JPS63125500A - 自転運動する宇宙ビ−クルの付属品の自動展開機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ、産業上の利用分野 本発明は、自転運動する、特に人工衛星で構成される宇
宙ビークル上の太陽電池パネルのにような付属品を自動
的に展開させるための機構に関する。

口９発明の背景 人工衛星を地球周りの軌道に乗せることは幾つかの段階
を経て行われる。例えば静止衛星の場合、衛星は一般的
にその発射の段階で、例えば約２００−の高さの準円形
の低軌道へ乗せられ、それから地球より約３６０００に
の所の準円形の静止軌道である最終軌道へ移される。

この低軌道から静止軌道への移行はいわゆる移行相にお
いて行われる。この移行相は先ずいわゆる近地点運行を
含み、これによって衛星は低軌道から、到達しようとす
る静止軌道上に近地点をもつ楕円の移行軌道へ移る。次
いで、移行相の第２の部分である遠地点運行によって、
楕円移行軌道から静止軌道への移行が行われる。

ハ０発明が解決しようとする問題点 その移行相において、そして特に遠地点運行のときに、
衛星は大きい機械的応力を受ける。現在の太陽電池パネ
ル展開機構は様々な制御機器や構造体を備えているが、
展開が移行相において行われるならそれら機器や構造物
はその大きな機械的応力に耐えるような寸法に作らなけ
ればならない。

そこでそれら展開機構はしばしば、衛星が静止軌道に乗
った後で作動するように構成される。

移行相のとき、衛星の操作機器は一般的に待機状態、即
ち作動しない状態に置かれる。しかし衛星の活動や監視
用の機器は作動していなければならず、電気エネルギー
を必要とする。従って移行相中も成る量の電気エネルギ
ーを供給しなければならない。

移行相では幾つかの楕円移行軌道を経過しなければなら
ず、その１つに掛かる時間は約１０時間にもなるから、
移行相全体の時間は相当に長いものになる。そのような
長時間、衛星に積んだ化学電池のような補助電源だけで
電気エネルギーを供給することはできないし、しようと
すれば重量が非常に大きくなり、また構造が相当複雑に
なろう。

移行相の所で３軸について安定するようにされた人工衛
星の場合には、その問題点を解決するものとして、本出
願人の仏国特許出願第２，５０５゜２８８号において、
近地点運行に入ると同時に太陽電池パネルの一部分を展
開することが提示されている。

しかし、移行相の所でスピン（自転）する衛星、即ち例
えば衛星の長手方向軸のような衛星自体の軸の周りで回
転運動を行う衛星の場合には、上記仏画特許出願の解決
法は十分なものではない。実際、各翼の片方だけのパネ
ルを展開して得られる電気エネルギーでは十分でないの
である。従ってこの場合、移行相のときに露出される太
陽電池の表面積を大きくしなければならない。

二９９発明目的 そこで本発明の目的は、衛星の自転による遠心力以外の
エネルギーを導入することなく、その自転する衛星の移
行相において太陽発電装置の完全な展開を行わせること
ができる新規な展開機構を提供することにある。この機
構では、太陽発電装置の展開を行わせるためのばねや捩
れバーのような機械的装置は全く存在しないので、遠地
点運行の際に衛星に掛かる応力によるそれら装置の損傷
の危険が全くなくなる。こうして太陽発電装置の完全な
展開が確実に行われる。

この目的のために本発明は、重心Ｇを有する、相互に枢
着結合された少なくても２つの継続的なパネルを備える
、宇宙ビークルの面上に取付Ｃプられた付属品を、該ビ
ークルの軸０周りの回転の作用だけで自動的に展開させ
る機構において、該パネルが完全に折畳まれている幼児
位置から、それらパネルが完全に開かれ、それらが取付
けられている所の該ビークルの面と整合する最終位置ま
で、該ビークルの回転軸Ｏと該付属品の重心Ｇとの間の
距離を常に増大させるように、該パネルを作動さ往るこ
とを特徴とする機構を提供する。

こうしてパネルに運動エネルギーを働かせることなく、
その重心を遠心重力場の中に置くことによりその各位置
においてパネルにこれを開かさせる方向のエネルギーが
与えられる。

本発明の好適な実施例によれば、該付属品が、第１枢軸
によって該宇宙ビークル上に枢着される中間パネル、及
び第２枢軸によって該中間パネル上に枢着される外側パ
ネルを備え、該展開Ｒ横が、該宇宙ビークルと該外側パ
ネルとにそれぞれに固定された少なくても２つのプーリ
上に巻付けられる少なくても１つのケーブルを備え、そ
して、該第１枢軸周りの該ケーブルの巻付は半径が該幼
児位置から該最終位置まで常に増大するように、且つ該
第２枢軸周りの該ケーブルの巻付けが該幼児位置から該
最終位置まで常に減小するように該プーリがそれぞれに
該第１枢軸と該第２枢軸との近傍に設置される。

その運動の分析研究によると、所期の結束を得るために
は各部寸法の比率が重要である。

本発明の第１変化形実施例において、該展開機構は、該
第１枢軸に対して偏心し且つ対称的に設置される軸を有
する、該宇宙ビークルに固定の第１対の円形のプーリ、
該第２枢軸に対し偏心し且つ対称的に設置される軸を有
する、該外側パネルに固定の第２対の円形のプーリ、及
び、それぞれに該第１７−り対土と該第２１−り対土と
に取付けられ且つ相互に反対方向に巻付けられる２つの
ケーブルを備える。

本発明の第２変化形実施例によれば、該プーリが変化す
る半径を有し、そしてそれぞれに該第１枢軸上と該第２
枢軸上とに中心が置かれるように設置される。

ホ、実施例 以下、添付図面を参照に、本発明の好適な、しかし制約
的でない実施例を記述する。

第１図から第３図までに、人工衛星の本体１０の一部分
が概略的に示される。周知のように衛星本体１０には２
つまたは３つの太陽発電装置が枢着される。図面にはそ
れら発電装置の１つだけを１２で付番して示す。

各太陽発電装置１２は継続的に相互に枢着結合される少
なくても２つの太陽電池パネルを備える。

その枢着によってそれらパネルは、衛星発射時の、本体
１０の面１０ａに対して折畳まれた位置（第１図）と、
移行相開始時の、完全に展開された位置（第３図）とを
とることができる。その展開は本発明によれば、衛星の
、これ自体の回転軸周りの回転（自転）の作用で行われ
る。

第１図から第３図までに示す特宇の実施例において、太
陽発電装置はほぼ同じ長さの２つの太陽電池パネル１４
と１５を備える。これらパネルは以下に、それぞれ中間
パネル及び外側パネルと称す。理解し易くするため第１
図から第３図までにおいてそれらパネルの厚さと長さの
比は誇張しである。

中間パネル１４はこれの一方の端部が、衛星の回転軸Ｏ
と平行にされる軸１６によって本体１０に枢着される。

パネル１４が第１図の折畳み位置から第３図の完全展開
位置まで約１８ｏ°に亘って枢動できるように、軸１６
は衛星本体１０の面１０ａの端部において、その枢動の
過程で而１０ａを含む平面とそれに対向するパネル１４
の而１４ａを含む平面が交差する線上に５ｕ置される。

同様に外側パネル１５はこれの一方の端部が、軸１６と
平行な軸１８によって、中間パネル１４の軸１６とは反
対側の端部に枢着される。パネル１５が、パネル１４に
対して折畳まれる第１図の位置からパネル１４と整合す
る第３図の完全展開位置まで、パネル１４に対し約ｉｓ
ｏ”に亘って枢動できるように、軸１８は、その枢動の
過程でパネル１４の面１４ａの反対側の面１４ｂを含む
平面とそれに対向するパネル１５の面１５ａを含む平面
とが交差する線上に設置される。

太陽発電装＠１２の展開を制御する機構が全くなくても
、軸０周りの衛星の回転ωによって太陽発電装置１２は
、その回転で作られる重力場の中でのポテンシャルエネ
ルギーを最小にする位置へ持っていかれ、この位置で安
定する。この安定位置は、パネルが発電装置の重心を軸
Ｏから最も遠くへ離すようになったときの位置に相当す
る。パネルが、ｔ！ＩＴ星の回転軸０と衛星体部上のパ
ネル１４の枢軸１６とを同時に含む平面内に展開したと
き、そのような位置になる。

しかし太陽発電装置が勝手にその安定位置へいくように
放っておいたのでは、例えばばねまたは捩れバーのよう
な装置でエネルギーを与えない限り、その完全な展開は
行われない。そして移行相においてその展開を行おうと
する場合、ばね等の装置を備えることは望ましくない。

本発明によれば太陽発電装置１２は、衛星の回転軸Ｏと
発電装置の重心Ｇ（第４図）との間の距離が、発電装置
が完全に展開されるまで常に増大していくようにその展
開を制御する展開機構を備える。従って太陽発電装置の
その完全展開位置は同時に安定位置であり、そしてこの
位置は本発明によれば外部エネルギーを与えることなく
遠心力の作用だけで得られる。

即ちこの展開機構はパネルを、これらが折畳まれた第１
図の位置から、移行相において自転する衛星の場合には
それ自体の軸０周りの衛星の回転ωの作用だけで、それ
らパネルが完全に間かれる第３図の展開位置へと動かす
ことができる。こうして移行相において、外部からのエ
ネルギーを与えることなく、そして特にパネルを展開さ
せるための外部エネルギーを必要とせずに、衛星の太陽
発電装置の光電池により電気エネルギーを得ることがで
きるのである。

図示の実施例において本発明の展開機構は、これから述
べるように、プーリとケーブルとの組合せで構成される
。

この機構は、８枢ＩＭ１１６と１８の端部に固定される
２つの同−設計の装置２ｏと２２を備える。

これら装置２０と２２はそれぞれに、同等な円形の２つ
のプーリ２０ａ、２０ｂと２２ａ、２２ｂで形成される
。装置２０と２２のそれぞれの２つのプーリは相互に固
定され、そしてその２つの軸がそれぞれの枢軸１６と１
８に対し平行に且つこの枢軸に関して対称になるように
設置される。

特に第２図で分かるように、一方においてプーリ２０ａ
と２２８、そして他方においてプーリ２ｏｂと２２ｂは
、椙＠１６と１８に対して直角であり且つ相互にずれた
２つの対称平面内に設置される。このような配置によっ
てプーリ２０ａと２２ａを第１ケーブル２４で、またプ
ーリ２０ｂと２２ｂを第２ケーブル２６で連結すること
ができる。ここで「ケーブル」というのは、ケーブル、
ベルト、その他の同様な部品の全てを指す。

更に詳述すると、ケーブル２４はプーリ２０ａと２２ａ
の間で緊張されるようにして、その一方の端部がプーリ
２０ａの２８の個所に、そして他方の端部がプーリ２２
ａの３０の個所に固定される。またプーリ２０ａと２２
ａ上へのケーブル２４の巻付は方向は、発電装置１２が
第１図のように折畳まれた場合において、ケーブルのそ
れら２つのプーリ間の部分が軸１６の所ではこの＠１６
に近い側を通り、そして軸１８の所では逆にこの軸１８
から遠い側を通るようにされる。

同様にケーブル２６はプーリ２０ｂと２２ｂの間で緊張
されるようにして、その一方の端部がプーリ２０ｂの３
２の個所に、そして他方の端部がプーリ２２ｂの３４の
個所に固定される。またプーリ２０ｂと２２ｂ上へのケ
ーブル２６の巻付は方向は、第１図の折畳み位置におい
て、ケーブルのそれら２つのプーリ間の部分が＠１６に
近い側と軸１８から遠い側を通るようにされる。

また装置２ｏは例えばねじ３６によって衛星本体１０上
に固定され、そして装置２２はねじ３８によって外側パ
ネル１５上に固定される。

ここに述べた展開機構において、ケーブル２４と２６は
拮抗ケーブルを構成し、そして、装置２０と２２を形成
する偏心プーリ上にそれらケーブルが巻付くことによっ
て、＠Ｏ周りの衛星の回転ωで作られる遠心力による太
陽発電装置１２の展開を、軸Ｏとその発電装置の重心Ｇ
との間の距離ＯＧが第１図の折畳み位置から第３図の完
全展開位置まで常に増大するように、制御することがで
きる。太陽発電装置が展開していくときの距離ＯＧのそ
のような伸展は、発電装置の折畳み位置から完全展開位
置まで、各ケーブル２４．２６の装置２０．２２間の部
分と＠１６との間の距離が常に増大していき、そしてそ
の同じケーブル部分と軸１８との間の距離が常に減少し
ていくような装置２０と２２の＠造によって得られる。

それらケーブル部分と軸１６．１８との間の上記距ｌｉ
Ｉ［のことを以下にそれら軸周りへのケーブルの「巻付
は半径」と称する。

第４図は展開していくときの太陽発電装置の各位置を概
略的に示す。これら位置は参照記号Ｐ。

からＰ９までで指示される。位置Ｐ。は第１図のように
パネルが完全に折畳まれた幼児位置に相当し、そして位
置Ｐ９は第３図のように完全に展開された最終位置に相
応する。Ｐ　からＰ９までの各位置における発電装置の
重心Ｇの位置がＧ。からＧ９までによ゛つて指示される
。

特に第５図の曲線で示されるように、発電装置１２の展
開の第１相Ａの過程においては、パネル１４と本体１０
の面１０ａとの間に形成される角度αは、パネル１４と
１５の間に形成される角度βよりも速く増大する。これ
は、その第１相△において、衛星本体上のパネル１４の
枢軸１６周りのケーブル２４と２６の巻付は半径が中間
パネル１５上の外側パネル１４の枢軸１８周りのそれら
ケーブルの巻付は半径より小さいためである。太陽発電
装置１２の展開の！Ｔ２相Ｂにおいては逆になる。即ち
角度βが角度αより速く増大する。

本発明の展開機構によって行われるそれら角度αとβに
対する遠心力作用の制御により、衛星の自転軸Ｏと太陽
発電装置１２の重心Ｇとの間の距離ＯＧは、第１図のパ
ネルが完全に折畳まれた幼児位置Ｐ。から第３図のパネ
ルが完全に展開される最終位ｒ！ｌＰ９まで常に増大し
ていく。本発咀のこの重要な特徴は、パネルの位置Ｐ。

からＰ９までにおける距離ＯＧの伸展を示す第６図の曲
線に判然と表わされる。この特徴によって、第３図に示
される太陽発電装置の完全展開位置が衛星の自転だけに
よって得られるのである。

該装置の合理的な分析によれば、この特性は、の場合に
しか得られない。これはｄ／ｒ）０．６の場合（第３図
参照）の場合にしか得られないものである。

いうまでもなく本発明は第１図から第３図までを参照し
てここに記述してきた実施例に限定されるものではなく
、その全ての変化形を含むものである。

例えば第７図に概略的に示すように、同等な２つの円形
プーリで構成される装置２０と２２の代りに、それぞれ
枢軸１６と１８上に中心が置かれ且つ変化する半径を有
する例えば楕円形のようなプーリ２０’　と２２′を用
いることができる。これらプーリ２０’　と２２′上に
ケーブル２４′が巻付けて固定される。このケーブル２
４′の両プーリ間の２つの部分は第１図から第３図まで
の拮抗ケーブル２４．２６と同じ動きをする。プーリ２
０′は、これの短軸が、太陽電池が取付けられる所の衛
星の面とほぼ平行になるように、衛星の本体１０上に取
付けられる。プーリ２２′は、これの長軸がパネル１５
と平行になるようにそのパネル上に取付けられる。

また本発明は、移行相において自転運動する人工衛星上
の太陽発電装置の展開を行わせるのに使用することを主
要な目的としているが、本発明は更に、そのような自転
運動する任意の宇宙ビークル上に枢着されたその他の全
ての付属品の展開を行わせるのにも応用できるものであ
る。また、いうまでもなく本発明は、宇宙ビークルの付
属品を構成する枢着パネルの数の如何に拘らず使用でき
る。

本発明の更に別の実施例（図示せず）において、その展
開機構は、制御エネルギーを最適に面域できる法則β（
α）を得るような操作プログラムを組まれた電磁モータ
ーブレーキによって構成できる。この場合も、太陽発電
装置の展開のとき距離ＯＧを常に増大させるように角度
βとαが第５図で説明したように伸展するようにされる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２つの電池パネルで構成される太陽発電装置
の翼とこれを展開するための本発明の機構を備えた人工
衛星の一部分の概略側面図で、その太陽発電装置舅が折
畳まれた幼貝位置にある所を示す図面、 第２図は第１図の矢印Ｆ２方向に見た図面、第３図は、
太陽発電装置が展開された最終位置にある所を示す第１
図と同様な図面、 第４図は、第１図から第３図までの太陽発電装置が展開
していく過程の各位置に対するその発電装置の重心の変
位を概略的に示す図面、第５図は、中間パネルと衛星と
の間、及び外側パネルと中間パネルとの間のそれぞれに
形成される角度αとβの、展開していく太陽発電装置の
各位置に対する変化の曲線を示す図面、 第６図は、衛星の自転軸０と太陽発電装置の重心Ｇとの
間の距離ＯＧの、展開していくパネルの各位置に対する
伸展の曲線を示す図面、第７図は、本発明の変化形実施
例の展開機構を備えた衛星の太陽発電装置の展開途中の
概略側面図である。 １０・・・・・・衛星本体、１２・・・・・・太陽発電
装置、１４．１５・・・・・・パネル、１６．１８・・
・・・・枢軸、２０゜２２−・−・展開装置、２０ａ、
２０ｂ、２２ａ、２２ｂ・・・・・・プーリ、２４．２
６・・・・・・ケーブル、２８゜３０．３２．３４・・
・・・・ケーブル固定点、３６，３８・・・・・・ねじ
、０・・・・・・自転軸、Ｇ・・・・・・発電装置重心
、Ｐ・・・・・・展開位置、α、β・・・・・・展開角
度。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）重心（Ｇ）を有する、相互に枢着結合された少な
   くても２つの継続的なパネル（１４、１５）を備える、
   宇宙ビークル（１０）の面上に取付けられた付属品（１
   ２）を、該ビークルの軸（Ｏ）周りの回転（ω）の作用
   だけで自動的に展開させる機構において、該パネル（１
   ４、１５）が完全に折畳まれている初原位置（Ｐ＿０）
   から、それらパネルが完全に開かれ、それらが取付けら
   れている所の該ビークルの面と整合する最終位置（Ｐ＿
   ９）まで該ビークルの回転軸（Ｏ）と該付属品の重心（
   Ｇ）との間の距離を常に増大させるように、該パネル（
   １４、１５）を作動させることを特徴とする機構。
2. （２）特許請求の範囲第１項の機構において、該付属品
   （１２）が、第１枢軸（１６）によつて該宇宙ビークル
   （１０）上に枢着される中間パネル（１４）、及び第２
   枢軸（１８）によつて該中間パネル（１４）上に枢着さ
   れる外側パネル（１５）を備え、該機構が、該宇宙ビー
   クルと該外側パネルとしてそれぞれに固定された少なく
   ても２つのプーリ（２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂ）
   上に巻付けられる少なくても１つのケーブル（２４、２
   ６）を備え、そして、該第１枢軸（１６）周りの該ケー
   ブルの巻付け半径が該初原位置（Ｐ＿０）から該最終位
   置（Ｐ＿９）まで常に増大するように、且つ該第２枢軸
   （１８）周りの該ケーブルの巻付け半径が該初原位置（
   Ｐ＿０）から該最終位置（Ｐ＿９）まで常に減少するよ
   うに該プーリがそれぞれに該第１枢軸と該第２枢軸との
   近傍に設置されることを特徴とする機構。
3. （３）特許請求の範囲第２項の機構において、該第１枢
   軸（１６）に対して偏心し且つ対称的に設置される軸を
   有する、該宇宙ビークル（１０）に固定の第１対の円形
   のプーリ（２０ａ、２０ｂ）、該第２枢軸（１８）に対
   して偏心し且つ対称的に設置される軸を有する、該外側
   パネル（１５）に固定の第２対の円形のプーリ（２２ａ
   、２２ｂ）、及び、それぞれに該第１プーリ対上と該第
   ２プーリ対上とに取付けられ且つ相互に反対方向に巻付
   けられる２つのケーブル（２４、２６）を備えることを
   特徴とする機構。
4. （４）特許請求の範囲第２項の機構において、該プーリ
   （２０′、２２′）が変化する半径を有し、そしてそれ
   ぞれに該第１枢軸（１６）上と該第２枢軸（１８）上と
   に中心が置かれるように設置されることを特徴とする機
   構。
5. （５）特許請求の範囲第４項の機構において、該プーリ
   （２０′、２２′）が実質的に楕円形であることを特徴
   とする機構。
6. （６）特許請求の範囲第１項の機構において、該初原位
   置（Ｐ＿０）から該最終位置（Ｐ＿９）まで該距離（Ｏ
   Ｇ）を常に増大させるようにして該パネルの展開を指令
   する電気モーターブレーキを備えることを特徴とする機
   構。