JP2014226974A - 伸展バネを用いたスペースデブリ除去デバイス固定装置、並びに、これを備えるスペースデブリ除去デバイス - Google Patents

伸展バネを用いたスペースデブリ除去デバイス固定装置、並びに、これを備えるスペースデブリ除去デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】 低コストかつ簡素な構成で、スペースデブリにスペースデブリ除去デバイスを固定することが可能な、デバイス固定装置およびこれを備えるスペースデブリ除去デバイスを提供する。【解決手段】 スペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、少なくとも伸展バネ１３で構成される伸展部１１と、この伸展部１１の前端に取り付けられ、放射状に配置された複数本の伸展バネ１３を備える係合部１２と、これら伸展バネ１３を収納状態で保持し、その保持を解除することにより収納状態から突出状態に復帰させるバネ状態切換部と、を備えている。伸展部１１の伸展バネ１３が伸展することにより、スペースデブリのＰＡＦの開口内に係合部１２を挿入し、その後に、係合部１２の伸展バネ１３が伸展することにより、ＰＡＦ内に係合部１２が係合される。【選択図】 図１

Description

本発明は、スペースデブリ除去デバイスをスペースデブリに固定するためのデバイス固定装置、並びに、このデバイス固定装置を備えるスペースデブリ除去デバイスに関する。特に、スペースデブリがＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有する場合に、このＰＡＦに対してスペースデブリ除去デバイスを容易に固定することが可能なスペースデブリ除去デバイス固定装置と、これを備えるスペースデブリ除去デバイスとに関する。
スペースデブリは年々増加の一途をたどっており、宇宙利用や宇宙開発に大きな影響を及ぼしつつある。そこで、現存するスペースデブリを積極的に除去するためにさまざまな技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、地球磁場との電磁気的な相互作用によってスペースデブリを軌道変更させる力を得る導電性のテザー（ＥＤＴ）を備える、スペースデブリ軌道変換用テザー装置が開示されている。このテザー装置は、スペースデブリ除去作業を行う作業衛星に設けられ、テザーを伸展可能に保持するテザー機構、スペースデブリの構造部分を把持可能な捕獲機構、並びに、作業衛星が備えるロボットアームに結合・分離可能な取っ手等を備えている。
作業衛星のロボットアームによってテザー装置がスペースデブリの捕獲部位に近接させられると、テザー装置は、捕獲機構によって捕獲部位を把持し、その後にテザーを伸展する。さらにその後、テザー装置は、取っ手をロボットアームから分離する。これにより、テザー装置は、作業衛星から分離されるので、スペースデブリとともに対象軌道から投棄されることになる。
特許第３８０９５２４号公報
特許文献１に開示の技術では、作業衛星が備えるロボットアームによって、テザー装置をスペースデブリの捕獲部位に近傍させる必要があるため、ロボットアームは、高度の位置制御や動作制御が必要となる。また、テザー装置の捕獲機構は、構造部分を把持するために開閉可能な指および指駆動部を備える構成となっているため、捕獲機構の構造は非常に複雑なものとなる。それゆえ、特許文献１に開示の技術では、テザー装置もこれを搭載する作業衛星もその構成が複雑になり、かつ、重量増加も招くおそれがある。そのため、特許文献１に開示の方法では、スペースデブリの除去が可能であっても、高コストな方法となり、技術的難度も高いものになってしまう。
言い換えれば、テザー装置等のスペースデブリ除去デバイスをスペースデブリに固定する際に、簡素かつ軽量化可能な手法を採用することができれば、低コストでスペースデブリを除去することが可能になる。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、低コストかつ簡素な構成で、スペースデブリにスペースデブリ除去デバイスを固定することが可能な、デバイス固定装置およびこれを備えるスペースデブリ除去デバイスを提供することを目的とする。
本発明に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置は、前記の課題を解決するために、ＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有するスペースデブリに対して、スペースデブリ除去デバイスを固定するデバイス固定装置であって、前記スペースデブリ除去デバイスに取り付けられ、前方向に伸展する伸展部と、当該伸展部の前端に取り付けられ、当該伸展部が伸展していないときには、その全体が前記ＰＡＦの開口よりも小さく、当該伸展部が伸展して前記ＰＡＦの開口内に挿入された後には、当該開口よりも広がって当該ＰＡＦ内に係合するよう構成される、係合部と、を備え、前記伸展部および前記係合部には、中空で棒状の突出状態から当該突出状態よりも短い収納状態に移行可能な弾性体である、伸展バネが用いられ、前記伸展部は、少なくとも前記伸展バネで構成され、当該伸展バネの前端に前記係合部が取り付けられ、前記係合部は、突出状態では、前記ＰＡＦの開口の半径よりも長い棒状となる複数本の前記伸展バネと、これら伸展バネを放射状に配置した状態で、前記伸展部となる前記伸展バネの前端に固定する伸展バネ固定部材と、を備え、さらに、前記伸展部および前記係合部に用いられる前記伸展バネを収納状態で保持し、その保持を解除することにより収納状態から突出状態に復帰させる、バネ状態切換部と、を備えている構成である。
前記構成によれば、伸展部および係合部がいずれも伸展バネを備えており、これら伸展バネは、バネ状態切換部により収納状態で保持されている。それゆえ、バネ状態切換部が収納状態の保持を順次解除するだけで、伸展バネが突出状態に移行（復帰）できるので、伸展部であれば、伸展バネを容易に伸展させてＰＡＦの開口内に係合部を挿入することができ、また、係合部であれば、伸展バネを伸展させて係合部をＰＡＦ内に係合させることができる。これにより、低コストかつ簡素な構成で、スペースデブリにスペースデブリ除去デバイスを固定することが可能となる。
前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記伸展部が備える前記伸展バネを前方伸展バネとし、前記係合部が備える伸展バネを放射伸展バネとしたときに、前記バネ状態切換部は、前記前方伸展バネを、突出状態から収納状態となるように前端側から押さえ付けて保持するとともに、その押さえ付けを解除することにより、当該前方伸展バネを収納状態から突出状態に復帰させる、伸展部バネ状態切換部と、４本の前記放射伸展バネを、突出状態から基端側に引き付けて収納状態となるように保持するとともに、その引き付けを解除することにより、これら放射伸展バネを収納状態から突出状態に復帰させる、係合部バネ状態切換部と、から構成されてもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記伸展部バネ状態切換部は、前記前方伸展バネを、少なくとも後端側で支持するバネ支持部と、前記係合部の前方に設けられる蓋部材と、当該蓋部材を前記バネ支持部に対して解除可能に固定することで、前記前方伸展バネを、前記係合部とともに押さえ付けた状態で保持する、蓋部材固定部と、を備えている構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記放射伸展バネは、当該放射伸展バネの伸展を抑止して収納状態に保持する伸展抑止部材を備え、当該伸展抑止部材は、その一端が前記放射伸展バネの中空の内径よりも大きく、その本体が前記放射伸展バネの中空内に挿入可能な外径を有し、かつ、収納状態の前記放射伸展バネよりも長い柱状であり、前記係合部バネ状態切換部は、それぞれの前記放射伸展バネの中空内に挿入された前記伸展抑止部材の他端を、当該放射伸展バネの基端から露出させた状態で、まとめて解除可能に固定することにより、各放射伸展バネを収納状態に保持する構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記スペースデブリ除去デバイスは、巻き取られた状態のＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）を備え、前記バネ支持部の前方には前記前方伸展バネが支持されるとともに、その後方には、前記ＥＤＴの一端が接続され、前記伸展部バネ状態切換部は、前記前方伸展バネおよび前記放射伸展バネがいずれも突出状態となった後に、巻き取られた状態の前記ＥＤＴを繰り出すために、前記伸展部および前記係合部とともに前記バネ支持部を切り離す、バネ支持部切離し部を、さらに備えている構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記バネ状態切換部は、その内部に前記伸展部バネ状態切換部および前記係合部バネ状態切換部の一部を収容可能とする筐体状であって、後端側で前記スペースデブリ除去デバイスに直接取り付けられているとともに、前端側で前記バネ支持部を切り離し可能に取り付けている、バネ状態切換本体部を備えており、前記バネ支持部切離し部は、前記バネ支持部の一部に設けられるバネ支持部めねじ部と、当該バネ支持部めねじ部に螺合するおねじ部と、前記バネ状態切換本体部内に設けられ、前記おねじ部を回転させるおねじ部回転駆動部と、を備えており、前記おねじ部の回転により当該おねじ部が前記バネ支持部めねじ部から外れることにより、前記バネ支持部が前記バネ状態切換本体部から切り離される構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記バネ支持部切離し部の前記おねじ部は、前記前方伸展バネに平行な状態で前記バネ支持部を貫通するように配置され、前記蓋部材の後面には、前記おねじ部の前端が螺合する蓋部材めねじ部が設けられ、前記おねじ部、前記おねじ部回転駆動部、および前記蓋部材めねじ部により前記蓋部材固定部が構成され、前記おねじ部が前記蓋部材めねじ部に螺合した状態で、前記前方伸展バネが、前記蓋部材により前記係合部とともに押さえ付けられた状態で保持され、前記おねじ部回転駆動部により前記おねじ部が回転して当該おねじ部が前記蓋部材めねじ部から外れることにより、前記蓋部材による前記前方伸展バネを押さえ付けた状態が解除される構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記放射伸展バネが前記伸展抑止部材を備えている構成である場合、前記係合部バネ状態切換部は、前記伸展抑止部材の他端を固定する抑止部材固定部材と、前記前方伸展バネの中空内に入る大きさを有し、当該前方伸展バネの前端から露出した位置で、前記抑止部材固定部材に係合または連結状態にあり、前記前方伸展バネの中空内に引き込む方向に移動することにより前記抑止部材固定部材を固定位置から解除位置に切り換える、固定解除部材と、前記前方伸展バネの中空内を貫通するように設けられ、一端が前記固定解除部材に接続される線状部材と、当該線状部材の他端に接続され、当該線状部材を巻き取ることにより、前記固定解除部材を前記前方伸展バネの中空内に引き込む方向に移動させる、線状部材巻取部と、を備え、前記線状部材巻取部は、前記バネ状態切換本体部内に設けられている構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置においては、前記蓋部材固定部により、前記蓋部材が前記バネ支持部に固定された状態から解除されて、前記前方伸展バネが収納状態から伸長を開始すれば、前記線状部材巻取部は、前記前方伸展バネの伸長の程度に応じて、中空内の前記線状部材を繰り出し、前記前方伸展バネが突出状態に移行した後に、前記線状部材の巻き取りを開始する構成であってもよい。
また、本発明には、前記構成のスペースデブリ除去デバイス固定装置を備えるスペースデブリ除去デバイスも含まれる。
前記構成のスペースデブリ除去デバイスにおいては、スペースデブリ除去衛星に取り付けられている構成であってもよい。
また、前記構成のスペースデブリ除去デバイスにおいては、前記スペースデブリ除去デバイス固定装置が、前記バネ状態切換部として、前記伸展部バネ状態切換部を備えており、当該伸展部バネ状態切換部が、前記バネ支持部、前記バネ状態切換本体部、および前記バネ支持部切離し部を備えている場合には、前記スペースデブリ除去デバイス固定装置が、前記伸展部および前記係合部とともに前記バネ支持部を切り離した後に、前記デブリ除去衛星から分離するよう構成されてもよい。
本発明では、以上の構成により、低コストかつ簡素な構成で、スペースデブリにスペースデブリ除去デバイスを固定することが可能な、デバイス固定装置およびこれを備えるスペースデブリ除去デバイスを提供することができる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置およびこれを備えるスペースデブリ除去デバイスの概略構成の一例を示す模式図である。 図１に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置が備える伸展部および係合部の代表的な構成の一例を示す模式図である。 図２に示す伸展部および係合部が備える伸展バネが収納状態から突出状態に移行したときの構成の一例を、スペースデブリ除去デバイスがスペースデブリに係合固定した状態とともに示す模式図である。 図１または図３に示すスペースデブリ除去デバイスを備えたスペースデブリ除去衛星が、スペースデブリに接近する過程の一例を示す模式図である。 図１または図３に示すスペースデブリ除去デバイスを備えたスペースデブリ除去衛星が、スペースデブリに接近する過程の他の例を示す模式図である。 図１および図３に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置による、係合部のＰＡＦへの係合までの動作を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態を詳細に説明する図であって、その初期状態を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、蓋部材を分離した状態を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、伸展部が伸展した状態を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、係合部が備える伸展バネの収納状態を解除する状態を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、係合部が備える伸展バネが突出状態に移行した状態を示す模式図である。 図６に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置によってスペースデブリ除去デバイスがスペースデブリに固定された後に、ＥＤＴが繰り出される動作を示す模式図である。 図１２に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、ＥＤＴの繰出し過程を示す模式図である。 図１２に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、図１３に続くＥＤＴの繰出し過程を示す模式図である。 図１２に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、図１４に続くＥＤＴの繰出し過程を示す模式図である。 図１２に示すスペースデブリ除去デバイス固定装置の動作状態の詳細に説明する図であって、図１５に続くＥＤＴの繰出し過程を示す模式図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
［スペースデブリ除去デバイス固定装置の構成例］
まず、本実施の形態に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置の代表的な構成例について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
図１に示すように、本発明に係るスペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、伸展部１１、係合部１２、バネ状態切換部１５および１６を備えており、図２に示すように、伸展部１１および係合部１２には、伸展バネ１３が用いられている。また、スペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、スペースデブリ除去デバイス２０の前方に取り付けられており、このスペースデブリ除去デバイス２０は、その後方がスペースデブリ除去衛星３０に取り付けられている。スペースデブリ除去デバイス２０内には、ＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）２１がＥＤＴ用リール２２に巻き取られた状態で設けられている。
このスペースデブリ除去デバイス固定装置１０は、図３に示すように、ＰＡＦ（Payload Attach Fitting）１０１を有するスペースデブリ１００に対して、スペースデブリ除去デバイス２０を固定（あるいは把持）するために用いられる。ＰＡＦ１０１は、人工衛星をロケットに固定するための機械的インターフェースであって、図３に示すように、開口１０２を有する略円錐形である。スペースデブリ１００がロケットの一部等であれば、本体である構造体１０３がＰＡＦ１０１を備えている構成となっている。
なお、以下の説明では、便宜上、スペースデブリ除去デバイス固定装置１０を「デバイス固定装置１０」と略記し、スペースデブリ除去デバイス２０を「除去デバイス２０」と略記し、スペースデブリ除去衛星３０を「除去衛星３０」と略記する。また、図１に示すように、除去衛星３０、除去デバイス２０、およびデバイス固定装置１０は、この順で連結しているが、本実施の形態では、除去衛星３０側を後方とし、デバイス固定装置１０側を前方とする。
伸展部１１および係合部１２に用いられる伸展バネ１３は、基本的に同様の構成であって、外力を加えることにより突出状態から収納状態に移行可能な弾性体である。突出状態では、例えば、図３に示すような棒状であって、収納状態では、例えば、図２に示すように、棒状の突出状態よりも短くなっている。突出状態にある伸展バネ１３の前端を外力によって後端側に押さえ込むことにより、伸展した部分が内部に収納されて収納状態となる。
なお、説明の便宜上、伸展部１１が備える伸展バネ１３については、除去デバイス２０の前方に伸展することから「前方伸展バネ１３Ａ」と称する。また、係合部１２が備える伸展バネ１３については、伸展部１１（前方伸展バネ１３Ａ）の前端において四方に放射状に広がるように伸展することから「放射伸展バネ１３Ｂ」と称する。さらに、放射伸展バネ１３Ｂは、デバイス固定装置１０の前端において放射状に伸展することから、説明の便宜上、当該放射伸展バネ１３Ｂの伸展側の端部（一端）を「伸展端」と称し、非伸展側の端部（他端）を「基端」と称する。
また、伸展バネ１３の具体的な構成は特に限定されず、本実施の形態では、例えば、弾性を有する金属板を円錐状に巻き回したタケノコバネ（volute spring）状の構成が採用される。また、伸展バネ１３は、前方伸展バネ１３Ａであっても放射伸展バネ１３Ｂであっても、基本的に内部は中空であるが、本実施の形態では、放射伸展バネ１３Ｂは、図２に示すように、中空内に挿入される伸展抑止部材１３１を備えているので、収納状態では中空ではない。ただし、突出状態となれば、伸展抑止部材１３１が挿入されている位置は伸展端近傍のみとなるので、大部分が中空となっている。
伸展部１１は、図１に示すように、除去デバイス２０の前方に取り付けられ、当該除去デバイス２０の前方向に伸展する。伸展部１１は、図１および図２に示すように、本発明では少なくとも１本の前方伸展バネ１３Ａで構成されている。
係合部１２は、図１に示すように、伸展部１１となる前方伸展バネ１３Ａの前端に取り付けられており、本発明では、図２に示すように、４本の放射伸展バネ１３Ｂと、これら放射伸展バネ１３Ｂを放射状に配置した状態で、前方伸展バネ１３Ａの前端に固定する伸展バネ固定部材１４と、を備えている。後述するように、係合部１２は、伸展部１１の伸展によりＰＡＦ１０１の開口１０２（図３参照）からＰＡＦ１０１内に挿入される。
係合部１２は、伸展部１１が伸展していないとき（前方伸展バネ１３Ａが収納状態にあるとき）には、その全体がＰＡＦ１０１の開口１０２よりも小さくなるように構成されている。また、係合部１２は、伸展部１１が伸展することにより（前方伸展バネ１３Ａが突出状態になることにより）ＰＡＦ１０１の開口１０２内に挿入された後には、図３に示すように、放射伸展バネ１３Ｂが収納状態から突出状態に移行する。これにより、係合部１２は、開口１０２よりも広がって当該ＰＡＦ１０１内に係合する。
したがって、係合部１２に用いられる４本の放射伸展バネ１３Ｂは、収納状態かつ放射状に配置された状態では、開口１０２の開口１０２の直径よりも小さく、突出状態では、開口１０２の半径よりも長い棒状となる。
なお、本実施の形態では、４本の放射伸展バネ１３Ｂは、互いに９０°の角度となるように、伸展バネ固定部材１４により前方伸展バネ１３Ａの前端に固定されている。しかしながら、放射伸展バネ１３Ｂの配置はこれに限定されず、それぞれの放射伸展バネ１３Ｂ同士の角度が等角度とならない配置であってもよい。また、伸展バネ固定部材１４は、図２に示す例では、４本の放射伸展バネ１３Ｂを前面で固定する板状部材となっているが、伸展バネ固定部材１４の構成は、板状部材に限定されず、複数の放射伸展バネ１３Ｂを放射状に配置できるような公知の支持部材あるいは枠体等であればよい。
バネ状態切換部は、伸展部１１および係合部１２に用いられる伸展バネ１３を収納状態で保持し、その保持を解除することにより収納状態から突出状態に復帰させる構成である。本実施の形態では、バネ状態切換部は、伸展部１１となる前方伸展バネ１３Ａを収納状態から突出状態に復帰させる伸展部バネ状態切換部１５と、係合部１２に用いられる放射伸展バネ１３Ｂを収納状態から突出状態に復帰させる係合部バネ状態切換部１６との２つで構成されている。
また、伸展部バネ状態切換部１５および係合部バネ状態切換部１６の一部は、筐体状のバネ状態切換本体部１７内に収容されている。したがって、本実施の形態では、伸展部バネ状態切換部１５および係合部バネ状態切換部１６、並びにバネ状態切換本体部１７により「バネ状態切換部」が構成されている、と見なすことができる。なお、バネ状態切換本体部１７は、その後端側にスペースデブリ除去デバイス２０に直接取り付けられているとともに、前端側には、伸展部バネ状態切換部１５の一部（後述するバネ支持部１５１等）を切り離し可能に取り付けられている。
［伸展部バネ状態切換部の構成例］
次に、伸展部バネ状態切換部１５の具体的な構成について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
伸展部バネ状態切換部１５は、伸展部１１となる前方伸展バネ１３Ａを、突出状態から収納状態となるように前端側から押さえ付けて保持するとともに、その押さえ付けを解除することにより、当該前方伸展バネ１３Ａを収納状態から突出状態に復帰（移行）させる構成である。本実施の形態では、図１に示すように、伸展部バネ状態切換部１５は、バネ支持部１５１、蓋部材１５２、バネ支持部めねじ部１５３、蓋部材めねじ部１５４、おねじ部１５５、おねじ部回転駆動部１５６、および切離しガイド部材１５７を備えている。
バネ支持部１５１は、その前方で、前方伸展バネ１３Ａを、少なくとも後端側で支持するものであり、本実施の形態では、筐体状に構成されている。具体的には、バネ支持部１５１の前方が開口となり後方が略平坦な底面部となり周囲が壁面部となっており、底面部の前面で前方伸展バネ１３Ａの後端を支持している。したがって、前方伸展バネ１３Ａは、バネ支持部１５１の内部に収容された状態で、その後端が支持されていることになる。また、前方伸展バネ１３Ａの前端には係合部１２が設けられており、この係合部１２もバネ支持部１５１の開口内に収容されている。したがって、伸展部１１だけでなく係合部１２もバネ支持部１５１内に収容されていることになる。
バネ支持部１５１の前方には蓋部材１５２が設けられている。バネ支持部１５１の前方は開口となっているので、蓋部材１５２はバネ支持部１５１の開口を閉止することになる。なお、本実施の形態では、蓋部材１５２は、係合部１２の前方に取り付けられているので、係合部１２と蓋部材１５２とは実質的に一体化している。
伸展部１１（前方伸展バネ１３Ａ）が伸展せずに収納状態にあるときには、蓋部材１５２はバネ支持部１５１に対して解除可能に固定されている。このとき、蓋部材１５２は、バネ支持部１５１内に収容されている前方伸展バネ１３Ａを、係合部１２とともに押さえ付けた状態で保持していることになる。したがって、蓋部材１５２の固定が解除されると、前方伸展バネ１３Ａは収納状態から突出状態に復帰することになる。
蓋部材１５２には、蓋部材めねじ部１５４が設けられており、この蓋部材めねじ部１５４には、おねじ部１５５の前端が螺合している。おねじ部１５５は、表面にねじ山が形成された棒状構造であり、蓋部材めねじ部１５４は、おねじ部１５５が挿入可能な穴を有している。この穴は、図１に示す例では、底を有する穴（貫通孔ではない「底付き穴」）であり、蓋部材１５２の後面（バネ支持部１５１の内部に相対する面、内側面）に向かって位置している。底付き穴の内周には、おねじ部１５５に螺合するねじ山が形成されている。
棒状構造のおねじ部１５５の前端は、前記の通り蓋部材めねじ部１５４に螺合可能となっているが、その後端がおねじ部回転駆動部１５６に連結されている。おねじ部回転駆動部１５６は、バネ状態切換本体部１７内に設けられているので、おねじ部１５５は、バネ状態切換本体部１７からバネ支持部１５１を貫通して蓋部材１５２に達するように、前後方向に配置されている。したがって、おねじ部１５５は、前方伸展バネ１３Ａに対して平行となる位置関係でバネ支持部１５１内を貫通するように設けられている。おねじ部回転駆動部１５６は、例えば公知のシーケンス制御のモータ（必要に応じて変速用のギヤ機構等）で構成されていればよい。
バネ支持部１５１の底面部には、おねじ部１５５に螺合するバネ支持部めねじ部１５３が設けられている。バネ支持部めねじ部１５３は、おねじ部１５５を貫通可能とする貫通孔を有しており、その内部におねじ部１５５に螺合するねじ山が形成されている。なお、本実施の形態では、おねじ部１５５は、バネ支持部１５１を貫通して蓋部材１５２に達しているので、バネ支持部めねじ部１５３および蓋部材めねじ部１５４は、前方または後方から投影した位置が同じとなるような位置関係にある。また、バネ支持部めねじ部１５３に形成されているねじ山と蓋部材めねじ部１５４に形成されているねじ山とは、同じピッチとなっている。
切離しガイド部材１５７は、おねじ部１５５に対して平行となる位置に設けられている棒状部材である。図１に示す例では、おねじ部１５５が、伸展部１１から見て図中下方に位置しているが、切離しガイド部材１５７は、伸展部１１から見て図中上方に位置しており、これらが互いに平行の位置関係にある。切離しガイド部材１５７の一端は、蓋部材１５２の後面に設けられているガイド部材挿入孔１５２ａに挿入されており、切離しガイド部材１５７の他端は、バネ状態切換本体部１７の底面部に固定されている。
また、バネ支持部１５１には、ガイド部材貫通孔１５１ａが設けられており、切離しガイド部材１５７は、このガイド部材貫通孔１５１ａを介してバネ支持部１５１の底面部を貫通している。なお、バネ支持部１５１に設けられているガイド部材貫通孔１５１ａも蓋部材１５２に設けられているガイド部材挿入孔１５２ａも、いずれも内部にねじ山等は形成されておらず、棒状の切離しガイド部材１５７が挿入可能な内径を有する貫通孔または底付き穴となっている。
なお、伸展バネ固定部材１４が図２に示すような板状部材である場合には、図１に示すように、バネ支持部１５１と蓋部材１５２との間に、板状の伸展バネ固定部材１４が位置することになる。それゆえ、図１および図２には図示しないが、隣接する放射伸展バネ１３Ｂの間に、後述するおねじ部１５５を貫通させる貫通孔、もしくは、切離しガイド部材１５７を貫通させる貫通孔が形成されてもよい。
バネ状態切換本体部１７は、図１に示すように、バネ支持部１５１と同様に筐体状に構成されており、このバネ状態切換本体部１７の前方にバネ支持部１５１が着脱可能に固定されている。また、バネ状態切換本体部１７の底面部にはＥＤＴ繰出し孔１７ａが設けられている。このＥＤＴ繰出し孔１７ａは、バネ状態切換本体部１７および除去デバイス２０を貫通する貫通孔として形成されている。
除去デバイス２０内のＥＤＴ２１は、その大部分がＥＤＴ用リール２２により巻き取られているが、ＥＤＴ２１の一端は、ＥＤＴ用リール２２から繰り出されてＥＤＴ繰出し孔１７ａを介してバネ状態切換本体部１７内に達し、さらに、バネ状態切換本体部１７の前方の開口に取り付けられているバネ支持部１５１の後面に接続されている。したがって、バネ支持部１５１の底面部の前面には、前方伸展バネ１３Ａの後端が支持されているが、底面部の後面には、ＥＤＴ２１の一端が接続されていることになる。
ここで、蓋部材めねじ部１５４、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６は、蓋部材１５２をバネ支持部１５１に対して解除可能に固定することで、前方伸展バネ１３Ａを係合部１２とともに押さえ付けた状態で保持する「蓋部材固定部」を構成している。つまり、おねじ部１５５が蓋部材めねじ部１５４に螺合した状態では、前方伸展バネ１３Ａは、蓋部材１５２により係合部１２とともに押さえ付けられた状態で保持されているが、おねじ部回転駆動部１５６によりおねじ部１５５が回転することで、当該おねじ部１５５が蓋部材めねじ部１５４から外れると、蓋部材１５２による前方伸展バネ１３Ａを押さえ付けた状態が解除される。
これにより、前方伸展バネ１３Ａの前端は、前方に延伸して突出状態となるので、前方伸展バネ１３Ａの前端に設けられている係合部１２は、デバイス固定装置１０（バネ支持部１５１およびバネ状態切換本体部１７）から見て前方に移動する。それゆえ、除去衛星３０により除去デバイス２０およびデバイス固定装置１０を、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に面する位置に移動させて、蓋部材１５２の固定を解除することによって、ＰＡＦ１０１の開口１０２内に係合部１２を挿入することができる。この点については、デバイス固定装置１０の動作とともに後述する。
また、バネ支持部めねじ部１５３、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６は、伸展部１１および係合部１２とともにバネ支持部１５１を切り離す「バネ支持部切離し部」を構成している。図３に示すように、前方伸展バネ１３Ａおよび放射伸展バネ１３Ｂがいずれも突出状態となって、ＰＡＦ１０１の開口１０２内に係合された後には、後述するように、除去デバイス２０内から巻き取られた状態のＥＤＴ２１を繰り出す必要がある。
そこで、おねじ部回転駆動部１５６によりおねじ部１５５が回転して、当該おねじ部１５５がバネ支持部めねじ部１５３から外れることにより、バネ支持部１５１が、伸展部１１および係合部１２とともにバネ状態切換本体部１７から切り離される。バネ支持部１５１にはＥＤＴ２１の一端が接続されているので、バネ支持部１５１が切り離されることによって、ＥＤＴ２１は除去デバイス２０内から繰出し可能な状態となる。
なお、伸展部バネ状態切換部１５が備える、バネ支持部１５１、蓋部材１５２、バネ支持部めねじ部１５３、蓋部材めねじ部１５４、おねじ部１５５、おねじ部回転駆動部１５６、および切離しガイド部１５７の具体的な構成は特に限定されず、公知の種々の構成を好適に用いることができる。また、伸展部バネ状態切換部１５は、バネ支持部１５１、蓋部材１５２、バネ支持部めねじ部１５３、蓋部材めねじ部１５４、おねじ部１５５、おねじ部回転駆動部１５６、および切離しガイド部１５７以外の構成を備えてもよい。さらに、前方伸展バネ１３Ａも、バネ本体以外の公知の構成を備えてもよい。
［係合部バネ状態切換部の構成例］
次に、係合部バネ状態切換部１６の具体的な構成について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。
係合部バネ状態切換部１６は、４本の放射伸展バネ１３Ｂを、突出状態から基端側に引き付けて収納状態となるように保持するとともに、その引き付けを解除することにより、これら放射伸展バネ１３Ｂを収納状態から突出状態に復帰させる構成である。本実施の形態では、図１および図２に示すように、係合部バネ状態切換部１６は、抑止部材固定部材１６１、固定解除部材１６２、線状部材１６３、および線状部材巻取部１６４を備えており、放射伸展バネ１３Ｂは、伸展抑止部材１３１を備えている。
伸展抑止部材１３１は、図２に示すように、その一端である頭部１３１ａが放射伸展バネ１３Ｂの中空の内径よりも大きく、その本体１３１ｂが放射伸展バネ１３Ｂの中空内に挿入可能な外径を有し、かつ、収納状態の放射伸展バネ１３Ｂよりも長い柱状となっている。言い換えれば、伸展抑止部材１３１はピン状部材であって、その頭部１３１ａが本体１３１ｂよりも大きな頭部であり、本体１３１ｂが放射伸展バネ１３Ｂ内に挿入可能な柱状となっている。
放射伸展バネ１３Ｂが収納状態であれば、伸展抑止部材１３１の他端である固定端１３１ｃが放射伸展バネ１３Ｂの基端から露出している。この固定端１３１ｃには、例えば段差部１３１ｄが設けられており、この段差部１３１ｄに抑止部材固定部材１６１が係合することにより、放射伸展バネ１３Ｂの伸展が抑止（阻害）され収納状態に保持される。つまり、放射伸展バネ１３Ｂは、その前方が伸展可能となっているが、伸展抑止部材１３１の固定端１３１ｃが抑止部材固定部材１６１により固定されていることにより、放射伸展バネ１３Ｂの伸展端が基端側に引き付けられた状態で保持される。
これにより、放射伸展バネ１３Ｂは、収納状態に保持され、かつ、抑止部材固定部材１６１による固定端１３１ｃの固定が解除されれば、速やかに突出状態に復帰する。抑止部材固定部材１６１は、本実施の形態ではラッチ部材であるので、固定端１３１ｃの段差部１３１ｄに係合することで、当該固定端１３１ｃを解除可能に固定している。なお、伸展抑止部材１３１は、放射伸展バネ１３Ｂの伸展端に固定されることにより、当該放射伸展バネ１３Ｂの一部として一体化されればよいが、放射伸展バネ１３Ｂとは独立した部材（別体）として構成されてもよい。
また、抑止部材固定部材１６１による固定端１３１ｃの固定状態は、固定解除部材１６２によって解除される。なお、図１および図２等では、便宜上、固定解除部材１６２は黒く塗りつぶして図示している。本実施の形態では、４個のラッチ部材（抑止部材固定部材１６１）それぞれが、４本の放射伸展バネ１３Ｂのそれぞれが備える伸展抑止部材１３１の固定端１３１ｃに係合することにより、当該放射伸展バネ１３Ｂを収納状態に保持している。これら４個の抑止部材固定部材１６１は、固定端１３１ｃに係合している状態では固定位置にあるが、本実施の形態では、１個のピン状の固定解除部材１６２により、４個の抑止部材固定部材１６１を固定位置から解除位置に切り換えることで、固定端１３１ｃの固定状態を一斉に解除することができる。
本実施の形態では、固定解除部材１６２は、前方伸展バネ１３Ａの中空内に入る大きさを有し、当該前方伸展バネ１３Ａの前端から露出した位置で、抑止部材固定部材１６１に係合状態または連結状態にある。また、固定解除部材１６２には、ワイヤ等で構成される線状部材１６３の一端が接続されている。この線状部材１６３は、前方伸展バネ１３Ａの中空内を貫通するように設けられており、他端が線状部材巻取部１６４に接続されている。
線状部材巻取部１６４は、バネ状態切換本体部１７内に設けられ、線状部材１６３を巻き取ったり繰り出したりする機構であって、例えば、シーケンス制御される公知のモータと当該モータで回転するリールとから構成されている。
本実施の形態では、線状部材巻取部１６４は、蓋部材１５２がバネ支持部１５１に固定された状態から解除されて、前方伸展バネ１３Ａが収納状態から伸長を開始すれば、前方伸展バネ１３Ａの伸長の程度に応じて、中空内の線状部材１６３を繰り出す。また、前方伸展バネ１３Ａが突出状態に移行した後には、線状部材巻取部１６４は、線状部材１６３の巻き取りを開始する。
線状部材１６３は固定解除部材１６２に接続されているので、線状部材１６３を巻き取ることにより、固定解除部材１６２を後方（つまり、前方伸展バネ１３Ａの中空内に引き込む方向）に移動させることができる。これにより、単一の固定解除部材１６２と４個の抑止部材固定部材１６１（ラッチ部材）との係合状態または連結状体が解除されるので、抑止部材固定部材１６１の位置が、固定位置から解除位置に切り換えられる。
また、線状部材巻取部１６４は、前方伸展バネ１３Ａの伸展に伴って、その張力を保持しながら線状部材１６３を繰り出すことによって、４個の抑止部材固定部材１６１に対する固定解除部材１６２の相対的な位置を保持することができる。それゆえ、固定解除部材１６２による抑止部材固定部材１６１の位置の切り換えは、前方伸展バネ１３Ａの伸展中ではなく伸展完了後（つまり収納状態から突出状態に移行した後）のタイミングで実施することができる。
なお、放射伸展バネ１３Ｂが備える伸展抑止部材１３１、係合部バネ状態切換部１６が備える、抑止部材固定部材１６１、固定解除部材１６２、線状部材１６３、および線状部材巻取部１６４の具体的な構成は特に限定されず、公知の種々の構成を好適に用いることができる。また、放射伸展バネ１３Ｂは、バネ本体および伸展抑止部材１３１以外に他の構成を備えてもよいし、係合部バネ状態切換部１６は、抑止部材固定部材１６１、固定解除部材１６２、線状部材１６３、および線状部材巻取部１６４以外の構成を備えてもよい。
［スペースデブリ除去デバイスおよびスペースデブリ除去衛星の構成例］
次に、スペースデブリ除去デバイス２０の構成例について、図１および図３に加えて、図４および図５を参照して具体的に説明する。
本実施の形態に係る除去デバイス２０は、図１に示すように、前述したデバイス固定装置１０を備えており、さらに前述した通り、ＥＤＴ用リール２２に巻き取られたＥＤＴ２１を備えている。また、本実施の形態では、除去デバイス２０は、除去衛星３０に取り付けられている。
ＥＤＴ２１は、導電性を有するテザーであり、デバイス固定装置１０がスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に係合することで、当該スペースデブリ１００に固定される。スペースデブリ１００が地球を周回する軌道上を進行するに伴ってＥＤＴ２１が地球磁場中を移動すると、当該ＥＤＴ２１に誘導起電力およびローレンツ力が生じる。その結果、スペースデブリ１００に対しては、その進行方向とは逆方向に推進力が生じるので、当該スペースデブリ１００の推進速度を低減させることができる。推進速度が低減すれば、スペースデブリ１００の高度も徐々に低下するので、最終的にスペースデブリ１００は軌道上から離脱して大気圏に突入することになる。
また、本実施の形態では、デバイス固定装置１０が、伸展部１１および係合部１２とともにバネ支持部１５１を切り離した後には、除去デバイス２０は、除去衛星３０から分離するよう構成されている。したがって、図１には具体的に図示していないが、除去デバイス２０と除去衛星３０との間には、公知の分離結合機構が設けられていればよい。さらに、バネ支持部１５１が切り離されたことを検知可能とする公知のセンサ等が設けられてもよい。
なお、本実施の形態の除去デバイス２０は、ＥＤＴ２１を備える構成に限定されず、公知の他の構成であってもよい。例えば、公知のスラスタを備える構成を挙げることができる。このようなスラスタを備える除去デバイス２０は、デバイス固定装置１０に直接連結されてもよいが、ＥＤＴ２１のようなテザーを介してデバイス固定装置１０に連結されてもよい。
また、本実施の形態では、図１および図３に示すように除去デバイス２０については、模式的に図示して概略的な説明に留めているが、除去デバイス２０の構成はこれに限定されず、ＥＤＴ２１およびＥＤＴ用リール２２、並びに分離結合機構以外の公知の構成を備えていればよい。
本実施の形態では、除去デバイス２０を備えた除去衛星３０は、スペースデブリ１００に対して相対位置計測を実施しながら接近する。この接近方法は具体的に限定されないが、代表的な一例としては、遠距離域、中距離域、近距離域および固定域（あるいは把持域）に順次接近し、その後に固定動作（あるいは把持動作）を行う方法が挙げられる。
まず、除去衛星３０は、例えば２００〜３００ｍの範囲内の遠距離域において、除去対象となるスペースデブリ１００を同定して分析する。次に、除去衛星３０は、同定したスペースデブリ１００から見て例えば３０ｍ付近の中距離域に移動して相対的な位置の調整を行い、さらに、例えば約８ｍ程度の近距離域に移動して相対的な位置の調整を行う。そして、最終的に、その前方（すなわち除去デバイス２０およびデバイス固定装置１０の位置）がスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に面するように、伸展部１１の伸展長さに応じた固定域（例えば１．５ｍ前後）に移動する。
除去衛星３０は、固定域に到達すれば、デバイス固定装置１０は固定動作を開始する。まず、デバイス固定装置１０の伸展部１１（前方伸展バネ１３Ａ）が伸展し、ＰＡＦ１０１の開口１０２内に係合部１２が挿入される。その後、係合部１２の放射伸展バネ１３Ｂが伸展することにより、係合部１２がＰＡＦ１０１内に係合固定される。その後、除去デバイス２０からＥＤＴ２１が繰り出されるとともに、除去衛星３０が除去デバイス２０から分離することになる。
ここで、除去衛星３０は、軌道上を周回するスペースデブリ１００の状態に応じて、当該スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に接近する。ＰＡＦ１０１を有するスペースデブリ１００、例えば、ロケットの２段部等は、軌道上で回転しながら周回している状態と、軌道上で揺動しながら周回している状態とが想定される。なお、揺動状態では、スペースデブリ１００は、重力傾斜安定により長手方向を地心方向に向けて揺動していると推定される。
例えば、図４に示すように、スペースデブリ１００が、その本体である構造体１０３の長手方向の中央部を中心として揺動していれば、除去衛星３０は、中距離域から近距離域への移動時に、側方から長手方向に回り込み、近距離域から固定域への移動時にスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に接近する。また、図５に示すように、スペースデブリ１００が構造体１０３を中心に回転していれば、除去衛星３０は、中距離域から近距離域への移動時に、回転軌道の接線方向から接近し、さらに、近距離域から固定域への移動時には、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１の回転移動に合わせて移動しながら接近する。
なお、除去デバイス２０が取り付けられる除去衛星３０については、図１、図３、図４および図５では、いずれも模式的に図示しているが、これら図示は除去衛星３０の具体的構成を示すものではなく、本発明に係る除去デバイス２０（およびデバイス固定装置１０）が、公知の様々な除去衛星３０に適用可能であることを意味する。さらに、デバイス固定装置１０を備える除去デバイス２０は、除去衛星３０ではなく、公知の他の宇宙航行体に設けられてもよい。
［スペースデブリ除去デバイス固定装置の動作］
次に、本実施の形態に係るデバイス固定装置１０の動作の代表的な一例について、図１〜図５に加えて、図６〜図１６を参照して具体的に説明する。
まず、図４または図５に示すように、除去衛星３０がスペースデブリ１００に対して固定域まで接近し、図６上に示すように、前方のデバイス固定装置１０がスペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に対向する。このとき、デバイス固定装置１０は、図７に示す初期状態にある。この初期状態は、図１に示す状態と同じであり、蓋部材１５２が、バネ支持部１５１の前方の開口を閉止する形でバネ支持部１５１に固定されている。そのため、伸展部１１となる前方伸展バネ１３Ａは、蓋部材１５２により前方から押さえ付けられて、収納状態に保持されている。また、図７の拡大図に示すように、係合部１２では、伸展抑止部材１３１の固定端１３１ｃの段差部１３１ｄが抑止部材固定部材１６１に係合されることによって、放射伸展バネ１３Ｂが収納状態に保持されている。
次に、デバイス固定装置１０は、図８に示すように、おねじ部回転駆動部１５６がおねじ部１５５を回転させる。このとき、前述したように、バネ支持部めねじ部１５３および蓋部材めねじ部１５４には、同じピッチのねじ山が形成されているため、バネ状態切換本体部１７から見て、蓋部材１５２とバネ支持部１５１とは、同じだけ前方に移動する。これによって、おねじ部１５５の前端が、蓋部材１５２の蓋部材めねじ部１５４に螺合している状態から抜け出るが、図８バネ支持部１５１のバネ支持部めねじ部１５３にはおねじ部１５５が螺合した状態のままである。
ここで、移動前の蓋部材１５２では、その後面に設けられているガイド部材挿入孔１５２ａには、切離しガイド部材１５７の前端が挿入しており、移動前のバネ支持部１５１では、その底面部に設けられているガイド部材貫通孔１５１ａにも切離しガイド部材１５７が貫通している。それゆえ、おねじ部１５５の回転に伴って蓋部材１５２およびバネ支持部１５１が前方に移動するに際して、これらの回転移動を切離しガイド部材１５７によって防止することができる。
具体的には、回転するおねじ部１５５が蓋部材めねじ部１５４およびバネ支持部めねじ部１５３内から抜け出る方向に移動すると、蓋部材１５２およびバネ支持部１５１には、おねじ部１５５を中心とするトルクが作用する。それゆえ、そのままでは、おねじ部１５５の回転に伴って蓋部材１５２およびバネ支持部１５１も回転してしまう。しかしながら、蓋部材１５２およびバネ支持部１５１には、おねじ部１５５に平行な位置にある切離しガイド部材１５７が貫通または挿入している。これにより、蓋部材１５２およびバネ支持部１５１は、これら自身が回転することなく前方に移動することになる。
このように、おねじ部１５５の回転によって、蓋部材１５２およびバネ支持部１５１は前方に円滑に移動することができるので、おねじ部１５５の前端は、蓋部材めねじ部１５４から円滑に抜け出ることになる。そのため、図８の拡大図に示すように、バネ支持部１５１に対する蓋部材１５２の固定状態が解除されるので、当該蓋部材１５２がバネ支持部１５１から分離する。このとき、切離しガイド部材１５７の前端も、蓋部材１５２の分離に伴って、蓋部材１５２のガイド部材挿入孔１５２ａから容易に抜け出る。このように、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６は、蓋部材めねじ部１５４ともに、伸展部バネ状態切換部１５の蓋部材固定部を構成しており、切離しガイド部材１５７は、ガイド部材挿入孔１５２ａとともに「蓋部材分離ガイド部」を構成している。
蓋部材１５２がバネ支持部１５１から分離すれば、前方伸展バネ１３Ａの押さえ付けが解除されるので、図６中および図９に示すように、前方伸展バネ１３Ａが伸展して収納状態から突出状態に移行する。このとき、除去衛星３０の前方（すなわち除去デバイス２０およびデバイス固定装置１０が設けられている位置）は、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１に面しているので、前方伸展バネ１３Ａの伸展によりＰＡＦ１０１の開口１０２内に係合部１２が挿入される。
ここで、前方伸展バネ１３Ａの伸展過程では、線状部材巻取部１６４は、線状部材１６３の張力を収納状態と同程度に保持しながら、当該線状部材１６３を前方に繰り出す。これにより、前方伸展バネ１３Ａが伸展するに伴って、線状部材１６３も前方に伸展されるので、伸展抑止部材１３１の固定端１３１ｃに係合している抑止部材固定部材１６１と、この抑止部材固定部材１６１に係合または連結している固定解除部材１６２との位置関係は、収納状態での位置関係と略同等のままで保持される。したがって、伸展部１１の伸展が完了するまでの間には、係合部１２の放射伸展バネ１３Ｂは収納状態のままで突出状態には移行しない。
次に、前方伸展バネ１３Ａが完全に伸展して突出状態になると、図１０上に示すように、線状部材巻取部１６４は、線状部材１６３の繰出しを停止し、逆に、線状部材１６３の巻取りを開始する。伸展部１１の伸展が完了した直後には、図１０上の拡大図に示すように、抑止部材固定部材１６１は、伸展抑止部材１３１の段差部１３１ｄに係合しているとともに、固定解除部材１６２とも係合または連結している。この位置を定常位置とすれば、線状部材巻取部１６４が線状部材１６３の巻取りを開始すると、固定解除部材１６２は定常位置から後方への移動を開始する。
そして、図１０下に示すように、固定解除部材１６２は、線状部材１６３の巻取りによって前方伸展バネ１３Ａの中空内に移動するが、これに伴って、固定解除部材１６２と抑止部材固定部材１６１との係合または連結状態が解除される。固定解除部材１６２が定常位置にあるときの抑止部材固定部材１６１の位置を固定位置（図１０上の拡大図、並びに、図７および図８の拡大図参照）とすれば、図１０下の拡大図に示すように、固定解除部材１６２の後方移動によって抑止部材固定部材１６１は、固定位置から解除位置に切り換えられる。その結果、伸展抑止部材１３１の段差部１３１ｄと抑止部材固定部材１６１との係合が解除される。
ここで、固定位置にある１個の抑止部材固定部材１６１は、１本の伸展抑止部材１３１の段差部１３１ｄに対して係合しているので、抑止部材固定部材１６１は合計４個存在する。定常位置にある固定解除部材１６２は、これら４個の抑止部材固定部材１６１全てに係合または連結している。そのため、固定解除部材１６２が定常位置から後方に移動すれば、４個の抑止部材固定部材１６１は全て固定位置から解除位置に切り換えられる。
その結果、図６下および図１１に示すように、係合部１２が備える４本の放射伸展バネ１３Ｂは、全て収納状態の保持が解除されるので、突出状態に復帰する。突出状態にある放射伸展バネ１３Ｂは、ＰＡＦ１０１の開口１０２の内径よりも大きな広がりを有するので、係合部１２はＰＡＦ１０１に係合することになる。
次に、係合部１２がＰＡＦ１０１に係合すれば、図１３に示すように、おねじ部回転駆動部１５６がおねじ部１５５を再び回転させる。おねじ部１５５は、バネ支持部めねじ部１５３に螺合しているので、おねじ部１５５の回転によりバネ支持部めねじ部１５３からおねじ部１５５が抜け出ることになる。この動きをバネ状態切換本体部１７から見れば、おねじ部１５５の回転によってバネ支持部１５１が前方に移動していく。ここで、前述したように、バネ支持部１５１の底面部の後面には、ＥＤＴ２１の一端が接続されている。そのため、バネ支持部１５１が前方に移動するに伴って、ＥＤＴ２１は、ＥＤＴ繰出し孔１７ａを介して、除去デバイス２０内のＥＤＴ用リール２２から徐々に繰り出される。
最終的には、図１２上および図１４に示すように、おねじ部１５５はバネ支持部めねじ部１５３から完全に抜け出て、バネ支持部１５１がバネ状態切換本体部１７から切り離される。バネ支持部１５１が切り離されれば、除去衛星３０はスペースデブリ１００から離れる方向に移動する。これにより、バネ支持部１５１とバネ状態切換本体部１７（およびこれを取り付けている除去デバイス２０）との距離が広がっていくので、除去デバイス２０内からＥＤＴ２１が徐々に繰り出される。このように、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６は、蓋部材めねじ部１５４とともに蓋部材固定部を構成するだけでなく、バネ支持部めねじ部１５３とともにバネ支持部切離し部も構成している。
また、移動前のバネ支持部１５１では、その底面部に設けられているガイド部材貫通孔１５１ａには、切離しガイド部材１５７が貫通している。それゆえ、前述した蓋部材１５２の分離時と同様に、おねじ部１５５の回転に伴ってバネ支持部１５１が前方に移動するに際して、当該バネ支持部１５１の回転移動を切離しガイド部材１５７によって防止することができる。
これにより、おねじ部１５５の回転によって、バネ支持部１５１が円滑に前方に移動するので、おねじ部１５５は、バネ支持部めねじ部１５３から円滑に抜け出ることができ、その結果、前記の通り、バネ支持部１５１がバネ状態切換本体部１７から切り離される。また、ガイド部材貫通孔１５１ａに挿入されている切離しガイド部材１５７は、図１４に示すように、バネ支持部１５１の切り離しに伴って、ガイド部材貫通孔１５１ａから容易に抜け出る。このように、切離しガイド部材１５７は、蓋部材１５２のガイド部材挿入孔１５２ａとともに蓋部材分離ガイド部を構成するだけでなく、バネ支持部１５１のガイド部材貫通孔１５１ａとともに「バネ支持部切離しガイド部」を構成している。
次に、図１２中および図１５に示すように、除去衛星３０は、除去デバイス２０およびデバイス固定装置１０を分離し、スペースデブリ１００の周回軌道から離脱する。除去衛星３０が離脱した後も、除去デバイス２０は、スペースデブリ１００から離れる方向に移動を続けるため、図１２下および図１６に示すように、除去デバイス２０からのＥＤＴ２１の繰り出しが継続し、ＥＤＴ２１が大きく延伸する。ＥＤＴ２１は、最終的には数キロメートル（例えば５〜１０ｋｍ）まで延伸する。その後は、ＥＤＴ２１の作用によってスペースデブリ１００の推進速度が低減し、地球周回軌道からデオービットされる。
このように、本発明に係るデバイス固定装置１０は、伸展部１１となる前方伸展バネ１３Ａを伸展させて、スペースデブリ１００のＰＡＦ１０１内に係合部１２を挿入し、その後、係合部１２から放射状に４本の放射伸展バネ１３Ｂを伸展させる。放射伸展バネ１３Ｂは、突出状態ではＰＡＦ１０１の開口１０２の半径よりも長い棒状で維持されるので、この状態の係合部１２は、ＰＡＦ１０１の開口１０２よりも大きい広がりを有することになる。ＰＡＦ１０１の内部は一般に開口１０２よりも広いものが多いため、複数の放射伸展バネ１３Ｂが伸展した係合部１２はＰＡＦ１０１内で抜け落ちることなく係合される。それゆえ、簡素な構成で除去デバイス２０をスペースデブリ１００に容易に固定することが可能となる。
しかも、ＰＡＦ１０１は、人工衛星をロケットに固定するための機械的インターフェースであって、その構成は基本的に規格化されている。それゆえ、係合部１２の構成に合わせて規格化することが可能となる。加えて、ＰＡＦ１０１の開口１０２の直径は相対的に大きいため、係合部１２をＰＡＦ１０１の開口１０２よりも小さくなるように構成しやすくなる。それゆえ、伸展部１１によってＰＡＦ１０１内に係合部１２を挿入する際にも、高精度な位置制御を行う必要性がない。
さらに、本発明では、伸展部１１および係合部１２がいずれも伸展バネ１３（前方伸展バネ１３Ａおよび放射伸展バネ１３Ｂ）を備えており、これら伸展バネ１３は、バネ状態切換部により収納状態で保持されている。それゆえ、バネ状態切換部が収納状態の保持を順次解除するだけで、前方伸展バネ１３Ａを伸展させてＰＡＦ１０１の開口１０２内に係合部１２を挿入することができ、かつ、放射伸展バネ１３Ｂを伸展させて係合部１２をＰＡＦ１０１内に係合させることができる。これにより、低コストかつ簡素な構成で、スペースデブリ１００に除去デバイス２０を固定することが可能となる。
また、本実施の形態では、バネ状態切換部として、前方伸展バネ１３Ａの押さえ付けを解除することにより収納状態から突出状態に切り換える伸展部バネ状態切換部１５と、放射伸展バネ１３Ｂの基端側への引き付けを解除することにより収納状態から突出状態に切り換える係合部バネ状態切換部１６とを備えている。
このうち、前方伸展バネ１３Ａの押さえ付けは、バネ支持部１５１に蓋部材１５２を固定することにより行われるので、蓋部材１５２を取り外すだけで前方伸展バネ１３Ａは容易に伸展することができる。また、前方伸展バネ１３Ａを支持するバネ支持部１５１を筐体状に構成することで、伸展前の前方伸展バネ１３Ａを筐体内（蓋部材１５２で閉止されたバネ支持部１５１内）に収容して保護することもできる。それゆえ、前方伸展バネ１３Ａが伸展前に外部の影響を受けることを抑制できるので、伸展部１１の信頼性を向上することができる。
また、バネ支持部１５１にＥＤＴ２１を接続することにより、伸展部１１もろともバネ支持部１５１を切り離すだけで、除去デバイス２０からＥＤＴ２１を容易に繰り出して延伸することができる。さらに、本実施の形態では、蓋部材固定部およびバネ支持部切離し部におねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６を用いているので、おねじ部１５５に螺合する「めねじ部」（蓋部材めねじ部１５４およびバネ支持部めねじ部１５３）以外の構成を一つにまとめることもできる。それゆえ、蓋部材固定部およびバネ支持部切離し部としてそれぞれ複数の機構を設ける必要がないため、デバイス固定装置１０の構成を簡素化できるとともに重量増加を回避することも可能となる。
また、放射伸展バネ１３Ｂの基端側への引き付けは、放射伸展バネ１３Ｂの中空内に伸展抑止部材１３１を挿入してその固定端１３１ｃを固定することにより行われるので、固定端１３１ｃの固定を解除するだけで放射伸展バネ１３Ｂは容易に伸展することができる。しかも、放射伸展バネ１３Ｂは放射状に配置されているため、その基端を１箇所に集中することができる。これにより、１個の固定解除部材１６２を用いるだけで、４本の放射伸展バネ１３Ｂを収納状態に保持でき、かつ、収納状態から突出状態への移行を一斉に実施することができる。それゆえ、各放射伸展バネ１３Ｂに複数の固定解除機構を設ける必要がなくなり、デバイス固定装置１０の構成を簡素化できるとともに重量増加を回避することも可能となる。
さらに、バネ状態切換部が本実施の形態のような構成であれば、おねじ部１５５を回転させたり固定解除部材１６２を移動させたりする構成として、公知のシーケンス制御によるモータを好適に用いることができる。このようなモータは、複雑な制御が不要であり、かつ、多くの分野で利用されていることから動作信頼性も高い。それゆえ、デバイス固定装置１０の制御構成の複雑化を回避できるとともに、伸展部１１および係合部１２の動作の信頼性を向上することもできる。
なお、本実施の形態では、伸展部バネ状態切換部１５は、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６を用いることにより、蓋部材固定部およびバネ支持部切離し部を兼用する構成となっているが、本発明はこれに限定されず、蓋部材固定部およびバネ支持部切離し部は、それぞれ独立した機構であってもよい。また、おねじ部１５５に螺合する「めねじ部」（蓋部材めねじ部１５４またはバネ支持部めねじ部１５３）の構成も特に限定されず、例えば、蓋部材めねじ部１５４は、図１に示すような底付き穴を有する構成ではなく、バネ支持部めねじ部１５３のような貫通孔を有する構成であってもよい。
また、蓋部材固定部は、蓋部材１５２をバネ支持部１５１に対して解除可能に固定することで、前方伸展バネ１３Ａを、係合部１２とともに押さえ付けた状態で保持する構成であればよく、バネ支持部切離し部は、伸展部１１および係合部１２とともにバネ支持部１５１を切り離す構成であればよい。したがって、蓋部材固定部およびバネ支持部切離し部は、おねじ部１５５およびおねじ部回転駆動部１５６を備える構成に限定されない。
また、係合部バネ状態切換部１６は、本実施の形態では、４本それぞれの放射伸展バネ１３Ｂの中空内に挿入された伸展抑止部材１３１の固定端１３１ｃを、当該放射伸展バネ１３Ｂの基端から露出させた状態で、まとめて解除可能に固定することにより、それぞれの放射伸展バネ１３Ｂを収納状態に保持する構成であるが、本発明はこれに限定されず、収納状態で保持し、その保持を解除することにより収納状態から突出状態に復帰させる構成であればよい。例えば、伸展抑止部材１３１以外の手法で、放射伸展バネ１３Ｂを、突出状態から基端側に引き付けて収納状態に保持してもよいし、前方伸展バネ１３Ａと同様に、枠体等を利用して伸展端から押さえ付けて収納状態に保持してもよい。
さらに、本実施の形態では、抑止部材固定部材１６１としてラッチ部材を用い、固定解除部材１６２として、ラッチ部材に係合または連結するピン部材を用い、線状部材１６３としては、公知のワイヤを用いているが、本発明はこれに限定されず、同様の機能を有するものであれば、公知の他の構成であっても好適に用いることができる。
また、本実施の形態では、伸展部１１が１本の前方伸展バネ１３Ａで構成され、係合部１２が４本の放射伸展バネ１３Ｂを備えているが、本発明はこれに限定されず、伸展部１１が２本以上の伸展バネ１３を備えてもよいし、係合部１２が備える放射伸展バネ１３Ｂは、３本または５本以上であってもよい。また、伸展部１１には伸展バネ１３以外の構成を備えてもよいし、係合部１２は、伸展バネ１３および伸展バネ固定部材１４以外の構成を備えてもよい。
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、ＰＡＦまたはこれに類似する構造を有するスペースデブリを除去する分野に広く好適に用いることができる。
１０ デバイス固定装置
１１ 伸展部
１２ 係合部
１３ 伸展バネ
１３Ａ 前方伸展バネ
１３Ｂ 放射伸展バネ
１４ 伸展バネ固定部材
１５ 伸展部バネ状態切換部
１６ 係合部バネ状態切換部
１７ バネ状態切換本体部
２０ スペースデブリ除去デバイス
２１ ＥＤＴ
３０ スペースデブリ除去衛星
１００ スペースデブリ
１０１ ＰＡＦ
１０２ ＰＡＦの開口
１０３ 構造体（スペースデブリの一部）
１３１ 伸展抑止部材
１５１ バネ支持部
１５２ 蓋部材
１５３ バネ支持部めねじ部（バネ支持部切離し部）
１５４ 蓋部材めねじ部（蓋部材固定部）
１５５ おねじ部（蓋部材固定部、バネ支持部切離し部）
１５６ おねじ部回転駆動部（蓋部材固定部、バネ支持部切離し部）
１５７ 切離しガイド部材
１６１ 抑止部材固定部材
１６２ 固定解除部材
１６３ 線状部材
１６４ 線状部材巻取部

Claims (12)

  1. ＰＡＦ（Payload Attach Fitting）を有するスペースデブリに対して、スペースデブリ除去デバイスを固定するデバイス固定装置であって、
    前記スペースデブリ除去デバイスに取り付けられ、前方向に伸展する伸展部と、
    当該伸展部の前端に取り付けられ、当該伸展部が伸展していないときには、その全体が前記ＰＡＦの開口よりも小さく、当該伸展部が伸展して前記ＰＡＦの開口内に挿入された後には、当該開口よりも広がって当該ＰＡＦ内に係合するよう構成される、係合部と、
    を備え、
    前記伸展部および前記係合部には、中空で棒状の突出状態から当該突出状態よりも短い収納状態に移行可能な弾性体である、伸展バネが用いられ、
    前記伸展部は、少なくとも前記伸展バネで構成され、当該伸展バネの前端に前記係合部が取り付けられ、
    前記係合部は、突出状態では、前記ＰＡＦの開口の半径よりも長い棒状となる複数本の前記伸展バネと、これら伸展バネを放射状に配置した状態で、前記伸展部となる前記伸展バネの前端に固定する伸展バネ固定部材と、を備え、
    さらに、前記伸展部および前記係合部に用いられる前記伸展バネを収納状態で保持し、その保持を解除することにより収納状態から突出状態に復帰させる、バネ状態切換部と、
    を備えていることを特徴とする、
    スペースデブリ除去デバイス固定装置。
  2. 前記伸展部が備える前記伸展バネを前方伸展バネとし、前記係合部が備える伸展バネを放射伸展バネとしたときに、
    前記バネ状態切換部は、
    前記前方伸展バネを、突出状態から収納状態となるように前端側から押さえ付けて保持するとともに、その押さえ付けを解除することにより、当該前方伸展バネを収納状態から突出状態に復帰させる、伸展部バネ状態切換部と、
    ４本の前記放射伸展バネを、突出状態から基端側に引き付けて収納状態となるように保持するとともに、その引き付けを解除することにより、これら放射伸展バネを収納状態から突出状態に復帰させる、係合部バネ状態切換部と、
    から構成されていることを特徴とする、
    請求項１に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  3. 前記伸展部バネ状態切換部は、
    前記前方伸展バネを、少なくとも後端側で支持するバネ支持部と、
    前記係合部の前方に設けられる蓋部材と、
    当該蓋部材を前記バネ支持部に対して解除可能に固定することで、前記前方伸展バネを、前記係合部とともに押さえ付けた状態で保持する、蓋部材固定部と、
    を備えていることを特徴とする、
    請求項２に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  4. 前記放射伸展バネは、当該放射伸展バネの伸展を抑止して収納状態に保持する伸展抑止部材を備え、
    当該伸展抑止部材は、その一端が前記放射伸展バネの中空の内径よりも大きく、その本体が前記放射伸展バネの中空内に挿入可能な外径を有し、かつ、収納状態の前記放射伸展バネよりも長い柱状であり、
    前記係合部バネ状態切換部は、それぞれの前記放射伸展バネの中空内に挿入された前記伸展抑止部材の他端を、当該放射伸展バネの基端から露出させた状態で、まとめて解除可能に固定することにより、各放射伸展バネを収納状態に保持することを特徴とする、
    請求項２または３に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  5. 前記スペースデブリ除去デバイスは、巻き取られた状態のＥＤＴ（ElectroDynamic Tether）を備え、
    前記バネ支持部の前方には前記前方伸展バネが支持されるとともに、その後方には、前記ＥＤＴの一端が接続され、
    前記伸展部バネ状態切換部は、
    前記前方伸展バネおよび前記放射伸展バネがいずれも突出状態となった後に、巻き取られた状態の前記ＥＤＴを繰り出すために、前記伸展部および前記係合部とともに前記バネ支持部を切り離す、バネ支持部切離し部を、さらに備えていることを特徴とする、
    請求項４に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  6. 前記バネ状態切換部は、その内部に前記伸展部バネ状態切換部および前記係合部バネ状態切換部の一部を収容可能とする筐体状であって、後端側で前記スペースデブリ除去デバイスに直接取り付けられているとともに、前端側で前記バネ支持部を切り離し可能に取り付けている、バネ状態切換本体部を備えており、
    前記バネ支持部切離し部は、
    前記バネ支持部の一部に設けられるバネ支持部めねじ部と、
    当該バネ支持部めねじ部に螺合するおねじ部と、
    前記バネ状態切換本体部内に設けられ、前記おねじ部を回転させるおねじ部回転駆動部と、
    を備えており、
    前記おねじ部の回転により当該おねじ部が前記バネ支持部めねじ部から外れることにより、前記バネ支持部が前記バネ状態切換本体部から切り離されることを特徴とする、
    請求項５に記載のスペースデブリ除去デバイス。
  7. 前記バネ支持部切離し部の前記おねじ部は、前記前方伸展バネに平行な状態で前記バネ支持部を貫通するように配置され、
    前記蓋部材の後面には、前記おねじ部の前端が螺合する蓋部材めねじ部が設けられ、
    前記おねじ部、前記おねじ部回転駆動部、および前記蓋部材めねじ部により前記蓋部材固定部が構成され、
    前記おねじ部が前記蓋部材めねじ部に螺合した状態で、前記前方伸展バネが、前記蓋部材により前記係合部とともに押さえ付けられた状態で保持され、
    前記おねじ部回転駆動部により前記おねじ部が回転して当該おねじ部が前記蓋部材めねじ部から外れることにより、前記蓋部材による前記前方伸展バネを押さえ付けた状態が解除されることを特徴とする、
    請求項６に記載のスペースデブリ除去デバイス。
  8. 前記放射伸展バネが前記伸展抑止部材を備えている構成である場合、
    前記係合部バネ状態切換部は、
    前記伸展抑止部材の他端を固定する抑止部材固定部材と、
    前記前方伸展バネの中空内に入る大きさを有し、当該前方伸展バネの前端から露出した位置で、前記抑止部材固定部材に係合または連結状態にあり、前記前方伸展バネの中空内に引き込む方向に移動することにより前記抑止部材固定部材を固定位置から解除位置に切り換える、固定解除部材と、
    前記前方伸展バネの中空内を貫通するように設けられ、一端が前記固定解除部材に接続される線状部材と、
    当該線状部材の他端に接続され、当該線状部材を巻き取ることにより、前記固定解除部材を前記前方伸展バネの中空内に引き込む方向に移動させる、線状部材巻取部と、
    を備え、
    前記線状部材巻取部は、前記バネ状態切換本体部内に設けられていることを特徴とする、
    請求項６または７に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  9. 前記蓋部材固定部により、前記蓋部材が前記バネ支持部に固定された状態から解除されて、前記前方伸展バネが収納状態から伸長を開始すれば、
    前記線状部材巻取部は、前記前方伸展バネの伸長の程度に応じて、中空内の前記線状部材を繰り出し、
    前記前方伸展バネが突出状態に移行した後に、前記線状部材の巻き取りを開始することを特徴とする、
    請求項８に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のスペースデブリ除去デバイス固定装置を備える、
    スペースデブリ除去デバイス。
  11. スペースデブリ除去衛星に取り付けられていることを特徴とする、
    請求項１０に記載のスペースデブリ除去デバイス。
  12. 前記スペースデブリ除去デバイス固定装置が、前記バネ状態切換部として、前記伸展部バネ状態切換部を備えており、当該伸展部バネ状態切換部が、前記バネ支持部、前記バネ状態切換本体部、および前記バネ支持部切離し部を備えている場合には、
    前記スペースデブリ除去デバイス固定装置が、前記伸展部および前記係合部とともに前記バネ支持部を切り離した後に、前記デブリ除去衛星から分離するよう構成されていることを特徴とする、
    請求項１１に記載のスペースデブリ除去デバイス。

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