JP2005086698A

JP2005086698A - 展開アンテナ

Info

Publication number: JP2005086698A
Application number: JP2003318844A
Authority: JP
Inventors: Akira Meguro; 在目黒; Satoshi Harada; 聡原田; Hirochika Ishikawa; 博規石川; Satoru Ozawa; 悟小澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP3891972B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、低重量かつ大型の展開アンテナを提供すること。
【解決手段】人工衛星に搭載される展開アンテナにおいて、複数の第１のケーブル１３を結合することで格子状に構成された第１のネットワーク１１と、上記第１のネットワーク１１上に設けられた電波反射膜２と、上記第１のネットワーク１１に設けられ、上記第１のケーブル１３より伸縮性の大きい複数の第２のケーブル１５によって構成された第２のネットワーク１２と、上記第２のネットワーク１２の外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた折り畳み可能な複数の支柱３と、上記複数の支柱３の内側に設けられ、上記支柱３を第２のネットワーク１２の径方向外側に放射状に押し広げることにより、上記第１のネットワーク１１に上記第２のネットワーク１２を介して張力を付与し、上記第１のネットワーク１１を展開する展開する膨張チューブ４とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、折り畳んだ状態で人工衛星等に搭載し、宇宙空間で展開させることができる展開アンテナに関する。

人工衛星等に搭載される展開アンテナを宇宙空間に搬送する場合、搬送手段としてアリアン、Ｈ−IIＡ等のロケットを用いている。しかしながら、ロケットの貨物収容空間は、限られたスペースであるため、大型の展開アンテナを搬送する際には、小さく折り畳んだ状態でロケット内に収容し、ロケットが宇宙空間に到達した後に、この展開アンテナを宇宙空間に放出して展開する方式を用いている。

このような展開アンテナの中には、複数の基本構造を組み合わせることにより構成されるものがある。そのような展開アンテナの場合には、組み合わせる基本構造の数次第で、大型の展開アンテナを構成することができる。

図７は従来の展開アンテナの基本構造の構成を示す斜視図、図８は従来の展開アンテナの基本構造を分解して示す斜視図である。

図７と図８に示すように、この展開アンテナの基本構造は、アンテナ反射面として機能するケーブルネットワーク１００を有している。このケーブルネットワーク１００は、サーフェスケーブル１０１、金属メッシュ１０２、バックケーブル１０３、タイケーブル１０４により構成され、複数のスタンドオフ１０５によって骨組構造としての展開トラス１０６に支持されている。

この展開トラス１０６は、台形形状に形成された８つの平面リンク機構１０７により構成されている。これら平面リンク機構１０７は、中心軸部材１０８を共有することで、その周囲に放射状に等配されており、スライドヒンジ１０９を上記中心軸部材１０８の軸心線方向に沿って摺動させることで、展開トラス１０６を収納、展開できるようになっている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、展開トラスとして、長手方向に伸縮可能な６つの平面リンク機構を放射状に配置した構成も知られている。この構成では、上記複数の平面リンク機構を伸縮駆動することで、展開トラスの収納、展開を行っている。

平面リンク機構の伸縮駆動には、展開トラスの周囲に配設された環状のケーブルを用いる。このケーブルは、各平面リンク機構の先端部に移動自在に接続されており、モータの回転によってケーブルの巻き取り量を調整することで、平面リンク機構を同期して伸縮させている。
目黒在、三次仁、安藤和秀：モジュール化ケーブルメッシュ展開構造による大型衛星通信アンテナの構築、電子情報通信学会Ｂ−II分冊「次世代衛星通信技術小特集」電子情報通信学会論文誌、Ｂ−II，Ｖｏｌ．ｊ７６−Ｂ−II，Ｎｏ５，１９９３．５，ｐｐ．４７６−４８４．

ところで、上述のケーブルネットワーク１００は、可撓性を有する柔軟なケーブルによって構成されており、自らの力ではアンテナ反射面としての形状を維持することができない。

そのため、展開トラス１０６の上面をパラボラ面を最小誤差近似した近似球面形状に形成しておき、その上にスタンドオフ１０５を介して上記ケーブルネットワーク１００を貼り付けることで、ケーブルネットワーク１００をパラボラ面形状に維持している。

しかしながら、この方法を用いた場合、ケーブルネットワーク１００の形状が展開トラス１０６の形状に大きく依存することになるため、展開トラス１０６の形状を高精度に設計する必要がある。

また、展開トラス１０６には、ケーブルネットワーク１００の張力によって大きな力が作用する。そのため、展開トラス１０６の設計にあたっては、展開トラス１０６にケーブルネットワーク１００の張力に負けない大きな剛性を与える必要がある。

しかしながら、展開トラス１０６に大きな剛性を与えるためには、展開トラス１０６を構成する部材を太くする必要があり、全体重量が増大するという問題がある。

さらに、展開トラス１０６の上面が球面形状となるため、展開トラス１０６が３次元方向に展開する複雑な構造になるという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の展開アンテナよりも簡単な構成で、低重量かつ大型の展開アンテナを提供することにある。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の展開アンテナは次のように構成されている。

（１）人工衛星に搭載される展開アンテナにおいて、複数の第１の索条体を結合することで格子状に構成された第１のネットワークと、上記第１のネットワーク上に設けられた電波反射膜と、上記第１のネットワークに設けられ、上記第１の索条体より伸縮性の大きい複数の第２の索条体によって構成された第２のネットワークと、上記第２のネットワークの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた折り畳み可能な複数の支柱と、上記複数の支柱の内側に設けられ、上記支柱を第２のネットワークの外周方向に放射状に押し広げることにより、上記第１のネットワークに上記第２のネットワークを介して張力を付与し、上記第１のネットワークを展開する展開する展開手段とを具備することを特徴とする。

（２）（１）に記載された展開アンテナであって、上記第１のネットワークは、上記各第１の索条体の長さによって、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする。

（３）（１）に記載された展開アンテナであって、上記展開手段と人工衛星とを連結する連結手段をさらに具備することを特徴とする。

（４）（２）に記載された展開アンテナであって、上記電波反射膜上に設けられ、上記第１のネットワークよりも高精度なパラボラ面を備えた高精度アンテナをさらに具備することを特徴とする。

（５）（４）に記載された展開アンテナであって、上記展開手段に設けられ、上記高精度アンテナを支持する支持手段をさらに具備することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、低重量かつ大型の展開アンテナを提供することができる。

以下、図１〜図３を参照しながら本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図、図２は同実施の形態に係るケーブルネットワークの展開状態の構成を示す斜視図、図３は同実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を電波反射膜と膨張チューブを省略して示す斜視図である。

図１に示すように、この展開アンテナは、ケーブルネットワーク１を有する。このケーブルネットワーク１は、図２に示すように、第１のネットワーク１１（太線で示す部分）と第２のネットワーク１２（細線で示す部分）によって構成されており、いずれも平面視で例えば略六角形状のような多角形形状をなしている。

第１のネットワーク１１は、伸縮性の小さい複数の第１のケーブル１３（第１の索条体）をノード１４により結合することで三角格子状に構成されており、その一方の面は電波反射膜２（後述する）を搭載するための搭載面１１ａとなっている。この搭載面１１ａは、各第１のケーブル１３の長さにより略パラボラ面形状に形成されている。

なお、本実施の形態では、第１のケーブル１３同士の接続にノード１４を用いているが、これに限定されるものではなく、第１のケーブル１３の端部同士を単に結束するだけでも構わない。

一方、第２のネットワーク１２は、第１のネットワーク１１の外周に設けられた周囲ネット１２ａと、第１のネットワーク１１と対向する位置に設けられた対向ネット１２ｂによって構成されている。

これら周囲ネット１２ａと対向ネット１２ｂは、第１のケーブル１３よりも伸縮性の大きい複数の第２のケーブル１５をノード１６により結合することで三角格子状に構成されている。

なお、本実施の形態では、第２のケーブル１５同士の接続にノード１６を用いているが、これに限定されるものではなく、第２のケーブル１５の端部同士を単に結束するだけでも構わない。

周囲ネット１２ａは、第１のネットワーク１１の外周部に設けられた複数のノード１４と結合しており、これらノード１４を介して第１のネットワーク１１をその搭載面１１ａに沿って引っ張っている。

また、対向ネット１２ｂは、第１、第２のネットワーク１１、１２に設けられた複数のノード１４、１６と結合しており、これらのノード１４、１６を介して第１のネットワーク１１をその搭載面１１ａと交差する方向に引っ張っている。

図１に示すように、第１のネットワーク１１の搭載面１１ａには、上述の電波反射膜２が貼り付けられている。この電波反射膜２は、金属メッシュなどの電波反射素材からなり、パラボラ面形状に形成された搭載面１１ａに貼り付けられることで、アンテナ反射面として機能するようになっている。

第２のネットワーク１２の外周部には、複数、例えば６本の支柱３が周方向に対して等間隔で設けられている。これら支柱３は、折り畳み可能な棒状部材によって構成されており、第２のネットワーク１２の例えば６つの頂点部分にて、周囲ネット１２ａと対向ネット１２ｂ間をそれぞれ連結している（図３参照）。

周囲ネット１２ａと対向ネット１２ｂの間には、膨縮可能な膨張チューブ４（展開手段）が上記支柱３に包囲されるように設けられている。この膨張チューブ４は、薄い膜状の材料によってドーナツ状、すなわち管状かつ環状に形成されており、その所定位置には内部に圧縮ガスを供給するガス供給装置１８が接続されている。

なお、本実施の形態では、膨張チューブ４を膨張するために圧縮ガスを用いているが、物質が気化する性質を利用するのであれば、これに限定されるものではない。

次に、上記構成の展開アンテナを宇宙空間に構築する際の作用について説明する。

上記構成の展開アンテナをロケットで打ち上げる場合、ケーブルネットワーク１、電波反射膜２、支柱３、および膨張チューブ４を小さく折り畳んでロケットのフェアリングに収納しておく。

ロケットが打ち上げられ、衛星がロケットから分離されて所定の軌道に達したら、展開アンテナを展開させるために、ガス供給装置１８から膨張チューブ４内に圧縮ガスを供給する。膨張チューブ４に圧縮ガスを供給すると、膨張チューブ４はドーナツ状に膨張し、例えば６本の支柱３を放射状に押し広げる。その結果、折り畳まれていた支柱３は伸展し、第２のネットワーク１２を介して第１のネットワーク１１に張力を付与する。

これによって、第１のネットワーク１１の搭載面１１ａはパラボラ面形状となり、その上に貼り付けられた電波反射膜２はアンテナ反射面としての機能を持つことになる。以上で、展開アンテナの構築が終了する。なお、展開アンテナの構築が終了した後も、膨張チューブ４内に所定のガス圧を与え続け、第１のネットワーク１１の搭載面１１ａをパラボラ面形状に維持させる必要がある。

上記構成の展開アンテナによれば、複数の第１のケーブル１３を結合することで、第１のネットワーク１１を三角格子状に構成するとともに、各第１のケーブル１３の長さによって、第１のネットワーク１１の搭載面１１ａを略パラボラ面形状に形成している。そのため、第１のネットワーク１１を張設するだけで、その形状をパラボラ面形状にすることができるから、第１のネットワーク１１を展開する展開手段の構成を簡単化することができる。その結果、従来のような複雑かつ高重量な展開トラスが不要となるから、例えば膨張チューブ４のような簡単かつ軽重量な構成を用いることができる。

また、第１のネットワーク１１を伸縮性の大きい第２のネットワーク１２を介して膨張チューブ４に支持させている。そのため、この膨張チューブ４が大きく変形しても、第２のネットワーク１２の伸縮性がその変形を吸収してくれるから、第１のネットワーク１１に変形の影響が及ぶことがなく、アンテナ反射面の形状精度を維持することができる。

さらに、第１のケーブル１３を伸縮性の小さい素材によって形成している。そのため、第１のネットワーク１１に張力が付与されても、各第１のケーブル１３は殆んど伸びることがないから、付与された張力がアンバランスであったとしても、パラボラ面形状が歪むことがない。

次に、図４を参照しながら本発明の第２の実施の形態について説明する。

図４は本発明の第２の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る展開アンテナは、第１の実施の形態に係る電波反射膜２上に高精度アンテナ２１を設けたものである。この高精度アンテナ２１は、ケーブルネットワーク１に設けられた複数のノード１４、１６によって支持されており、その反射面２１ａは第１のネットワークの搭載面１１ａよりも高精度なパラボラ面形状に形成されている。

このように、本実施の形態に係る展開アンテナは、第１のネットワーク１１により形成されるアンテナ反射面と、高精度な反射面２１ａの２つの反射面を備えている。そのため、１つのアンテナ反射鏡によって、低い周波数と高い周波数の両方を反射することができる。

次に、図５を参照しながら本発明の第３の実施の形態について説明する。

図５は本発明の第３の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図である。

図５に示すように、本実施の形態に係る展開アンテナは、第１の実施の形態に係る膨張チューブ４の所定位置に連結部材３１（連結手段）を連結したものである。この連結部材３１は、膨張チューブ４と同じ素材によって、すなわち薄い膜状の材料によって管状に形成されており、膨張チューブ４と人工衛星（不図示）とを連結する役割を果たしている。

連結部材３１と膨張チューブ４とは連通しており、連結部材３１に設けられたガス供給装置１８から圧縮ガスを供給することで、連結部材３１および膨張チューブ４を膨張できるようになっている。

このように、本実施の形態では、展開アンテナと人工衛星を連結する連結部材３１を膨張チューブ４と同じ薄い膜状の材料で形成している。そのため、展開アンテナの全体構成を簡単化できるとともに、総重量を軽くすることができる。

次に、図６を参照しながら本発明の第４の実施の形態について説明する。

図６は本発明の第４の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図である。

図６に示すように、本実施の形態に係る展開アンテナは、第２の実施の形態にかかる膨張チューブ４の所定位置に支持機構４１（支持手段）を設けたものである。この支持機構４１は、第１のジョイント４２によって屈曲可能に連結された複数、本実施の形態では２本のブーム４３、４４を有しており、その基端部には上述の高精度アンテナ２１が支持されている。なお、これらのブーム４３、４４は、本発明の展開アンテナが使用される環境下では、殆んど変形しないような高い剛性を備えた素材により形成されている。

支持機構４１の先端部と基端部には、それぞれ第１のジョイント４２と同じ構成の第２のジョイント４５と第３のジョイント４６（調整手段）が設けられており、第２のジョイント４５は人工衛星に連結され、第３のジョイント４６は連結部４７を介して膨張チューブ４に連結されている。すなわち、この支持機構４１は、展開アンテナと人工衛星とを連結する役割も果たしている。

上記連結部４７は、第３の実施の形態に係る連結部材３１をその軸心線方向に対して短くした構成であり、ガス供給装置１８から圧縮ガスを供給することで、連結部４７および膨張チューブ４を膨張できるようになっている。

このように、本実施の形態では、高精度アンテナ２１を膨張チューブ４に連結された剛性を備えた支持機構４１で支持しているから、柔軟な第１ネットワーク１１上に直接取付ける場合に比べて、高精度アンテナ２１の位置決めを正確に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図。同実施の形態に係るケーブルネットワークの展開状態の構成を示す斜視図。同実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を電波反射膜と膨張チューブを省略して示す斜視図。本発明の第２の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図。本発明の第２の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図。本発明の第２の実施の形態に係る展開アンテナの展開状態の構成を示す斜視図。従来の展開アンテナの基本構造の構成を示す斜視図。従来の展開アンテナの基本構造を分解して示す斜視図。

符号の説明

２…電波反射膜、３…支柱、４…膨張チューブ（展開手段）、１１…第１のネットワーク、１２…第２のネットワーク、１３…第１のケーブル（第１の索条体）、１５…第２のケーブル（第２の索条体）、２１…高精度アンテナ、３１…連結部材（連結手段）、４１…支持機構（支持手段）。

Claims

人工衛星に搭載される展開アンテナにおいて、複数の第１の索条体を結合することで格子状に構成された第１のネットワークと、
上記第１のネットワーク上に設けられた電波反射膜と、
上記第１のネットワークに設けられ、上記第１の索条体より伸縮性の大きい複数の第２の索条体によって構成された第２のネットワークと、
上記第２のネットワークの外周部にその周方向に対して所定間隔で設けられた折り畳み可能な複数の支柱と、
上記複数の支柱の内側に設けられ、上記支柱を第２のネットワークの外周方向に放射状に押し広げることにより、上記第１のネットワークに上記第２のネットワークを介して張力を付与し、上記第１のネットワークを展開する展開する展開手段と、
を具備することを特徴とする展開アンテナ。
上記第１のネットワークは、上記各第１の索条体の長さによって、展開時にほぼパラボラ面となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の展開アンテナ。
上記展開手段と人工衛星とを連結する連結手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の展開アンテナ。
上記電波反射膜上に設けられ、上記第１のネットワークよりも高精度なパラボラ面を備えた高精度アンテナをさらに具備することを特徴とする請求項２記載の展開アンテナ。
上記展開手段に設けられ、上記高精度アンテナを支持する支持手段をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の展開アンテナ。