JP2012528757A - 機体の着陸システム及びこの着陸システムを備えた宇宙探査機 - Google Patents

Abstract

本発明は、機体の着陸システム及び支承地面に着陸するためのかかるシステムを備えた宇宙探査機に関する。前記着陸システムは、地面と接触する時に前記機体の着陸衝撃にブレーキをかけ、かつ着陸後、前記機体を地面上に支持するよう意図された、各々が端部にフットパッド（６）を有する、着陸脚部（５）を含む。本発明によれば、前記フットパッド（６）は、同一平面上にない。
【選択図】図２

Description

本発明は、支承地面上への機体の着陸システムに関する。本発明は、着陸により天体を探索するためのかかる着陸システムを備えた宇宙探査機のような宇宙船にも関する。

対称関係に位置決めされた幾つもの着陸脚部を有し、これら脚部の各々がその端部に設けたフットパッドを有する宇宙探査機の着陸装置は、知られている。これらの装置は、宇宙探査機が、地面と接触する時、この探査機が破壊されないように、宇宙探査機の着陸衝撃を正確に吸収するように働く。

しかしながら、宇宙探査機の着陸地の形態は、事前に知られていないか、或はほとんど知られていない。実際に、探査機が着陸しなければならない天体の画像のような既存の読み込みがある場合でさえも、これらの読み込みは、多くの場合遠方からの撮影から得られたデータであって、着陸地の表面の起伏の詳細を把握することができない。更に、宇宙探査機の着陸姿勢は、機械的環境条件（振動、衝撃等）のために、かつ場合により探査機が、天体の地面に向かう下降中に、遭遇し得る非常に厳しい環境制約（シールド上の温度）のために、的確になり得ない。

それ故に、着陸脚部は、宇宙探査機の２つの極端な着陸のケースを考慮に入れるように寸法が決められる。

第一に、宇宙探査機の着陸は、単一の着陸脚部の方向により起こり得る。

探査機の各着陸脚部は、それ故に、探査機と、天体の地面との間で初期接触衝撃を単独で支持できるように寸法が決められる。このため、各着陸脚部の寸法決定は、着陸からの全衝撃エネルギーを単独で吸収できるようにする。

反対に、宇宙探査機の全ての着陸脚部は、着陸中に並行して作動し得る。これらの着陸脚部及びその関連したフットパッドは、同時に地表と接触するように、その長さが同じである。

着陸脚部の寸法決定は、それ故に、着陸の時点で宇宙探査機が経験し得る、ピーク減速限界を考慮に入れねばならない。

このピーク減速限界は、あまりにも急速に着陸するために、宇宙探査機によって輸送されるペイロードに加えて、宇宙探査機が構造的に損傷を受けることを防ぐことを継続的に考慮することから必要となる。

最後に、天体の地表での宇宙探査機の安定性は、この探査機を支持する着陸脚部の数の増加によって高められる。それ故に、多数の着陸脚部を有する宇宙探査機が、追求される。

しかしながら、着陸衝撃を単独で吸収する場合に各着陸脚部が持たねばならない初期高減衰能と、地上との着陸脚部の同時接触の場合に全ての着陸脚部に必要とされる低レベルの全体剛性との間に妥協点を見出すことは、困難である。

複数接触着陸の着陸脚部のための寸法決定基準は、ｎ^3/2（式中、ｎは、着陸装置の着陸脚部数である）で変動する着陸装置の質量増加に関係する。

このため、宇宙探査機の安定性増加は、これら探査機の質量を減少させようとする試みとは両立しない。

それ故に、着陸脚部数の増加と関連した、着陸システムの質量増加を最小限に抑えながら、天体の地面上で宇宙探査機の高い安定性を可能にする着陸システムを提供することは、非常に興味深い。

また、本発明の目的は、機体によって輸送され得るペイロードに関する制約を増加させずに、設計及びその作動モードが簡易であり、信頼性があり、かつ地表上でこの機体の安定した支持を保証する機体の着陸システムを与えることである。

本発明は、支承地面として堅い着陸地を探索する着陸システムを備えた、宇宙探査機のような宇宙船にも関する。

このために、本発明は、地面と接触する時に機体の着陸衝撃を減少するためのブレーキをかけ、かつ着陸後この機体を地面上に支持するよう意図された、各々が端部にフットパッドを有する、着陸脚部を含む機体の着陸システムに関する。

本発明によれば、前記フットパッドは、同一平面上にない。

それ故に、この着陸システムの全てのフットパッド又は端部は、同じ平面内に位置しない。

この着陸システムの様々な実施態様を示すが、本発明の特徴は次の通りである。
− 着陸脚部の数が４以上であり、これら着陸脚部のフットパッドは、地上との幾つかの可能な接触面を画定する。機体の着陸中に地面と同時に接触することが可能な着陸脚部数は、１から最大で３つであり、これら着陸脚部にはフットパッドが設けてある。
「機体の着陸」は、飛行体がその着陸システムの１つ又は幾つかの着陸脚部及び関連したフットパッドを介して地面と接触する段階を意味し、着陸システムのフットパッドは、複数であれば地面と同時に接触し、飛行体のショックアブソーバの役割を果たす。
このように画定された「地面との接触面」は、前記着陸脚部のフットパッドが、この着陸中に地面と接触する様々な可能性を表す。専ら例示のために、３つの着陸脚部のフットパッドを含む可能な平面の数は、Ｃ_n3＝ｎ！／３！×（ｎ−３）！（式中、ｎは、着陸システムの着陸脚部数である）で示される。
着陸後、かつ土地の地形に従って、機体は、不安定な位置に置かれることがある。このため地面に着陸したときに接触する着陸脚部数が異なる脚数を使用して安定した位置に移動することが出来る。
それ故に、各着陸脚部は、最大で３つの着陸脚部の地面との同時接触の前提に従って、着陸衝撃時に、機体を減速するように寸法が決定される。
着陸システムが、同一の長さｄの対応するフットパッドを有する３つの脚部と、同一の長さｌ（但しｄ＞ｌである）に対応するフットパッドを有する３つの脚部とを交互にした、６つの着陸脚部を含む。例示の実施例では、着陸システムの最大減衰剛性は、３つの着陸脚部を累積しただけであり、またシステムの安定性は、６つの着陸脚部で実現できる。
− これらの接触面は、水平面と比較して最大−２０°から＋２０℃の間、好ましくは水平面と比較して−１０°から＋１０℃の間の角度範囲で傾斜する。
この実施例において、「水平面」とは、各々が前記機体と比較して同じ傾斜、及び着陸脚部／フットパッドアセンブリの同じ長さを有する完全に対称な着陸システムを形成する、着陸脚部のフットパッドを通過する平面を意味する。
− 各々が着陸脚部と、それに対応するフットパッドを含み、アセンブリの幾つかは、異なる長さを有する。
換言すると、全てのフットパッドが、同一である実施例では、着陸システムの幾つかの着陸脚部の長さは相互に異なる。この長さは、これらのアセンブリの各々の位置によって決定される。
− 前記着陸脚部数ｎは４から６であり、システムは、同じ長さＬの３つのアセンブリと、同じ長さｄ（但しＬ＞ｄ）の（ｎ−３）個のアセンブリとを含む。
本明細書で以上述べたように、これらアセンブリの各々は、着陸脚部にはフットパッドが設けられる。
− 同一の長さを有し、かつこの機体の下部に接続されるこれらの着陸脚部及びこれに設けたフットパッドにより、これら着陸脚部の少なくとも幾つかの主軸は、これらのフットパッドが同じ水平面内に位置しないように、各場合において異なる。これによって、この機体の下部との傾斜角を形成する。
− 前記機体の下部に接続される前記着陸脚部の少なくとも２つ及びその対応するフットパッドは、長さが同一であるが、これら着陸脚部のフットパッドが、同じ水平面内に位置しないように、その主軸の、前記下部との異なる傾斜角を有する。そして前記着陸脚部の他の少なくとも２つはフットパッドを有し、それぞれ異なる長さの着陸脚部を有しながら、これら着陸脚部のフットパッドが、同じ水平面内に位置するように、その主軸の、前記下部との同一傾斜角を有する。
− 前記着陸脚部の各々は、着陸衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収する減衰手段を含む。
これらの減衰手段は、それ故に、この着陸脚部が着陸中に地面と単独で接触でき、かつそれ故に着陸衝撃を吸収できること、又は極端な場合に、着陸システムの前記着陸脚部の最大で３つが、そのフットパッドを介して前記地表と同時に接触し、かつ３つ全てが、着陸衝撃を吸収することを考慮に入れて、各着陸脚部に関して寸法が決定される。
これらの減衰手段は例えば、粘弾性又は非弾性変形によって相当量のエネルギーを吸収する粘弾性又は非弾性変形可能な要素である。

本発明は、少なくとも１つのペイロードを輸送する宇宙船にも関する。

本発明によれば、この宇宙船は、前記のような機体の着陸システムを有する。

本発明は更に、少なくとも１つのペイロードを輸送する、再使用可能なプラットフォームに関する。

本発明によれば、このプラットフォームには、前記のような機体の着陸システムが装着される。

この再使用可能なプラットフォームは、プラットフォームが、巻き上げフック又はクレーンのリングのような結合部材によって持ち上げられ、かつ移動できるように、ケーブルのような可撓性接合部品にプラットフォームを取り付けるための取り付け具を設けることができる。リングであっても良い、これらの取り付け具は、例えばプラットフォームの各コーナに設けられる。

プラットフォームは、有孔又は無孔床のような平坦な支持体であっても良い。専ら例示のために、この床は、金属である。

更に、本発明は、少なくとも１つのペイロードを輸送する、再使用可能な容器に関する。

本発明によれば、この容器は、前記のような機体の着陸システムを装着している。

この容器は、コンテナであっても良い。専ら例示のために、このコンテナは、航空機による輸送のために、展開可能なパラシュートを含むことができる。このコンテナが装着される着陸システムは、コンテナ内に含まれるペイロード及びコンテナの完全性を保護することを目指す。

本発明は、添付図面を参照して更に詳細に記載される。

先行技術の着陸システムの斜視図であり、このシステムは、対称形態を形成している。 本発明に係る着陸システムの一実施例斜視図である。

図１は、先行技術の宇宙探査機の着陸システムの斜視図である。明確にするために、この探査機１の下部（図面では上面）に示してある。この着陸システムは、この探査機１の下部にその一端３によって接続される着陸脚部２を含む。各着陸脚部２は、他端にフットパッド４を有する。

これらの着陸脚部２及びその対応するフットパッド４の長さが同一であると、これら着陸脚部のフットパッド４は、地面との探査機の単一の接触面Ｐを画定する。着陸脚部２及びその対応するフットパッド４のこの形態は、対称であるとして知られている。

それ故に、宇宙探査機が着陸すると、地面の平坦性から最も近い偏位まで、全てのフットパッド４が、地面と接触する。

図２は、本発明の好ましい一実施態様による着陸システムの斜視図である。この着陸システムは、フットパッド６がその端部に位置する着陸脚部５を含む。更に、各着陸脚部５は、着陸衝撃を吸収するための減衰手段７を有する。

このシステムの着陸脚部５の数は５本であり、これら着陸脚部５の２つとこれに取付けられたフットパッド６は、同一の長さｄを有し、かつフットパッドを有する残りの３つの着陸脚部５は、同一の長さＬを有し、上記ｄとＬはＬ＞ｄの関係にある。

各々が、長さが異なる着陸脚部５と、その関連したフットパッド６とを含むこれらのアセンブリは、従って、幾つかの可能な地面との接触面を画定し、宇宙探査機の着陸中にそのフットパッド６を介して地面と同時に接触することが可能な着陸脚部５の数が、１、２又は最大で３であるように、これら平面の各々は、最大で３つのこれら着陸脚部５のフットパッド６を通過する。

３つの長い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリ及び２つの短い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリにより、以下の着陸が可能となる：
− ３つの長い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリのフットパッドが、地面に触れ、２つの短いアセンブリのフットパッドが後退した状態に留まり、
− 短い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリのフットパッドに加えて、２つの長い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリのフットパッドが、地面に触れ、例えば後退した状態に留まらないが、この場合の地表に触れる、短い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリを考慮することによって、後者の場合の応用例に加えて、残りの長い着陸脚部／関連したフットパッドアセンブリ、及び他の短いアセンブリが、後退した状態に留まる。

それ故に、着陸脚部５及び／又はその対応するフットパッド６の長さの差を、その数に適合させることによって、最大で３つのみの着陸脚部５が、ショックアブソーバの役割を果たすことができる。

衝撃を吸収した後、これら３つの着陸脚部が、安定した平衡位置に必ずしも対応しないことを考えれば、アセンブリは、フットパッドが地面と接触する、異なる数の着陸脚部を伴って安定した位置に移動できる。

最後に、この着陸システムを装着した宇宙探査機が減速するために、各着陸脚部５は、最高３つのフットパッド、すなわち最大で３つの着陸脚部の同時接地を前提にその寸法を決定せねばならない。それ故に、このことは、先行技術と比較して、着陸システムの質量を限定する。

長さが変動することがあり、各々が着陸脚部と、その対応したフットパッドを含む、アセンブリに関して論証したことは、このように形成されたいずれの接触面も、最大で３つのフットパッドを含むという条件で、全てのフットパッドが、飛行体に関する傾斜角と、着陸脚部及び対応するフットパッドアセンブリの様々な長さを有し得ることを確実にすることによって更に一般的に得ることもできる。

５…着陸脚部、６…フットパッド、７…減衰手段

Claims (10)

1. 地面と接触する時に機体の着陸衝撃を緩和し、かつ着陸後、前記機体を地面上に支持する、各々が端部にフットパッド（６）を有する、着陸脚部（５）を含む機体の着陸システムであって、前記着陸脚部のアセンブリが、前記機体の下部に接続されるように意図され、前記フットパッド（６）が同一平面上にないことを特徴とするシステム。
2. 前記着陸脚部（５）の数が４以上であり、前記フットパッド（６）が、地上との幾つかの可能な接触面を画定し、前記平面の各々が、前記機体の着陸中に地面と同時に接触することが可能な前記着陸脚部（５）の数が、１から最大で３つの前記着陸脚部（５）の前記フットパッド（６）を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記接触面が、水平面と比較して最大−２０°から＋２０℃の角度範囲で傾斜することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 各々が着陸脚部（５）と、その対応するフットパッド（６）とを含む、アセンブリの少なくとも幾つかが、異なる長さを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記着陸脚部（５）の数ｎが４から６の間であり、システムが、同一の長さＬの３つのアセンブリと、同一の長さｄ、但しＬ＞ｄである、（ｎ−３）のアセンブリとを含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 同一の長さを有し、かつ前記機体（１）の下部に接続されるように意図される前記着陸脚部（５）及びその対応するフットパッド（６）により、前記着陸脚部（５）の少なくとも幾つかの主軸は、前記着陸脚部（５）の前記フットパッド（６）が同じ水平面内に位置しないように、各場合において異なる、前記下部との傾斜角を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
7. 前記機体の下部に接続されるように意図される前記着陸脚部（５）により、前記着陸脚部の少なくとも２つ及びその対応するフットパッド（６）は、長さが同一であるが、前記着陸脚部（５）の前記フットパッド（６）が、同じ水平面内に位置しないように、その主軸の、前記下部との異なる傾斜角を有し、かつ前記着陸脚部（５）の他の少なくとも２つは、異なる長さの、その対応するフットパッド（６）を有する、着陸脚部を有しながら、前記着陸脚部（５）の前記フットパッド（６）が、同じ水平面内に位置するように、その主軸の、前記下部との同一傾斜角を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
8. 前記着陸脚部（５）の各々は、着陸衝撃エネルギーの少なくとも一部を吸収する減衰手段（７）を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシステム。
9. 少なくとも１つのペイロードを輸送する宇宙船であって、請求項１から８のいずれかに記載の機体の着陸システムを装着されることを特徴とする宇宙船。
10. ペイロードを輸送する、再使用可能な容器であって、請求項１から８のいずれかに記載の機体の着陸システムが装着されることを特徴とする容器。

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