JP2008531397A - 組込まれた資源を有する宇宙船アダプタおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

打上げロケット上で非主要ペイロードを支持するための、組込まれた資源を有する宇宙船アダプタである。宇宙船アダプタは、バッテリと、電力分配および制御システムと、非主要ペイロードとインターフェイス接続するためのインターフェイス回路とを含む。データストレージ、センサおよびデータインターフェイス、ならびに通信といった他のモジュール／サブシステムが、特定の非主要ペイロードの要求、および／またはその非主要ペイロードの特定の任務の要求に適するように含まれてもよい。アダプタは、主要ペイロードのバスとのインターフェイス接続を必要としておらず、打上げロケットによって運ばれる所与の非主要ペイロードにとって必要な程度の機能性のみを提供するよう、必要に応じて調整／修正可能である。

Description

発明の分野
この発明は宇宙船に関し、より特定的には、打上げロケット上で使用され、非主要ペイロードが打上げロケットによって運ばれるのを支持するための組込まれた専用のモジュール式サブシステムを含むアダプタに関する。

発明の背景
現在の宇宙船技術は、宇宙船の「バス」として公知の部分（「宇宙船バス」とも呼ばれることがある）に、宇宙船用のすべての資源を提供している。このバスは通常、宇宙船の非常に大きな部分を占め、宇宙船が一旦軌道に乗ると実行するよう要求されるさまざまな業務を実行するために必要な動力、推進力、通信、制御機能、データ取得、ソーラーアレイおよびアンテナを含んでいる。しかしながら、多くのより小型の発射宇宙船は、過去の典型的な宇宙船と同様、動作年ではなく、動作日または動作時間を必要とする。新しい発射宇宙船はまた、必要とするバッテリ電力が少なく、ソーラーアレイを必要としないことも多い。そのような小型の発射宇宙船は、アンテナ、再突入構造、推進装置、撮像装置、気象装置またはセンサ、放射および環境装置またはセンサ、ならびに通信装置またはセンサを伴う場合がある。さらに、軌道に乗せたい非主要ペイロードを形成するそのような多くの発射宇宙船は、単に宇宙アクセスのみを必要とし、特定の軌道または傾斜を必要としないため、非主要ペイロード用に搭載される推進サブシステムは必要なくなる。

発射宇宙船は、伝統的な宇宙船であれば軌道状態を達成するために必要とする伝統的な宇宙船バスの能力のすべてを必要とはしないことが多い。現在、宇宙船バスは特定のサイズおよび重量部門における標準能力を用いて開発されており、このため「ユーザ中心の」アプローチというよりはむしろ「バス中心の」アプローチとなっている。ユーザ中心のアプローチであれば、発射宇宙船に、それがその任務に必要とする資源のみを、たとえば、伝統的な宇宙船バスにより提供される機能および能力一式というよりはむしろ、バッテリ電力、または通信能力、もしくはさまざまな他の制御能力のみを提供するであろう。そのようなコスト効率のよいアプローチは、打上げロケットに載って宇宙へ運ばれる各発射宇宙船の総コストを低減させるであろう。なぜなら、宇宙船にはその特定の任務に合った限られた資源しか提供されないためである。そのようなアプローチはまた、全体的なシステム保全性を高めるであろう。なぜなら、発射宇宙船は、その動作要件を満たすために、打上げロケットに載った伝統的な宇宙船バスまたは主要ペイロードにアクセスする必要がないためである。これは、伝統的な宇宙船バスについての潜在的な故障の箇所を減少させ、伝統的な宇宙船バスに対して完全に非侵入的であろう。伝統的な宇宙船バスからの発射宇宙船の物理的分離は、打上げロケットの動作、主要ペイロードの任務、およびすべての二次ペイロードの任務の信頼性および能力をさらに高めるであろう。

発明の概要
この発明は、組込まれた（すなわち専用の）資源を有する宇宙船アダプタを形成するためのシステムおよび方法に向けられている。この宇宙船アダプタは打上げロケットに取付けられており、打上げロケットによって運ばれる主要ペイロードの標準宇宙船バスとは別に、それ自体の動作サブシステム、たとえば動力、通信能力、インターフェイスモジュールなどを含んでいる。

好ましい一形態では、宇宙船アダプタは、バッテリと、電力分配および制御サブシステムと、宇宙船アダプタによって支持される発射宇宙船または非主要ペイロードとインターフェイス接続するためのインターフェイス回路とを含む。代替的な実施例では、宇宙船アダプタは、それ自体のデータ記憶モジュール、独立したセンサおよびデータインターフェイス、独立した通信サブシステムなど、または、発射宇宙船を用いて特定の任務を完了するために望まれ得る／必要とされ得る一連の他のサブシステムを含み得る。宇宙船アダプタは、専用の資源を有する本質的に独立した構成要素を形成しており、それは、打上げロケットによって運ばれる主要ペイロードの伝統的な宇宙船バスとのインターフェイス接続を必要としない。宇宙船アダプタは、ある特定の発射宇宙船にとって必要な程度の機能性のみを提供するために必要とされるモジュール／サブシステムを含むよう構築可能である。これは、発射宇宙船を宇宙に配置することに関連する総コストを著しく低下させる。重要なことには、宇宙船アダプタを主要ペイロードの標準宇宙船バスのいずれかの部分に結合させる必要はない。宇宙船アダプタはこのため、所与の発射宇宙船および実行される特定の任務にとって必要な程度の機能性のみを、標準宇宙船バスの信頼性を潜在的に低下させることなく提供するよう、さまざまな構成に構築可能である。

特徴、機能および利点は、この発明のさまざまな実施例において個々に達成可能であり、または、さらに別の実施例において組合されてもよい。

この発明は、詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるであろう。

好ましい実施例の詳細な説明
好ましい実施例の以下の説明は本質的に単なる例示であり、この発明、その用途、または使用を制限する意図は全くない。

図１を参照すると、宇宙船アダプタ１０の例示的な一実施例が示されている。宇宙船アダプタ１０は、打上げロケット１２の一部に固定して取付けられている。アダプタ１０は、フェアリングといった打上げロケット上のさまざまな区域に取付けられてもよい。打上げロケットへの宇宙船アダプタ１０の精密な配置は、機能的制約、利用可能な打上げプラットホームの体積または表面積、構造的取付考慮事項、および／または質量荷重および結合荷重考慮事項といったさまざまな要因に依存し得る。

宇宙船アダプタ１０は、複数の穴１４を有するフランジ１８を含む。フランジ１８はハウジング１６から延在している。ハウジング１６の形状、サイズ、構成および取付は、特定の打上げロケットおよび／または特定の非主要ペイロードに適するよう、必要に応じて変更可能である。穴１４は、ハウジング１６を打上げロケット１２に保持する締結具を受入れる。

ハウジング１６は、複数の壁１９ａ〜１９ｄを有する支持パネル１９を含む。支持パネル１９および壁１９ａ〜１９ｄは、非主要ペイロードとインターフェイス接続するモジュール式構成要素を封入するための筐体を規定する。開口部２０は、アダプタへの非主要ペイロードの外部取付を可能にする。便宜上、「非主要ペイロード」という用語は、以下の説明全体を通し、打上げロケット１２によって運ばれる主要ペイロード以外の、打上げロケット１２によって運ばれるあらゆるペイロードまたは発射宇宙船を表わすために使用される。非主要ペイロード自体は、任意の好適な態様で打上げロケットまたはハウジング１６に取付可能である。ハウジング１６の多様な他の形状が実現可能であり、図示されたハウジング１６は単なる一例である。

図１および図２を参照すると、例示的な非主要ペイロード２２がハウジング１６に取付
けられて図示されている。図１では、支持パネル１９は、ねじ付き締結具、鋲といった従来の締結要素による非主要ペイロード２２の取付を可能にする複数の穴２１を有している。

図３を参照すると、宇宙船アダプタ１０内に含まれるさまざまなサブシステム機能（すなわち、組込まれた資源）の簡略図が示されている。ハウジング１６は、点線１６によって非常に簡略化された形で図示されている。アダプタ１０は、燃料電池、バッテリ、バッテリパック、または他のエネルギ蓄積装置といった電源を含む。便宜上、バッテリパック２４を参照する。バッテリパック２４は、バス２６を介して電力分配および制御サブシステム２８と通信している。電力分配および制御サブシステム２８は、バス３０を介してインターフェイス回路３２と通信している。インターフェイス回路３２は、好適なケーブル３４を介して、非主要ペイロード２２への電気的インターフェイスと結合されている。さまざまな好ましい形態では、アダプタ１０は、バス３８を介して電力分配および制御サブシステム２８と通信しているデータ記憶モジュール３６を含んでいてもよい。センサおよびデータインターフェイス４０、および／または通信サブシステム４２も実現されてもよい。センサおよびデータインターフェイス４０は、バス４４、４６を介して、データ記憶モジュール３６、電力分配および制御サブシステム２８とそれぞれインターフェイス接続されてもよい。通信サブシステム４２が採用される場合、それはバス４８を介してデータ記憶モジュール３６とインターフェイス接続されてもよい。非主要ペイロード２２の要求、および／または非主要ペイロード２２が達成しなければならない特定の任務の要求に依存して、他のサブシステムがアダプタ１０の一部として含まれてもよいことが理解されるであろう。その結果、アダプタ１０を構成するよう図示されているサブシステム／モジュールのうちの１つ以上は省略可能である。しかしながら、大抵の用途では、少なくともバッテリまたはバッテリパック２４、電力分配および制御システム２８、およびインターフェイス回路３２は、非主要ペイロード２２に仕えるために必要な最小限の構成要素であることが予想される。

通信サブシステム４２は、非主要ペイロード２２と地上または地球外トランシーバとの間に通信能力を提供するためのＲＦトランシーバもしくは任意の他の形態の通信装置を備えていてもよい。データ記憶モジュール３６は、非主要ペイロード２２によって使用される、または収集される情報を記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）もしくは任意の他の好適な形態のデータストレージを備え得る。センサおよびデータインターフェイス４０は、好適な電気ケーブル（図示せず）を介して非主要ペイロード２２とインターフェイス接続するために使用されてもよく、これにより、非主要ペイロードによって運ばれる１つ以上の搭載センサと通信する。電力分配および制御サブシステム２８は、調整された電力を提供して、アダプタ１０のさまざまなモジュールおよびサブシステム、ならびに非主要ペイロード２２によって運ばれるさまざまな電気的構成要素またはサブシステムに動力を供給するために使用されてもよい。インターフェイス回路３２は、非主要ペイロード２２によって要求される規格およびプロトコルに準拠している任意の形態の好適な回路、たとえばＲＳ４２２、ＲＳ２３２、ＩＥＥＥ１３９４またはＵＳＢを備えていてもよい。

図４は、ハウジング内での構成要素２４、２８、３２、３６、４０および４２の例示的な配置を示す、ハウジング１６の簡略平面図を示す。開口部２０は、１つ以上の通信装置、たとえば１つ以上のワイヤリングハーネス（図示せず）がハウジング１６から出て非主要ペイロードとインターフェイス接続されることを可能にする。

アダプタ１０の一利点は、打上げロケット１２によって運ばれる主要ペイロードの宇宙船バスとアダプタとがインターフェイス接続される必要がないということである。このため、アダプタ１０は、特定の非主要ペイロードに要求される程度の機能性のみを提供する
よう、さまざまな構成で提供可能である。これは、打上げロケット１２によって運ばれる各非主要ペイロードに関連するコストを著しく低減させ、宇宙船設計者に著しい付加的融通性を提供する。主要ペイロードの宇宙船バスとのインターフェイス接続をまったく要求しないことにより、宇宙船バスの故障の箇所が減少する。これは、宇宙船バスの総合的な信頼性を高める。また、主要ペイロードの保全性は、非主要ペイロードの存在および動作による影響を受けない。打上げロケット自体の保全性はさらに、非主要ペイロード２２の存在および動作による影響を受けない。

宇宙船アダプタ１０の別の利点は、それが、さまざまな非主要ペイロードが打上げロケット１２によって動作上支持されるための経済的手段を提供することである。さらに、図２に示す非主要ペイロード２２は、宇宙の所望の地点に一旦到達すると配備されるよう意図されるような態様で支持可能であり、または、それは、それが取付けられている打上げロケット１２の部分にとどまるよう構成されてもよい。アダプタ１０内での構成要素のモジュール式構成は、特定のタイプの非主要ペイロードの特定の動作要件を満たすために、他のサブシステム機能を必要に応じてすぐに修正および実現することを可能にする。アダプタ１０はまた、アダプタ１０によって提供される１つ以上の共通資源を使用するように多数の非主要ペイロードを構成する融通性を、設計者に提供する。

アダプタ１０はまた、宇宙用規格の構成要素、および／または市販の既製の構成要素の任意の組合せを利用して構成可能である。アダプタ１０の独立したモジュールおよびサブシステムはまた、多数の打上げプラットホームにわたった最大限の使用が達成可能となるように好ましく寸法決めされる。これにより、さまざまなモジュールおよびサブモジュールの寸法は、アダプタ１０または打上げプラットホームを最小限しか、または全く調整せずにさまざまな打上げプラットホームの寸法、レイアウトおよび取付方法を支持できるようになっている、ということが意図されている。

さまざまな好ましい実施例が説明されてきたが、当業者であれば、この発明の概念から逸脱することなく行なわれ得る修正または変更を認識するであろう。例はこの発明を例示しており、それを限定する意図はない。したがって、説明および請求項は、関連する先行技術に鑑みて必要であるような限定のみを用いて寛大に解釈されるべきである。

この発明の好ましい実施例に従った宇宙船アダプタが取付けられた打上げロケットの一部の簡略斜視図である。 宇宙船アダプタに取付けられた例示的な非主要ペイロードの側面図である。 アダプタのハウジングが点線によって簡略化された形で示されている、宇宙船アダプタ内に搭載されたモジュール式構成要素に含まれ得る機能の簡略ブロック図である。 ハウジング内のモジュール式構成要素の例示的な配置を示す、宇宙船アダプタの平面図である。

Claims (16)

1. 打上げプラットホーム上で使用され、打上げプラットホームによって運ばれる宇宙船バスから独立している、モジュール式の組込まれた資源アダプタであって、
   打上げプラットホームに固定して取付けられたハウジングと、
   ハウジング内に収容された電源と、
   前記電源と通信し、ハウジング内に収容された電力分配および制御サブシステムと、
   打上げロケット上で支持される少なくとも１つの非主要ペイロードとインターフェイス接続するための少なくとも１つのインターフェイスモジュールとを備える、アダプタ。
2. データ記憶サブシステムと、通信サブシステムと、データインターフェイスとを含む群のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載のアダプタ。
3. 前記非主要ペイロードによって運ばれるセンサと直接インターフェイス接続するためのセンサインターフェイスをさらに備える、請求項１に記載のアダプタ。
4. 前記電源は、燃料電池、バッテリ、またはバッテリパックのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のアダプタ。
5. 宇宙船打上げプラットホーム上で使用され、打上げプラットホームによって運ばれる宇宙船バスから独立している、モジュール式の組込まれた資源アダプタであって、
   前記打上げプラットホームに固定して取付けられたハウジングと、
   前記ハウジング内に配置された電源と、
   前記ハウジング内に配置され、前記電源と通信している電力分配および制御サブシステムと、
   前記ハウジング内に配置されたデータ記憶モジュールと、
   前記電力分配および制御サブシステムと通信し、前記ハウジング内に収容された、打上げロケットによって運ばれる非主要ペイロードとインターフェイス接続するためのインターフェイスモジュールとを備える、アダプタ。
6. 前記ハウジング内に配置され、前記データ記憶モジュールとインターフェイス接続された通信サブシステムをさらに備える、請求項５に記載のアダプタ。
7. 前記ハウジング内に収容され、前記電力分配および制御サブシステムとインターフェイス接続されたセンサおよびデータインターフェイスをさらに備える、請求項５に記載のアダプタ。
8. センサおよびデータインターフェイスは、データ記憶サブシステムとインターフェイス接続されている、請求項７に記載のアダプタ。
9. 前記インターフェイスモジュールを前記非主要ペイロードと結合するための通信装置をさらに備える、請求項５に記載のアダプタ。
10. 前記ハウジングは、非主要ペイロードが複数の締結要素によってハウジングの外面に固定して取付けられることを可能にするための複数の穴を含む、請求項５に記載のアダプタ。
11. 宇宙船打上げロケット上で使用され、打上げロケットの宇宙船バスから独立している、モジュール式の宇宙船アダプタであって、
    打上げロケットに固定して取付けられるようにされたハウジングと、
    前記ハウジングに配置された電源と、
    前記ハウジング内に収容され、前記電源と通信している電力分配および制御サブシステムと、
    前記ハウジングに隣接して配置された、前記電力分配および制御サブシステムならびに非主要ペイロードとインターフェイス接続するためのインターフェイスモジュールと、
    前記ハウジングに隣接して収容された通信モジュールとを備える、アダプタ。
12. 前記ハウジングに隣接して配置されたデータ記憶モジュールをさらに備える、請求項１１に記載のアダプタ。
13. 前記ハウジングに隣接して支持された、前記打上げロケットによって運ばれる外部センサとインターフェイス接続するためのセンサおよびデータインターフェイスをさらに備える、請求項１１に記載のアダプタ。
14. 前記インターフェイスモジュールを前記非主要ペイロードと電気的に結合するための通信装置をさらに備える、請求項１１に記載のアダプタ。
15. 前記ハウジングは、前記アダプタ内に収容された構成要素と前記非主要ペイロードとのインターフェイス接続を可能にする開口部を有する支持パネルを含む、請求項１１に記載のアダプタ。
16. 前記支持パネルに形成された、前記支持パネルへの前記非主要ペイロードの取付を可能にするための複数の穴をさらに備える、請求項１１に記載のアダプタ。

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