JP2010520832A - 衛星燃料供給システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、衛星のロボット燃料供給のための方法、システムおよび装置を提供する。上記システムは、地球から直接打ち上げられる専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、あるいは代替的には、別のより大きな宇宙母船または宇宙ステーションから打ち上げることも可能であり、より大きな宇宙船の場合には、燃料供給衛星が宇宙に運ばれるものであってもよく、若しくは、それを打ち上げる宇宙ステーション上に必要なときまで保管されるようにしてもよい。上記システムは、ロボットアームと、保守される衛星上の燃料注入バルブへのアクセス、開放および閉鎖に必要とされる、ロボットアームのエンドエフェクタに取り付けることができる適当なツールと、ツールおよび様々な燃料注入キャップが保管されるツール容器の保管および取出しステーションとを含む。上記システムは、例えば、地球上、母船内または宇宙ステーション内など、遠隔地にいるオペレータによる遠隔操作下にある。ロボットアームとエンドエフェクタに焦点が合わされたカメラが含まれ、映像がオペレータに送信されて、これにより、オペレータが燃料供給処置を誘導および制御することができる。上記システムは、コンピュータ制御下で自律的に操作されるよう構成するようにしてもよい。
【選択図】図1

Description

この出願は、発明の名称を“ROBOTIC SATELLITE REFUELLING METHOD AND SYSTEM”とする2007年3月9日に英語で出願された米国仮出願第60/905,837号に関連するものであり、当該出願はすべて参照により本明細書に援用される。
本発明は、衛星燃料供給システムおよび衛星燃料供給方法に関するものである。
現在稼働中の多くの静止軌道通信衛星は、限られた量の燃料を想定して設計されたものであり、燃料供給される可能性に備えて設計されたものではない。その設計理念は、衛星が搭載燃料供給を使い果たした後の当該衛星の交換に依存している。衛星の交換費用を考慮すると、その寿命末期近くに、あるいは、初期推進システム故障が生じたときに、通信衛星に燃料供給でき、それにより動作寿命を数年延ばせるのは、非常に有利であると考えられる。
多くの件において、衛星の10乃至15年の寿命の末期に、そのサブシステムのすべては依然機能しており、衛星を退役に追い込むのは、慎重に見積もられた燃料装荷の枯渇のみである。現在の経済モデルを使用すると、1ミッションにおいて、寿命末期の10乃至12の衛星に燃料供給できることにより、それらの耐用年数を3乃至5年延ばし、それにより、交換を開始するための1億5千万ドル乃至2億5千万ドルの支出の必要性を遅らせることができる。幾つかの衛星は、それらの打上げ直後に初期推進システム故障に陥る。それらの場合、簿価総額が損金処理されて、宇宙の保険会社によってオペレータに補償が支払われなくてはならない。衛星は宇宙の保険会社の資産となり、結局は、廃棄用の軌道に廃棄処分しなくてはならないこととなる。もしも、これらの資産の1つに燃料供給することができれば、その寿命を5乃至10年延長することができ、宇宙船の価値の殆どを回収することができる。
主要な技術的問題は、それら衛星がロボットの作業を考慮せずに設計されたことであり、そのようなミッションが技術的に可能であることは、一般には受け入れられていない。特に、殆どの衛星は、打上げ前に一度注入されて再び開放または操作されることが意図されていない燃料注排弁を想定して、設計されている。それ故に、その注排弁を遠隔アクセスすることは、幾つかの主要な課題を提示し、且つ、幾つかの操作を伴うものと考えられ、その操作には、保護用の耐熱ブランケットの切断および除去、バルブの周囲に手作業で巻き付けられた幾つかのロックワイヤの除去、外側および内側バルブキャップの取外しおよび除去、燃料注入ラインとバルブノズルとの結合、バルブの機械的作動、燃料供給完了時の内側バルブキャップの交換を含み、何れもロボット制御で達成するのが困難である。
軌道上の作業は、過去30年に亘って、多くの研究の対象となっている。宇宙資産を廃棄・交換するのではなく、それを維持するというアイデアは、様々なアイデアおよび計画を引きつけてきている。これまでのところ、そのコンセプトは、幾つかの成功が、ハッブル宇宙望遠鏡修理ミッション、パラパ−B2およびウェスター(Palapa-B2 and Westar)救助ミッション、および国際宇宙ステーションの組立およびメンテナンスに起因すると考えることができる有人宇宙計画におけるホームを見出している。
既存の静止宇宙船のロボットによる捕捉および作業は、一度も実践されていない。過去10年に亘って、軌道上の作業に必要な主要な技術の幾つかは成熟してきている。その中には、自律ランデブー(ETS−VII(1998),XSS−11(2005),DART(2006),Orbital Express(2007))、自律ドッキング(ETS−VII,Soyuz,Orbital Express)、地上のロボットによる遠隔操作(ETS−VII,SSRMS(2005),Orbital Express)および軌道上の流体移送(ISS)が含まれる。しかしながら、軌道上の用意のできていない衛星に燃料供給または使用可能にするのに必要な技術には、隔たりが存在する。用意のできていない衛星とは、ここでは、ロボットのシステムによって操作または修理されるように設計されなかった宇宙船と定義する。用意のできていない衛星とドッキングするのに必要な技術において、幾つかの進展がなされており、DLR(ドイツ航空宇宙センター)およびMDAは、様々な研究開発活動を通じて、宇宙船のアポジキックモータを介したGEO通信衛星とのドッキングが実行可能なドッキングの選択肢であることを実証している。
これまで、ステーション保管燃料を補給するために、用意のできていない衛星の燃料システムにアクセスすることの問題点を解決することができる技術は開示されていない。今日軌道上ある衛星の大部分は、軌道上の燃料供給を考慮して設計されておらず、燃料システムへのアクセスは、打上げ前に地上において人間によりアクセスされるように設計されている。燃料供給を目的として、対象となる宇宙船の燃料システムにアクセスするのに必要とされる技術は、未だ、非常に低い技術準備レベルにあり、良好な保守任務に対する主な障害であると一般に考えられる。
米国特許公開公報2006/0151671(Kosmos)は、宇宙船修理工場内で使用する保守マニピュレータとして設計された、宇宙船に取り付けられたアクチュエータ・アームを開示するとともに、フレキシブルな接続テープを使用してベースに連結されたアクチュエータ・アームを含むものである。
米国特許公開公報2006/0151671は、地上ステーションと保守衛星との間の通信がクライアント衛星通信リンクの通信システムを介して実行される保守通信アーキテクチャを開示している。また、対象となる衛星が捕捉されて保守宇宙船に帰還される一般保守アーキテクチャも開示している。保守宇宙船内では、任意の必要な保守作業を実行できることが提案されている。
刊行物「On−Orbit Servicing by “HERMES On−Orbit−Servicing System,Policy Robust Planning”,C.Kosmos,米国航空宇宙工学協会,SpaceOps 2006議事録、1−6頁、2006年4月26日」は、打上げ前に保守バルブに取り付けられた特別注文の急速着脱(QD)式のカップリングを各衛星が備えるように補修されることを必要とする衛星燃料供給アーキテクチャを開示している。バルブにアクセスするために使用されるバルブアクセスツールの予備設計も提示されている。
したがって、用意のできていない衛星の地上制御による燃料供給のための衛星燃料供給システムを提供することは、非常に便宜であろうと考えられる。
本発明は、衛星のロボット燃料供給のための方法、システムおよび装置を提供する。上記システムは、地球から直接打ち上げられた、あるいは代替的には、別のより大きな宇宙母船または宇宙ステーションを経由した専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、このシステムにおいては、燃料供給衛星が燃料供給ミッションのために宇宙に打ち上げられ、若しくは次に必要な燃料補給作業のために待機して、宇宙ステーションに保管されるようにしてもよい。上記システムは、ロボットアームのような位置調整機構と、保守される衛星上の燃料注入バルブへのアクセス、開放および閉鎖に必要とされる、ロボットアームのエンドエフェクタに取り付けることができる適当なツールと、ツールおよび様々な燃料注入キャップが保管されるツール容器(tool caddy)の保管および取出しステーションとを含む。
一実施形態において、上記システムは、例えば、地球上や、宇宙ステーション内など、遠隔地にいるオペレータによって遠隔操作される。燃料供給システム内のカメラはロボットアームとエンドエフェクタに焦点が合わされ、その際に、オペレータは送信された映像を使用して燃料供給操作を誘導および制御する。
別の実施形態において、燃料供給システムは、注排バルブの近傍のワークサイト(worksite)を記録するのに使用されて、保守アーム/ツールの組合せとバルブとの間の相対位置を提供する人工視覚機能を具備するようにしてもよい。その後、燃料供給システムは、人工視覚機能記録情報から得られるワークサイトの更新されたモデルを使用して、監視された自律的方法により制御される。本明細書に開示される上記システムは、打上げ前の衛星の最初の燃料供給に使用するようにしてもよく、それにより、不運な事故が起こった場合に燃料供給技師が有毒な燃料に曝される危険性を排除すること、あるいは少なくとも低減することができる。
本発明の一態様は、用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
燃料貯蔵タンクからクライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ/または酸化剤貯蔵タンクからクライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための燃料移送手段と、
燃料注入ラインを燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから燃料注入ラインを分離し、かつ/または酸化剤注入ラインを酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに連結して、そこから酸化剤注入ラインを分離するツール手段と、
ツール手段とクライアント衛星の燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
ツール手段に接続されて、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートに接続および分離するために、クライアント衛星上の燃料および酸化剤ポートに対してツール手段を位置調整する位置調整手段と、
検出手段、位置調整手段およびツール手段と通信して、検出手段からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール手段の動作を制御する制御手段とを備える。
本発明は、用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのツールを提供するもので、クライアント衛星は、燃料タンク、燃料注入バルブ、燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットおよびアクセスバルブ上のアクセスバルブキャップを含み、任意には、酸化剤注入バルブ、酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットおよび酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、上記ツールは、
交換可能なソケットモジュールと、燃料注入バルブ上のアクセスバルブキャップを取り外して交換するための第1ソケットモジュールと、燃料注入ラインに接続されて、燃料注入ラインを燃料タンクに結合させるための燃料注入バルブと係合する第2ソケットモジュールと、酸化剤タンクの酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップと係合する第3ソケットモジュールと、酸化剤注入ラインを酸化剤タンクに結合させるための酸化剤注入バルブと係合する第4ソケットモジュールと、
支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
前記支持フレームに取り付けられ、ソケットモジュールホルダ内に置いたときに第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
支持フレーム上に取り付けられて、バルブツールを燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させてバルブに対する損傷を防止するために、バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
支持フレーム上に取り付けられ、燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備える。
衛星にロボット制御で燃料供給する方法であって、
a)ロボットのアームに指示して、衛星の燃料タンク上の燃料注入バルブにアクセスする工程を備え、この工程は、
燃料注入バルブを含む衛星の領域の視覚映像を、衛星から離れた遠隔地にいるオペレータに送信する工程と、視覚映像を使用して遠隔地にいるオペレータを案内し、ロボットアームに指示する工程とにより行われ、この工程は、
耐熱ブランケット切断ツールをエンドエフェクタ上に取り付けて、耐熱ブランケット切断ツールを、燃料注入バルブを包み込む耐熱ブランケットに係合させ、耐熱ブランケット内でアクセス用開口を切り取る工程と、
耐熱ブランケット切断ツールを取り除いて、キャップ除去ツールをエンドエフェクタに取り付け、キャップ除去ツールを燃料注入バルブの外側キャップと係合させて、外側キャップを取り除いて保管する工程と、
キャップ除去ツールを取り除いて、バルブツールをエンドエフェクタに取り付け、バルブBナット(valve B-nut)除去および交換ツールをバルブツールに取り付け、バルブツールを燃料注入バルブと係合させ、燃料注入バルブ上にあるバルブBナットを取り除いて保管する工程と、
バルブBナット除去および交換ツールを取り除いて、燃料ラインカップリングをバルブツールに取り付け、燃料ラインカップリングを燃料注入バルブに取り付け、燃料注入バルブを開いて、燃料タンクに燃料供給し、燃料バルブを閉じて、燃料ラインカップリングを燃料注入バルブから外し、燃料ラインカップリングをエンドエフェクタから取り除いて保管し、バルブナット除去および交換ツールをバルブツールに取り付け、バルブBナットを取り出して燃料ラインバルブ上に取り付ける工程とにおいて行われる。
燃料供給装置は、様々な部品を備え、それら部品には、衛星にアクセスして燃料供給するのに必要な様々なツールと、それら様々なツールを取り付けるように構成されたロボットのポジショナーと、様々なツールが保管される保管容器とが含まれる。上記システムは、燃料供給衛星と一体化された燃料供給装置を含み、これには、カメラ、カメラからの映像およびオペレータからの指示を送信する通信システムが取り付けられている。既存の衛星を、ロボットアーム、ツール容器、ツール、カメラおよび燃料供給通信システムを搬送するように変更するようにしてもよい。
本発明の機能的および有利な態様の更なる理解は、次の詳細な説明と添付図面を参照することによって、達成することができる。
本発明は、この出願を構成する添付図面と関連付けて解釈することにより、以下の詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。
図1は、保守宇宙船に搭載された衛星に燃料供給するとともに、衛星に燃料供給するためのロボット制御衛星燃料供給装置を示している。 図2は、図1の装置の斜視図を示すもので、燃料供給処置においてロボットに指示する地球上のオペレータを視覚的に支援するために、ブームに取り付けられた2つのカメラが燃料供給ツールに焦点が合わされている状態を示している。 図3は、本発明の燃料供給システムの一部を構成する、部分的に組み立てられたバルブツールの斜視図を示している。 図4は、バルブツールの解体された分解図を示している。 図4bは、バルブツールの一部を構成するクランプ機構の斜視図を示している。 図4cは、バルブツールの一部を構成するバルブ作動機構の立面図を示している。 図5は、ソケットモジュールを保持する、完全に組み立てられたバルブツールを示している。 図6は、様々な燃料供給および排出コネクタが取り付けられたモジュール容器を示している。 図7aは、一方向から見た、図6の容器の解体された分解図を示している。 図7bは、図7aと同様ではあるが、図7aと異なる方向から見た、図6の容器の解体された分解図を示している。 図8は、燃料ラインカップリングを保持して燃料バルブに接続する、本発明の一部を構成するバルブツールを示している。 図8aは、クライアント衛星上のバルブキャップと係合するバルブツールの一部を示している。 図9は、本発明を構成するシステムによって燃料供給される衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブの断面図を示している。 図10は、Bナット、バルブ作動ナットおよびバルブアクチュエータの間のクリアランスおよび干渉を示している。 図11は、本発明の一部を構成する燃料/酸化剤流出管理システムを示している。 図12は、本発明の一部を構成する方法およびシステムを使用して衛星に燃料供給する際に行われる工程を示すフロー図である。
一般的に言えば、本明細書に記載のシステムは、衛星燃料供給方法および衛星に燃料を供給する装置を対象としている。必要に応じて、本発明の実施形態を本明細書に開示する。しかしながら、開示された実施形態は単なる例示であり、本発明が多くの様々な代替的な形式で具現化できることを理解すべきである。図面は同じ縮尺では書かれておらず、幾つかの特徴部分は、実際より大きくまたは小さくして特定の構成要素の詳細を示し、新規な態様の障害となることを防止するために関連する構成要素が省略されている。したがって、本明細書に開示されている具体的な構造および機能上の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単なる特許請求の範囲の根拠として、並びに、本発明を様々に利用する当業者に教示するための代表的な根拠として、解釈されるべきである。限定ではなく、教示を目的として、示される実施形態は、衛星の燃料供給装置、衛星に燃料を供給するためのシステムおよび方法を対象としている。
図1および1aを参照すると、概して、本発明は、用意のできていないまたは部分的に用意のできたクライアント衛星14に燃料供給するための燃料供給システムを対象としている。このシステムは、保守宇宙船12上の燃料貯蔵タンク15からクライアント衛星14上の燃料タンク21に燃料を移送するとともに、保守宇宙船12上の酸化剤貯蔵タンク13からクライアント衛星14上の酸化剤タンク17に酸化剤を移送するための流体移送システム41を含む。このシステムは、燃料注入ライン19を燃料タンク21の燃料ポート23に接続し、そこから燃料注入ライン19を切り離すとともに、酸化剤注入ライン25を酸化剤タンク17の酸化剤ポート27に取り付け、そこから酸化剤注入ライン25を切り離すためのツール機構30を含む。当然のことながら、図1および1aは、詳細を示していないが、流体移送システム41は、酸化剤および燃料用の貯蔵タンクを含むことに加えて、例えば、これに限定されるものではないが、液体ポンプ、フィルタ、燃料管理装置、バルブ、バルブアクチュエータ、様々なセンサおよびモニタのような、酸化剤および燃料をシステム41から送り込むために必要なその他のすべての装置も含む。記載の流体移送システムは、燃料または酸化剤あるいはその両方を、それら流体の補給を必要とする衛星に補給するのに使用されることとなる。これは、2燃料推進システム衛星と、単一燃料推進システム衛星の両方を含む。
燃料供給システムは、クライアント衛星14上の燃料および酸化剤ポート23および27とツール機構との間の相対的なズレを測定するためのセンサアレイ26を含む。このシステムは、センサアレイ26に接続されて、燃料および酸化剤注入ラインを燃料および酸化剤ポートにそれぞれ接続および分離するために、クライアント衛星14上の燃料および酸化剤ポート23および27に対してツール機構30の位置調整を行う位置調整機構16を含む。上記システムは、検出機構、位置調整手段およびツール機構と通信して、検出機構からのフィードバックに基づいて位置調整手段およびツール機構の作動を制御する制御システム29を有する。
本特許出願のコンテクストにおいて、“用意のできていないクライアント衛星”というフレーズは、軌道上の燃料供給または保守を簡素化または容易にするような何ら設計特性も無く、軌道上に打ち上げられた衛星を意味している。
本特許出願のコンテクストにおいて、“部分的に用意のできたクライアント衛星”というフレーズは、軌道上の保守または燃料供給がその設計に検討された衛星を意味している。標準的なインターフェースは、それら衛星に使用されているが、軌道上の保守を容易にすることを考慮して実装されている。その一例としては、燃料または酸化剤注入ポートの周囲の領域から耐熱ブランケットの除去を可能にする熱システムの設計変更が考えられる。
図1に示すように、位置調整機構16は、ロボットアーム(2自由度機構と同じ程度に簡素なものであってもよい)と、ツール保管容器20内に含まれるその他のツールとともに、バルブツール30のような様々なツールを受け入れて係合するように構成されたエンドエフェクタ18とを含む。ツールは、上述したバルブツール30に加えて、注入バルブを包む耐熱ブランケットを切り取るためのカッタ、注入バルブ上の様々な可動部品を固定しているロックワイヤを解除するツール、注入バルブ上の外側キャップを外して取り除くためのツールを含む。
クライアント衛星14は、衛星の寿命を延長するために燃料を必要とする任意の軌道上の任意の種類の衛星であってもよい。保守宇宙船12は、スペースシャトルの形態で示されているが、燃料供給プロセスの間、ロボットアーム16を導くために地球上のオペレータと通信する限りは、有人または無人の如何なる種類の宇宙船であってもよい。代替的には、ロボットアーム16は、後述するように、燃料供給プロセスの間に自律的に操作が行われるものであってもよい。この操作モードにおいては、燃料供給システムは、注排バルブの近傍のワークサイトを記録するために使用される人工視覚機能を装備するようにしてもよい。
その後、燃料供給システムは、人工視覚機能記録情報から得られたワークサイトの更新モデルを使用して自律的方法で制御される。検出システム26は、図1および1bの実施形態において、2つのカメラを含み、自律的な燃料供給操作手続きを行うオペレータに確認を与えるために、地上ステーションに送信されるツール30の視覚映像を提供するものとして示されている。図には2つのカメラが示され、これは必要な最適数量であると考えられるが、当然のことながら、それよりも多いまたは少ないカメラ26を有するものであってもよい。
上述したように、燃料供給システムを制御するために使用される制御システムは、幾つかの方法の中の何れか1つで構成するようにしてもよい。上記システムの一実施形態において、燃料供給操作は、遠隔地にいるオペレータ、すなわち、地球上または別の宇宙船または宇宙ステーション内にいて、ユーザインターフェースを介してシステムを遠隔操作する人によって制御されるようにしてもよい。別の実施形態において、上記システムは、操作の自律モードで操作されるように構成するようにしてもよく、その場合、制御システムは、保守燃料供給操作のすべてまたは幾つかを制御するコンピュータを含む。それらのコンピュータは、保守宇宙船上に配置するようにしても、地球上または別の宇宙船上に配置するようにしてもよい。別の実施形態において、燃料供給システムは、制御システムが遠隔操作と自動操作の組合せを含むような、監視された自律モードで動作するように構成するようにしてもよい。監視された自律下において、ユーザは、保守操作を監視して、基本的な操作となる手続きコマンドまたは予めプログラムされた一連のコマンドを自律操作に与える。このため、制御システムは、そのミッションのために、幾つかの遠隔操作、幾つかの自律または監視された自律操作を有するように構成されたものであってもよい。上記システムは、それら操作モードのすべてを使用することができ、ユーザが異なるモード間の切換を行うことができるように構成するようにしてもよい。
バルブツール30は、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられ、後述する交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、支持フレーム上に取り付けられ、ソケットモジュールホルダ機構内に置かれたときにソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構とを含む。バルブツール30は、支持フレーム上に取り付けられ、燃料および酸化剤注入バルブの動作エリアにバルブツール30を固定するクランプ機構を含む。クランプ機構は、ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させてクライアント衛星のタンク上のバルブに対する損傷を防止するために、バルブツール30によって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されている。バルブツール30は、支持フレーム上に取り付けられ、各バルブ作動ナットを作動させることによって燃料および酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するのに使用されるバルブ作動機構を含む。バルブツール30を構成するそれら要素については、以下により詳細に説明する。
図2は、ブーム28上に取り付けられたカメラであって、衛星14上のバルブ55およびツール30のクリアで遮るもののない表示を与えるように構成されたカメラ26を有する、エンドエフェクタ18上に取り付けられたバルブツール30の一実施形態のクローズアップを示し、図3は、部分的に組み立てられたバルブツール30の斜視図を示し、図4は、解体されたバルブツール30を示している。図3および4の両方を参照すると、支持フレームは、ベース40に固定された2本の長い碍子(standoffs)50を有するベースプレート40を含む。モータフレームプレート56は、3つのスペーサ58の上部にボルトで留められ、同様に、それらスペーサはベースプレート40にボルトで留められている。ソケットモジュールホルダ機構は、ソケットモジュールホルダ60およびモジュール保持バー63を含む。
ソケット駆動機構は、モータギアボックスユニット54b、カップリング68の1つ、ボルト61、外歯車70、ベアリング72および73、シャフト106およびピニオン108を含む。ソケット駆動機構は、ソケットモジュールホルダ60内に配置されるソケットを作動させるために使用されるとともに、モータギアボックスユニット54bによって駆動され、モータギアボックスユニット54cとともに後述するクランプ機構77を駆動するために使用されるモータギアボックスユニット54bは、モータフレームプレート56上に取り付けられ、各モータ54a,54bおよび54cのシャフトは対応するカップリング68に連結されている。3つの短い碍子52は、モータフレームプレート56の上面にボルトで固定されている。中間ベース部62は、下部ベース部64の上部に取り付けられ、両者は、ボルト66によってベースプレート40に一体に止着されている。歯車70は、中間ベース部62内の円形開口部内に置かれ、ソケットモジュールホルダ60は、歯車70(図4のみに表れる)内に置かれる。歯車70およびモジュールホルダ60は、上部ボールベアリング72および下部ボールベアリング73によって支持されている。上部ベアリング72は、ベースプレート40によって支持されている。下部ベアリング73は、中間ベース部62によって支持されている。
図4および4bを参照すると、2本のフィンガー48を有するクランプ機構77は、ボルト76によって中間ベース部62に留められ、それらフィンガーは、ボルト76によって規定される軸まわりに回動する。クランプ支持部80は、中間ベース部62の側部に取り付けられている。ツール30は、2つのクランプリンク84および86を含み、それらが、クランプフィンガー48と、軸51(図4b)を含むクランプフィンガー48の作動面に対して垂直なクランプシャフト88とにピンで留められている。モータギアボックスユニット54cがシャフト軸49まわりに半回転、クランプシャフト88を回転させるとき、クランプリンク84および86の何れかが、クランプフィンガー48の端部を互いに離すように押圧して、バルブ55の動作エリアにクランプの把持面を閉じ、あるいはクランプフィンガー48の端部を一緒に引っ張って、バルブ55が通過できるように十分にクランプを開く。クランプシャフト88は、ブッシング90によって両端で支持されている。上部ブッシング90は、ベースプレート40内に圧入され、下部ブッシング90は、中間ベース部62に取り付けられたクランプ支持部80内に圧入されている。
図4cを参照すると、バルブ作動機構87は、図10に示すように、内部レンチプロファイルを有する外歯車96を含む。外歯車96は、ベアリング98によって支持されるとともに、当該ベアリングにベアリングホルダ100によって取り付けられている。外歯車96は、シャフト102に取り付けられたピニオン104によって駆動される。シャフト102は、カップリング68を介してモータギアボックス54aに連結されている。シャフト102の両端はブッシング103内に挿入され、上部ブッシングはベースプレート40内に、下部ブッシングはベースプレート64内にそれぞれ圧入されている。
バルブ作動機構87はモータギアボックス54aによって駆動される。モータギアボックス54aが回転するとき、シャフト102がピニオン104を回転させるとともに、レンチと同様、バルブ55のバルブ作動ナットと係合する平行な平面部を有する駆動歯車96を回転させる。上記係合により、歯車96がバルブ55を開閉することが可能になる。
完全に組み立てられたツール30の正面図が図5に示されている。支持フレームは、上部プレート57を含み、これは、2本の長い碍子50および3本の短い碍子52にボルトで留められている。燃料ラインソケットモジュール192は、ツール30によって掴まれた状態で示されている。引っ掛け治具(grapple fixture)59が上部プレート57の上面にボルトで留められ、ツール30を掴むためにエンドエフェクタ18によって使用される。引っ掛け治具59に隣接して取り付けられるのは、nピンの電気コネクタの半分(図示省略)である。エンドエフェクタ18上に取り付けられるのは、コネクタ係合機構(図示省略)である。エンドエフェクタ18がツール30の把持を一旦完了すると、コネクタ係合機構は、電気コネクタの反対側の半分をプレート57上に取り付けられたコネクタに延ばし、それにより電力および制御信号をツールに与える。
ベースプレート40、中間ベース部62および下部ベース部64は、すべての内部部品を支持する、ツール30の基体を構成する。そのフレームは、モータフレームプレート56、短い碍子52、長い碍子50および上部プレート57を含む。このフレームは、3つの機能、すなわち、i)モータ54a,54bおよび54cを保護する機能、ii)ベース(ベースプレート40、中間ベース部62および下部ベース部64によって形成される)を上部プレート57に取り付ける構造を提供する機能、並びに、iii)後述する図7に示す容器を使用して、操作のための整列ガイド(長い碍子50)を与える機能を有する。
3つのモータギアボックスユニット54a,54bおよび54cは、そうである必要はないが、同一のものであってもよい。使用されるモータは、DCブラシモータであるが、当然のことながら、DCブラシレスモータ、ステッピングモータ、ACモータ、サーボモータまたはその他の種類のモータを使用することができる。使用されるギアボックスは、遊星ギアボックスである。平歯車ボックスのようなその他のギアボックスを使用することもできる。必ずしも必要ではないが、反対駆動可能であるのが理想的である。モータが十分なトルクを与えることができる場合、ギアボックスは全く必要ではない可能性もある。
クランプ機構77の機能は、バルブツール30をバルブ55の動作エリアに固定することであり、それにより、ソケット駆動機構またはバルブアクチュエータからの任意の作用トルクが局所的に作用することとなってバルブに対するダメージを防止することができる。
図4bを参照すると、クランプ機構77は、二重の4バーリンク機構(double four-bar linkage)であり、このリンク機構の4つの主要部は、クランプシャフト88、クランプリンク84または86、クランプフィンガー48、並びに、中間ベース部62および下部ベース部64によって形成されるバルブツール30のベースである。クランプは、図5に示すツールの右側にあるギアモータ54によって駆動される。ギアモータ54cは、その関連するフレキシブルカップリング68を介してクランプシャフト88を駆動する。クランプシャフト88は、駆動源(input)であり、約1/2回転分、回転して、クランプを開放位置から閉鎖位置まで進める。クランプリンク84および86は、閉じたまたは開いたクランプフィンガー48をそれぞれ押圧および牽引する。
クランプ4バー機構の配置は、閉じた位置においてクランプが“中心を超える(over-centre)”ロック特性を有するように選択される。モータギアボックス54cは、クランプ機構を開放または閉鎖するために使用されるが、クランプ機構が何れかの位置にあるとき、“動作エリア”上のバルブ55によって与えられる任意の力は、モータ54cを介してではなく、クランプシャフト88を介して直接的に伝達される。これにより、“動作エリア”上のバルブによって与えられる任意の力が、代わりにモータ54cを介して直接的に伝達されるようにクランプが設計される場合よりも、モータ54cを顕著に小さく且つ軽くすることができる。
ソケットモジュールホルダ60機構は、2つの機能、すなわち、1)Bナットまたは燃料ラインナットを駆動して、燃料供給される衛星上の燃料タンクのバルブをオンまたはオフする機能と、2)流体移送システムをクライアント衛星上の酸化剤および燃料タンクに連結するのに必要な対応するモジュールを受け入れて保持する機能とを有する。
ソケットモジュールホルダ60は、図5の3つのモータ54a−54c群の中心にあるギアモータ54bによって駆動される。中心のギアモータ54bは、その関連するフレキシブルカップリング68(図4)を介してシャフト106を駆動する。シャフト106は、ブッシング109によって、その両端で支えられている。上部ブッシング109はベースプレート40に圧入され、下部ブッシング109は中間ベース部62に圧入されている。
特に図4を参照すると、ピニオン108は、放射状のだぼピン(radial dowel pin)111によってシャフト106に取り付けられている。ピニオン108は歯車70を駆動する。歯車70は、2つのネジ61でモジュールホルダ60に取り付けられている。
ソケットモジュールホルダ60は、保守される衛星の燃料タンクおよび酸化剤タンク上に配置されたバルブの六角Bナットを受け入れて駆動するとともに、様々なソケットモジュールを受け入れて保持するように設計されている。燃料ラインおよび酸化剤ラインソケット192/194およびソケットモジュール196/198(図3)は、モジュール保持バー63によって定位置に収容または保持される。モジュール保持バー63は、位置決めネジ65まわりに回転する。モジュール保持バー63は、“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持バー63を保持する移動止めシステムを特徴付ける。この移動止めシステムは、Bモジュール保持バー63上の“開放”および“閉鎖”位置に対応する、モジュール保持バー63内の2つの孔と係合するモジュールホルダ60に位置しているボール止めバネ67を備える。ソケットがソケットモジュールホルダ60に挿入されるときに、保持バー63が溝部79内にトグルで留めることができ、それにより、ソケットを捕捉して、操作中にそれがソケットモジュールホルダ60から外に押し出されるのを防止できるように、様々なソケットは、すべて、ソケットの周囲に位置するV字状溝部79を含むように設計されている。
図6は、異なるソケットモジュールを保持するための組み立てられたモジュール容器190の斜視図を示しており、その中の、1つの燃料ラインソケットモジュール192は、燃料注入バルブ55と係合するためのもので、それにより、燃料ラインソケットモジュール192の一部を構成するチューブを介してクライアント衛星上の燃料タンクを保守宇宙船上の燃料移送システムに接続することができ、別の酸化剤ラインソケットモジュール194は、酸化剤注入バルブと係合するためのもので、それにより、酸化剤ラインソケットモジュール192の一部を構成するチューブを介してクライアント衛星上の酸化剤タンクを保守宇宙船上の燃料移送システムに接続することができ、第3ソケットモジュール196は、燃料注入バルブのバルブアクセスキャップ(Bナット)と係合するためのものであり、第4ソケットモジュール198は、酸化剤注入バルブのバルブアクセスキャップ(Bナット)と係合するためのものである。また、Bナットのために、レール200上に保管場所208が設けられている。
図6には示されないが、ツール容器190は、バルブツール30と、ブランケットカッタ、外側キャップ除去および交換ツールおよびブランケットスプレッダツールのようなその他ツール用のホルダを含む。それ故に、最初に燃料供給システムを配備するときは、任意の必要なツールは、位置調整機構16のエンドエフェクタに取り付けて、使用した後、保管ホルダにしまい込むことができる。
図7aおよび7bは、分解されたモジュール容器190を示している。図6,7aおよび7bを参照すると、容器190は、4つのモジュール容器202が取り付けられる管状レール200を含む。図7は、容器202の部品をより詳細に示している。各容器202は、ベースプレート206、ソケットモジュール保持プレート210および上部プレート214を含む。ソケットモジュール保持プレート210は、ベースプレート206にボルト216で直接留められ、上部プレート214は、スペーサ218によってベースプレート206の上方に間隔が設けられるとともに、ボルト220でスペーサ218に固定され、このスペーサは、ベースプレート206にボルト222で留められている。ソケットモジュール192,194,196および198の上部に位置する“V”字形溝部79は、バネボール移動止め232と係合して、モジュール192,194,196および198を4つのソケットモジュールホルダ202内の定位置に保持するように構成されている。
モジュール保持バー63は、ソケットモジュール保持プレート210上のタブ234(図7bに示される)によって作動される。ツール30がモジュール容器190に完全に係合するとき、ソケットモジュール保持プレート210上のタブ234は、モジュールホルダ60の外径に接近する。モジュール保持バー63は、この直径の外側に突出する。ソケット駆動機構のモータ54bが作動するとき、モジュール保持バー63は、最終的にはソケットモジュール保持プレート210のタブ234と接触することとなり、反対位置にトグルで止められることとなる。ソケットを時計回りに駆動することにより、モジュールホルダ60内のモジュールをロックすることとなり、その反対に、ソケットを反時計回りに駆動することにより、モジュールのロックを解除することとなる。
モジュールホルダ60の六角ソケット部内の第2ボール移動止めバネは、それがバルブからその保管位置208に搬送されるときに、バルブのBナットと係合して、定位置に保持するために使用される。
図8は、バルブツール30がバルブ55と係合する燃料ラインソケットモジュール192を保持して、ソケットモジュール192の燃料ラインを燃料バルブ55に連結することにより、クライアント衛星の燃料バルブ55と連結された燃料供給システムを示している。この構成は、保守衛星がクライアント衛星に捕捉およびドッキングされ、保守衛星の燃料供給システムが配備され、その処理のより詳細な説明は後述するが、燃料/酸化剤タンクのアクセスバルブキャップ(Bナット)が、ソケットモジュール196および198を使用して取り除かれた後に達成されるものである。図8から分かるように、支持フレームの下部ベース部64は、寸法および関連する導入部(lead-ins)410を備えて、その中に燃料注入バルブ55(およびクライアント衛星の酸化剤タンクの注入ポートに位置する同様のバルブ)の一部を受け入れる通路を含む。上述したように、バルブツール30の幾つかの部分が、導入部(面取りした面:chamfer)410を含む下部ベース部64のような引き込み機構を与えることによって、ロボットの遠隔操作のために特別に設計されている。これら導入部は、切り取り部(cut outs)46とともに、下部ベース部64の下部が燃料バルブ55と係合することを可能とし、これにより、燃料ラインソケットモジュール192がバルブ55に結合するようになっている。ソケットモジュールホルダ60は、ソケットモジュールがモジュールホルダ60内にあるときにソケットモジュールの一部が通路内に突出して燃料注入バルブおよび酸化剤注入バルブと係合するように、中間ベース部62に取り付けられている。
図9は、バルブツール30によって燃料供給されるクライアント衛星上に取り付けられた典型的な燃料注入バルブ55の断面図を示している。バルブ55は、外側キャップ362と、ベースプレート380に固定された外側キャップロックワイヤ370とを含む。Bナットキャップ364は、バルブステム368上に装着され、ロックワイヤ366は、Bナットキャップ364をバルブステムに固定する。作動ナット374は回動してバルブを開放または閉鎖する。ロックワイヤ372は、作動ナット374をバルブステム368に固定する。
図10を参照すると、バルブ作動歯車96は、バルブのバルブアクチュエータの四角い部分(square)を受け入れて駆動するように設計されている。バルブアクチュエータの“レンチ”部は、バルブのBナットが通るときに最大クリアランスおよび十分な接触領域を可能にしてバルブのバルブアクチュエータを駆動するように構成されている。
ツール30は、カメラ26からのカメラ視野と連携して使用することができるように構成されている。フレームの開放性およびベースの切り取り部によって、カメラは、ツール操作の重要な段階のすべてを見ることができる。中間ベース部62内には切り取り部69が、下部ベース部64内には切り取り部46がそれぞれ設けられている(図3および5を参照)。以下の構成要素内およびフレーム設計内には機械加工された特徴部分が存在し、それにより、モジュールホルダ60、歯車96、モジュール保持バー63およびクランプ77の、カメラ26による簡易な位置解析が可能となっている。
ツール容器190およびバルブツール30の幾つかの構成要素は、導入機構を提供することによってロボットの遠隔操作用に特別に設計されている。それらは、導入部(面取りした面)410(図8)を含む下部ベース部64と、導入部(面取りした面)412を含む歯車96と、導入部(面取りした面)414(図8a)および(面取りした面)416(モジュール用の上部およびBナット用の下部)を含むモジュールホルダ60と、ツールフレーム設計と、導入部420を含むモジュール容器上部プレート214と、導入部418(図6および7)を含むモジュール容器ベースプレート206とを有する。
本システムの一実施形態は、燃料漏出管理システムを含むものであってもよい。各接続・分離サイクルの間、2cmの範囲の推進剤の最小の漏れが存在する。多くの場合、この漏出は、クライアント衛星にも保守宇宙船にも何ら害をもたらすものではなく、宇宙にゆっくりと排出することができる。その他の場合、光または露出歯車のような影響を受けやすい構成要素を有するクライアント宇宙船は、漏れた燃料の管理を必要とする可能性がある。急速分離カップリングは、漏れを許容レベルに最小化する手段を提供するが、それらカップリングは、打上げ前にクライアント衛星上に設置しておく必要があるであろう。
図11において符号600で一般に示される漏出管理システムは、漏出ボリュームを保守宇宙船上に搭載された真空プレナム(vacuum plenum)602内に退避させ、それを、制御された方法で最終的に宇宙に排出される前に希釈する。それ故に、保守ツールがクライアント保守バルブから切り離される前に、漏出分は、漏れ出した液体を希釈する真空プレナム602に送られる。より詳細には、保守宇宙船がクライアント衛星と一旦結合すると、バルブA,B,CおよびDが閉じた初期状態で、流体移送システムがクライアント衛星の燃料タンクに結合される。その後、バルブDが開放されてプレナム602を真空に通気状態とし、それが完了したら、バルブDは閉じられる。そして、保守船上の保持タンクからクライアント衛星の燃料タンクへの燃料の移送が完了したときには、ライン内の余剰燃料を取り除く必要がある。余剰燃料を希釈するため、バルブBは、その後開放され、燃料移送ライン内の残留燃料は、プレナム60内に引き込まれる。次いで、プレナム602がヘリウムで加圧された後、バルブDが開放されて、低濃度の燃料蒸気が通気口604を介して宇宙船の天頂側に排出される。燃料または酸化剤の放出されたプルームは、保守クライアント宇宙船スタックから離れる方向に向かい、これにより、影響を受けやすい宇宙船部品の腐食の可能性を最小化することができる。
図12は、宇宙船に燃料供給する際の全工程のフロー図を示している。耐熱ブランケットを除去した後、注入バルブ外側キャップおよびロックワイヤが切り取られ、バルブツールがエンドエフェクタに取り付けられる。ツールが作動中であるとき、燃料ラインの1つに“燃料供給する”操作順序は次のようになる。
1.Bナットモジュールの取付け
2.Bナットの除去
3.Bナットの保管
4.Bナットモジュールの保管
5.燃料ラインモジュールの取付け
6.燃料ラインの装着
7.バルブ開放
8.燃料供給
9.バルブ閉鎖
10.燃料ラインの取外し
11.燃料ラインモジュールの保管
12.Bナットモジュールの取付け
13.Bナットの取出し
14.Bナットの交換
15.Bナットモジュールの保管
以上により、操作完了となる。
それらタスクは、以下の詳細ステップに分解される。
注:[ツール]は、ツールが行うこととなる動作を示す。
[ロボット]は、ロボットが行うこととなる動作を示す。
<Bナットモジュールの取付け>
1.[ロボット]Bナットモジュール198により、バルブツール30をツール容器190の近傍に移動させる。
2.[ロボット]ツール上部プレート57がBナットモジュール198の上端の上方に位置するとともに、バルブツール中間プレート40がBナットモジュール198の底部の下方に位置するように、バルブツール30の高さを設定する。ツール容器190に対してツール30を位置決めするためにカメラ視野が使用されることとなる。(ツール変更カメラ)
3.[ロボット]バルブツール30をツール容器190に向けて移動させて、バルブツールポスト50をツール容器ガイド214上に整列させる。ポスト50がガイド214に軽く触れるようにする。
4.[ツール]バルブツールBナットアクチュエータ54bを作動させて、ツール容器190から離してモジュール保持バー63を配置する。
5.[ロボット]バルブツール中間プレート40が、ソケットモジュール保持プレート210のツール容器底部タブ234に接触するまで、バルブツール30を上方に移動させる。
6.[ツール]ロック機構が係合するまで(約1/2回転)、バルブツールBナットアクチュエータ54bを“ロック”方向に作動させる。
7.[ロボット]Bナットモジュール198(ここでは、バルブツール30に取り付けられている)がツール容器190の底部の下方に位置するまで、バルブツール30を下方に移動させる。
8.[ロボット]ツール容器190から真っ直ぐ離れる方向にバルブツール30を移動させる。
9.Bナットモジュール198を取り付けたまま、次のタスクに進む。
<Bナットの除去>
Bナットモジュールが取り付けられていると仮定する。
1.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360の上方に近付ける。これは、ロボットを予めプログラムされた位置に移動させることによって達成することができる。
2.[ロボット]ツール30の中央をバルブの位置に合わせる。この調整は、2つの直交カメラ視野を使用して行うことができる。(調整カメラ)
3.[ロボット]ツールをバルブの動作エリア376の平面部分の位置に合わせる。この調整は、バルブが取り付けられる矩形プレート372が、両調整カメラ視野内で正方形のように見えるまで、ツール30をその長軸まわりに回転させることによって達成される。
4.[ツール]クランプ77を開くようにする。
5.[ロボット]バルブ360上にツール30を載置する。これを実現するために、2つのアプローチが有効である。
6.アプローチ1:以下のように、ツール接触面をハッキリ見ることができるカメラ視野を用いて、バルブの対応する面を係合させるために、ツールの接触面を予め整列させる。
a.[ロボット]ツール30をバルブ360の作動エリア376の平面部分の位置に合わせる。
b.[ツール]Bナットアクチュエータ60の六角部分(hex)をバルブ360のBナット364の位置に合わせる。
c.[ツール]ツール30上のバルブアクチュエータ96の平面部分を、バルブ上のバルブアクチュエータ374用の平面部分の位置に合わせる。
d.[ロボット]ツールが完全に置かれるまでツール30を下方に移動させる。
7.アプローチ2:ツール30を、バルブ機構に嵌り込むまで、バルブ360の上方で滑り落とす。BナットソケットがBナット364の位置と合っていない場合、あるいはツール上のバルブアクチュエータ96の平面部分がバルブ上のバルブアクチュエータ374の位置と合っていない場合には、ツールは嵌り込むこととなる。調整カメラ視野の基準マークは、どの機構の位置が合っていないのかを示すこととなる。ツールは、機構の両方または何れか一方に嵌り込むか、若しくはどちらにも嵌り込まない。
a.ツール上のBナットアクチュエータ60がBナット364に嵌り込むまで、ツール30をバルブの上方で滑り落とす。
b.ツールが外れるまでBナットアクチュエータ60をゆっくり締める。
c.ここでツールがバルブアクチュエータ374に嵌り込む場合には、それが外れるまで、ツール30のバルブ作動レンチ96をゆっくり締める。
8.[ツール]クランプ77を閉じる。
9.[ツール]“締める”方向にバルブアクチュエータ96を作動させる。
10.[ツール]Bナットが完全に引き出されるまで、“緩める”方向にBナットアクチュエータ60を作動させる。(約5回転)
11.[ロボット]下方向の力を働かせる。
12.[ツール]クランプ77を開く。
13.[ロボット]バルブ360が取り除かれるまでツール30を上方へ移動させる。
14.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360から離脱させる。
15.次のタスクを進めることができる状態となる。
<Bナットの保管>
Bナットモジュール90が取り付けられ、Bナット364がツール内にあると仮定する。
1.[ロボット]ツール30を移動させてBナット保管ポスト208の上方に近付ける。これは、予めプログラムされた位置に移動するようロボットに命令することによって達成することができる。
2.[ロボット]ツール変更カメラを使用して、ツール30の中央をBナット保管ポスト208の位置に合わせる。
3.[ロボット]ツール30をBナット保管ポスト208の動作エリアの平面部分の位置に合わせる。
4.[ツール]クランプ77を開くようにする。
5.[ロボット]ツールが完全に置かれるまでツールを下方に移動させる。
6.[ツール]クランプ77を閉じる。
7.[ツール]Bナット364が完全に装着されるまで、“締める”方向にBナットアクチュエータ66を作動させる。(約5回転)
8.[ツール]バルブアクチュエータフラット96をBナット364の平面部分の位置に合わせる。
9.[ツール]クランプ77を開く。
10.[ロボット]Bナット保管ポスト208が取り除かれるまでツール30を上方へ移動させる。
11.[ロボット]ツール30を移動させてBナット保管ポスト208から離脱させる。
12.次のタスクを進めることができる状態となる。
<Bナットモジュールの保管>
Bナット364がツール30内に無いと仮定する。
1.[ロボット]ツール30を容器202の近傍に移動させる。
2.[ロボット]ツール上部プレート57が容器上端部の上方に位置するとともに、Bナットモジュール上端部198が容器底部206の下方に位置するように、ツール30の高さを設定する。
3.[ロボット]ツール30を容器202に向けて移動させて、ツールポスト50を容器ガイド#7および#8上に整列させる。ポストがガイドに軽く触れるようにする。
4.[ツール]ツールBナットアクチュエータ54bを作動させて、容器202から離して、ロック機構を配置する。
5.[ロボット]ツール中間プレート40が容器底部タブ234に接触するまで、ツール30を上方に移動させる。
6.[ツール]ロック機構が解放されるまで、ツールBナットアクチュエータ54bを“ロック解除”方向に作動させる(約1回転)。
7.[ロボット]ツール中間プレート40がBナットモジュール198の底部の下方に位置するまで、ツール30を下方に移動させる。
8.[ロボット]容器202から真っ直ぐ離れる方向にツール30を移動させる。
9.次のタスクを進めることができる状態となる。
<燃料ラインモジュールの取付け>
ツール内にモジュールが存在しないと仮定する。
1.[ロボット]燃料ラインモジュールによりツール30を容器の近傍に移動させる。
2.[ロボット]ツール上部プレート57が燃料ラインソケットモジュール192の上端部の上方に位置するとともに、ツール中間プレート40が燃料ラインソケットモジュール192の底部の下方に位置するように、ツール30の高さを設定する。
3.[ロボット]ツール30を容器202に向けて移動させて、ツールポスト50を容器ガイド#7,#8上に整列させる。ポストがガイド#7,#8に軽く触れるようにする。
4.[ツール]ツールBナットアクチュエータ54bを作動させて、容器202から離して、ロック機構63を配置する。
5.[ツール]Bナットアクチュエータ54bの六角部分を燃料ラインソケットモジュール金具192の六角部分の位置に合わせる。
6.[ロボット]ツール中間プレート40が容器底部タブ234に接触するまで、ツール30を上方に移動させる。
7.[ツール]ロック機構が係合するまで、ツールBナットアクチュエータ54bを“ロック”方向に作動させる(約1回転)。
8.[ロボット]燃料ラインソケットモジュール192(ここでは、ツールに取り付けられている)が容器底部206の下方に位置するまで、ツール30を下方に移動させる。
9.[ロボット]容器202から真っ直ぐ離れる方向にツール30を移動させる。
10.次のタスクを進めることができる状態となる。
<燃料ラインの装着>
燃料ラインモジュール192が取り付けられていると仮定する。Bナットの除去操作で述べたカメラ26の視野の使用は、この操作にも使用されることとなるが、ここでは説明を省略する。
1.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360の上方に近付ける。
2.[ロボット]ツール30の中央をバルブ360の位置に合わせる。
3.[ロボット]ツール30をバルブの動作エリアフラット376の位置に合わせる。
4.[ツール]クランプ77を開くようにする。
5.[ツール]ツール上のバルブアクチュエータ96の平面部分をバルブ360上のバルブアクチュエータ374の平面部分の位置に合わせる。
6.[ロボット]ツール30が完全に置かれるまでツール30を下方に移動させる。
7.[ツール]クランプ77を閉じる。
8.バルブの開放を始めることができる状態となる。
<バルブ開放>
燃料ライン192がバルブ360に取り付けられている(すなわち、ツール30が未だバルブ360上にある)と仮定する。
1.[ツール]クランプ77を閉じるようにする。
2.[ツール]バルブアクチュエータ96を1回転(=カップリング68の約5回転)開くまで、“緩める”方向にバルブアクチュエータ54aを作動させる。
3.燃料供給を始めることができる状態となる。
<燃料供給>
燃料供給システムを作動させる。
<バルブ閉鎖>
燃料供給が完了していると仮定する。
1.[ツール]クランプ77を閉じるようにする。
2.[ツール]バルブアクチュエータ96が完全に閉じるまで、“締める”方向にバルブアクチュエータ54aを作動させる。(バルブアクチュエータの約1回転またはカップリング68の約5回転)
3.[ツール]バルブアクチュエータ96に作用する力を解放するために、小さなステップ、“緩める”方向にバルブアクチュエータ54aを作動させる。
4.燃料ラインの取外しを開始することができる状態となる。
<燃料ラインの取外し>
バルブ360が閉じていると仮定する。
1.[ツール]燃料ラインのBナット364が完全に引き出されるまで、“緩める”方向にBナットアクチュエータ54bを作動させる。(約5回転)
2.[ロボット]下方向の力を働かせる。
3.[ツール]クランプ77を開く。
4.[ロボット]バルブ360が取り除かれるまでツール30を上方へ移動させる。
5.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360から離脱させる。
6.次のタスクを進めることができる状態となる。
<燃料ラインモジュールの保管>
1.[ロボット]ツール30を容器202の近傍に移動させる。
2.[ロボット]ツール上部プレート57が容器上端部214の上方に位置するとともに、燃料ラインモジュール192の上端部が容器底部206の下方に位置するように、ツールの高さを設定する。
3.[ロボット]ツール30を容器202に向けて移動させて、ツールポスト50を容器ガイド#7および#8上に整列させる。ポストがガイドに軽く触れるようにする。
4.[ツール]ツールBナットアクチュエータ54bを作動させて、容器から離して、ロック機構63を配置する。
5.[ロボット]ツール中間プレート40が容器底部タブ234に接触するまで、ツール30を上方に移動させる。
6.[ツール]ロック機構63が解除されるまで、ツールBナットアクチュエータ54bを“ロック解除”方向に作動させる(1回転)。
7.[ロボット]ツール中間プレート40が燃料ラインモジュール192の底部の下方に位置するまで、ツール30を下方に移動させる。
8.[ロボット]容器202から真っ直ぐ離れる方向にツール30を移動させる。
9.次のタスクを進めることができる状態となる。
<Bナットモジュールの取付け>
上述したように操作される。
<Bナットの取出し>
1.[ロボット]ツール30を移動させてBナット保管ポスト208の上方に近付ける。
2.[ロボット]ツール30の中央を保管ポスト208の位置に合わせる。
3.[ロボット]ツール30をBナット保管ポスト208の動作エリアフラットの位置に合わせる。
4.[ツール]クランプ77を開くようにする。
5.[ツール]Bナットアクチュエータ60の六角部分を保管ポスト208上のBナット364の位置に合わせる。
6.[ロボット]ツール30が適切に置かれるまでツール30を下方に移動させる。
7.[ツール]クランプ77を閉じる。
8.[ツール]Bナットが完全に引き出されるまで、“緩める”方向にBナットアクチュエータ60を作動させる。(約5回転)
9.[ツール]クランプ77を開く。
10.[ロボット]Bナット保管ポスト208が取り除かれるまでツール30を上方へ移動させる。
11.[ロボット]Bナット保管ポスト208から真っ直ぐ離れる方向にツール30を移動させる。
12.次のタスクを進めることができる状態となる。
<Bナットの交換>
Bナットモジュール198が取り付けられ、Bナット364が取り出されていると仮定する。
1.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360の上方に近付ける。
2.[ロボット]ツール30の中央をバルブ360の位置に合わせる。
3.[ロボット]ツール30をバルブ376の動作エリアフラットの位置に合わせる。
4.[ツール]クランプ77を開くようにする。
7.[ツール]ツール上のバルブアクチュエータ96のフラットの六角部分をバルブのバルブアクチュエータ374の平面部分の位置に合わせる。
8.[ロボット]ツール30が完全に置かれるまでツール30を下方に移動させる。
5.[ツール]クランプ77を閉じる。
6.[ツール]Bナット364が完全に装着されるまで、“締める”方向にBナットアクチュエータ54bを作動させる。(約5回転)
7.[ツール]バルブアクチュエータ96のフラットをBナット364の平面部分の位置に合わせる。
8.[ツール]クランプ77を開く。
9.[ロボット]バルブ360が取り除かれるまでツール30を上方へ移動させる。
10.[ロボット]ツール30を移動させてバルブ360から離脱させる。
11.次のタスクを進めることができる状態となる。
<Bナットモジュールの保管>
上述したように操作される。
本明細書に開示した燃料供給衛星用のシステムは、地球から直接打ち上げられた専用の燃料供給衛星を含むようにしてもよく、その衛星上には、ツール容器、ロボットアームおよび様々なツールを含む燃料供給装置が取り付けられている。かような専用衛星は、2005年11月29日に発行された米国特許第6,969,030号に開示されているような宇宙船ドッキング機構を含むようにしてもよい。この特許はそのまますべてが参照により本明細書に援用される。その装置は、任意の適切な衛星上に組み込まれたものであってもよい。燃料供給装置を搭載した燃料供給衛星は、それよりも大きい“母船”によって搬送されて、そこから打ち上げられるか、あるいは軌道を周回する宇宙ステーション上に保管されて、そこから必要なときに打ち上げられるようにすることが可能である。上記システムは、例えば、地球上、“母船”内、または軌道を周回する宇宙ステーション内の遠隔位置にいるオペレータの遠隔操作下にある。
本明細書に開示のシステムは、一旦燃料を使い果たした軌道上の衛星に燃料を供給するための遠隔燃料供給システムとして述べてきたが、当然のことながら、本システムは、宇宙に打ち上げられる前に衛星に安全に燃料を供給するために使用することもできる。この場合、すべてのプロセスが安全距離から遠隔制御できるので、燃料供給の操作中、直接的な人間の接触が不要となる。この場合、耐熱ブランケットでシールして様々なロックワイヤでバルブを配線する前に燃料供給が行われるようになり、その結果、それらを切り取る必要がなくなる。
本明細書で使用されているように、“comprises”,“comprising”,“including”および“includes”という用語は、包含的で非限定的なものとして解釈されるべきである。特に、本文書で使用されるときは、“comprises”,“comprising”,“including”,“includes”およびそれらの変形は、特定の機構、工程または部品が、記載した本発明に含まれることを意味している。それら用語が、その他の機構、工程または部品の存在を排除するものとして解釈されるべきではない。
本発明の望ましい実施形態の上記記述は、本発明の原理を示すために提示されたものであって、例示した特定の実施形態に本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲とそれと同等の範囲内に包含される実施形態のすべてによって定義されることを目的としている。

Claims (35)

  1. 用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのシステムであって、
    燃料貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の燃料タンクに燃料を移送し、かつ/または酸化剤貯蔵タンクから前記クライアント衛星上の酸化剤タンクに酸化剤を移送するための流体移送手段と、
    燃料注入ラインを前記燃料貯蔵タンクの燃料ポートに連結して、そこから前記燃料注入ラインを分離し、かつ/または酸化剤注入ラインを前記酸化剤貯蔵タンクの酸化剤ポートに取り付けて、そこから前記酸化剤注入ラインを分離するためのツール手段と、
    前記ツール手段と前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートとの間の相対的なずれを測定するための検出手段と、
    前記ツール手段に接続され、前記燃料および酸化剤注入ラインを前記燃料および酸化剤ポートに連結および分離するために、前記クライアント衛星上の前記燃料および酸化剤ポートに対して前記ツール手段を位置調整するための位置調整手段と、
    前記検出手段、前記位置調整手段および前記ツール手段と通信して、前記検出手段からのフィードバックに基づいて前記位置調整手段および前記ツール手段の動作を制御する制御手段とを備えることを特徴とするシステム。
  2. 請求項1に記載のシステムにおいて、
    当該システムが、前記クライアント衛星に燃料供給するための保守衛星上に取り付けられていることを特徴とするシステム。
  3. 請求項1または2に記載のシステムにおいて、
    当該システムが有人宇宙船内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
  4. 請求項1,2または3に記載のシステムにおいて、
    当該システムが、打上げ前にクライアント衛星に燃料を供給するために、地球上に位置する保守ベイ内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
  5. 請求項1,2,3または4に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記制御手段が、人間の遠隔オペレータに、ユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムを遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムであることを特徴とする燃料供給システム。
  6. 請求項5に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記人間の遠隔オペレータが、別の宇宙船または地球上の何れかに位置することを特徴とする燃料供給システム。
  7. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記制御手段が、すべての前記燃料供給操作を操作するようにプログラムされたコンピュータ制御装置を含む自律制御システムであることを特徴とする燃料供給システム。
  8. 請求項7に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記コンピュータ制御装置が、前記保守宇宙船上に取り付けられていることを特徴とする燃料供給システム。
  9. 請求項7に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記コンピュータ制御装置が、別の宇宙船または地球上の何れかに、前記保守宇宙船から離れて配置されていることを特徴とする燃料供給システム。
  10. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記制御手段が、自律/遠隔操作の混合型制御システムであって、当該システムが、
    前記燃料供給操作の幾つかまたはすべてを操作するようにプログラム化されたコンピュータ制御装置と、
    ユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムの幾つかまたはすべてを人間の遠隔オペレータに遠隔操作させるように構成された遠隔操作システムとを含み、
    前記自律/遠隔操作の混合型制御システムが、3つのモードの何れか1つで動作するように構成されており、それらモードには、
    前記コンピュータ制御装置がすべての燃料供給操作を制御する第1自律モードと、
    前記人間の遠隔オペレータがユーザインターフェースを介して前記燃料供給システムを遠隔操作して、すべての燃料供給操作を制御する第2遠隔操作モードと、
    前記燃料供給システムが自律的に操作されるが、すべての自律操作が監視されて、人間のオペレータにより、中止することができ、かつ承認を得る必要がある第3監視自律モードとが含まれることを特徴とする燃料供給システム。
  11. 請求項1乃至10の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記検出手段が少なくとも1のビデオカメラであることを特徴とする燃料供給システム。
  12. 請求項1乃至10の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記検出手段が人工視覚システムであることを特徴とする燃料供給システム。
  13. 請求項1乃至12の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記クライアント衛星上の前記燃料タンクの前記燃料ポートが、燃料注入バルブと、前記燃料注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
    前記酸化剤タンクの前記酸化剤ポートが、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブを開放および閉鎖するために使用される、前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
    前記ツール手段が、交換可能なソケットモジュールを有するバルブツールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第1ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第2ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第3ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第4ソケットモジュールとを含むことを特徴とする燃料供給システム。
  14. 請求項13に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記バルブツールが、支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構とを含み、
    前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ機構内に置いたときに前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構を含み、
    前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構を含み、当該クランプ機構が、確実に、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されており、さらに、
    前記バルブツールが、前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構を含むことを特徴とする燃料供給システム。
  15. 請求項1乃至14の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、外側キャップ除去ツールとをさらに含むことを特徴とする燃料供給システム。
  16. 請求項1乃至15の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための交換ツールも含むことを特徴とする燃料供給システム。
  17. 請求項1乃至16の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
    前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管場所を含み、
    前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構(quick release mechanism)を含むことを特徴とする燃料供給システム。
  18. 請求項17に記載のシステムにおいて、
    前記検出手段が、前記ツール容器を観察するように構成された2台のビデオカメラを含み、前記ビデオカメラからの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
  19. 請求項14に記載のシステムにおいて、
    前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも2の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも2台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
  20. 請求項14に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記燃料注入バルブまたは酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを包囲する任意の耐熱ブランケットを切り取るためのブランケットカッタと、切り取られた耐熱ブランケットを広げて前記燃料および酸化剤注入バルブへのアクセスを可能にするためのブランケットスプレッダツールと、前記酸化剤注入バルブおよび燃料注入バルブ上に配置された保護用の外側キャップを除去および交換するための外側キャップ除去および交換ツールとをさらに含むことを特徴とする燃料供給システム。
  21. 請求項20に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
    前記ツール容器が、燃料供給操作中に、前記バルブツール、前記ブランケットカッタ、前記ブランケットスプレッダ、前記外側キャップ除去および交換ツール、前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保管および保持するための保管ステーションを含み、
    前記ツール容器が、前記ソケットモジュールおよび前記アクセスバルブキャップを保持するための簡易着脱機構を含むことを特徴とする燃料供給システム。
  22. 請求項21に記載のシステムにおいて、
    前記検出手段が、前記ツール容器を表示するように構成され、前記検出手段からの映像が、前記ツール容器に対する、前記位置調整手段のエンドエフェクタの位置調整に使用されることを特徴とするシステム。
  23. 請求項22に記載のシステムにおいて、
    前記バルブツールの中央を前記燃料注入バルブの位置に合わせて、前記バルブツール上に位置する接触面の表示を与えるために、少なくとも2の直交カメラ視野を与えるように取り付けられた少なくとも2台の調節カメラを含むことを特徴とするシステム。
  24. 請求項23に記載のシステムにおいて、
    戦略的に配置された前記支持フレーム上に配置されて、前記少なくとも2台の調節カメラからの映像を使用して、位置の簡易な解析を可能とする機構を含むことを特徴とするシステム。
  25. 請求項14に記載のシステムにおいて、
    前記支持フレームが、下部ベース部、中間ベース部および上部ベース部を含み、
    前記下部ベース部が、通路と、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブの一部を内部に受け入れるように構成された関連する導入部とを含み、
    ソケットモジュールが前記ソケットモジュールホルダ機構内に位置するときに前記ソケットモジュールの一部が前記通路内に突出して、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブと係合するように、前記ソケットホルダ機構が前記中間ベース部内に取り付けられていることを特徴とするシステム。
  26. 請求項25に記載のシステムにおいて、
    前記通路が、前記導入部から間隔を空けて配置された面取りした部分を含み、前記導入部が、前記燃料または酸化剤注入バルブの挿入中に前記面取り部分が前記導入部との組み合わせにより前記燃料または酸化剤バルブの挿入を補助して詰まりが生じるのを防止するような寸法を有することを特徴とするシステム。
  27. 請求項14乃至26の何れか1項に記載のシステムにおいて、
    前記ツール手段に連結された前記位置調整手段が、一端にエンドエフェクタが取り付けられたロボットアームであり、このロボットアームの他端が前記保守宇宙船に取り付けられ、前記バルブツールが、前記支持フレームにボルトで留められた引っ掛け固定具を含み、前記エンドエフェクタが前記引っ掛け固定具を掴むように構成されていることを特徴とするシステム。
  28. 請求項14乃至27の何れか1項に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記クランプ機構が、二重の4バーリンク機構(double four-bar linkage)であり、細長いクランプシャフトと、このクランプシャフトにそれぞれ連結された第1および第2クランプリンクと、2つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第1端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第2端部が前記第1クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第2端部が前記第2クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
    前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約1/2回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
    前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
    前記2つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
    完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記4バーリンク機構の配置が選択され、それにより、前記クランプの対向面に作用する力が、前記クランプシャフトに伝達されるトルクを生じさせないようになっていることを特徴とする燃料供給システム。
  29. 請求項14に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
    前記ツール容器が、前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
    前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
    各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、4つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とする燃料供給システム。
  30. 請求項29に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、このソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
    前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
    前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
    前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
    前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
    前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
    前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とする燃料供給システム。
  31. 用意のできていないクライアント衛星または部分的に用意のできたクライアント衛星に燃料供給するためのツールであって、
    前記クライアント衛星が、燃料タンクと、燃料注入バルブと、この燃料注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記燃料注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記アクセスバルブ上のアクセスバルブキャップとを含み、
    前記クライアント衛星が、任意には、酸化剤注入バルブと、前記酸化剤注入バルブの開放および閉鎖に使用される前記酸化剤注入バルブ上のバルブ作動ナットと、前記酸化剤注入バルブ上のアクセスバルブキャップとを有する酸化剤タンク上の酸化剤ポートを含み、
    前記ツールが、
    交換可能なソケットモジュールと、前記燃料注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップを除去および交換するための第1ソケットモジュールと、前記燃料注入ラインを前記燃料タンクに結合させるための前記燃料注入バルブと係合するために、前記燃料注入ラインに接続される第2ソケットモジュールと、前記酸化剤タンクの前記酸化剤注入バルブ上の前記アクセスバルブキャップと係合するための第3ソケットモジュールと、前記酸化剤注入ラインを前記酸化剤タンクに結合させるための前記酸化剤注入バルブと係合するための第4ソケットモジュールと、
    支持フレームと、この支持フレーム上に取り付けられて、前記交換可能なソケットモジュールを受け入れるように構成されたソケットモジュールホルダ機構と、
    前記支持フレーム上に取り付けられ、前記ソケットモジュールホルダ内に置いたときに前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを作動させるためのソケット駆動機構と、
    前記支持フレーム上に取り付けられて、前記バルブツールを前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の動作エリアに固定するクランプ機構であって、前記ソケット駆動機構からの任意の反応トルクを局所的に作用させて前記バルブに対する損傷を防止するために、前記バルブツールによって生成されたトルクを局部にとどめるように構成されたクランプ機構と、
    前記支持フレーム上に取り付けられ、前記燃料注入バルブおよび前記酸化剤注入バルブ上の前記バルブ作動ナットと係合して作動させるバルブ作動機構とを備えることを特徴とするツール。
  32. 請求項31に記載のツールにおいて、
    前記クランプ機構が、二重の4バーリンク機構であり、細長いクランプシャフトと、前記クランプシャフトにそれぞれ連結された第1および第2クランプリンクと、2つのクランプフィンガーとを有し、それらクランプフィンガーの第1端部が互いに回動可能に連結されるとともに、一方のクランプフィンガーの第2端部が前記第1クランプリンクに、他方のクランプフィンガーの第2端部が前記第2クランプリンクにそれぞれ連結され、さらに、前記クランプシャフトの駆動軸まわりに前記クランプシャフトを回転させるために、フレキシブルカップリングを介して前記細長いクランプシャフトの一端に連結されたギアモータを含み、
    前記ギアモータが作動するときに、前記クランプシャフトが約1/2回転分、回転して前記クランプを開放位置から閉鎖位置まで進め、
    前記クランプリンクが、前記駆動軸に実質的に垂直な平面内で閉鎖または開放された前記クランプフィンガーをそれぞれ押圧しかつ引っ張り、
    前記2つのクランプフィンガーが、燃料または酸化剤注入バルブステムを掴むための対向面を有し、
    完全に閉じた位置で前記クランプリンクが前記駆動軸の中心を超えるように、前記4バーリンク機構の配置が選択され、それにより、前記クランプの対向面に作用する力が、前記クランプシャフトに伝達されるトルクを生じさせないようになっていることを特徴とするツール。
  33. 請求項31または32に記載のツールにおいて、
    前記ツール手段が、前記保守宇宙船上に取付可能なツール容器を含み、
    前記ツール容器が、前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを保管および保持するための保管ステーションを含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールを保管および保持するための前記保管ステーションの各々が、ソケットモジュール保持プレートと、その上に取り付けられるタブとを含み、
    前記ソケットモジュール保持プレートがバネボール移動止めを含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールの各々が、前記ソケットモジュールの外周のまわりに延びる溝部を含み、
    各ソケットモジュールの前記溝部が、前記バネボール移動止めと係合して、前記ソケットモジュールを、4つの各ソケットモジュールホルダ保管ステーション内の定位置に保持するように構成されていることを特徴とするツール。
  34. 請求項33に記載の燃料供給システムにおいて、
    前記ソケットモジュールホルダ機構が、ソケットモジュールホルダと、前記ソケットモジュールホルダに回転可能に取り付けられたモジュール保持バーとを含み、
    前記モジュール保持バーが、前記保持バーを“開放”または“閉鎖”位置の何れかで保持する移動止め機構を含み、
    前記第1、第2、第3および第4ソケットモジュールの前記溝部の各々が、前記保持バーを内部に受け入れるのに十分な寸法を有し、
    前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブによって前記モジュール保持バーが作動され、
    前記タブが、前記ソケットモジュールホルダの外径よりも僅かに大きい直径の部分を有し、
    前記保管ステーションから所定のソケットモジュールを取り出すために、または前記保管ステーションに前記所定のソケットモジュールを戻すために、前記バルブツールが前記モジュール容器に完全に係合するときに、前記モジュール保持バーが前記タブの前記直径の外側に突出し、
    前記ソケット駆動機構が作動するときに、前記モジュール保持バーが前記ソケットモジュール保持プレート上の前記タブと最終的に接触して、反対位置に切り換えられることとなり、
    前記ソケットを一方向に駆動することにより、前記モジュールホルダ内の前記ソケットモジュールがロックされる一方、前記ソケットモジュールを反対方向に駆動することにより、前記ソケットモジュールのロックが解除されることを特徴とする燃料供給システム。
  35. 衛星に燃料を供給する方法であって、
    a)ロボットアームに指示して、前記衛星上の燃料タンクの燃料注入バルブにアクセスする工程を備え、この工程は、
    前記燃料注入バルブを含む前記衛星の領域の視覚映像を、前記衛星から離れた遠隔地にいるオペレータに送信する工程と、前記ロボットアームに指示するために、前記視覚映像を使用して遠隔地にいる前記オペレータを案内する工程とにより行われ、この工程は、
    耐熱ブランケット切断ツールを前記エンドエフェクタ上に取り付けて、前記耐熱ブランケット切断ツールを、前記燃料注入バルブを包み込む前記耐熱ブランケットに係合させ、前記耐熱ブランケット内でアクセス用開口を切り取る工程と、
    前記耐熱ブランケットを取り除いて、キャップ除去ツールを前記エンドエフェクタに取り付け、前記キャップ除去ツールを前記燃料注入バルブの外側キャップと係合させて、この外側キャップを取り除いて保管する工程と、
    前記キャップ除去ツールを取り除いて、バルブツールを前記エンドエフェクタに取り付け、バルブBナット(B-nut)除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブツールを前記燃料注入バルブと係合させ、前記燃料注入バルブ上にあるバルブBナットを取り除いて保管する工程と、
    前記バルブBナット除去および交換ツールを取り除いて、燃料ラインカップリングを前記バルブツールに取り付け、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブに取り付け、前記燃料注入バルブを開いて、前記燃料タンクに燃料供給し、前記燃料バルブを閉じて、前記燃料ラインカップリングを前記燃料注入バルブから外し、前記燃料ラインカップリングを前記エンドエフェクタから取り除いて保管し、前記バルブナット除去および交換ツールを前記バルブツールに取り付け、前記バルブBナットを取り出して前記燃料ラインバルブ上に取り付ける工程とにおいて行われることを特徴とする方法。
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