JPS6247760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一つの要素を他の要素に対して遠ざか
り運動させかつ配向させる装置に関する。

一般に本発明の装置は遠隔操作装置の分野に有
利に用いることができる。

宇宙船、特に衛星の分野においては種々な器具
とりわけ太陽電池板の配向に本発明を用いること
ができる。そして本発明が解決し得る問題は遷移
軌道を走行中の衛星における太陽電池板の発電の
問題であることに注目すべきである。

本発明の装置の利益を十分に理解するためには
付属図面の第１図を照合することが必要である。
この第１図は一つの衛星を静止軌道に置くまでの
種々な過程の軌道の赤道平面上の投影図ならびに
衛星に対する地球と太陽の相対的位置を示す極め
て古典的説明図である。図においてＴは地球、Ｓ
は太陽、Ｌは打上げ過程、Ｂは低い軌道、Ｐは近
地点の推進が行なわれる区域、Ｆは遷移軌道、Ａ
は遠地点の推進が行なわれる区域、そしてＧは静
止軌道を示すことを簡単に憶えておこう。

またこの図では、SPは近地点の推進を受ける
ときの衛星の輪郭を示し、SAは遠地点の推進を
受けるときの同じ衛星の輪郭を示し、そしてSG
は静止軌道に入れられたときの同じ衛星の輪郭を
示している。

遷移軌道Ｆを走行する始めの位置における衛星
SPの最初の方位は近地点（ＢとＦの中間のＰ区
域）の推進の過程によつて定められることを憶え
ておこう。

遷移Ｆの間、衛星の軸XXは、静止軌道へ乗せ
るための遠地点（ＦとＧの間のＡ区域）推進のと
き遠地点モータが正しく方向付けられるように、
同じ絶対方位を保たねばならない。遠地点推進機
の方向XXは楕円形の遷移軌道Ｆの長軸YYに垂直
でなければならない。この方位の制御は、近地点
Ｐの推進のときスピンを起すため受動的であるか
または三つの軸による安定化によつて能動的であ
る。

衛星の周辺に太陽電池板が配置されているその
衛星がスピンを起こすことに対して、長軸YYを
太陽の方向にもつている遷移軌道が用いられると
き、そのとき太陽発電器に最もよく太陽を当てる
ためには、太陽発電器は円筒形となる。

三つの軸に沿つて安定化された衛星の場合、制
御は地球Ｔの方向と太陽Ｓの方向の検出に基いて
行なわれる。静止軌道Ｇ上に入るときの方位を十
分正確に得るためには、これら二つの方向は互い
に直角に近い角をなすことが望ましい。

これら種々な考察の結果として、太陽Ｓの方向
は遷移軌道Ｆの楕円の長軸YYの乗線に近くかつ
ほぼ遠地点Ａの推進機の軸の方向にあるべきであ
る。そしてこのことは春分・秋分のときに起こ
る。

この結果、この幾何学的形状においては太陽電
池板PSは推進機の軸に直交すべきである。これ
は推進過程における占有空間と平衡の理由から一
般に衛星の対称軸XXと混同されている。

他方、そられの大きい占有空間を考慮して、折
り畳まれた柔軟な太陽電池板PSを収容している
コンテナ１Ｎは推進過程のとき衛星の軸XXに平
行に配置される。従つて、ＰからＡの間の遷移過
程中太陽電池板を拡開して有効にするためには、
軌道の従法線に沿つてコンテナ１Ｎを四分の一回
転させることが必要である。

更に、太陽電池の上にもたらされる影を避ける
ためには以下に詳しく見られる如く衛星本体から
コンテナ１Ｎ，１Ｓを離すことが望ましい。

これら二つの運動（即ち、回転と遠ざけ運動）
の実施は近地点推進が終了した後に行なわれるべ
きである。

今のところ、技術上の詳細はさておき、静止軌
道Ｇに置かれるまでの種々の過程において衛星は
種々の形状を取るということを憶えておこう：即
ち (1) 近地点での形状SP、この形状を取るために
は太陽電池板は衛星の縦軸XXに平行に配置さ
れたコンテナ１Ｎの中へ折り畳まれている。

(2) 遷移軌道および遠地点推進の軌道での形状
SA、この形状を取るためには太陽電池板は部
分的に拡開されてもよい。そのとき太陽電池板
は衛星の縦軸XXに垂直な平面内にある。

(3) 静止軌道での形状SG、この形状を取るため
には太陽電池板は完全に拡開される。そして太
陽Ｓの方向がほぼそれらの表面に直角であるよ
うに配向されることができる。

低軌道Ｂから静止軌道Ｇへ向かう遷移軌道Ｆに
おける宇宙船の太陽電池板はいくつかの困難を示
すことが証明された。

現在、公知の技術は関節付けられた一つの構造
体を遠ざけ運動の法則を制御する連動装置に組み
合わせることによつて構成された遠ざけ運動装置
を含んでいる。

ある場合においては、構造体は平行四辺形状に
関節付けされた四本の棒の平面上集合体で構成さ
れている。平行四辺形の変形は構造体の第一の二
本の棒の連接部分に配置された円筒状の歯車の一
対によつて制御される。平行四辺形の自由端はそ
の平面内で並進運動を受ける。

他の場合においては遠ざけ運動は並進運動を起
こさない平行な連接部分を有する一つまたは二つ
の要素によつて得られる。

そのような装置はそれ等の平面外では全く配向
を許さない。それらは特に並進運動軸のまわりの
回転を許さない。

回転運動を得るために、衛星の運動寿命のため
普通設けられかつ衛星本体に対して太陽電池板の
角運動を行なわせる回転装置をこのとき用いるこ
とはできないことを注目しなければならない。

実際、静止軌道に乗せる過程で生じた機械作用
はその寸法決定に対して余りにも大きくなり、そ
のためこの回転装置は静止位置に置かれた後にし
か解放されない。

本発明はコンテナの遠ざけ運動と回転運動とを
同時に行なうことによりこの問題を簡単に解消す
ることができる。

本発明に適した装置の特徴とするところは、宇
宙船上の設備の遠ざかり運動並びに回転運動を同
時に行い得る装置であつて、 この遠ざかり並びに回転の二つの運動はベベル
ギア連結機構６，７，８と可変形構造体４Ｎとの
組合せによつて得られるようにし、 前記ベベルギア連結機構は宇宙船SPに固定さ
れた中央歯車６とこれに係合する複数の二次歯車
７，８とからなり、 前記可変形構造体４Ｎは、前記設備が収容され
るコンテナ１Ｎを前記ベベルギア連結機構にリン
ク結合すべく、関節結合された複数本の棒１１，
１２，１４，１５を含み、これら棒は二つの三角
形が底辺で向き合つたような形状を取るように配
置されており、 前記ベベルギア連結機構は宇宙船SPに近い方
の三角形の頂点を占有し、 前記ベベルギア連結機構に終る棒１１，１２の
各々は前記二次歯車７，８に固定されており、 前記二次歯車７，８自体は旋回機械的結合片１
３，９により宇宙船SPに連接されており、 かくして二次歯車７，８の回転F₁，F₃は同時
に可変形構造体４Ｎの一方向に回転F₄とコンテ
ナ１Ｎの遠ざかり運動とを生ぜしめ、反対方向の
回転は可変形構造体４Ｎの他方向の回転とコンテ
ナの宇宙船への接近運動を生ぜしめることであ
る。

本発明のその他の特徴、利点および特殊性は本
発明の可能な一つの実施態様を優先的にしかし非
限定的な実例として示す極めて概要的な付図を参
照して以下に記載された説明より明らかになるで
あろう。

第１図は前に見られたように、一つの衛星を静
止軌道Ｇに乗せる種々な過程の軌道を赤道平面上
に投影したもの、並びに該衛星SP，SAに対する
地球Ｔと太陽Ｓの相対的位置を示す説明図であつ
て、この図は特に本発明の太陽電池板SPの遠ざ
け運動と方位決定の装置の利益を明らかにする。

第２図は近地点Ｐにおける衛星SPの形状を示
す拡大透視図である。

第３図は同じ衛星の遷移軌道Ｆと遠地点Ａにお
ける形状SAを透視図で示したものである。

第４図は同じ衛星の静止軌道Ｇ上の形状SGを
透視図で示したものである。

第５図は可変形構造体４Ｎの二つの第一の棒に
互いに反対方向の運動を与える逆転機構の原理を
非常に簡単に透視図で示す拡大詳細図である。

第６図は平行四辺形状に関節結合されかつ太陽
電池板のコンテナを支える可変形構造体４Ｎと組
み合わされた第５図の逆転機構を示す縮小図であ
り、全体は衛星上での適正位置において示されて
いる。なお、図は真の透視比率で描かれていな
い。

静止軌道Ｇへ乗る種々な過程において、衛星は
種々な拘束の結果として種々な形状を取らねばな
らないこと、および太陽電池板PSの配向調節は
解決すべきいくつかの困難を示すことを一般的に
前に述べた。

さて、第２、第３および４図を順次参照しなが
ら再びこの問題を詳しく取り上げよう。

第２図は近地点Ｐにおける衛星の形状SPを示
す。この形状において太陽電池板PSはそのコン
テナ１Ｎと１Ｓの中に折り畳まれている。これら
コンテナは衛星の縦軸XXに平行に衛星の北およ
び南の面上にそれぞれ配置されている。アンテナ
反射器２は同様に折り畳まれて収縮した形状を取
つている。これら折り畳まれた位置で衛星は、破
線で示されたロケツト３上の衛星用ハウジングの
最小の直径の中に全体を内接収容させることがで
きる。この形状は打上げＬのときおよび遷移軌道
Ｆに達するため円形の低軌道８を去らせる近地点
Ｐの推進のときに（第１図参照）、生じた加速度
に対して衛星を鈍感ならしめる。

第３図は遷移軌道Ｆおよび弱い加速度しか生じ
ない遠地点Ａでの衛星の形状SAを示す。この理
由により形状は遠地点Ａ推進の直後が描かれてい
る。これを行なうためコンテナ１Ｎと１Ｓの可変
形構造体４Ｎと４Ｓが作動した後、太陽電池板
PSは一部分拡開されることができる。このとき
太陽電池板PSは衛星の縦軸XXに直角な平面内に
含まれ、衛星自体は太陽Ｓの方向へ向けられてい
る。

第４図は完全に拡開された太陽電池板PSを持
つている静止軌道上の衛星の形状SGを示す。４
Ｎと４Ｓが取り付けられている太陽電池板PSの
旋回装置５は止め金を外されている。そしてこの
とき太陽電池板PSは太陽Ｓの方向にそれらの表
面がほぼ直角であるように方向付けられている。
更に、アンテナ反射器２は同様に拡開され、そし
て地球Ｔの方向への方向付けは衛星本体の方向付
けそれ自体によつて確実にされる。

この操作全体が可能であるためには太陽電池板
PS縦軸（そのまわりに衛星の本体が方向付けら
れている軸XXである）が静止軌道Ｇに対して垂
直に沿つて即ち南北軸に沿つて向けられることが
必要である。

太陽電池板PSのコンテナ１Ｎと１Ｓの遠ざけ
運動・回転運動のとき衛星本体の方位に生ずる乱
れを制限するためには上下のコンテナ１Ｎおよび
１Ｓに逆符号の回転を伝達することが有利であ
る。

さて本発明に適した遠ざけ運動・回転の機構を
説明するため第５，６図を参照しよう。

運動の基本原理は第５図に示されている。

ベベルギア連結機構は直交する三つの円錐状の
歯車、即ち中央歯車６および二つの同様な二次歯
車７，８を含んでいる。

中央歯車６は衛星が静止軌道Ｇに入れられるま
で衛星SPに対して固定されている。このため太
陽電池板PSの旋回装置５に固定されている歯車
６は、旋回装置５を衛星本体に錠止することによ
り錠止される。前に述べたごとくその錠止はコン
テナ１Ｎ，１Ｓが衛星の縦軸XXに平行に配置さ
れるように、該旋回装置５の締め金によつて適所
に止められる。

歯車６の軸９は衛星SPの縦軸XXに直交しかつ
二つの二次歯車７，８の共通軸１０に直角であ
る。歯車７，８の各々は可変形構造体４Ｎ，４Ｓ
の第一の棒、即ち歯車７については棒１１、歯車
８については棒１２に固定される。

旋回機械的結合片１３は二つの歯車７，８を回
転可能に支持してこれらを中央歯車６に対して確
実に係合させる。そして軸９のまわりに旋回機械
的結合片１３はある程度の回転自由度を持つてい
る。二次歯車７，８はそのとき必ず逆符号の回転
を行なう。

例えば棒１１に矢印F₁の方向に加えられた回
転運動は、二次歯車７に同方向に回転を引き起こ
そうとすることは直ちに理解される。歯車７のこ
の回転は衛星SPの壁に固定された中央歯車６の
軸９のまわりに矢印F₂方向に結合片１３を回転
させる。結合片１３のこの運動は二次歯車８の回
転を引き起こし、それで矢印F₃方向に棒１２の
回転を引き起こす。二つの棒１１と１２は同一角
度で回転するが互いに逆方向に回転しかつ全体の
運動は結合片１３の軸の平面に対して対称的であ
ることは明らかである。

第５図に示されたベベルギア連結機構により、
特に簡単に所望の方向に回転を得ることができ
る。

実際、結合片１３を逆方向に回転させるために
は棒１１と１２の出発位置を逆にするだけだ十分
であることがわかる。勿論、棒１１と１２がそれ
らの出発位置、例えば第５図に示された位置へ持
つて来られたとき、遠地点Ａにおける衛星の推進
後まで衛星に対して固定状態のままでなければな
らない該中央歯車６を正確な最初の位置へ置くに
必要な時間だけ場合によつては太陽電池板のコン
テナの旋回装置５の中央歯車６の締め付けを外す
ことにより、装置の全体は衛星SPの縦軸XXに平
行に方向付けられる。

前述のベベルギア連結機構６，７，８と、関節
結合された平行四辺形状の可変形構造体４Ｎとの
組合せの図は第６図に示されている。

この場合、この可変形構造体４Ｎは関節部１
６，１７によつて互いに二対に関節付けされた四
つの棒１１，１２，１４および１５から構成され
ている。可変形構造体の棒１１，１２はそれぞれ
二次歯車７，８に固定されているが棒１４，１５
は並置された関節軸１８，１９により太陽電池板
のコンテナ例えば１Ｎを支えている。

第６図においては棒１１，１２の最初の出発位
置は前に述べた第５図のそれと逆転していること
に一寸注意する必要がある。

即ち装置が作動した後、可変形構造体の二つの
棒１１，１２はベベルギア連結機構の中央歯車６
の軸９のまわりの一般回転F₂と同時に一つの対
称的な開き（矢印F₁，F₃とは反対の方向）を持
つている。平行四辺形をした可変形構造体４Ｎの
主平面は同時に同じ軸９のまわりにF₂と同じ矢
印F₄の方向に回転する。二つの三角形がその底
辺で向き合つて可変形構造体４Ｎができていると
見てその三角形の頂点は同時に軸９に沿つて移動
する。

それ故装置の全体は、この場合、太陽電池板用
のコンテナ１Ｎに遠ざかり運動と回転を同時にこ
の同じ軸９に沿つて行なう。

この運動は例えば関節部１７および１９に配置
されたバネによつて適当な時期に引き起こされ
る。これらのバネはこれらの関節部をそのストツ
プへ押し付けるように働く。該バネの残留力は可
変形構造体４Ｎの該関節部をそのストツプに押付
け状態に保ち、そしてこのようにして得られた形
はそれ故安定である。

更に、二次歯車７，８にピツチ円錐の頂点の角
に対する中央歯車６のピツチ円錐の頂点の角の比
率は可変形構造体４Ｎの二つの棒１１，１２の回
転角F₁，F₂に対する、固定された中央歯車の軸
９のまわりの全体の回転角F₄の比率を決定して
いることに注目する必要がある。

本発明を太陽電池板用コンテナに適用する場合
には、、これらコンテナが近地点推進のとき衛星
の縦軸XXに平行に、そして遠地点推進のとき衛
星の同じ縦軸XXに垂直にあり、かつ衛星本体か
ら適当な距離に離されているようにし、そして衛
星の上下の二つのコンテナが同じ直角に回転され
るために、これらの比率は勿論決定される。

言うまでもなく、衛星が遠地点推進に次いで静
止軌道に入れられた後では旋回装置５が常に太陽
電池板を太陽に面して方向付けるように、錠止は
解除される。

いま記載した原理は多数の関節付けされた棒よ
りなる可変形構造体にも容易に適用される。この
場合、二次歯車の数は棒の数の半分に等しい。例
えば四角錐が二つその底面で向き合つた形のもの
よりなる可変形構造体は棒を８本含んでいていず
れも90゜に分割された四つの二次歯車よりなるベ
ベルギア連結機構に組み合わされる。

以上理解されたように本発明の装置は遠ざけ運
動と回転運動を同時に実現する問題に特に簡単に
応ずることができる。

本発明に適した装置は遠隔操作の分野にも応用
できる。特に宇宙分野においては該装置は宇宙機
械上にいかなる装置、特に太陽発電器の遠ざけ運
動を確実に行なうために応用されることができ
る。

この最後に記載した応用においては太陽電池の
全拡開または部分拡開は、コンテナの遠ざかり運
動により生じた慣性モーメントの既に大きくなつ
た増加によつて、衛星の静止軌道のために用意さ
れた方向制御伝達装置の利用を可能にする。

勿論、本発明は優先的な実例として記載され図
示されたに過ぎない、従つて付属の特許請求の範
囲に定義された本発明の範囲を出ない限りその構
成要素の中へ技術上に等価物を持つてくることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一つの衛星を静止軌道にのせるまでの
種々な過程の軌道を赤道平面上に投影したもの、
および該衛星に対する地球と太陽の相対位置を示
す説明図である。第２図は近地点における衛星の
形状を示す拡大透視図である。第３図は同じ衛星
の遷移軌道と遠地点における形状の透視図であ
る。第４図は同じ衛星の静止軌道上の形状の透視
図である。第５図は可変形構造体の二本の棒につ
いての運動のベベルギア連結機構の原理を示す透
視拡大図である。第６図は太陽電池板のコンテナ
を支える平行四辺形状に関節付けされた可変形構
造体と組み合わされた第５図のベベルギア連結機
構を示す図である。 図において、１Ｎ，１Ｓはコンテナ、２はアン
テナ、３はロケツト、４Ｎ，４Ｓは可変形構造
体、５は旋回装置、６は中央歯車、７，８は二次
歯車、９，１３は旋回機械的結合片、１０は共通
軸線、１１，１２，１４，１５は棒、１６，１
７，１８，１９は関節部、Ａは遠地点、Ｂは低軌
道、Ｆは遷移軌道、Ｇは静止軌道、Ｌは打上げ軌
道、Ｐは近地点、PSは太陽電池板、Ｓは太陽、
SAは遠地点における衛星、SGは静止軌道におけ
る衛星、SPは近地点における衛星、Ｔは地球、
XXは衛星の縦軸、YYは楕円形遷移軌道の長軸で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 宇宙船上の設備の遠ざかり運動並びに回転運
   動を同時に行ない得る装置であつて、 この遠ざかり並びに回転の二つの運動はベベル
   ギア連結機構６，７，８と可変形構造体４Ｎとの
   組合せによつて得られるようにし、 前記ベベルギア連結機構は宇宙船SPに固定さ
   れた中央歯車６とこれに係合する複数の二次歯車
   ７，８とからなり、 前記可変形構造体４Ｎは、前記設備が収容され
   るコンテナ１Ｎを前記ベベルギア連結機構にリン
   ク結合すべく、関節結合された複数本の棒１１，
   １２，１４，１５を含み、これら棒は二つの三角
   形が底辺で向き合つたような形状を取るように配
   置されており、 前記ベベルギア連結機構６，７，８は宇宙船
   SPに近い方の三角形の頂点を占有し、 前記ベベルギア連結機構に終る棒１１，１２の
   各々は前記二次歯車７，８に固定されており、 前記二次歯車７，８自体は旋回機械的結合片１
   ３，９により宇宙船SPに連接されており、 かくして二次歯車７，８の回転F₁，F₃は同時
   に可変形構造体４Ｎの一方向の回転F₄とコンテ
   ナ１Ｎの遠ざかり運動とを生ぜしめ、反対方向の
   回転は可変形構造体４Ｎの他方向の回転とコンテ
   ナ１Ｎの宇宙船SPへの接近運動を生ぜしめるこ
   とを特徴とする宇宙船上の設備の遠ざかり運動並
   びに回転運動を同時に行ない得る装置。 ２ 前記可変形構造体４Ｎは四本の棒１１，１
   ２，１４，１５からなり、二個の二次歯車７，８
   にそれぞれ固着された二本の棒１１，１２は、コ
   ンテナ１Ｎに関節付け１８，１９された他方の二
   本の棒１４，１５と対になつて関節付け１６，１
   ７されている特許請求の範囲第１項記載の宇宙船
   上の設備の遠ざかり運動並びに回転運動を同時に
   行ない得る装置。 ３ 前記ベベルギア連結機構は三個の直角ベベル
   ギア６，７，８からなり、そのうちの中央歯車６
   は宇宙船SPに固定され、中央歯車６の軸線９は
   宇宙船SPに直交しかつ二個の二次歯車７，８の
   共通軸線１０に垂直であり、二次歯車７，８の
   各々は前記可変形構造体４Ｎの棒１１，１２に固
   着されかつこれら二次歯車に共通で中央歯車６の
   軸線９のまわりに旋回する機械的結合片１３によ
   つて宇宙船SPに連接されている特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の宇宙船上の設備の遠ざ
   かり運動並びに回転運動を同時に行ない得る装
   置。 ４ 歯車６，７，８間の種々な比率は、この装置
   が太陽電池板用コンテナ１Ｎを宇宙船SPの縦軸
   XXに平行で宇宙船SPに接している開始位置か
   ら、宇宙船SPの縦軸XXに垂直で宇宙船SPから十
   分離れて影になるのを避けた最終位置へ移動させ
   るように定められており、そのコンテナの移動は
   宇宙船の近地点Ｐの推進時点と遠地点Ａの推進時
   点との間で行なわれる特許請求の範囲第１項乃至
   第３項のいずれか１項に記載の宇宙船上の設備の
   遠ざかり運動並びに回転運動を同時に行ない得る
   装置。 ５ コンテナの移動操作のときに生じた慣性を静
   止軌道上の制御のために設けられたサーボ制御装
   置が宇宙船の姿勢制御のために利用できるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第４項までのいずれか１項に記載された、太陽電
   池板用コンテナの遠ざかりおよび回転運動を同時
   に確実に行ない得る装置を少なくとも一つ備えた
   衛星。