JP2017508671A - 宇宙船ドッキングシステム - Google Patents

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Abstract

宇宙船をドッキングさせるための方法及び装置が提供される。装置は、細長部材（３００）、移動システム（３０２、５０４）、及び力管理システム（３０４、６１０）を備える。細長部材は、宇宙船のためのドッキング構造体と関連付けられる。移動システムは、宇宙船のためのドッキング構造体が移動するように、細長部材を軸方向へ移動させるように構成される。複数の細長部材のうちの各々は、独立して移動するように構成される。力管理システムは、移動システムを細長部材と連結させ、細長部材の動作の間に、細長部材の各々によって加えられる力を、望ましい閾値内へ制限するように構成される。【選択図】図１

Description

政府の権利
本開示は、ＮＡＳＡ契約番号ＮＡＳ８‐０１０９９の下における業務の遂行で行われ、１９５８年の米国航空宇宙法（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ａｃｔ）（７２ Ｓｔａｔ．４３５：４２ Ｕ．Ｓ．Ｃ．２４５７）の条項３０５の規定の対象となる。ＮＡＳＡは、本出願において一定の権利を有する。
本開示は、広くは、宇宙船に関し、特に、宇宙船のための連結システムに関する。更により具体的には、本開示は、宇宙船ドッキングシステムのための方法及び装置に関する。
宇宙船連結システムは、２以上の宇宙船を互いに機械的に連結するやり方を提供する。本明細書で使用されるように、宇宙船は、宇宙で幾つかの作業を実行するように構成された、輸送体、船舶（ｖｅｓｓｅｌ）、又は機械である。宇宙船は、短期の宇宙飛行のために構成された自己推進式の宇宙輸送体、又はより長期間宇宙に留まるように構成された宇宙船であり得る。他の場合には、宇宙船は、宇宙ステーション、衛星、又は他の何らかの適切な構造体であり得る。
２つの宇宙船を連結させることは、一方の宇宙船から他方の宇宙船へ資源（ｒｅｓｏｕｒｃｅ）を移動するために望ましいだろう。例えば、スペースシャトルは、宇宙ステーションとドッキングし、宇宙ステーションのための人員や補給品を提供し得る。他の実施例では、スペースシャトルは、衛星とドッキングし、衛星の構成要素の１以上の保守及び再処理を実行し得る。
この例示的な実施例では、連結される宇宙船のペアが、アクティブな輸送体とターゲット構造体を含む。アクティブな輸送体は、ターゲット構造体に接近している宇宙船である。例えば、アクティブな輸送体が宇宙船であり、一方、ターゲット構造体が宇宙ステーションであり得る。宇宙船は、連結するために宇宙ステーションに接近する。２つの宇宙船の連結は、ドッキング又はバーシング（ｂｅｒｔｈｉｎｇ）と呼ばれ得る。
ドッキングに際して、アクティブな輸送体は、自己の推進力で移動し、連結システムの２つの半分、すなわち、アクティブな輸送体上のものとターゲット構造体上のものとを、互いに必要とされる近傍内へと運ぶ。その要件が満たされると、その後、ドッキングシステムが使用されて、宇宙船を共に連結させる。ドッキングシステムが、アクティブな輸送体とターゲット構造体を、捕捉し、位置合わせし、且つ強固に連結させる能力を未だ提供しているときに、ドッキングシステムは、輸送体の間の初期的な位置ずれを許容するように設計されている。ある場合では、アクティブな輸送体が、ターゲット構造体に向けてその移動を遅くし又は停止して、ドッキングシステムを外側へ延伸させ、ターゲット構造体と接触及び位置合わせする。
一方、宇宙船のうちの一方に関連付けられた外部に取り付けられたデバイスが使用されて、アクティブな輸送体をターゲット構造体の必要とされる近傍内へ運んだときに、バーシングが行われる。ある場合では、このデバイスが、連結のための準備において、一方の宇宙船を他方の宇宙船に取り付け、構造体を互いに向けて導くロボットアームである。
宇宙船のための連結システムを使用する際に、コントローラは、連結システムのアクティブな半分が、ターゲット構造体を上手く捉え、２つを位置合わせし、且つ強固な連結の確立のために２つの半分を準備するために、連結システムを関節接合（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）するように設計されている。しかし、宇宙船連結システムのためのこれらのコントローラは、望まれるよりも複雑であり得る。例えば、アクティブな輸送体とターゲット構造体が望ましいやり方で係合することを保証するために、複雑な制御法則（ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｗ）が必要とされ得る。これらのシステムも、宇宙船に対して望まれるよりも重い可能性がある。
更に、宇宙船を連結させるための制御システムの複雑さが増加すると、サブシステム及び構成要素レベルにおける、より多くの故障の可能性が高まるので、連結システムの故障の可能性が増加する。したがって、上記の問題点の少なくとも幾つかと、他の起こり得る問題点とを考慮した方法及び装置を有することが望ましい。
例示的な一実施形態では、装置が、細長部材、移動システム、及び力管理システムを備える。細長部材は、宇宙船のためのドッキング構造体と関連付けられる。移動システムは、宇宙船のためのドッキング構造体が移動するように、細長部材を軸方向へ移動させるように構成される。複数の細長部材のうちの各々は、独立して移動する。力管理システムは、移動システムを細長部材と連結させ、細長部材の動作の間に、細長部材の各々によって加えられる力を、望ましい閾値内へ制限するように構成される。
別の例示的な一実施形態では、宇宙船をドッキングさせるための方法が提示される。細長部材は、宇宙船のためのドッキング構造体が移動するように、軸方向へ移動される。複数の細長部材のうちの各々は、独立して移動する。細長部材の動作の間に、細長部材の各々によって加えられる力は、望ましい閾値内へ制限される。
更に別の例示的な一実施形態では、宇宙船のためのドッキングシステムが、キャプチャーリング（ｃａｐｔｕｒｅ ｒｉｎｇ）、キャプチャーリングに関連付けられた細長部材、位置合わせ特徴、モータ、及びモータを細長部材と連結させる力管理システムを備える。位置合わせ特徴は、キャプチャーリングの係合面に沿って配置され、キャプチャーリングを第２の構造体と位置合わせするように構成される。モータは、宇宙船のキャプチャーリングが、幾つかの自由度を伴って移動するように、細長部材を軸方向へ移動させるように構成される。複数の細長部材のうちの各々は、独立して移動する。力管理システムは、細長部材の動作の間に、細長部材の各々によって加えられる力を、望ましい閾値内へ制限するように構成される。
これらの特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態で単独で実現してもよいし、更に別の実施形態で組み合わせてもよい。以下の説明及び図面を参照して、これらの実施形態の更なる詳細を理解することができる。
更に、本開示は以下の条項に係る実施形態を含む。
条項１
宇宙船のためのドッキングシステムであって、
キャプチャーリング、
前記キャプチャーリングに関連付けられた細長部材、
前記キャプチャーリングの係合面に沿って配置され、前記キャプチャーリングを第２の構造体と位置合わせするように構成された、位置合わせ特徴、
前記宇宙船の前記キャプチャーリングが幾つかの自由度を伴って移動するように、前記細長部材を軸方向へ移動させるように構成されたモータであって、前記細長部材の各々が独立して移動する、モータ、及び
前記モータを前記細長部材と連結させ、前記細長部材の動作の間に、前記細長部材の各々によって加えられる力を、望ましい閾値内へ制限するように構成された、力管理システムを備える、ドッキングシステム。
条項２
前記第２の構造体によって加えられた荷重に応じて、前記力管理システムが、前記細長部材の前記各々によって加えられる前記力を受動的に制限し、前記力が前記望ましい閾値に到達したときに、力管理システムがスリップするように構成され、それによって、対応する細長部材が第１の位置から第２の位置へ移動する、条項１に記載のドッキングシステム。
条項３
前記モータが、延伸、減衰、又は後退のうちの少なくとも１つから選択された状態で動作するように構成される、条項１に記載のドッキングシステム。
条項４
前記細長部材によって加えられた前記力が、前記第２の構造体に対する前記キャプチャーリングの位置に基づいて制限される、条項１に記載のドッキングシステム。
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲内で説明される。しかし、例示的な実施形態並びに好ましい使用モード、更なる目的及びそれらの特徴は、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるだろう。
例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキング環境の図である。 例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキング環境のブロック図である。 例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキング環境のブロック図である。 例示的な一実施形態による、移動システムの動作の状態の間の変化の状態図である。 例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキングシステムの図である。 例示的な一実施形態による、アクチュエータアセンブリの図である。 例示的な一実施形態による、第２の構造体と係合しているドッキングシステムの図である。 例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの別の図である。 例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの別の図である。 例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの更に別の図である。 例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムのまた更に別の図である。 例示的な一実施形態による、延伸状態にあるドッキングシステムのグラフである。 例示的な一実施形態による、減衰モードにあるドッキングシステムのグラフである。 例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスのフローチャートである。 例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスの別のフローチャートである。 例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスの更に別のフローチャートである。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態にある宇宙船の製造及び保守方法の図である。 例示的な一実施形態による、ブロック図の形態にある宇宙船の図である。
例示的な実施形態は、１以上の種々の検討事項を認識し、且つ、考慮する。例えば、例示的な実施形態は、宇宙船のためのドッキングシステムの複雑さを低減させることが望ましいだろうことを認識し、且つ、考慮する。例えば、幾つかの最近使用されている宇宙船のためのドッキングシステムは、荷重センサシステム、複雑な制御法則、及びソフトウェアアプリケーションを使用して、一方の宇宙船を他方の宇宙船に連結させる。これらのシステムは、複雑になりがちで、望ましく機能しない可能性がある。
例示的な実施形態は、宇宙船の重量を低減させることが望ましいことも認識し、且つ、考慮する。例えば、宇宙船の重量を低減させることは、宇宙船が打ち上げ機の幅広い選択肢を有し、又はそれと引き換えに、より大きなペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）を運ぶことを可能にする。宇宙船のための重量の低減は、宇宙で作業を実行することに関しても望ましい。より大きくより重たい宇宙船は、望まれる程度に容易に移動することができないだろう。
しかし、例示的な実施形態は、複雑なコントローラを有するドッキングシステムを使用することが、コントローラの動作をサポートするために増加されたハードウェアを含み得ることを認識し、且つ、考慮する。この増加されたハードウェアは、宇宙船に対して望まれるよりも大きな重量を追加し得る。
したがって、例示的な実施形態は、宇宙船をドッキングさせるための方法及び装置を提供する。例示的な実施形態は、宇宙船のために現在使用されているドッキングシステムよりも軽い、簡略化された方法及びドッキングシステムを提供する。
例示的な一実施例では、装置が、細長部材、移動システム、及び移動システムを細長部材に連結させる力管理システムを備える。細長部材は、宇宙船のためのドッキング構造体と関連付けられる。移動システムは、宇宙船のためのドッキング構造体が移動するように、細長部材を軸方向へ移動させるように構成される。複数の細長部材のうちの各々は、互いから独立して移動する。力管理システムは、細長部材の動作の間に、細長部材の各々によって加えられる力を、望ましい閾値内へ制限するように構成される。
ここで図面、特に図１を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキング環境の図が描かれている。この例示的な実施例では、ドッキング環境１００が、宇宙船１０２及び構造体１０４を含む。この例示的な実施例では、宇宙船１０２が、構造体１０４と連結するように構成される。
描かれているように、宇宙船１０２は、様々な形態をとる。例えば、非限定的に、宇宙船１０２は、宇宙輸送体、スペースシャトル、衛星、宇宙ステーション、又は他の何らかの適切なタイプの宇宙船のうちの１つから選択され得る。構造体１０４も、宇宙輸送体、スペースシャトル、宇宙ステーション、衛星、又は他の何らかの適切な構造体の形態をとり得る。他の例示的な実施例では、構造体１０４が、静止した構造体であり得る。この例示的な実施例では、宇宙船１０２がスペースシャトル１０６の形態をとり、構造体１０４が宇宙ステーション１０７の形態をとる。
この描かれている実施例では、ドッキングシステム１０８が、宇宙船１０２に関連付けられる。本明細書で使用されるように、１つの構成要素が別の構成要素と「関連付けられる」ときには、その関連付けは、描かれている実施例における物理的な連結である。
例えば、ドッキングシステム１０８などの第１の構成要素は、第２の構成要素に固定されること、第２の構成要素に接合されること、第２の構成要素に取り付けられること、第２の構成要素に溶接されること、第２の構成要素に締結されること、及び／又は他の何らかの適切なやり方で第２の構成要素に連結されることによって、宇宙船１０２などの第２の構成要素に関連付けられると考えられ得る。第１の構成要素は、第３の構成要素を使用して第２の構成要素に連結されてもよい。更に、第１の構成要素は、第２の構成要素の部分として、第２の構成要素の延長として、又はこれらの両方として形成されることにより、第２の構成要素に関連付けられると考えられ得る。
ドッキングシステム１０８は、２つの構造体を共に連結させるように構成された機械アセンブリを形作る。特に、ドッキングシステム１０８は、第１の構造体であるスペースシャトル１０６と第２の構造体である宇宙ステーション１０７を連結させるように構成される。
この例示的な実施例では、ドッキングシステム１０８が、スペースシャトル１０６から延伸し、宇宙ステーション１０７と接触するように構成される。この接触は、捕捉（ｃａｐｔｕｒｅ）と呼ばれ得る。この例示的な実施例では、捕捉が、最初にスペースシャトル１０６を宇宙ステーション１０７に連結させるために使用されるプロセスである。
スペースシャトル１０６と宇宙ステーション１０７との間で捕捉が完了した後に、ドッキングシステム１０８が宇宙ステーション１０７とスペースシャトル１０６を位置合わせするように指示命令され、その後に、ドッキングシステム１０８のアクティブリングが、宇宙ステーション１０７内のドッキングリングに対するドッキングシステム１０８の最終的な固い連結を支持する望ましい位置へと後退し、ドッキングプロセスを完了する。この例示的な実施例では、ドッキングシステム１０８が、セクション１１０で示されている。
次に図２を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキング環境のブロック図が描かれている。図１のドッキング環境１００は、この図でブロック図の形態で示されるドッキング環境２００に対する例示的な一実施態様である。
描かれているように、ドッキング環境２００は、宇宙船２０２及び構造体２０４を含む。図１の宇宙船１０２と構造体１０４は、この図で、それぞれ、ブロック図の形態で示される宇宙船２０２と構造体２０４に対する例示的な一実施態様である。
この例示的な実施例では、宇宙船２０２が、幾つかの異なる形態をとり得る。例えば、宇宙船２０２は、宇宙輸送体、スペースシャトル、衛星、宇宙ステーション、又は他の何らかの適切なタイプの構造体の形態をとり得る。この描かれている実施例では、宇宙船２０２が、アクティブな輸送体である。言い換えると、宇宙船２０２は、宇宙において何らかのやり方で移動している。この例示的な実施例では、宇宙船２０２が、構造体２０４に対して移動している可能性がある。
描かれているように、宇宙船２０２には、推進システム２０６、着陸システム２０８、及びドッキングシステム２１０が装備されている。推進システム２０６は、宇宙船２０２を加速させるように構成される。推進システム２０６は、宇宙船２０２を移動させることができる、ロケットエンジン、電磁推進要素、及び他の適切なタイプの機構のうちの少なくとも１つを含み得る。
本明細書で使用されるように、列挙された項目と共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙された項目のうちの１以上の種々の組み合わせが使用可能であり、かつ、列挙された項目のうち１つだけあればよいということを意味する。項目とは、特定の物体、物品、又はカテゴリのことである。すなわち、「〜のうちの少なくとも１つ」は、項目の任意の組み合わせを意味し、いくつかの項目が列挙から使用され得るが、列挙された項目の全てが必要なわけではない。
例えば、「項目Ａ、項目Ｂ、及び項目Ｃのうちの少なくとも１つ」は、例えば、「項目Ａ」、「項目Ａと項目Ｂ」、「項目Ｂ」、「項目Ａと項目Ｂと項目Ｃ」、又は「項目Ｂと項目Ｃ」を意味し得る。ある場合には、「項目Ａ、項目Ｂ、及び項目Ｃのうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、「２個の項目Ａと１個の項目Ｂと１０個の項目Ｃ」、「４個の項目Ｂと７個の項目Ｃ」、又は他の好適な組み合わせを意味し得る。
この例示的な実施例では、着陸システム２０８が、望ましい表面上に着陸している間に、宇宙船２０２を補助するように構成される。例えば、着陸システム２０８は、月に着陸する際に、宇宙船２０２を補助するように設計され得る。他の実施例では、着陸システム２０８が、地球の大気圏に再突入する際に、宇宙船２０２を保護するように構成された構成要素を含む。着陸システム２０８は、エアバッグ、パラシュート、着陸ギア、及び他の適切なタイプの構成要素などの、様々な構成要素を含む。
ドッキングシステム２１０は、宇宙船２０２を構造体２０４に連結させるように構成される。特に、ドッキングシステム２１０は、宇宙船２０２のドッキング構造体２１２を構造体２０４に連結させるように構成される。言い換えると、ドッキング構造体２１２は、宇宙船２０２を構造体２０４に連結させる。図１のドッキングシステム１０８は、この図でブロック図の形態で示されているドッキングシステム２１０に対する例示的な一実施態様である。
この例示的な実施例では、ドッキング構造体２１２が、幾つかの異なる形態をとり得る。例えば、非限定的に、ドッキング構造体２１２は、キャプチャーリング、ドッキングベース、ロッド、及び他の適切なタイプの構造体のうちの１つから選択される。
この描かれている実施例では、ドッキング構造体２１２がキャプチャーリング２１６である。この例示的な実施例では、キャプチャーリング２１６が、円形構造の構成要素である。キャプチャーリング２１６は、例えば、非限定的に、望ましいレベルの剛性を提供する、金属、金属合金、又は他の何らかの適切なタイプの材料などの、様々なタイプの材料から成り得る。
描かれているように、この例示的な実施例では、キャプチャーリング２１６が、アクティブリングである。言い換えると、キャプチャーリング２１６は、構造体２０４に対して移動されるように構成される。例えば、ドッキングシステム２１０は、キャプチャーリング２１６が望ましいやり方で構造体２０４と係合するように、構造体２０４に向けてキャプチャーリング２１６を移動させる。
示されているように、構造体２０４も、幾つかの異なる形態をとり得る。例えば、構造体２０４は、ドッキングリング、宇宙ステーション、衛星、及び宇宙船から選択され得る。この描かれている実施例では、構造体２０４が宇宙ステーション２１４である。
宇宙ステーション２１４は、長期間宇宙に滞在するように設計された宇宙船である。この例示的な実施例では、宇宙ステーション２１４が、推進システム及び着陸システムを含まないだろう。
宇宙ステーション２１４は、受動的なドッキングリング２１８を含む。キャプチャーリング２１６に類似して、ドッキングリング２１８は、円形構造の構成要素である。この例示的な実施例では、ドッキングリング２１８が、受動的な構造体である。言い換えると、ドッキングリング２１８は、宇宙船２０２の構造体２０４とのドッキングの間に、静止したままであり移動しない。
示されているように、宇宙船２０２内のキャプチャーリング２１６は、宇宙ステーション２１４内のドッキングリング２１８と連結して、宇宙船２０２をドッキングさせるように構成される。ドッキングは、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４との間の資源の交換のために実行され得る。キャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８は、同じサイズ及び形状のリングである。
ドッキングの間に、推進システム２０６は、ドッキングのために宇宙船２０２を宇宙ステーション２１４に向けて推進させる。宇宙船２０２が宇宙ステーション２１４に近づく際に、推進システム２０６は、速度を下げるか又は停止する。その後、キャプチャーリング２１６を有するドッキングシステム２１０は、宇宙船２０２から延伸し、宇宙ステーション２１４内のドッキングリング２１８と位置合わせする。キャプチャーリング２１６の係合面が、ドッキングリング２１８に対して望ましい距離内及び望ましい方向で配置されたときに、キャプチャーリング２１６は、ドッキングリング２１８と位置合わせされる。
キャプチャーリング２１６が、ドッキングリング２１８の望ましい距離２１５内にあり、望ましい配置２１７を有するときに、ドッキングリング２１８とキャプチャーリング２１６は互いに固定され、宇宙船２０２を宇宙ステーション２１４にドッキングさせ得る。取り付けシステムが起動されて、ドッキングリング２１８をキャプチャーリング２１６に取り付けるように、望ましい距離２１５が選択される。取り付けシステムが起動されたときに、ドッキングリング２１８とキャプチャーリング２１６が、ドッキングリング２１８とキャプチャーリング２１６との間の自由な動きを妨げる配置を有するように、望ましい配置２１７が選択される。
次に図３を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキングシステムのブロック図が描かれている。図２からのドッキングシステム２１０を実装するために使用され得る、構成要素の実施例が、この図で示されている。
ドッキング構造体２１２に加えて、ドッキングシステム２１０は、細長部材３００、移動システム３０２、力管理システム３０４、及び取り付けシステム３０６を含む。示されているように、細長部材３００は、ドッキング構造体２１２に関連付けられた構造体である。
細長部材３００は、様々な形態をとり、様々なタイプの材料から成り得る。例えば、細長部材３００は、アクチュエータアーム、ロッド、ボールねじのための取付具、又は他の適切なタイプの細長部材のうちの少なくとも１つから選択され得る。更に、細長部材３００は、金属、金属合金、複合材料、又は他の何らかの適切なタイプの材料のうちの少なくとも１つから選択された１以上の材料から成り得る。
この例示的な実施例では、細長部材３００が、幾つかの異なる形状を有し得る。例えば、細長部材は、円筒形状、六角形状、八角形状であり、又は他の何らかの形状を有し得る。この描かれている実施例では、複数の細長部材３００が、細長部材３０８を含む。
示されているように、細長部材３００は軸方向に移動するように構成され、それによって、ドッキング構造体２１２が移動する。この例示的な実施例では、軸方向の移動が、細長部材３００の各々を通って中央に延在する軸に沿った移動である。例えば、細長部材３０８の軸方向の移動は、細長部材３０８を通って中央に延材する軸３１２に沿った移動である。言い換えると、細長部材３０８は、軸３１２に沿った機構部分（ｍｏｖｅｍｅｎｔ）を通って軸方向に移動する。
この例示的な実施例では、細長部材３０８が、軸３１２に沿って延伸し、後退する。細長部材３００は、細長部材３００とドッキング構造体２１２との間のジョイント３０７を使用して、ｘ平面、ｙ平面、及びｚ平面において延伸し、後退し得る。例示的な一実施例では、細長部材３００が、キャプチャーリング２１６に対してスチュワートプラットフォーム（Ｓｔｅｗａｒｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ）の配置で連結される。
示されているように、細長部材３００は、キャプチャーリング２１６の周りに配置され、ジョイント３０７においてキャプチャーリング２１６の下側面に連結される。キャプチャーリング２１６は、細長部材３００が移動する際に、移動する。
この例示的な実施例では、ジョイント３０７が、ユニバーサルジョイントである。ジョイント３０７は、ドッキング構造体２１２を細長部材３００に取り付ける機械的なカップリングを含み、それによって、ドッキング構造体２１２と細長部材３００が互いに調和（ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ）していないときに、移動の自由度が未だ存在する。
細長部材３００が移動すると、ドッキング構造体２１２も移動する。したがって、細長部材３００及びドッキングシステム２１０は、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向へ移動するように構成される。特に、細長部材３００は、幾つかの自由度３１４を伴ってドッキング構造体２１２を移動させる。本明細書で使用されるように、「幾つかの」項目は、１以上の項目を意味する。この例示的な実施例では、幾つかの自由度３１４が、１以上の自由度である。
この例示的な実施例では、幾つかの自由度３１４が、ドッキング構造体２１２の３次元空間における移動の能力を指す。この例示的な実施例では、ドッキング構造体２１２が、６つの自由度を伴って移動する。言い換えると、ドッキング構造体２１２は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿った並進運動、及びｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の周りの回転運動を行うことができる。
この描かれている実施例では、移動システム３０２が、細長部材３００を軸方向に移動させるように構成され、それによって、ドッキング構造体２１２は、幾つかの自由度３１４を伴って移動する。移動システム３０２は、モータ３１６を備える。この例示的な実施例では、モータ３１６が、電流、油圧、空気圧、又は他の何らかの適切なエネルギー源のうちの少なくとも１つによって動作される。
この描かれている実施例では、複数のモータ３１６の各モータが、複数の細長部材３００のうちの異なる１つの細長部材に対応する。複数のモータ３１６の各モータは、複数の細長部材３００のうちの１つの細長部材を移動させる。例えば、複数のモータ３１６のうちのモータ３１８は、複数の細長部材３００のうちの細長部材３０８に対応する。したがって、モータ３１８は、細長部材３０８を軸方向へ移動させるように構成される。
複数の細長部材３００の各細長部材が移動する際に、ドッキング構造体２１２が移動する。例えば、ドッキング構造体２１２は、複数の細長部材３００のうちの１以上が移動する際に、傾き、回転し、軸に沿って移動し、又はそれらの何らかの組み合わせを行い得る。
この描かれている実施例では、複数の細長部材３００のうちの各々が、複数のモータ３１６を使用して互いに独立して移動する。別の表現をすると、細長部材３００の各々は、他の細長部材３００の移動とはかかわりなく、望ましいやり方で移動され得る。結果として、ドッキング構造体２１２は、幾つかの自由度３１４を伴って移動し得る。
この例示的な実施例では、移動システム３０２が、状態機械３１３によって決定された状態３１５で動作するように構成される。状態３１５は、ドッキングシステム２１０が望ましいやり方で動作するところの、ドッキングシステム２１０の状態である。状態３１５は、延伸、減衰、後退、又は他の何らかの適切な状態のうちの少なくとも１つから選択され得る。移動システム３０２は、ドッキングの異なる段階の間に、異なる状態３１５で動作する。
例えば、状態３１５が延伸であるときに、モータ３１６は、細長部材３００及びドッキング構造体２１２を、図２の構造体２０４に向けて移動させる。状態３１５が後退であるときに、モータ３１６は、細長部材３００及びドッキング構造体２１２を、構造体２０４から離れるように宇宙船２０２へ向けて移動させる。ドッキングシステム２１０の状態３１５は、図４においてより詳細に説明される。
示されているように、モータ３１６の各々は、細長部材３００が移動の速度３２７を有するように、動作するように構成される。移動の速度３２７は、モータがその対応する細長部材を移動させるところの、スピードである。この例示的な実施例では、移動の速度３２７が、指示命令された速度３２８である。例えば、モータ３１６の各々は、モータ３１６によって生成されたトルクが、指示命令された速度３２８での細長部材３００の軸方向の移動に変換されるように、動作するように構成される。
この例示的な実施例では、指示命令された速度３２８が、所定の速度である。言い換えると、指示命令された速度３２８は、ドッキングシステム２１０のための制御システムに基づいて動的に変動しない。モータ３１６は、延伸に反対する抵抗が存在しなければ、指示命令された速度３２８で細長部材３００を延伸させる。
この例示的な実施例では、指示命令された速度３２８が、細長部材３００の各々に対して同じ速度又は異なる速度であり得る。例えば、モータ３１６の各々は、１秒当たり１インチの速度で細長部材３００を延伸させるように指示命令され得る。例示的な別の一実施例では、モータ３１６が、特定の実施態様に応じて、より遅い又は速い速度で、細長部材３００を延伸させるように指示命令され得る。
この例示的な実施例では、モータ３１８が、指示命令された速度３２８で細長部材３０８を移動させる。指示命令された速度３２８は、制御システムに基づいて変動しない。代わりに、モータ３１８は、キャプチャーリング２１６がドッキングリング２１８と接触する際に、図２のドッキングリング２１８によって細長部材３０８に加えられる荷重３３８に基づいて、細長部材３０８の移動の速度３２７を低減させるように構成される。このやり方で、移動の速度３２７は、荷重３３８のサイズが増加するに従って遅くなる。
描かれているように、力管理システム３０４は、移動システム３０２を細長部材３００に連結させる。力管理システム３０４は、１つの構成要素から別の構成要素への力の伝達を提供する、機械装置である。力管理システム３０４によって伝達される力は、モータ３１６によって生成されるトルクである。
力管理システム３０４は、幾つかの異なる形態をとり得る。例えば、非限定的に、力管理システム３０４は、滑りクラッチ、油圧クラッチ、電磁クラッチ、電磁モータ、ソフトウェア、電子コントローラ、又は力の伝達を制限することができる他の何らかの適切なタイプの装置のうちの少なくとも１つから選択され得る。
力管理システム３０４は、モータ３１６及び細長部材３００に対応する。言い換えると、力管理システム３０４、モータ３１６、及び細長部材３００のうちの１つは、ドッキングシステム２１０の動作可能な構成要素を形成する。この描かれている実施例では、ドッキングシステム２１０の動作可能な構成要素が、アクチュエータアセンブリ３２５である。この例示的な実施例では、アクチュエータアセンブリ３２５が、リニアアクチュエータであり得る。アクチュエータアセンブリ３２５は、細長部材３０８、モータ３１８、力管理システム３２０、及び（この図では示されていない）他の構成要素を含む。
この例示的な実施例では、力管理システム３０４が、移動システム３０２から細長部材３００へ力を伝達し、細長部材３００を望ましいように移動させる。移動システム３０２から細長部材３００へ力を伝達することにおいて、力管理システム３０４は、細長部材３００の各々の移動の間に、細長部材３００の各々によって加えられる力３４２を、望ましい閾値３４４内に制限する。力３４２は、モータ３１６の各々によって供給されるトルクに基づいている。力３４２は、ドッキングリング２１８によって加えられる荷重３３８に対抗する。
描かれているように、望ましい閾値３４４は、図２からの宇宙ステーション２１４のドッキングリング２１８上に加えられる、細長部材３００の各々の最大力であり得る。この例示的な実施例では、望ましい閾値３４４が、所定の値である。例示的な一実施例では、望ましい閾値３４４が１０ポンドの力である。他の例示的な実施例では、望ましい閾値３４４が、１ポンドの力、３ポンドの力、２０ポンドの力、又は他の何らかの適切な値であり得る。
この描かれている実施例では、複数の力管理システム３０４が、力管理システム３２０を含む。力管理システム３２０は、モータ３１８を細長部材３０８に連結し、モータ３１８から細長部材３０８へ力を伝達し、それによって、細長部材３０８が移動する。この例示的な実施例では、力管理システム３２０が、細長部材３０８によって加えられる力３４２を、望ましい閾値３４４内に制限する。
示されているように、力管理システム３２０は、滑りクラッチ３２２である。滑りクラッチ３２２は、トルクの伝達が、設計されているよりも高いレベルのトルクを伝達するならば、該トルクの伝達を制限する装置である。この例示的な実施例では、滑りクラッチ３２２が、受動的な装置である。言い換えると、滑りクラッチ３２２は、制御システムによって送られた信号に応じて、その挙動を変化させない機械的な構成要素である。
この例示的な実施例では、滑りクラッチ３２２が、モータ３１８のトルクを制御することによって力３４２を制御する。滑りクラッチ３２２は、力３４２が望ましい閾値３４４に到達したときに滑るように構成され、それによって、細長部材３０８は、望ましい閾値３４４において力３４２を伝達することを継続する一方で、第１の位置３４６から第２の位置３４８へ移動する。
この描かれている実施例では、第１の位置３４６は、力３４２が望ましい閾値３４４に到達したときの細長部材３０８の長さである。第２の位置３４８は、滑りクラッチ３２２の滑りが生じて、力３４２が望ましい閾値３４４未満に下がった後の細長部材３０８の長さである。
この例示的な実施例では、ドッキング構造体２１２が、係合インターフェース３３２及び位置合わせ特徴３３６を備える。この例示的な実施例では、係合インターフェース３３２が、キャプチャーリング２１６の上側面である。係合インターフェース３３２は、図２の宇宙ステーション２１４のドッキングリング２１８と係合するキャプチャーリング２１６の一部分である。
示されているように、位置合わせ特徴３３６は、キャプチャーリング２１６に取り付けられた構造上の構成要素である。位置合わせ特徴３３６は、キャプチャーリング２１６に沿って配置される。
この例示的な実施例では、位置合わせ特徴３３６が、様々なタイプの材料から成り、幾つかの異なる形状を有し得る。例えば、位置合わせ特徴３３６は、金属、金属合金、又は他の適切なタイプの材料及び材料の組み合わせから成り得る。位置合わせ特徴３３６は、三角形状、矩形状であり、又は他の何らかの適切な形状を有し得る。ある例示的な実施例では、位置合わせ特徴３３６が、「ペタル（ｐｅｔａｌ）」と呼ばれ得る。
描かれているように、位置合わせ特徴３３６は、宇宙船２０２のドッキングシステム２１０を、宇宙ステーション２１４内のドッキングリング２１８に導き、且つ、それと位置合わせするように構成される。宇宙船２０２及び宇宙ステーション２１４が接触すると、位置合わせ特徴３３６が、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４を互いに対して位置決めする。
この例示的な実施例では、図３からの取り付けシステム３０６が、ドッキング構造体２１２を構造体２０４に固定するように構成される。取り付けシステム３０６は、ドッキング構造体２１２を構造体２０４に取り付けるように構成された様々な構成要素を含み得る。例えば、非限定的に、取り付けシステム３０６は、ラッチ、ロック、電磁石、又はキャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８との間の連結を維持するための他の何らかの装置を含み得る。
宇宙船２０２を宇宙ステーション２１４に連結させることにおいて、モータ３１６は、細長部材３００を軸方向に移動させ、それによって、宇宙船２０２のためのキャプチャーリング２１６が移動する。この移動は、ドッキングシステム２１０内の各アクチュエータアセンブリに対して、指示命令された速度３２８で生じる。
ドッキングシステム２１０が、宇宙ステーション２１４内のドッキングリング２１８の方向に延伸し、キャプチャーリング２１６の係合インターフェース３３２が、キャプチャーリング２１６に沿った１以上のポイントにおいてドッキングリング２１８と係合する。細長部材３３０及びキャプチャーリング２１６は、ドッキングリング２１８に力３４２を加える。
それに応じて、ドッキングリング２１８は、ドッキングリング２１８と接触したキャプチャーリング２１６に沿ったポイントにおいて、キャプチャーリング２１６に荷重３３８を加える。例えば、キャプチャーリング２１６は、キャプチャーリング２１６と細長部材３０８のジョイントの近くのポイントにおいて、ドッキングリング２１８と接触し得る。
ドッキングリング２１８は、そのポイントにおいてキャプチャーリング２１６に荷重３３８を加えるので、細長部材３０８の延伸は遅くなる。ドッキングリング２１８によってキャプチャーリング２１６に荷重３３８が加えられる際に、細長部材３００が、ドッキングリング２１８に沿った様々なポイントと接触し、速度を遅くするまで、他の細長部材３００は、指示命令された速度３２８で移動し続ける。言い換えると、ドッキングリング２１８によってキャプチャーリング２１６に加えられる荷重３３８は、細長部材３００によってキャプチャーリング２１６に加えられる力３４２を決定する。このやり方において、アクチュエータアセンブリ３２５は、ドッキングシステム２１０内の他のアクチュエータアセンブリから独立して動作する。
この例示的な実施例では、位置合わせ特徴３３６が、キャプチャーリング２１６をドッキングリング２１８に対して位置合わせする。ドッキングシステム２１０が宇宙ステーション２１４に向けて延伸するときに、状態３１５は延伸である。
キャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８が望ましいやり方で位置合わせされたときに、取り付けシステム３０６は、キャプチャーリング２１６をドッキングリング２１８に固定する。ドッキングシステム２１０の状態３１５は、時間内にこのポイントで捕捉される。
キャプチャーリング２１６をドッキングリング２１８に固定するために、一旦、取り付けシステム３０６が起動されると、状態３１５は減衰に変化する。減衰の間に、細長部材３００の各々によって加えられる力３４２は、力管理システム３０４を使用して調整される。特に、力管理システム３０４の設定は、荷重３３８に基づいて調整される。例えば、細長部材３０８によってドッキングリング２１８に加えられる力３４２が、望ましい閾値３４４に到達したときに、滑りクラッチ３２２はトルクの伝達を制限する。
時間内のこのポイントでの荷重３３８は、細長部材３０８によって加えられる力３４２よりも大きく成り得る。結果として、細長部材３０８は、第１の位置３４６から第２の位置３４８へと短くなり、一方、滑りクラッチ３２２は、細長部材３０８による伝達力を制限し得る。選択された許容誤差の範囲内で、キャプチャーリング２１６及びドッキングリング２１８がもはや互いに対して移動しなくなるまで、プロセスはこのやり方で継続する。
このやり方で、力管理システム３０４は、宇宙ステーション２１４のドッキングリング２１８によって加えられる荷重３３８に応じて、細長部材３００の各々によって加えられる力３４２を受動的に制限する。言い換えると、ドッキングシステム２１０の制御は、この例示的な実施例では機械的なものであり、宇宙船２０２、宇宙ステーション２１４、又はそれらの組み合わせ内の、電子制御システム、制御法則、又はソフトウェアアプリケーションからの干渉なしに生じる。結果として、宇宙船２０２の宇宙ステーション２１４へのドッキングは、ドッキングシステム２１０を有する宇宙船２０２の重量又は複雑さを増加させることなしに行われる。更に、ドッキングシステム２１０及びその機械的な構成要素の複雑さは、一部の現在使用されているソフトウェアベースのシステムよりも小さくなるようである。
図２及び図３のドッキングシステム２１０の図解は、例示的な一実施形態が実装されるやり方に対する、物理的な又は構造的な限定を示唆することを意図していない。示されている構成要素に加えて又は代えて、他の構成要素が使用されてもよい。一部の構成要素は、オプションであり得る。また、ブロックは、ある機能的な構成要素を示すために提示されている。例示的な一実施形態において実装されるときに、これらのブロックの１以上は、異なるブロックへ結合、分割、又は結合及び分割され得る。
例えば、図２の宇宙ステーション２１４のドッキングリング２１８は、アクティブな構造体であってもよい。この場合に、キャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８の両方は、互いに対して移動し、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４を望ましいやり方で位置合わせし得る。
他の例示的な実施例では、ドッキング構造体２１２が、キャプチャーリング２１６とは異なる他の形態をとり得る。例えば、非限定的に、ドッキング構造体２１２は、宇宙ステーション２１４の円錐構造と接触するように構成されたロッドであり得る。
更に他の例示的な実施例では、力管理システム３２０が、アクチュエータアセンブリ３２５内のモータ３１８を制御するように構成されたプログラムであり得る。例えば、モータ３１８によって伝達されるトルクは、滑りクラッチ３２２の代わりに電子回路によって制限され得る。
次に図４を参照すると、例示的な一実施形態による、移動システムの動作の状態の間の変化の状態図が描かれている。この描かれている実施例では、状態機械４００が、図３からのドッキングシステム２１０内のモータ３１６の状態３１５の変化についての条件の例示的な一実施態様を示している。状態機械４００は、図３の状態機械３１３の例示的な一実施態様である。
この例示的な実施例では、状態機械４００が、モータ３１６の動作の間に生じ得る異なる状態を有する。例えば、状態機械４００は、延伸状態４０２、減衰状態４０６、及び後退状態４０８を含む。特に、これらの種々の状態は、モータ３１８に対して生じ得る状態３１５の例である。
図１１に関して説明されるように、延伸状態４０２では、キャプチャーリング２１６が、ドッキング準備位置からスタートし、キャプチャーリング２１６が、ドッキングリング２１８と位置合わせするように延伸する。図３の滑りクラッチ３２２は、延伸状態４０２において低い滑り力に設定される。
キャプチャーリング２１６の位置合わせ特徴３３６とドッキングリング２１８の位置合わせ特徴は、２つのリングを互いに対して位置合わせする。ドッキングシステム２１０内のアクチュエータアセンブリの各々は、その位置を独立して調整し、キャプチャーリング２１６がドッキングリング２１８に対して位置合わせされることを可能にする。
キャプチャーリングが、位置合わせされ、ドッキングリングから望ましい距離内にあるときに、取り付けシステムが展開される。この例示的な実施例では、望ましい距離が３ミリメートルであり得る。望ましい距離は、特定の実施態様に応じて、ドッキングリングに沿って配置されたセンサシステムを使用して、又は他の何らかの適切なやり方において決定され得る。
この例示的な実施例では、ドッキングシステム２１０内の取り付けシステム３０６が、ドッキングリング２１８の本体ラッチ（ｂｏｄｙ ｌａｔｃｈ）と係合する。一部の例示的な実施例では、取り付けシステム３０６が、キャプチャーリング２１６、ドッキングリング２１８、又はそれらの両方の上に磁気ラッチを含み得る。
この描かれている実施例では、取り付けシステムが、キャプチャーリングをドッキングリングに係合させた後で（イベント４１２）、モータ３１６の動作が、減衰状態４０６へシフトする。滑りクラッチ３２２は、減衰状態４０６において、より高い滑り力へとスイッチする。減衰状態４０６では、キャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８との間に遊びが存在する。この例示的な実施例では、遊びが５ミリメートルである。減衰状態４０６は、取り付けシステムが、キャプチャーリング２１６とドッキングリング２１８を連結させたことに応じて自動的に生じる。
減衰状態４０６では、モータ３１６の各々が、図１３で説明されるやり方で機能する。結果として、ドッキングシステム２１０内のアクチュエータアセンブリによって加えられる力は、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４との間の相対的な移動が、低減される又は除去されることをもたらす。
モータ３１６の動作は、幾つかの条件に応じて、後退状態４０８へ変化され得る。例えば、キャプチャーリングがドッキングリングに取り付けられることがもはや望ましくなく、取り付けシステムが係合解除するときに（イベント４１６）、モータ３１６の動作が後退状態４０８へ変化する。
別の例示的な一実施例では、ドッキングシステムが、ハードドッキングを開示する旨の指示命令を受信したときに（イベント４１４）、モータ３１６の動作が後退状態４０８へ変化する。この場合には、後退状態４０８が使用されて、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４を共に近づけるように運び、それによって、トンネルが取り付けられ加圧され得る。その後、宇宙船２０２と宇宙ステーション２１４との間で資源が交換され得る。後退状態４０８の間に、アクチュエータアセンブリは、収容位置に向けて後退する。
ある例示的な実施例では、モータ３１６が、状態機械４００内では示されない他の状態で動作し得る。例えば、非限定的に、モータは位置合わせ状態で動作し得る。位置合わせ状態では、モータ３１６が、細長部材３００が通常の長さへ延伸するように指示命令され、通常の長さは、最大長さ又は他の何らかの通常長さであり得る。この状態では、システムが、後退状態４０８への移行のための準備を行い、後退状態４０８は、２つの輸送体を軸方向に沿って共に引き付け、それらを共にハードドッキングのための準備状態へと運び、ハードドッキングでは、個別のシステムが、２つのドッキング構造体を共にしっかりと引き付け、固い構造的な連結を生成する。ある実施例では、加圧された連結が達成される。
状態機械４００内の異なる状態の図解は、状態機械４００が実装され得るやり方を限定することを意図していない。状態機械４００は、描かれているものに加えて又は代えて、他の状態を含み得る。例えば、状態機械４００は、手動動作モード、「捕捉準備」への延伸モード、位置保持モード、及び他のものを含み得る。
次に図５を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船のためのドッキングシステムの図が描かれている。この描かれている実施例では、ドッキングシステム５００が、図３のブロック形態で示されたドッキングシステム２１０の例示的な一実施態様である。
描かれているように、ドッキングシステム５００は、キャプチャーリング５０２、アクチュエータアセンブリ５０４、及び位置合わせ特徴５０８を備える。アクチュエータアセンブリ５０４は、図３のブロック形態で示されたアクチュエータアセンブリ３２５の例示的な実施態様である。アクチュエータアセンブリ５０４は、ジョイント５１０においてキャプチャーリング５０２に連結されている。
この例示的な実施例では、アクチュエータアセンブリ５０４が、ベースプレート５１２にも連結されている。ベースプレート５１２は、宇宙船に取り付けられた静止した構造体である。例えば、ベースプレート５１２は、図１のドッキングシステム１０８に安定性を提供する、宇宙船１０２に取り付けられたプラットフォームであり得る。この例示的な実施例では、ベースプレート５１２が円形状を有しているが、ベースプレート５１２は異なる形状を有し得る。他の実施例では、ベースプレート５１２が、この図で示されるように分離したプラットフォームである代わりに、宇宙船１０２の外板の部分であり得る。
アクチュエータアセンブリ５０４は、ジョイント５１４においてベースプレート５１４に連結されている。この例示的な実施例では、ジョイント５１０及びジョイント５１４が、ユニバーサルジョイントである。結果として、キャプチャーリング５０２は、６つの自由度を伴って移動し得る。
この例示的な実施例では、位置合わせ特徴５０８が、キャプチャーリング５０２の係合インターフェース５１６に沿って位置合わせされ、キャプチャーリング５０２を、図２からのドッキングリング２１８などの第２の構造体と位置合わせするように構成される。この例示的な実施例では、位置合わせ特徴５０８が、３つのペタルを備える。他の例示的な実施例では、他の数のペタルが存在してもよい。
この図では示されていないが、位置合わせ特徴５０８は、キャプチャーリング５０２に対して一定の角度において配置され得る。言い換えると、ある例示的な実施例では、位置合わせ特徴５０８が、内向きの角度を付けられ得る。他の例示的な実施例では、位置合わせ特徴５０８が、特定の実施態様に応じて、異なる方向付けを有し得る。例えば、位置合わせ特徴の１以上は、外向きに傾けられてもよい。
描かれているように、アクチュエータアセンブリ５０４は、幾つかのハウジング５１８を備える。ハウジング５１８は、モータ、クラッチ、ギア、及び他の構成要素を含む、アクチュエータアセンブリ５０４内の構成要素を保護するように構成される。この例示的な実施例では、ハウジング５１８が、金属から成るが、アクチュエータアセンブリ５０４の機能的な構成要素を保護するための望ましい構造的な特性を有する異なるタイプの材料から成ってもよい。上述のように、複数のアクチュエータアセンブリ５０４のうちの各々は、独立して移動し得る。
次に図６を参照すると、例示的な一実施形態による、アクチュエータアセンブリの図が描かれている。この描かれている実施例では、アクチュエータアセンブリ６００が、図３のブロック形態で示された、細長部材３０８、モータ３１８、及び滑りクラッチ３２２を備えた、アクチュエータアセンブリ３２５のための例示的な一実施態様である。アクチュエータアセンブリ６００は、図５で示されたドッキングシステム５００で使用される機能的な構成要素の一実施例でもある。アクチュエータアセンブリ６００は、図５の複数のアクチュエータアセンブリ５０４のうちの１つのアクチュエータアセンブリの例示的な一実施態様である。
描かれているように、アクチュエータアセンブリ６００は、モータ６０２、ブレーキ６０４、ギア６０６、ボールねじ６０８、滑りクラッチ６１０、ボールナット６１１、及び滑りチューブ６１３を含む。この例示的な実施例では、アクチュエータアセンブリ６００が、リニアアクチュエータである。言い換えると、アクチュエータアセンブリ６００は、アクチュエータアセンブリ６００の中央を通って延在する軸６１２に沿って直線状の移動を生み出す。他の例示的な実施例では、アクチュエータアセンブリ６００が、含まれる機能に応じて、他の何らかのタイプのアクチュエータであってもよい。
この描かれている実施例では、モータ６０２が、図３のモータ３１８の例示的な一実施態様である。モータ６０２は、ボールナット６１１を回転移動させるように構成される。モータ６０２がトルクを加えると、ギア６０６がボールナット６１１を回転させるように回転する。滑りチューブ６１３は、ボールナット６１１に取り付けられている。ボールねじ６０８の溝が連続的な螺旋形状を提供するので、ボールナット６１１が、その軸の周りで回転すると、ボールナット６１１は、その軸方向に移動する。ボールナット６１１が軸方向に移動すると、滑りチューブ６１３も移動する。言い換えると、滑りチューブ６１３は、モータ６０２によって提供される力に基づいて、延伸し後退するように構成される。
滑りチューブ６１３の端部６０９は、図５からのキャプチャーリング５０２に直接的に取り付けられ得る。他の実施例では、ボールねじ６０８が、キャプチャーリング５０２に直接的に取り付けられ得る。この例示的な実施例では、ブレーキ６０４が、アクチュエータアセンブリ６００の動作を抑制するように構成された機械的な構成要素である。アクチュエータアセンブリ６００に対する動力が除去されたときに、ブレーキ６０４は、アクチュエータアセンブリ６００の動作を妨げるように使用される。
滑りクラッチ６１０は、図３のブロック形態で示された滑りクラッチ３２２の例示的な一実施態様である。滑りクラッチ６１０は、モータ６０２をボールねじ６０８に連結し、ボールねじ６０８の動作の間に、ボールねじ６０８によって加えられる力を、望ましい閾値内に制限するように構成される。
滑りクラッチ６１０は、第２の構造体によって加えられる荷重に応じて、ボールねじによって加えられる力を受動的に制限するように構成される。滑りクラッチ６１０は、力が望ましい閾値に到達したときにスリップするように構成され、それによって、滑りチューブ６１３が第１の位置から第２の位置へ移動する。
アクチュエータアセンブリ６００内で示されている構成要素の１以上は、ハウジング６１４内に配置される。ハウジング６１４は、図５のドッキングシステム５００内で示されている、複数のハウジング５１８のうちの１つの一実施例である。ハウジング６１４は、この図のファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）で示されている。示されているように、モータ６０２、ブレーキ６０４、ギア６０６、及び滑りクラッチ６１０は、ハウジング６１４の内側に配置されている。
図５のドッキングシステム５００及び図６のアクチュエータアセンブリ６００の図解は、図２のブロック形態で示されたドッキングシステム２１０の物理的な例示的一実施態様である。これらの図解は、例示的な一実施形態が実装され得るやり方に対する物理的又は構造的な限定を示唆することを意図していない。示されている構成要素に加えて又は代えて、他の構成要素が使用されてもよい。一部の構成要素は、オプションであり得る。
図５及び図６で示されている種々の構成要素は、図２及び図３のブロック形態で示された構成要素が、いかにして物理的な構造体として実装され得るかの例示的な実施例であり得る。更に、図５及び図６の構成要素の一部は、図２及び図３の構成要素と組み合わされ、図２及び図３の構成要素と共に使用され、又はそれらの２つの組み合わせであり得る。
例えば、ある例示的な実施例では、ボールねじ６０８が、図５のキャプチャーリング５０２と直接的に連結され得る。この場合に、滑りチューブ６１３は不必要である。他の例示的な実施例では、ボールナット６１１が、キャプチャーリング５０２に直接的に力を加え、キャプチャーリング５０２を望ましいやり方で移動させ得る。
次に図７を参照すると、例示的な一実施形態による、第２の構造体と係合しているドッキングシステムの図が描かれている。この描かれている実施例では、図１からのセクション１１０のより詳細な図が示されている。この例示的な実施例では、スペースシャトル１０６のドッキングシステム１０８が、宇宙ステーション１０７のドッキングシステム７００と係合するように配置されている。この例示的な実施例では、ドッキングシステム７００が移動しない。しかし、他の例示的な実施例では、ドッキングシステム７００が移動し得る。
示されているように、スペースシャトル１０６のドッキングシステム１０８は、キャプチャーリング７０１、ベースリング７０３、アクチュエータアセンブリ７０５、位置合わせ特徴７０７、及びベースプレート７０９を含む。この例示的な実施例では、ベースリング７０３が、キャプチャーリング７０１の後退のための停止ポイントを提供する構造的な構成要素である。
宇宙ステーション１０７のドッキングシステム７００は、ドッキングリング７０２、位置合わせ特徴７０４、及びベースプレート７１１を含む。ドッキングリング７０２は、図２のブロック形態で示されたドッキングリング２１８の例示的な一実施態様である。位置合わせ特徴７０４は、ドッキングリング７０２をキャプチャーリング７０１と接触させるように導く。この例示的な実施例では、位置合わせ特徴７０４が、ドッキングリング７０２に沿って配置され、内向きに角度を付けられている。
この描かれている実施例では、ドッキングシステム１０８が、ドッキング準備位置７０６にあるように示されている。ドッキング準備位置７０６は、位置合わせ特徴７０７が、位置合わせ特徴７０４と係合し得るように延伸されることを示している。ドッキングシステム１０８は、位置合わせ特徴７０７及び位置合わせ特徴７０４をガイドとして使用して、ドッキングシステム７００と位置合わせする。
図８〜図１１は、ドッキングの様々な段階の間の、ドッキングシステム１０８の動作を示している。図８〜図１８で示されるプロセスは、例示的な一実施形態が実装され得るやり方の一実施例のみを提供する。
図８を参照すると、例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの別の図が描かれている。この例示的な実施例では、ドッキングシステム１０８が延伸状態にある。言い換えると、ドッキングシステム１０８のための図３からの状態３１５は延伸である。延伸の間に、ドッキングシステム１０８内のアクチュエータアセンブリ７０５内の細長部材は、ドッキングリング７０２に向けて延伸している。
延伸の間に、細長部材は、キャプチャーリング７０１がドッキングリング７０２と係合するまで、指示命令された速度で延伸する。この例示的な実施例では、キャプチャーリング７０１とドッキングリング７０２との間に距離８００が存在する。
この図で示されているように、キャプチャーリング７０１は、ドッキングリング７０２と位置合わせされていない。したがって、キャプチャーリング７０１の位置は、調整される必要がある。ドッキングシステム１０８内の構成要素とドッキングシステム７００内の構成要素との間の接触力が、キャプチャーリング７０１をドッキングリング７０２に位置合わせする。特に、位置合わせ特徴７０７と位置合わせ特徴７０４は、キャプチャーリング７０１をドッキングリング７０２と合致させるように移動させる。
図９では、例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの別の図が描かれている。この描かれている実施例では、距離８００が図８よりも小さくなっている。
キャプチャーリング７０１の位置合わせ特徴７０７とドッキングリング７０２の位置合わせ特徴７０４は、２つの構造体を望ましいやり方で更に位置合わせした。この例示的な実施例では、キャプチャーリング７０１の一部分が、キャプチャーリング７０１の残りの部分の前にドッキングリング７０２と接触し、明らかに位置合わせされていない状態にある。キャプチャーリング７０１とドッキングリング７０２は、位置ずれが存在するならば、適正に取り付けることができない。したがって、ドッキングシステム１０８は、ドッキングのために、キャプチャーリング７０１をドッキングリング７０２に対して望ましい位置合わせされた状態へと運ぶための調整を必要とする。
示されているように、キャプチャーリング７０１は、最初に、ポイント９００において、ドッキングリング７０２と接触する。キャプチャーリング７０１がドッキングリング７０２と接触したときに、ドッキングリング７０２によってキャプチャーリング７０１に荷重が加えられる。荷重は、アクチュエータアセンブリ７０５内の対応する細長部材の延伸の速度が遅くなることをもたらす。
この例示的な実施例では、細長部材９０２と細長部材９０４が、ポイント９００に最も近い。したがって、細長部材９０２と細長部材９０４の延伸の速度は、ドッキングリング７０２からキャプチャーリング７０１へもたらされた抵抗力に基づいて、遅くなるだろう。ドッキングシステム１０８内の他の細長部材は、それらの細長部材が抵抗力と遭遇するまで、指示命令された速度において延伸を継続する。
細長部材が遭遇した抵抗力が、特定の制限値を超えるならば、細長部材は更に延伸することができない。さもなければ、細長部材は、延伸し続けるが、指示命令された速度よりも遅い速度で延伸する。
図１０を参照すると、例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムの更に別の図が描かれている。この例示的な実施例では、図９のポイント９００においてドッキングリング７０２と接触したときに、キャプチャーリング７０１が遭遇した抵抗力に基づいて、細長部材９０２と細長部材９０４は、後退するように強いられている。
この図で見られるように、キャプチャーリング７０１とドッキングリング７０２との間の距離８００は、ほぼ均一である。この位置合わせは、キャプチャーリング７０１とドッキングリング７０２が望ましいやり方で接触し、それによって、キャプチャーリング７０１の係合面のほぼすべてが、ドッキングリング７０２の係合面と同一平面にあることをもたらす。アクチュエータアセンブリ７０５内の細長部材は、２つのリングの残っている位置ずれを完全に除去するために、延伸を継続する。
図１１を参照すると、例示的な一実施形態による、第２の構造体と位置合わせしているドッキングシステムのまた更に別の図が描かれている。この描かれている実施例では、キャプチャーリング７０１の係合面が、ドッキングリング７０２の係合面と接触している。
キャプチャーリング７０１とドッキングリング７０２は、今や、（図示せぬ）取り付けシステムを使用して互いに固定され得る。この例示的な実施例では、取り付けシステムが、ラッチシステムであり得る。取り付けシステムを使用する２つのリングの明確な連結に応じて、図３のブロック形態で示された状態３１５は、減衰へと変化し、ドッキングシステム１０８を使用して、宇宙ステーション１０７に対するスペースシャトル１０６の残っている相対的な輸送体運動を除去する。
図１２では、例示的な一実施形態による、延伸状態にあるドッキングシステムのグラフが描かれている。この例示的な実施例では、グラフ１２００が、力と速度の曲線を示している。グラフ１２００は、図７のドッキングシステム１０８内のアクチュエータアセンブリの挙動を示している。この挙動は、図７のドッキングシステム１０８内のアクチュエータアセンブリの各々に対して存在する。
描かれているように、グラフ１２００は、ｘ軸１２０２及びｙ軸１２０３を有する。ｘ軸１２０２は、ドッキングシステム１０８内のアクチュエータの速度を秒毎のインチで表し、一方、ｙ軸１２０３は、アクチュエータが遭遇する抵抗力をポンドで表している。各アクチュエータアセンブリの速度は、指示命令された速度になるように予め決定されている。この例示的な実施例では、指示命令された速度が１インチ／秒である。
アクチュエータアセンブリがゼロの抵抗力に遭遇すると、アクチュエータアセンブリは、グラフ１２００内のポイント１２０４で示されているように、指示命令された速度で延伸する。この例示的な実施例では、アクチュエータも、抵抗力の閾値を有し得る。抵抗力の閾値は、アクチュエータアセンブリが外部の力によって延伸することを完全に妨げられたときに生じる、アクチュエータアセンブリが加えることとを許容される力の最大量である。
グラフ１２００内のポイント１２０６において、アクチュエータアセンブリは、抵抗力の閾値にある。したがって、アクチュエータアセンブリの速度はゼロである。線１２０８は、グラフ１２００内のポイント１２０４とポイント１２０６との間の、アクチュエータアセンブリの挙動を表している。
アクチュエータアセンブリに加えられる抵抗力が、抵抗力の閾値を超えるならば速度は負になる。言い換えると、アクチュエータアセンブリは、アクチュエータが遭遇した抵抗力の量に基づいて後退し又は短くなる。このやり方で、ドッキングシステム１０８内の各アクチュエータアセンブリは、ドッキングシステム１０８の延伸の間に、受動的に且つ独立して動作する。
次に図１３を参照すると、例示的な一実施形態による、減衰モードにあるドッキングシステムのグラフが描かれている。この例示的な実施例では、グラフ１３００が、アクチュエータに対応するクラッチに加えられた力に基づく、アクチュエータアセンブリの相対的な位置を示している。グラフ１３００は、図７のドッキングシステム１０８内の各アクチュエータアセンブリの挙動を示している。
この描かれている実施例では、グラフ１３００がｘ軸１３０２及びｙ軸１３０４を有する。ｘ軸１３０２は、アクチュエータアセンブリ内の細長部材の相対的な位置をインチで表している。言い換えると、アクチュエータアセンブリの長さが、ｘ軸１３０２に沿って示されている。
示されているように、ｙ軸１３０４は、クラッチ荷重をポンドで表している。この例示的な実施例では、クラッチ荷重の閾値がＦｍａｘ１３０５として特定されている。クラッチ荷重の閾値、すなわちＦｍａｘ１３０５は、クラッチが滑ることなしに耐えられる力の最大量である。この例示的な実施例では、Ｆｍａｘ１３０５が所定の値である。クラッチ荷重がＦｍａｘ１３０５に到達したときに、クラッチはスリップするように構成される。
この例示的な実施例では、位置１３０６が、アクチュエータアセンブリの現在の長さを表している。遊び１３０８は、アクチュエータアセンブリが、ギア及びジョイントの機械的な遊びのために長く又は短くすることができる距離であり、通常「バックラッシュ」とも呼ばれ得る。
この描かれている実施例では、アクチュエータアセンブリが、一旦遊び１３０８を過ぎると、位置１３０６を離れることに抵抗する。クラッチ荷重が増加すると、アクチュエータアセンブリの位置は、増加された荷重に応じて変化する。線１３１０及び線１３１２は、加えられた圧縮又は引張荷重の関数として、アクチュエータアセンブリの比例した移動が存在することを示す、硬直度曲線（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｃｕｒｖｅ）である。荷重が滑り荷重に到達したときに、アクチュエータアセンブリは、増加する荷重に抵抗しないが、一定の抵抗を伴ってスリップする。
クラッチ荷重がＦｍａｘ１３０５に到達したときに、クラッチはスリップし、一方、Ｆｍａｘ１３０５の荷重において抵抗を継続し、アクチュエータがもはやドッキングリング７０２による抵抗力に直面しなくなるまで、スリップが生じる。この場合に、スリップは、グラフ１３００内の矢印１３０７によって示されている。結果として、クラッチ荷重は減少する。線１３１４は、クラッチ荷重を低減させる一例を表している。位置１３１６は、アクチュエータアセンブリの新しい位置であり、スリップが生じた後のアクチュエータアセンブリの新しい延伸された状態を表している。アクチュエータアセンブリは、今度は、上述したのと同じやり方で、位置１３１６からの移動に抵抗する。
類似の結果が反対方向においても生じる。クラッチ荷重がＦｍｉｎ１３１７に到達したときに、クラッチ荷重の大きさが減少するまで、スリップが生じる。この場合に、スリップは、グラフ１３００内の矢印１３０９によって示さている。線１３１８は、クラッチ荷重の大きさを低減させる一例を表している。位置１３２０は、アクチュエータアセンブリの新しい位置であり、スリップが生じた後のアクチュエータアセンブリの新しい短縮された長さを表している。アクチュエータアセンブリは、今度は、位置１３２０からの移動に抵抗する。
この図で説明されたように、減衰プロセスは、クラッチ荷重がもはやＦｍａｘ１３０５又はＦｍｉｎ１３１７のいずれにも到達せず、したがって、スリップが生じなくなるまで、減衰状態の間に１以上の回数だけ生じ得る。このやり方で、ドッキングシステム１０８は、力を減衰させ、スペースシャトル１０６と宇宙ステーション１０７との間で残っている相対的な輸送体のエネルギーを吸収するように構成される。各アクチュエータアセンブリは、この図で説明された減衰プロセスを使用して独立して移動する。
ここで図１４を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスのフローチャートが描かれている。描かれているように、図１４で説明されるプロセスは、図２のドッキングシステム２１０を使用して、ドッキング環境２００内で実施されるプロセスの一実施例であり得る。特に、図１４で説明されるプロセスは、図４の状態機械４００で示された延伸状態４０２の間に実行され得る工程の一実施例である。
該プロセスは、細長部材を軸方向に移動させることによって開始し、それによって、宇宙船のためのドッキング構造体が移動する（工程１４００）。次に、プロセスは、ドッキング構造体が、ドッキング構造体に沿ったポイントにおいて第２の構造体のドッキングリングと接触したか否かを決定する（工程１４０２）。ドッキング構造体が、ドッキングリングと接触したならば、接触は、ドッキングリングによってドッキング構造体に加えられた荷重に応じて、ドッキング構造体に沿ったポイントに最も近い細長部材の移動の速度を遅くする（工程１４０４）。ドッキング構造体がドッキングリングに連結されていないならば、プロセスは工程１４００に戻る。
工程１４００及び工程１４０２の間に、細長部材３００の各々は、独立して移動する。言い換えると、移動の速度が複数の細長部材３００の幾つかに対して遅くなる一方で、他のものは指示命令された速度３２８において移動を継続する。
その後、プロセスは、一群の位置合わせ特徴を使用して、ドッキング構造体をドッキングリングに位置合わせする（工程１４０６）。その後、ドッキング構造体が、ドッキングリングの望ましい距離内にあるか否かに関する決定が行われる（工程１４０８）。
ドッキング構造体がドッキングリングの望ましい距離内にあるならば、ドッキング構造体がドッキングリングとの望ましい配置を有するか否かに関する決定が行われる（工程１４１０）。そうであるならば、プロセスは、ドッキング構造体をドッキングリングに取り付け（工程１４１２）、その後、プロセスは終了する。
工程１４０８に戻って、ドッキング構造体がドッキングリングの望ましい距離内にないならば、上述のように、プロセスは工程１４００に戻る。工程１４１０に関して類似のやり方で、ドッキング構造体がドッキングリングとの望ましい配置を有しないならば、プロセスは工程１４００に戻る。
次に図１５を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスの別のフローチャートが描かれている。描かれているように、図１５で説明されるプロセスは、図２のドッキングシステム２１０を使用して、ドッキング環境２００内で実施されるプロセスの一実施例であり得る。特に、図１５で説明されるプロセスは、図１４の工程１４１２の間に実行され得る工程の一実施例である。
該プロセスは、取り付けシステムを展開するための指示命令を受信することによって開始する（工程１５００）。次に、プロセスは、取り付けシステムを展開する（工程１５０２）。その後、プロセスは、ドッキング構造体をドッキングリングに連結させる（工程１５０４）。ドッキング構造体がドッキングリングに連結された後で、そのとき、プロセスは減衰状態に入り（工程１５０６）、その後、プロセスは終了する。
次に図１６を参照すると、例示的な一実施形態による、宇宙船をドッキングさせるためのプロセスの更に別のフローチャートが描かれている。描かれているように、図１６で説明されるプロセスは、図２のドッキングシステム２１０を使用して、ドッキング環境２００内で実施されるプロセスの一実施例であり得る。特に、図１６で説明されるプロセスは、図４の状態機械４００において示された減衰状態４０６の間で実行され得る工程の一実施例である。
該プロセスは、細長部材を使用して力を加えることによって開始する（工程１６００）。細長部材３００の各々は、他の細長部材３００とは独立して力３４２を加え得る。
次に、力が望ましい閾値に到達したか否かに関する決定が行われる（工程１６０２）。例えば、細長部材３００の各々に対する力３４２が望ましい閾値３４４に到達した否かに関する決定が行われる。
力が望ましい閾値に到達したならば、プロセスは、細長部材の各々によって加えられる力を制限する（工程１６０４）。細長部材３００の各々によって加えられる力を制限することは、上述のように滑りクラッチを使用して達成され得る。力が望ましい閾値に到達していなければ、プロセスは工程１６００に戻る。
その後、プロセスは、細長部材を第１の位置から第２の位置へ移動させ（工程１６０６）、プロセスは工程１６００に戻る。ドッキング構造体２１２とドッキングリング２１８が、選択された許容誤差を超えて互いに対して移動しなくなるまで、減衰状態４０６が継続する。これらの選択された許容誤差は、図１３で説明されたように、遊び１３０８であり得る。
ドッキングが完了した後で、ドッキング構造体２１２の後退状態４０８が生じ得る。ドッキング構造体２１２の後退状態４０８は、取り付けシステム３０６を係合解除させる、又は宇宙ステーション２１４を宇宙船２０２により近づけ
る旨の指示命令に応答して生じ、それによって、加圧されたトンネルが展開されて、宇宙船２０２を宇宙ステーション２１４に連結させ得る。
図示した種々の実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態での装置及び方法の、幾つかの可能な実施態様の構造、機能、及び動作を示している。これに関し、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、１つの工程又はステップの、一モジュール、一セグメント、一機能、及び／又は一部分を表わし得る。
例示的な一実施形態の代替的な実施態様の一部では、ブロックに記載された１以上の機能が、図中に記載の順序を逸脱して実施可能である。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックがほぼ同時に実行されること、又は時には含まれる機能によってはブロックが逆順に実施されることもあり得る。また、フローチャート又はブロック図で示されているブロックに加えて他のブロックが追加されることもあり得る。
本開示の例示的な実施形態は、図１７に示す宇宙船の製造及び保守方法１７００と、図１８に示す宇宙船１８００とに関連して記述され得る。まず図１７を参照すると、例示的な一実施形態による、ブロック図の形態にある宇宙船の製造及び保守方法の図が描かれている。ドッキングシステム２１０及びドッキングシステム２１０内の構成要素は、宇宙船の製造及び保守方法１７００の様々な段階の間に製造及び設置され得る。これらの変更は、地上において、ある場合には、宇宙において行われ得る。
製造前の段階では、宇宙船の製造及び保守方法１７００は、図１８の宇宙船１８００の仕様及び設計１７０２と、材料の調達１７０４とを含み得る。製造段階では、図１８の宇宙船１８００の構成要素及びサブアセンブリの製造１７０６、並びにシステムインテグレーション１７０８が行われる。
その後、図１８の宇宙船１８００は、運航１７１２に供されるために、認可１７１０を経る場合もある。認可１７１０は、顧客要件、製造要件、政府の要件、又はそれらの組み合わせを満たすことを含み得る。顧客による運航中、図１８の宇宙船１８００は、定期的な整備および点検１７１４（改造、再構成、改修、及びその他の整備または点検を含み得る）がスケジューリングされる。
宇宙船の製造及び保守方法１７００の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又は作業員によって実施又は実行されてもよい。これらの例では、作業員は顧客であってもよい。本明細書での説明を目的として、システムインテグレーターは、限定するものではないが、いかなる数の宇宙船製造者、および主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、作業員は企業、軍事団体、サービス機関などであってもよい。
ここで図１８を参照すると、例示的な一実施形態が実装され得る宇宙船の図が、ブロック図の形態で描かれている。この例示的な実施例では、宇宙船１８００が、図１７の宇宙船の製造及び保守方法１７００によって製造される。宇宙船１８００は、複数のシステム１８０４及び内装１８０６を有する機体１８０２を含み得る。
複数のシステム１８０４の例には、推進システム１８０８、電気システム１８１０、油圧システム１８１２、環境システム１８１４、及び熱保護システム１８１６のうちの１以上が含まれる。航空宇宙産業の例が示されたが、種々の例示的な実施形態は、航空機産業、自動車産業、船舶産業、及び／又は他の適切な産業にも適用され得る。
本明細書で具現化される装置及び方法は、図１７の宇宙船の製造及び保守方法１７００のうちの少なくとも１つの段階で採用してもよい。特に、図２からのドッキングシステム２１０は、宇宙船の製造及び保守方法１７００の各段階のうちの任意の１つの間において設置され得る。例えば、限定しないが、図２からのドッキングシステム２１０は、構成要素及びサブアセンブリの製造１７０６、システムインテグレーション１７０８、定期的な製造及び保守１７１４、及び／又は宇宙船の製造及び保守方法１７００における他の何らかの段階のうちの少なくとも１つの間において、宇宙船１８００に設置され得る。
ある例示的な実施例では、図１７の構成要素及びサブアセンブリの製造１７０６で製造される構成要素又はサブアセンブリが、図１７で宇宙船１８００の運航１７１２中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造され得る。
更に別の実施例では、幾つかの装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、図１７の構成要素及びサブアセンブリの製造１７０６並びにシステムインテグレーション１７０８などの製造段階で、利用することができる。
幾つかの装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、宇宙船１８００の図１７における運航１７１２、及び／又は整備及び保守１７１４の間に、利用することができる。幾つかの種々の例示的な実施形態の利用により、宇宙船１８００の組立てを大幅に効率化すること、及び／又はコストを削減することができる。
したがって、例示的な実施形態は、宇宙船２０２をドッキングさせるための方法及び装置を提供する。該装置は、細長部材３００、移動システム３０２、及び移動システム３０２を細長部材３００に連結させる、力管理システム３０４を備える。細長部材３００は、宇宙船２０２のためのドッキング構造体２１２に関連付けられる。移動システム３０２は、宇宙船２０２のためのドッキング構造体が移動するように、細長部材３００を軸方向に移動させるように構成される。複数の細長部材３００のうちの各々は、互いから独立して移動する。力管理システム３０４は、細長部材３００の動作の間に、細長部材３００の各々によって適用される力３４２を、望ましい閾値３４４内に制限するように構成される。
ドッキングシステム２１０を使用する際に、複雑な制御法則、荷重センサ、又はソフトウェアは、宇宙船２０２を第２の構造体にドッキングさせるために必要とされない。代わりに、ドッキングシステム２１０は、プロセスを簡略化し、力の減衰が受動的なやり方で生じる際に、閉ループ制御システムを必要としない。結果として、ドッキングシステム２１０には、より少ないハードウェアが必要とされ、したがって、ドッキングシステム２１０は、一部の現在使用されているドッキングシステムよりも軽く且つ複雑ではない。
更に、ドッキングシステム２１０は、機械的な構成要素を有する簡略化されたシステムを使用して動作し、宇宙で望ましくない結果が生じる可能性を低くする。したがって、ドッキングシステム２１０は、他のドッキングシステムよりも信頼できる。
種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、完全な説明であること、又は開示された形態の実施形態に限定することを、意図しているわけではない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明白となろう。更に、種々の例示的な実施形態は、他の好ましい実施形態に照らして別の特徴を提供することができる。選択された１以上の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対して、様々な実施形態の開示内容と考慮される特定の用途に適した様々な修正の理解を促すために選択及び記述されている。

Claims (16)

  1. 宇宙船のためのドッキング構造体に関連付けられた細長部材、
    前記宇宙船のための前記ドッキング構造体が移動するように、前記細長部材を軸方向に移動させるように構成された移動システムであって、前記細長部材の各々が独立して移動する、移動システム、及び
    前記移動システムを前記細長部材に連結させ、前記細長部材の動作の間に、前記細長部材の前記各々によって加えられる力を、望ましい閾値内に制限するように構成された、力管理システムを備える、装置。
  2. 前記ドッキング構造体が、前記宇宙船を、ドッキングリング、宇宙ステーション、衛星、及び宇宙船のうちの１つから選択された第２の構造体に連結させる、請求項１に記載の装置。
  3. 前記力管理システムが、前記第２の構造体によって加えられた荷重に応じて、前記細長部材の前記各々によって加えられる前記力を受動的に制限する、請求項２に記載の装置。
  4. 前記ドッキング構造体を前記第２の構造体に固定するように構成された取り付けシステムを更に備える、請求項２又は３に記載の装置。
  5. 前記ドッキング構造体が、キャプチャーリングとロッドのうちの一方から選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記細長部材が、幾つかの自由度を伴って前記ドッキング構造体を移動させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記移動システムが、延伸、減衰、又は後退のうちの少なくとも１つから選択された状態で動作するように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記ドッキング構造体が、係合接触面及び一群の位置合わせ特徴を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記力管理システムが、各々、滑りクラッチ、油圧クラッチ、電磁クラッチ、電磁モータ、ソフトウェア、又は電子コントローラのうちの少なくとも１つを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
  10. 前記移動システムが、各々、指示命令された速度で、対応する細長部材を移動させるように構成されたモータを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記モータが、前記対応する細長部材に加えられた荷重に基づいて、前記対応する細長部材の移動の速度を低減させるように構成される、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記力管理システムのうちの１つの力管理システムが、滑りクラッチであって、前記力が前記望ましい閾値に到達したときにスリップし、それによって、前記対応する細長部材が第１の位置から第２の位置へ移動するように構成された、滑りクラッチを備える、請求項１０又は１１に記載の装置。
  13. 宇宙船をドッキングさせるための方法であって、
    前記宇宙船のためのドッキング構造体が移動するように、細長部材を軸方向に移動させることであって、前記細長部材の各々が独立して移動する、移動させること、及び
    前記細長部材の動作の間に、前記細長部材の前記各々によって加えられる力を、望ましい閾値内に制限することを含む、方法。
  14. 取り付けシステムを使用して、前記ドッキング構造体を第２の構造体に連結させることを更に含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記力を制限することが、
    第２の構造体によって加えられた荷重に応じて、前記細長部材の前記各々によって加えられる前記力を受動的に制限することを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
  16. 対応する細長部材に加えられた荷重に基づいて、モータの動作の速度を低減させることを更に含む、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の方法。
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