を二組の駆動手段(伸縮駆動バー13,14)で支持す
る構成や、駆動手段(伸縮駆動バー13,14)を直列
に配設してスラスタ10を支持する構成とすることで可
能となる。
【0025】また、スラスタ10を揺動させる駆動手段
として形状記憶合金を用いたが、駆動手段はこれに限ら
ずモーターや液圧又は気体圧で作動するシリンダを用い
る等適宜変更可能なものである。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る宇宙機
の姿勢制御系スラスタによれば、宇宙機の外部に複数の
スラスタより成る一組のスラスタ群が配設されると共
に、各スラスタはそれぞれ駆動手段によって角度変更可
能に設けられ、スラスタの故障時にはそのスラスタを除
く他のスラスタの角度変更によってこれを補完し得るよ
うに構成されていることにより、二系統のスラスタ群を
備えることなくスラスタの故障に対応することができ、
スラスタの合理的な活用が可能であると共に宇宙機の軽
量化に寄与することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る宇宙機の姿勢制御系スラスタの一
構成例を適用した宇宙機の概略図である。
【図2】スラスタの外観図である。
【図3】スラスタの揺動を示す概念図であり、(A)は
初期状態,(B)は揺動状態である。
【図4】スラスタ8個による補完状態の宇宙機の概略図
である。
【図5】スラスタ8個による補完状態の宇宙機の概念図
である。
【図6】(A),(B)はスラスタの角度を二段階に変
更可能な構成例の概念図である。
【図7】従来例としての姿勢制御系のスラスタを備えた
宇宙機の概念図である。
【図8】従来例としての姿勢制御系のブロック図であ
る。
【符号の説明】
1 宇宙機 10 スラスタ 11 揺動支持アーム(支点) 13,14 伸縮駆動バー(駆動手段) 13A 形状記憶心材(形状記憶合金)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 宇宙機の外部に複数のスラスタより成る
    一組のスラスタ群が配設されると共に、前記各スラスタ
    はそれぞれ駆動手段によって角度変更可能に設けられ、
    スラスタの故障時にはそのスラスタを除く他のスラスタ
    の角度変更によってこれを補完し得るように構成されて
    いることを特徴とする宇宙機の姿勢制御系スラスタ。
  2. 【請求項2】 上記駆動手段は、支点で揺動可能に支持
    された上記スラスタを形状記憶合金の変形によって揺動
    操作するように構成されていることを特徴とする請求項
    1に記載の宇宙機の姿勢制御系スラスタ。
JP9105245A 1997-04-08 1997-04-08 宇宙機の姿勢制御系スラスタ Pending JPH10278898A (ja)

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