JP2006290065A - Separating device of space structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工衛星などの宇宙構造物を宇宙空間で自動分離させる宇宙構造物等の結合・分離装置及び宇宙構造物の結合・分離機構に関するものである。 The present invention relates to a coupling / separation device for a space structure and the like and a coupling / separation mechanism for a space structure that automatically separate space structures such as artificial satellites in space.
人工衛星はロケットにより宇宙空間へ打ち上げられ、宇宙空間においてロケットからの人工衛星の分離あるいは人工衛星同士の分離が行われる。 Artificial satellites are launched into outer space by rockets, and in the outer space, separation of artificial satellites from rockets or separation of artificial satellites is performed.
従来、このような宇宙構造物の分離装置としては、火工品を用いる方法が一般的であった。この方法は、マルマンクランプバンドと称される爆破ボルト等の火工品で宇宙構造物同士を結合しておき、所定のタイミングでこれを爆破することにより分離を実現していたものである。 Conventionally, a method using pyrotechnics has been common as such a space structure separation apparatus. This method realizes separation by connecting space structures together with pyrotechnics such as a blast bolt called a Marman clamp band and blasting them at a predetermined timing.
宇宙構造物同士の結合には強大な結合力が必要なことから、上記のようなマルマンクランプバンドが用いられていたものである。しかしながら火工品を用いる方法は信頼性が高いという利点はあるが、爆破時には大きな衝撃が発生するため、人工衛星や付近の構造物等に悪影響を与えるおそれがあり、このため小型や超小型人工衛星等の分離には適さず、また分離を含むミッションを掲げる人工衛星にもその使用は望ましいものではなかった。 Since a strong coupling force is required for coupling between space structures, the Marman clamp band as described above has been used. However, the method using pyrotechnics has the advantage of high reliability, but since a large impact is generated at the time of blasting, there is a risk of adverse effects on satellites and nearby structures. It is not suitable for separation of satellites and the like, and its use is not desirable for satellites that have missions that include separation.
そこで本発明は、強大な結合力を実現でき、しかも小さな力で衝撃なく簡単・確実に宇宙構造物等を分離させることができる結合・分離装置及び宇宙構造物の結合・分離機構を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a coupling / separation device and a coupling / separation mechanism for a space structure that can realize a strong coupling force and that can easily and reliably separate a space structure and the like with a small force without impact. With the goal.
請求項1記載の結合・分離装置は、2本のバンドの一端部に互いに噛合う台形歯形部を形成して、互いの台形歯形部の噛合状態において双方のバンドに互いに張力を伝達するようにし、また一方の台形歯形部を他方の台形歯形部に垂直方向に押接するカム体と、このカム体を動作させるアクチュエータを備え、このアクチュエータによりカム体を動作させることにより前記押接状態を解除して台形歯形部を互いに離れる方向へ垂直移動させるようにした。
The coupling / separating device according to
請求項2記載の宇宙構造物の結合・分離機構は、請求項1記載の結合・分離装置を用いる宇宙構造物の結合・分離機構であって、第1の宇宙構造物に装着された第1のシリンダと、第2の宇宙構造物に装着された第2のシリンダと、第1のシリンダと第2のシリンダを接合させた状態で前記バンドの他端部を固定する固定部と、前記バンドを第1のシリンダと第2のシリンダの外周面に沿って湾曲させて相隣る前記バンドの一端部の前記台形歯形部同士を互いに噛合わせた状態で、一方の前記台形歯形部の外面に前記カム体を押接して双方の台形歯形部同士を互いに噛合わせることにより第1の宇宙構造物と第2の宇宙構造物を結合し、また前記アクチュエータにより前記カム体を作動させて前記押接状態を解除し、前記バンドを拡開させることにより第1の宇宙構造物と第2の宇宙構造物を分離するようにした。
A coupling / separation mechanism for a space structure according to claim 2 is a coupling / separation mechanism for a space structure using the coupling / separation device according to
本発明は、アクチュエータを駆動してカム体を作動させ、バンドに対する押接状態を解除すればバンドは拡開し、その結果、他端部の台形歯形同士は互いに分離する。この場合、モータなどのアクチュエータはカムを作動させる力を有していればよいので、小容量の小さなアクチュエータによって、第1の宇宙構造物と第2の宇宙構造物等の分離を大きな衝撃なく簡単・確実に実現できる。 In the present invention, when the actuator is driven to actuate the cam body and the pressing state against the band is released, the band expands, and as a result, the trapezoidal teeth on the other end are separated from each other. In this case, since an actuator such as a motor only needs to have a force to actuate a cam, the first space structure and the second space structure can be easily separated without a large impact by a small-capacity actuator.・ Can be realized reliably.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は人工衛星を搭載したロケットの側面図、図2は結合・分離装置で結合された上下2個の人工衛星の側面図、図3は上下2個の人工衛星と結合・分離装置の分解斜視図、図4は結合・分離装置の分解斜視図、図5は人工衛星を分離させる補助用の分離ユニットの斜視図、図6(a)は結合・分離装置の締着状態の平面図、図6(b)は結合・分離装置の締着解除時の平面図、図7(a)は係合部の断面図、図7(b)は嵌合部の断面図、図8(a)、(b)、(c)は嵌合部の離脱状態を示す断面図、図9(a)、(b)は台形歯形部の分離説明図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a side view of a rocket carrying an artificial satellite, Fig. 2 is a side view of two upper and lower artificial satellites joined by a coupling / separation device, and Fig. 3 is an exploded view of the upper and lower two artificial satellites and the coupling / separation device. FIG. 4 is an exploded perspective view of the coupling / separation device, FIG. 5 is a perspective view of an auxiliary separation unit for separating the satellite, and FIG. 6A is a plan view of the fastening state of the coupling / separation device, 6 (b) is a plan view of the coupling / separation device when the fastening is released, FIG. 7 (a) is a sectional view of the engaging portion, FIG. 7 (b) is a sectional view of the engaging portion, and FIG. 8 (a). , (B), (c) are sectional views showing the disengaged state of the fitting part, and FIGS. 9 (a), (b) are separation explanatory views of the trapezoidal tooth profile part.
図1において、ロケット本体1の頭部には左右2個のフェアリング2が設けられており、その内部に宇宙構造物としての上下2個の第1の人工衛星3と第2の人工衛星4が収納されている。人工衛星3,4は結合・分離装置10により分離自在に結合されている。またロケット本体1の下部には左右2個の補助ロケット5が備えられている。
In FIG. 1, the
次に、結合・分離装置10の説明を行う。図2は、人工衛星3,4の結合状態を示している。人工衛星3,4の下面と上面にはリング状の取付板10a、10bが装着されている。取付板10aの下面には第1のシリンダ11が取付けられており、取付板10bの上面には第2のシリンダ12が取付けられている。上下のシリンダ11,12は互いに接合して締着用のバンド13により結合されている。また両人工衛星3,4の間には補助用の分離ユニット50が複数個設けられている。
Next, the coupling /
図3及び図4において、第1のシリンダ11と第2のシリンダ12は上下対称な同形同寸であって、短円筒形の本体11a、12aの上部と下部にフランジ11b、11c、12b、12cがつば状に形成されている。フランジ11b、11c、12b、12cには取付板10a、10bにネジやビス(図示せず)で取り付けるための孔部11d、12dが複数個開孔されている。
3 and 4, the
図3及び図4において、バンド13はステンレス鋼板などの強いバネ力を有する素材により帯状に形成されている。バンド13は複数個(本例では図3に示すように4個、但し図4では2個のみ図示)あり、それぞれ一端部の内面と外面に互いに噛合う係合部としての台形歯形部14,15が複数個形成されている。図9(a)において、台形歯形部14,15の噛合状態において、左右の双方のバンド13には互いに引き離す方向に張力Tを伝達している。
3 and 4, the
また図3及び図4において、バンド13の他端部には屈折部16が形成されている。屈折部16には孔部17が開孔されている。図6(a)、(b)に示すように、4個のバンド13はシリンダ11,12の外周面に沿って湾曲させてシリンダ11,12に巻回・締着されている。そして相隣るバンド13の屈折部16は間隔Wをおいて互いに対向し、孔部17にボルト18を挿通し、ボルト18の端部にナット19を螺着することにより、互いに結合されている。またバンド13には、ストッパ37、嵌合体40(いずれも後述)を取付けるための孔部21,22が開孔されている。
3 and 4, a refracting
次に、係合体30a、30bについて説明する。係合体30a、30bは、上記台形歯形部14,15同士の噛合状態の維持・解除を行うためのものであって、図4に示すように、台形歯形部14の内側と台形歯形部15の外側に位置し、互いに対向して配設されている。本例では図6(a)、(b)に示すように、平面視して180°離れた位置に2組設けられている。一方の係合体30aは、第2のシリンダ12の上側フランジ12cに装着されている。図4において、係合体30a、30bには互いに対向する孔部31、32が穿孔されている。孔部31,32にボルト33を挿通することにより、両者30a、30bは一体的に結合される。この結合状態において、図4及び図6(a)、(b)に示すように、外側の係合体30bの内部には、長円形の横断面を有するカム体34が収納される。
Next, the
図4、図7において、カム体34の偏心位置には回転軸35が挿着される。回転軸35はアクチュエータとしてのモータ36に駆動されて回転する。図6(a)、(b)は結合・分離装置の組立て状態を示している。バンド13の孔部21にストッパ37のピン37aを挿入し、ピン37aの先端部はシリンダ11又は12の外面に溶接手段などにより固着されている。
4 and 7, a rotating
図4及び図6(a)、(b)及び図7において、係合体30a、30bはバンド13の一端部の台形歯形部14,15を抱持するように互いに突き合わされ、孔部31,32にボルト33を挿着して結合されている。
4 and 6 (a), 6 (b) and 7, the
図6(a)、図9(a)は、この結合状態において、互いに係合した台形歯形部14,15に対して縦向きのカム体34で一方の台形歯形部15の外面に対して垂直方向に押接し、台形歯形部14,15同士を強く噛合わせている状態を示している(押接力F)。また図6(b)、図9(b)は、モータ36を駆動してカム体34を90°回転させて横向きにした状態を示している。この状態で、隣接するバンド13は、ボルト18とナット19による結合位置を固定部(支点)とし、自由端部である台形歯形部14,15側は、バンド13自身の強いバネ力により外方へ拡開し、台形歯形部14と台形歯形部15の噛合状態は解除されている。バンド13の拡開限度は、バンド13がストッパ37に当接することにより規定される。
6 (a) and 9 (a) show a
次に、図4、図7(b)を参照して、嵌合体40を説明する。嵌合体40はバンド13の中央部内面にボルト41により取付けられている。図7(b)に示すように、嵌合体40の内面にはテーパ状の内凹面43が形成されている。シリンダ11,12のフランジ11c、11cの外面は、この内凹面43が接合するテーパ面となっている。図7(b)に示すように、嵌合部40の内凹面43が被嵌合部であるフランジ11c、12cに嵌合した状態で、シリンダ11,12は結合状態を維持する。
Next, the
次に、図2、図3、図5を参照して分離ユニット50を説明する。分離ユニット50は、棒体51と、棒体51が挿入されたバネ材であるコイルスプリング52から成っている。棒体51の下端のつば部53には孔部54が開孔されており、孔部54にネジやビスなどの止具(不図示)を挿入することにより、分離ユニット50は下側の人工衛星4の上面に立設され、その状態でコイルスプリング52は一方の人工衛星3を他方の人工衛星4から分離させる方向)のバネ力を有する。勿論、分離ユニット50は上側の人工衛星3に設けてもよい。
Next, the
この宇宙構造物の結合・分離機構は上記のような構成より成り、次に図6〜図9を参照して動作を説明する。図6(a)及び図7(a)、(b)は、上下のシリンダ11,12(すなわち上下の人工衛星3,4)が結合された状態を示している。この状態で、長円形のカム体34は図6(a)、図9(a)に示すようにバンド13に対してタテ姿勢であり、台形歯形部15の外面に垂直方向に押接して台形歯形部14,15を互いにしっかり係合させている。また図7(b)に示すように、バンド13の内側に設けられた嵌合体40は、上下のシリンダ11,12のつば部11c、12cはしっかり嵌合し、上下のシリンダ11,12(すなわち上下の人工衛星3,4)が分離しないように結合している。
This space structure coupling / separating mechanism is constructed as described above, and the operation will be described with reference to FIGS. FIGS. 6A, 7A, and 7B show a state where the upper and
さて、制御部(図外)からの指令によりモータ36が駆動すると、カム体34は90°回転し、図6(b)、図9(b)に示すバンド13に対してヨコ姿勢となる。すると、バンド13は、ボルト18とナット19による固定部を支点とし、台形歯形部14,15が形成された自由端部側は締着バンド13自身のバネ力により外側へ拡開する(矢印N1)。すると、図6(b)、図9(b)に示すように台形歯形部14と台形歯形部15は互いに離れる方向へ垂直移動する(矢印N4)。また、バンド13の内側に装着された嵌合体40は、図8(a)〜(b)に示すようにシリンダ11,12のフランジ11c、12cから離れる(矢印N2)。すると、上下のシリンダ11,12(すなわち上下の人工衛星3,4)は分離する(図8(c)の矢印N3)。この場合、シリンダ11は分離ユニット50のコイルスプリング52に蹴り上げられてシリンダ12から積極的に分離される。以上により、第1の人工衛星3と第2の人工衛星4の分離は実現する。
Now, when the
本発明は、アクチュエータを駆動してカム体を作動させ、バンドに対する押接状態を解除すればバンドは拡開し、その結果、一端部の台形歯形部同士は互いに分離することにより、第1の宇宙構造物と第2の宇宙構造物等は分離する。この場合、モータなどのアクチュエータはカムを作動させる力を有していればよいので、小容量の小さなアクチュエータによって、第1宇宙構造物と第2の宇宙構造物等の分離を衝撃なく簡単・確実に実現できる。 In the present invention, when the actuator is driven to operate the cam body and the pressing contact state with respect to the band is released, the band expands, and as a result, the trapezoidal tooth profile portions at one end are separated from each other. The space structure and the second space structure are separated. In this case, since the actuator such as a motor only needs to have a force to operate the cam, the first space structure and the second space structure can be separated easily and reliably without impact by a small capacity small actuator. Can be realized.
1 ロケット
3,4 人工衛星
10 分離装置
11 第1のシリンダ
11c フランジ(被嵌合部)
12 第2のシリンダ
12c フランジ(被嵌合部)
13 バンド
14,15 台形歯形部
18 ボルト(固定部)
19 ナット(固定部)
30a、30b 係合体
34 カム体
36 モータ(アクチュエータ)
40 嵌合体
50 分離ユニット
DESCRIPTION OF
12
13
19 Nut (fixed part)
30a,
40
Claims (2)
A coupling / separation mechanism for a space structure using the coupling / separation device according to claim 1, wherein the first cylinder mounted on the first space structure and the first cylinder mounted on the second space structure. 2 cylinders, a fixing portion for fixing the other end of the band in a state where the first cylinder and the second cylinder are joined, and the band along the outer peripheral surfaces of the first cylinder and the second cylinder. In the state where the trapezoidal tooth profile portions of the one end portions of the bands adjacent to each other are meshed with each other, the cam body is pressed against the outer surface of one of the trapezoidal tooth profile portions, and both trapezoidal tooth profile portions are mutually connected. The first space structure and the second space structure are coupled by meshing, the cam body is operated by the actuator to release the pressing state, and the band is opened to expand the first space structure. Space structure and second space structure Binding and separating mechanism of space structure and separating.
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