JP2011102118A - 宇宙用の付属品を保持し、衝撃を伴わずに解放できるようにする能動的なタイロッドシステム - Google Patents

Abstract

【課題】宇宙用の付属品を保持し、衝撃を伴わずに解放できるようにする能動的なタイロッドシステムを提供する。
【解決手段】宇宙用の付属品ＧＳの保持及び能動的なタイロッド装置から成り、能動的なタイロッド装置は、固定ベース４と、固定ベース４内へねじ込まれた能動的なタイロッド１０と、格納された位置で、タイロッド１０を所定の位置に保持できるようにする、タイロッド１０用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと、組立品に張力を付与するナット３とを備え、タイロッド１０は、内部ヒーター１３を備え、それは内部ヒーター１３の作用の下で、タイロッド１０用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを格納しているタイロッド１０が膨張することができ、その結果として宇宙用の付属品ＧＳの衝撃を伴わない解放を可能にするように、大きな熱膨張係数を伴う材料Ａｌから少なくとも部分的に成る。
【選択図】図４

Description

本発明は宇宙分野に関し、より正確には宇宙用の付属品を保持し、衝撃を伴わずに解放できるようにする能動的なタイロッドシステムに関する。

「宇宙用の付属品」は、例えば太陽発電機又はアンテナのような、宇宙において展開されるように設計された宇宙用機器を意味する。本発明はそのような宇宙用の付属品を衝撃を伴わずに解放できるようにする、単純で確固とした解決策から成る。

このタイプのシステムの機能は、第一に１つ以上の宇宙用の付属品、すなわち一般には人工衛星本体の片側において展開され得る可動要素を、格納位置に保持し、第二に前記付属品を衝撃を伴わずに解放することである。本発明は主として、宇宙用の付属品が太陽発電機である状況に関するが、これに限らない。付属品を格納位置に保持し、解放するためのシステムは従来、主に花びらナット及び引張り状態に置かれているタイロッドから構成される。実際に、既知のシステムにおいてタイロッドは、発射時の衛星の体積を最小化する目的で、他の太陽発電機上に１個ずつ折り畳まれている太陽発電機のような、一連の積み重ねられた要素にナットと共に張力を付与し、発射時の荷重を摩擦によって伝える働きをする。

しかしながら、このタイプの装置において、タイロッドは積み重ねられた要素の数が大きい場合、注目に値し得る幾何学的な欠陥を有することが知られている。図２に示すように、前記幾何学的欠陥は、例えば傾き又は偏位の欠陥であり得る。これらの幾何学的な欠陥は、タイロッドの端部に作用する半径方向力又はクランピング・モーメントを生じる、動的欠陥を起こし得る。

これらの欠陥の見落としは、宇宙用付属品の展開の失敗に至り得る重大な不具合を起こすかもしれず、従ってその使命を失う可能性をはらむ。

別の知られた問題は、タイロッドが解放されるときに発生し得る衝撃にある。上述のナット装置は、タイロッドを解放する役目を担う。上記タイロッドはその解放の瞬間には応力が作用した状態にあり、その突然の解放は宇宙用の付属品又は衛星自体を損傷し得る衝撃を発生する可能性がある。一定の現行装置の範囲内で、この問題は倍増する。確かに、最初にタイロッドは点火式ロックにより解放され、その爆発が最初の衝撃を生じる。そのとき、張力の下にあるタイロッドが解放されると共に、既述されたその突然の解放は、宇宙用の付属品又はその搭載構造物に対する損傷を生じ得る。この問題を最小限にするため、「低衝撃化」ナットが既に開発されている。このタイプの複雑なナットは通常ワンショット・ナットであり、再調整されることができる。しかしながら、これらのナットの「低衝撃化」能力はタイロッドの解放を始動させるためだけに適用され、付属品のような物の解放には適用されない。事実、タイロッドの幾何学的な欠陥は本当には補償されず、特にタイロッドが大きな寸法を有する場合、時々相当な衝撃を生じ得るタイロッドの突然の膨張が依然として存在し、タイロッドが宇宙用の付属品に打撃を与える。これはとりわけ、応力の下にあるタイロッドの解放が前記タイロッドの角度偏向に対し、依然として敏感なままであるという事実により説明される。

要約すると、先行技術にはタイロッドの幾何学的な欠陥を克服するため、及びその衝撃を伴わない解放を可能にするための、十分な解決策が存在しない。本発明は、この二重の問題を解決するための単純で確固とした解決策を提案する。それは本質的に前記タイロッドの内側又は外側のヒーターを用いて制御される、能動的なタイロッド装置の使用にある。

従って、本発明の主題は、宇宙用の付属品の保持及び衝撃を伴わない解放を可能にする能動的なタイロッド装置であり、前記能動的なタイロッド装置が：
・固定ベースと
・前記固定ベース内へねじ込まれた能動的なタイロッドと
・格納された位置で、前記能動的なタイロッドを所定の位置に保持できるようにする能動的なタイロッド用の格納式解放機構と
・組立品に張力を付与するナットと
を備え、前記能動的なタイロッドが内部又は外部のヒーターを備え、前記能動的なタイロッドが、内部又は外部ヒーターの作用の下で、能動的なタイロッド用の格納式解放機構を格納している能動的なタイロッドが膨張することができ、その結果として前記宇宙用付属品の衝撃を伴わない解放を可能にするように、例えばアルミニウム又は形状記憶合金である、約２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う材料から少なくとも部分的に成ることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態において、能動的なタイロッドはＩｎｖａｒ^ＴＭのような１．５×１０^−６以下の小さな熱膨張係数を伴う材料の層と、例えばアルミニウム又は形状記憶合金である、約２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う材料の層との間で交互に変わる材料の幾つかの層から成る。

小さな熱膨張係数を伴う材料はＩｎｖａｒ^ＴＭであってもよい。

大きな熱膨張係数を伴う材料はアルミニウム又は任意の形状記憶合金であってもよい。

宇宙用の付属品は、例えば太陽発電機又はアンテナである。

能動的なタイロッド用の格納式解放機構は、ばねを用いて所定の位置に保持される一組の格納式の爪から構成されることが有利である。

固定ベースは、前記能動的なタイロッドをより容易に衝撃なしで解放可能にするため、その中へ能動的なタイロッド装置がねじ込まれる、玉継手を備え得ることが有利である。

本発明はまた、宇宙用の付属品に関する衝撃なしで解放する方法から成り、それが上述の能動的なタイロッド装置の使用を含み、そして以下のステップ：
・その間に能動的なタイロッドの内部又は外部ヒーターが作動し、前記能動的なタイロッドを伸ばし、そして特に能動的なタイロッドの伸びの影響下で、能動的なタイロッド用の格納式解放機構が引込み、能動的なタイロッドに対して自由な通過を許容する解放ステップと
・その間に宇宙用の付属品が完全に開く展開ステップと
を用いることを特徴とする。

有利なことに、本発明による方法はまた前記能動的なタイロッド装置を調整するステップを含み得る。

有利なことに、能動的なタイロッドは形状記憶材料から成るため、調整ステップは：
・内部又は外部ヒーターの働きによるタイロッドの加熱と
・圧縮装置を用いてタイロッドを圧縮状態に置くことと
・初期形状を取り戻す、能動的なタイロッドの冷却と
・宇宙用の付属品の再位置決め及び、能動的なタイロッド装置用の格納式解放機構をその元の場所に戻すことと
により実施される。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図を参照してなされる以下の記述の助けにより明らかになるであろう。

格納された位置における宇宙用の付属品を備えた人工衛星の概略図である。 展開されつつある宇宙用の付属品を備えた人工衛星の概略図である。 展開された位置における宇宙用の付属品を備えた人工衛星の概略図である。 タイロッドが有し得る幾何学的及び動的な欠陥のタイプの、単純化された形における表現である。 格納された位置における、本発明による能動的なタイロッドシステムの一例の図である。 タイロッドの解放を始動させる際の、本発明による能動的なタイロッドシステムの一例の図である。 宇宙用の付属品の展開段階の最初における、本発明による能動的なタイロッドシステムの一例の図である。 本発明の一実施形態による、多層タイロッドの一例である。

図１ａ、１ｂ、１ｃの目的は、展開可能な宇宙用の付属品を有する人工衛星の一例を非常に単純に示すことである。これら３つの図において、その両側に太陽発電機のような宇宙用の付属品ＡＰを有する本体Ｓで形成された衛星が示されている。図１ａにおいて、宇宙用の付属品ＡＰは格納された位置にある。宇宙用の付属品ＡＰは各々この場合、互いの上に折り畳まれて適切な装置により所定の位置に保持される４つのパネルで構成される。この適切な装置はこの場合、その上に折り畳まれた宇宙用の付属品ＡＰが乗っている三脚Ｐを備え、各三脚Ｐは例えばタイロッドと組み合わされた花びらナットから構成される、示されていない装置と相互に作用し、各タイロッドは前記パネル内に配置され、組み込まれているブッシュ１の所で各パネルを貫通している。図１ａ、１ｂ、１ｃに見られるように、この状況において、２つの宇宙用付属品ＡＰの各々に対し、１パネルあたり６個のナット、６本のタイロッド、及び６個のブッシュと組み合わされた６台の三脚Ｐが存在する。

明らかに、衛星がそれを送り出す役目のある宇宙打ち上げロケットの先端円錐部内へ組み込まれなければならないのは、この格納された位置である。

図１ｂは図１ａと同じ衛星を示すが、しかしその宇宙用の付属品ＡＰは展開されつつある。確かに、宇宙用の付属品ＡＰを所定の位置に保持するための適切な手段は、前記宇宙用の付属品ＡＰが時宜を得た瞬間に解放されることを可能にし、太陽パネルは展開される。展開は示されていない電動機により制御され得る。

図１ｃにおいて、宇宙用の付属品ＡＰは展開され、衛星がその任務を全うすることを可能にする。

図２はタイロッドが、従来技術の宇宙用付属品を所定位置に保持し、そして解放する装置において有し得る、既に上で述べられた幾何学的欠陥のタイプを例示する。図２に示すように、宇宙用の付属品のブッシュ１と花びらナット２との間に完全な平行度を得ることは不可能であるため、傾きＩの問題が発生し得る。同様に、ブッシュ１とナット２との間のずれは、偏位Ｄの幾何学的欠陥を生じる。これらの傾きＩ及び偏位Ｄの問題は動的欠陥を引き起こし、タイロッド１０に応力が作用する。例えば、前記タイロッド１０は、その端部に加えられる半径方向力Ｌ、Ｎ、Ｌ’、Ｎ’に耐え得る。さらに、タイロッド１０のねじりに起因するクランピング・モーメントＭ、Ｍ’がナット２及びブッシュ１に加えられ得る。これらの幾何学的欠陥のため、宇宙用の付属品の解放を得ることが困難になる可能性があり、それは任務の進展に対して深刻な結果を有し得る。事実、このタイプの幾何学的欠陥が、例えば、太陽発電機の展開を不可能にするものである場合、その任務は失われるであろう。

図３、４、５は、３つの使用段階の間の例示的実施形態における、本発明による装置を表わす。

図３は格納された位置における、本発明による装置を表わす。本発明に従う装置によって所定の位置に保持される、展開可能な宇宙用の付属品ＡＰは、例えば太陽発電機であり得る。図３、４、５の例において、それらは互いの上に折り畳まれる４つのパネルから成る。それらは任意の別のタイプの展開可能な宇宙用付属品であってもよい。宇宙用の付属品ＡＰは、本発明による装置に注意が向けられるため、それら全体では示されていない。この装置は、内部ヒーター１３を組み込んでいる能動的タイロッド１０がその中へねじ込まれている、固定ベース４を備える。前記装置はまた、張力付与ねじ３及び、タイロッドを解放するための格納式機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂも備える。

内部ヒーター１３の代わりに、又はそれに加えて、本発明による装置は示されていない外部ヒーターを備え得ることに注目されたい。

各パネル内には、その中へブッシュ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが組み込まれている、少なくとも１つの開口が配置される。これらのブッシュ１ａ〜１ｄは、能動的なタイロッド１０の貫通を可能にする。宇宙用の付属品の大きさに応じて、１要素あたり幾つかの開口及び相応する数のブッシュが存在し得る。例えば、図１ａ〜１ｃに示すように、宇宙用の付属品ＡＰの各パネルは６個のブッシュを含み得る。

格納された位置において、内部ヒーター１３は作動しない。パネルは互いの上に積み重ねられ、能動的なタイロッド１０がそれらを貫通する。固定ベース４の反対側端部において、タイロッド用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、パネルの積み重ねを所定位置に保持することを可能にする。このタイロッド用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、例えばそれぞれがばね１２ａ及び１２ｂにより所定の位置に保持される、一組の格納式爪１１ａ及び１１ｂで構成される。本発明の適用に必要な、所定位置における保持及び解放の機能のために適する、タイロッド用の格納式解放機構の一例は、とりわけ仏国特許第２８５７９３６号明細書に記述されている。このタイロッド用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの機能は、一方で打ち上げによる荷重の吸収を可能にするであろう、折り畳み位置において宇宙用の付属品を保持するための、能動的なタイロッド１０との相互作用にあり、他方で能動的なタイロッド１０の貫通を許容するために、応力の無い状態で格納することにある。

最後に、装置は組立品に張力を付与するためのナット３を含む。この張力付与は、とりわけ打ち上げ時の荷重が、各種の要素間の摩擦を介して伝わることを可能にする。

図４の図は能動的なタイロッド１０の解放局面を表わす。時宜を得た瞬間に、すなわち宇宙用の付属品ＡＰの展開のために、内部ヒーター１３が作動する。前記内部ヒーター１３は、適切な材料で作られている能動的なタイロッド１０の温度上昇を可能にし、それは熱の影響下で膨張する。能動的なタイロッド１０を形成する材料は、例えばアルミニウムのような、２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う材料であり得る。それはまた形状記憶合金であってもよい。タイロッドはまた図６に記述されているような、より複雑な構造を有し得る。能動的なタイロッド１０の膨張Ａの影響下で、タイロッド用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂは、能動的なタイロッド１０の貫通を許容するために、それ自体をばね１２ａ、１２ｂの上へとＲ方向に折り畳む。宇宙用の付属品の展開はそれゆえ始まることができる。図には表わされていないが、固定ベース４はその中へ能動的なタイロッド１０が固定される玉継手を備えてもよく、この玉継手の存在は前記能動的なタイロッド１０の解放をより容易にすることが注目されるであろう。

図５は単純に宇宙用の付属品ＡＰの展開の始まりを表わす。能動的なタイロッド１０の伸びのため、前記能動的なタイロッドは無接触でパネルのブッシュ１ａ〜１ｄを貫通し、パネルは展開できる。能動的なタイロッドの伸びが十分であるとき、内部ヒーター１３は動作を停止し得る。

地上における試験段階の間に、このタイプの装置は、能動的なタイロッド１０が形状記憶合金で構成されるとき、付属品の展開後に調整され得ることが注目されるであろう。この場合、パネルを格納位置に折り畳み、能動的なタイロッド１０の調整後に、タイロッド用の格納式解放機構１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを元の位置に戻し、必要であればナット３を再度締め付けることで十分である。

図６は能動的なタイロッド１０の構造に関する図３〜５に示される解決策の代替策を表わす。事実、配置の要件には、長さの短い能動的タイロッド１０が強制され得る。この場合、例えばアルミニウム又は形状記憶合金である２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う、図中でＡｌとマークされた材料の層と、Ｉｎｖａｒ^ＴＭのような１．５×１０^−６以下の小さな熱膨張係数を伴う、図中でＩｎｖとマークされた材料の層とが交互になる幾つかの層から成る、図６のようなタイロッドを使用可能であろう。

要約すると、本発明は宇宙用の付属品の衝撃を伴わない解放と、前記宇宙用付属品の保持及び解放を可能にする装置に使用されるタイロッドの幾何学的欠陥の改良とに関連する、上に列記された技術的問題に対して単純で確固とした解決策を形成する利点を有する。本発明により提案されている解決策は、主として内部ヒーターを備える能動的なタイロッド装置の使用にある。

本発明は宇宙用の付属品が、例えば太陽発電機、アンテナ、あるいは熱防御パネルであろうと、それらの展開が必要な多くの場合に使用可能であることに注目されたい。

１ ブッシュ
１ａ ブッシュ
１ｂ ブッシュ
１ｃ ブッシュ
１ｄ ブッシュ
２ ナット
３ 組立品に張力を付与するためのナット
４ 固定ベース
１０ タイロッド
１１ａ 格納式爪（タイロッド用の格納式解放機構）
１１ｂ 格納式爪（同上）
１２ａ ばね（同上）
１２ｂ ばね（同上）
１３ 内部又は外部のヒーター
Ｓ 本体
Ｐ 三脚
ＡＰ 宇宙用の付属品
ＧＳ 宇宙用の付属品
Ａｌ 大きな熱膨張係数を伴う材料
Ｉｎｖ 小さな熱膨張係数を伴う材料
Ｄ 偏位

Claims (10)

1. 宇宙用の付属品（ＡＰ）の保持及び衝撃を伴わない解放を可能にする、能動的なタイロッド装置であって、前記能動的なタイロッド装置が：
   ・固定ベース（４）と、
   ・前記固定ベース（４）内へねじ込まれた能動的なタイロッド（１０）と、
   ・格納された位置で、前記能動的なタイロッド（１０）を所定の位置に保持できるようにする、能動的なタイロッド（１０）用の格納式解放機構（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）と、
   ・組立品に張力を付与するナット（３）と
   を備え、前記能動的なタイロッド（１０）が内部又は外部のヒーター（１３）を備え、前記能動的なタイロッド（１０）が、内部又は外部ヒーター（１３）の作用の下で、能動的なタイロッド（１０）用の格納式解放機構（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）を格納している前記能動的なタイロッド（１０）が膨張することができ、その結果として前記宇宙用付属品（ＡＰ）の衝撃を伴わない解放を可能にするように、例えばアルミニウム又は形状記憶合金である、約２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う材料（Ａｌ）から少なくとも部分的に成ることを特徴とする装置。
2. 能動的なタイロッド（１０）が、Ｉｎｖａｒ^ＴＭのような１．５×１０^−６以下の小さな熱膨張係数を伴う材料（Ｉｎｖ）の層と、例えばアルミニウム又は形状記憶合金である、約２０×１０^−６以上の大きな熱膨張係数を伴う材料（Ａｌ）の層との間で交互に変わる材料の幾つかの層から成ることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 小さな熱膨張係数を伴う材料（Ｉｎｖ）がＩｎｖａｒ^ＴＭであることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 大きな熱膨張係数を伴う材料（Ａｌ）がアルミニウム又は任意の形状記憶合金であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 宇宙用の付属品（ＡＰ）が太陽発電機、アンテナ、又は熱防御パネルであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 能動的なタイロッド（１０）用の格納式解放機構（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）が、ばね（１２ａ、１２ｂ）を用いて所定の位置に保持される一組の格納式爪（１１ａ、１１ｂ）から成ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記能動的なタイロッド（１０）の衝撃を伴わない解放を容易に可能にするため、固定ベース（４）が、その中に能動的なタイロッド（１０）がねじ込まれる玉継手を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 宇宙用付属品の衝撃を伴わない解放方法であって、
   それが請求項１〜７のいずれか一項に記載の能動的なタイロッド装置（１０）の使用を含み、以下のステップ：
   ・その間に能動的なタイロッド（１０）の内部又は外部ヒーター（１３）が作動して前記能動的なタイロッド（１０）を伸ばし、とりわけ能動的なタイロッド（１０）の伸長の影響下で、能動的なタイロッド（１０）用の格納式解放機構（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）が引込み、能動的なタイロッド（１０）の自由な通行を許す解放ステップと、
   ・その間に宇宙用の付属品（ＡＰ）が完全に開放される、展開ステップと
   を用いることを特徴とする方法。
9. 前記能動的なタイロッド（１０）を調整するステップもまた含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 能動的なタイロッド（１０）が形状記憶材料で構成されるため、調整ステップが：
    ・内部又は外部ヒーター（１３）の作用によるタイロッド（１０）の加熱と、
    ・圧縮装置を用いて能動的なタイロッド（１０）を圧縮状態に置くことと、
    ・その初期形状を取り戻す、能動的なタイロッド（１０）の冷却と、
    ・宇宙用付属品（ＡＰ）の再位置決め及び、能動的なタイロッド（１０）用の格納式解放機構（１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ）を元の場所に戻すことと
    により実施されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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