JP2022553588A - 地球低軌道で機械的に展開可能な構造 - Google Patents

Abstract

アンテナアレイは、複数の正方形または長方形のアンテナアセンブリを有する。各アセンブリは、太陽電池を有する第１のアンテナアセンブリ面と、少なくとも１つのアンテナ素子を有する第２のアンテナアセンブリとを含む。複数のアンテナアセンブリはそれらの間にギャップが生じないように相互接続され、複数の第１のアンテナアセンブリ面から構成される第１の連続アレイ面と、複数の第２のアンテナアセンブリ面から構成される第２の連続アレイ面とが形成される。複数のアンテナアセンブリは、ばねテープなどの機械的なエネルギー蓄積型のコネクタにより互いに接続され、電気エネルギーを使用せずに、宇宙空間内でアレイを自己展開する。

Description

関連出願
本出願は、２０１９年５月１５日に出願された米国特許出願第６２／８４８３１７号、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２３号、および２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７７,８６４号の優先権を主張する。本出願はまた、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２４号、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２５号、２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７７,８６０号、および２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７８,０８１号に対する優先権を主張する。これらの出願の内容は依拠され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願はさらに、２０２０年５月１５日に出願された「Solar, Electric, RF Radiator for Self-Contained Structure for Space Application Array」という名称の米国特許出願、および２０２０年５月１５日に出願された「Thermal Management System for Structures in Space」という名称の米国特許出願の内容を参照により援用する。

米国特許第９,９７３,２６６号および米国特許出願公開第２０１９／０２３８２１６号明細書は、宇宙空間で多数の小型衛星アンテナアセンブリを組み立てて大型アレイを形成するためのシステムを示す。２６６号特許の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。２６６号特許に開示されているように、図１（ａ）、１（ｂ）は、複数の小型衛星３０２のアレイ３００と、中央または制御衛星２００とを有する衛星通信システム１００を示す。複数の小型衛星３０２は、地球上のフットプリント４００内のエンドユーザ５００と通信し、また制御衛星２００とも通信し、制御衛星は基地局においてゲートウェイ６００と通信する。複数の小型衛星３０２はそれぞれ、たとえば、処理装置（処理デバイス、たとえば、プロセッサまたはコントローラ）と、１つまたは複数のアンテナ素子とを含んでもよい。また、制御衛星２００は、処理デバイスと、１つまたは複数のアンテナまたはアンテナ素子とを含んでもよい。

アンテナアレイは、複数の正方形または長方形の複数のアンテナアセンブリを有する。各アセンブリは、太陽電池を備えた第１のアンテナアセンブリ面と、１つまたは複数のアンテナ素子を備えた第２のアンテナアセンブリとを含む。複数のアンテナアセンブリは、それらの間にギャップが生じないように相互に接続され、第１のアンテナアセンブリ面から構成される第１の連続したアレイの表面と、第２のアンテナアセンブリ面から構成される第２の連続したアレイの表面とを形成する。

図１（ａ）は、従来のアレイ構造を示す。 図１（ｂ）は、従来のアレイ構造を示す。

図２は、格納構成におけるアレイ構造の斜視図である。

図３（ａ）は、図２（ａ）、２（ｂ）のアレイ構造の１×１の構造要素の斜視図である。

図３（ｂ）は、２×１の構造要素の斜視図である。

図３（ｃ）は、２×２の構造要素の斜視図である。

図３（ｄ）は、ねじ式のテープ接続部の詳細な図である。

詳細な説明

図面に示される本開示の例示的で非限定的な実施形態を説明する際に、明確にするために特定の用語が用いられる。しかしながら、本開示は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではなく、各特定の用語は、同様の目的を達成するために同様の方法で動作する全ての技術的均等物を含むことを理解されたい。本開示のいくつかの実施形態は、例示する目的で説明されており、本開示は、図面に具体的に示されていない他の形態で具現化され得ることを理解されたい。

図２を参照すると、本開示は、地球の低軌道（ＬＥＯ：Low Earth Orbit）における機械的に展開可能な構造（ＬＭＤＳ：Mechanical Deployable Structure）５に関するものである。ＬＭＤＳ５は、ここでは宇宙用途のための自己展開可能な構造であり、複数の個別の（離散した）アンテナアセンブリ１０によって形成され、それらは遠隔衛星モジュールまたは単にパネル若しくはタイル１０として参照され、それらの全てが連結（接続）または相互接続用のアセンブリ（組立体、構造体）によって機械的に接続される。ＬＭＤＳ５は衛星システムであり、タイル１０の形態の１つまたは複数の（少なくとも１つの）遠隔衛星モジュールまたはアセンブリ（組立体、構造体）を有し、これらがまとまって宇宙空間において単一の大きな位相アレイを形成する。各衛星モジュールアセンブリ（衛星）は、少なくとも１つのヒンジによって互いに機械的に接続された複数の衛星タイル１０を有する。複数の衛星モジュールアセンブリは宇宙空間で連結され、単一軌道傾斜角および／または単一開口を有する単一の大型位相アレイを形成することができる。

図３（ａ）に示す例示的な一実施形態では、タイル１０は、個々に分離しており、別個（別体、個別）であり、形状が正方形および／または長方形である。タイル１０は薄く、外層１１、内層１３、および中間層１５を有する。外層１１は、第１の側面を有する正方形または長方形の第１の平面側１２を有する第１の薄板（ここでは上面または頂面（天場）１２を有する上板（頂板）１１として示される）によって形成されてもよい。内層１３は、第１の側１２の反対側に第２の平面側１４を有し、第２の側面を有する第２の薄板１３（ここでは下面または底面１４を有する下板（底板）１３として示される）によって形成されてもよい。中間層は、第１の板１１と第２の板１３との間のタイル１０の内部に配置された中間構造、例えばハニカム支持構造１５などによって形成されてもよい。内側層、外側層および中間層は、４つの側面または側縁１６を有する。タイル１０は矩形の断面を有し、タイルの厚さを規定する側面１６の形状を形成し、それはタイル１０の長さおよび／または幅よりも実質的に短い。第１および第２の板１１、１３ならびに支持構造１５は軽量である。支持構造１５は、第１および第２の板１１、１３を構造的に支持する。しかしながら、他の実施形態では、支持構造体１５を設けなくてもよい。

展開可能な構造体５は、格納構成（図２）で発射され、いったん軌道に入ると（例えば、無重力条件下で）、大きな展開構成（図１（ａ））に展開され得る。格納構成では、複数のタイル１０は、コンパクトな形態であり、宇宙空間に輸送することができる。これらのタイル１０は、任意の適切な様式（種類、タイプ）にアレンジ（調整、変更、準備、配置）でき、例えば、互いの上に折り畳むなどして、あるタイル１０の上面１２が別のタイル１０の上面または底面１２、１４に面して平行になるように、これらのタイル１０を積層配置してもよく、１つまたは複数のタイル１０を任意に、選択的に他のタイル１０に対して直交するように配置してもよい。展開構成（例えば、図１（ａ））では、これらのタイル１０は折り畳まれておらず、互いに実質的に平面であり、アレイ構造を形成する。したがって、アンテナ１８は上板１１の凹部に収納されており、アンテナ１８の上面が上板１１の頂面１２と同一平面となり、平坦な頂面１２を形成する。また、太陽電池は底板１３の凹部内に配置でき、太陽電池の上面が底面１４と同一平面になり、平坦な底面１４を形成するようにしてもよい。したがって、上面１２および底面１４は、それらの間に間隙または間隔を伴うことなく、格納構成でまとめることができる。本開示の一実施形態によれば、タイルは、連続した均一な途切れのない表面を形成する。

ＬＭＤＳ５は、例えばアンテナ、反射器、またはデータセンタを含む多数の用途に利用することができる。図３（ａ）～図３（ｄ）は、アンテナに利用されるＬＭＤＳ５の一実施形態を示し、複数のタイル１０はアンテナアセンブリ（アンテナ組立体、アンテナ構造体）である。各アンテナアセンブリ１０は、小型衛星（本明細書ではマイクロ、マイクロ衛星とも呼ばれる）を表し、１つまたは複数の（少なくとも１つの）アンテナ素子１８と、処理デバイス（たとえば、プロセッサまたはコントローラ）とを有する。これらのアンテナアセンブリ１０は相互接続アセンブリ（連結アセンブリ、連結組立体、連結構造体、接続構造体）によって互いに接続されており、連結アセンブリは、１つまたは複数の（少なくとも１つの）機械的なコネクタ（連結装置、接続装置）２０と、アンテナアセンブリ１０間の電力および／またはデータ転送を可能にする電気的なコネクタ２２と、構造体５を格納構成（図２）に保持する１つまたは複数の（少なくとも１つの）ラッチ（外れ止め）とを有する。電気的なコネクタ２２は、隣接するタイル１０の電子コンポーネント（電子部品、例えば、処理装置、センサ、アクチュエータ、電源）を電子的に接続する。したがって、タイル１０のアレイはモジュール式であり、タイル１０を追加または除去することによってアレイのサイズおよび形状を調整することができる。

構造体５は受動的に展開し、例えば、アンテナアセンブリ１０は、複数のエネルギー蓄積型の連結装置（複数のエネルギー蓄積型のコネクタ、複数の蓄積エネルギー型の連結装置、複数の蓄積エネルギーコネクタ、複数の蓄積エネルギー連結装置、エネルギーが蓄積された複数の連結装置、複数の蓄積エネルギー型のコネクタ）２０によって接続される。複数のエネルギー蓄積型のコネクタ２０は、エネルギーが蓄積された位置とエネルギーが放出（解放）された位置とを有する。複数のアンテナアセンブリ１０のアレイが折り畳まれた格納構成（図２（ａ））では、エネルギー蓄積型のコネクタ２０はエネルギーが蓄積された位置にあり、そこで機械的なエネルギーを保持し、エネルギーが放出された位置に対し外向きに付勢される。複数のアンテナアセンブリ１０のアレイが折り畳まれていない展開構成（図２）では、エネルギー蓄積型のコネクタ２０はエネルギーが放出された位置にある。例えば、一実施形態では、コネクタ（連結装置、接続装置）２０は機械的にエネルギーを蓄積することができ、例えば、外側に（すなわち、直線位置に対し外側に曲がるように）付勢された細長く伸びた直線状の一体型のばねなどのようにである。エネルギーが蓄積された位置では、ばね式のコネクタ２０は折り畳むことができ（例えば、半分に折り畳むように湾曲される）、エネルギーが放出された位置では、ばね式のコネクタ２０は展開され、実質的に真っ直ぐ（すなわち、線形）または平面であってもよい。しかしながら、エネルギー蓄積型のコネクタ２０はばね（ばね式）である必要はなく、他の機械的または電気的にエネルギーを蓄積する任意の適切なコネクタ（連結装置）であってよい。

構造体５は、ラッチなどの、ロック状態およびアンロック状態を有する１つまたは複数の（少なくとも１つの）機械的および／または電気的なロック機構３０によって格納構成に維持される。これらのロックは、例えば、格納位置（図２）にあるときにＬＭＤＳ５の外面に配置されるラッチシステム（外れ止め装置）とすることができる。あるいは、ロックは、例えば、タイル１０の回転を防止する機構であってもよい。ロック状態（固定された状態）では、これらのロックは、複数のタイル１０のアレイが格納構成から展開構成に不用意に移行（移動）することを、これらのロックが、ロックが解除された状態となるまで、防止する。展開を開始する準備ができると、ラッチは、折り畳まれたアンテナアレイをロック解除するように起動される（トリガーがかかる）。例えば、ラッチは、手動で作動させてもよく、アンテナアセンブリ１０の処理装置によって作動させてもよい。ラッチがロック解除されると、複数のエネルギー蓄積型のコネクタは、制御された方法で、複数のアンテナアセンブリ１０のアレイを展開構成に移行させ始める。複数のエネルギー蓄積型のコネクタ２０内のエネルギーが放出（解放）され始め、複数のエネルギー蓄積型のコネクタは、エネルギーが放出された位置に向かって動く（移行する、移動する）。複数のエネルギー蓄積型のコネクタが、エネルギーの放出された位置に移行すると、複数のアンテナアセンブリ１０は、格納構成から展開構成に展開する。

エネルギー蓄積型のコネクタ２０は、ＬＭＤＳ５が地上にあるときは、エネルギーが蓄積された位置に折り畳まれる。この段階で、ＬＭＤＳ５をコンパクトな格納構成で宇宙空間に輸送することができる。宇宙空間に入ると、１つまたは複数のラッチはロック解除され（例えば、手動で、または遠隔操作ソレノイドなどによって電気的に）、複数のエネルギー蓄積型のコネクタ２０は、エネルギー蓄積コネクタ２０に蓄えられた機械的なパワー（動力）を利用して複数のアンテナアセンブリ１０を展開構成に移行（移動）させる。したがって、コネクタ２０が機械的である一実施形態では、アンテナアレイは、格納構成から展開構成に移行するために電力を必要としない。加えて、これらのコネクタ２０は、アンテナアセンブリ１０の動作を妨げないように配置される。例えば、これらのコネクタ２０は、複数のアンテナアセンブリ１０の側縁１６に配置され、アンテナアセンブリ１０の上部１２または底部１４のいずれにおいても電気的動作に干渉しないようになっている。また、これらのコネクタ２０は、アセンブリ１０が展開構成でまとまること（集合すること、一体になること）を可能にし、その結果、それらの側面１６が互いに接触して、隣接するアンテナアセンブリ１０間に間隙のない単一の連続した均一で平坦な表面を形成する。
コネクタ２０

図３（ａ）～（ｄ）に示すように、例示的な一実施形態では、エネルギー蓄積型のコネクタ２０はテープばね（テープ型のばね、平型のばね）であるが、他の適切なコネクタを利用することができる。テープばねは、薄く、線形で、細長いものであってもよい。それらは、平坦（すなわち、直線状な断面のもの）または弓形（すなわち、湾曲した断面のもの）のいずれかであってもよい。さらに、相互接続アセンブリ（相互接続構造体）は、タイル１０に接続するためのラッチ、ジョイント、ヒンジまたはコネクタなどの他の取り付け可能な機構を含んでもよい。テープばね２０は、ばねで負荷が与えられたヒンジであり、展開された後は、必要な機械的剛性を備えた構造体となる。図３（ａ）に最もよく示されているように、１つまたは複数のテープばね２０が、アンテナアセンブリ１０の側縁部１６の１つまたは複数に設けられている。図３（ｄ）では、テープばね２０は、金属構造であり、湾曲していてもよく、エネルギーが蓄積された位置に折り畳まれたときに、ばねとしての付勢（バイアス）を生成し、エネルギーが放出された位置に展開されたときにその状態をロックするような力が生成されるようにしてもよい。このロック（保持する）力（係止力）は、複数のアンテナアセンブリ１０を展開構成に維持し、それらが展開構成から戻ることを防止する。したがって、これらのタイルは小型の別個の個別デバイスであり、１つまたは複数の（少なくとも１つの）コネクタ２０によって互いに物理的に接続されており、宇宙空間内に大きなアレイを形成する。

コネクタ２０は、格納構成において互いに折り畳まれて互いに実質的に平行であるときに隣接するタイル１０と連結するために十分な長さであり、展開構成において展開されて互いに実質的に平面であるときにも、隣接するタイル１０を接続するのに十分な長さである。テープばねコネクタ（平型のばね式の連結装置）２０は、複数のパネルを展開するためのエネルギーを発揮し（もたらし）、展開されるとそれらのパネル１０を所定位置に保持する。コネクタ２０は、格納構成にあるときに外向きに跳ねるように付勢された、外向きに付勢（バイアス）された、ばねを含んでもよい。複数のパネル１０が相互に折り畳まれると、これらのコネクタ２０は、曲がった状態または折り畳まれた構成になり、外側に付勢され、真っ直ぐなまたは直線的な位置になる。格納構成では、ばねは、格納構成から展開構成へのパネル１０の移行（移動）を容易にする外向きの力を加える。

図３（ａ）～（ｄ）にさらに示されるように、コネクタ２０（すなわち、本例示的実施形態におけるテープばね）は、タイル１０の上面１２および底面１４の両方に（例えば、締結具、接着剤などによって）取り付けることができる。また、上面１２上のテープばね２０は、底面１４上のテープばね２０と位置合わせ（整列）されてもよい。しかしながら、テープばね２０は、タイル１０の任意の適切な位置に設けることができ、上面１２と底面１４との間などであってもよい。また、テープばね２０は、上面１２および底面１４の両方に設ける必要はなく、あるいは上面１２上のテープばねを底面１４上のテープばねと位置合わせさせなくてもよい。

上記の例では、エネルギー蓄積型のコネクタ２０は、機械エネルギーを蓄積するばねテープであることにさらに留意されたい。しかしながら、エネルギーを機械的に蓄積する任意の適切なエネルギー蓄積型のコネクタを利用することができる。加えて、エネルギーを電子的に蓄積する任意の適切なコネクタを利用することができる。加えて、エネルギー蓄積コネクタ２０は、任意の適切な時間で、複数のタイル１０を格納構成から展開構成に移行（移動）させてもよく、例えば、数時間から数日であってもよい。

したがって、各タイル１０は、タイル１０を隣接するタイル１０に機械的に接続する少なくとも１つのコネクタ２０を有し、それらは同時に、タイル１０を他のタイル１０のうちの少なくとも１つに対して動くことで（移動して、例えば、屈曲、折り畳み、回転、または枢動して）、格納位置と展開位置との間の移行を可能にする。

例えば、これらのコネクタ２０は、第１のタイル１０の上面１２または底面１４が、ｎ番目のタイル１０の上面または底面に接触するようにしてもよい。そして、第１のタイル１０は、ｎ番目のタイル１０と垂直方向または水平方向のいずれかに整列させても（並べても、位置合わせしても）よく、第１およびｎ番目のタイル１０は直に隣接している必要はなく、または、このコネクタによって接続された隣接するタイルでなくてもよい。すなわち、第１のタイルは、ｎ番目のタイルから数タイル離れて配置してもよく、第１のタイルとｎ番目のタイルとの間に他の複数のタイルが介在してもよい。例えば、ｎ番目のタイルは、第１のタイルと同じ行または列において第１のタイルに直に隣接する第２のタイルであってもよい。または、ｎ番目のタイルは第５のタイルであってもよく、同じ行または列内の第１のタイルと第５のタイルとの間に３つのタイルが介在していてもよい。または、ｎ番目のタイルは、第５のタイルであり、それは第１のタイルとは異なる行および列にあってもよい。一実施形態では、各タイルは２つのコネクタを有し、２つの隣接するタイルに機械的に接続される。

本開示のさらなる実施形態では、コネクタ２０は、第１のタイル１０を直に隣接する第２のタイル１０に直に連結するヒンジであってもよい。ヒンジは、タイルの内面若しくは外面に、またはタイルの中間層に連結していてもよい。ヒンジは、機械的および／または電気的接続を提供してもよく、一実施形態では、ヒンジは少なくとも機械的な接続を有し、電子的に制御されることにより、動作構成と格納構成との間で動いて（移行して、移動して）もよい。任意の適切な制御機構を利用して、機械的および／または電気的にモジュールの回転を制御することができる。例えば、制御機構は、電流を受けて電磁力を生じさせるコイルであってもよく、複数のタイル１０に対し、互いの回転を制御するようにタイル上に配置されてもよい。

コイルによって形成された電磁力は、タイル１０を動かし、および／またはヒンジを動かすことができる。磁石、付勢された機械的ばね、および／またはソレノイドなどの他の適切な制御機構を設けることができる。必要に応じて、電線またはファイバをヒンジを介して複数のタイル間の間に設けてもよく、宇宙空間内の位相アレイの動きを制御するための制御信号、および／または動作構成と格納構成との間の複数のタイル１０の動き（移行）を制御するための制御信号などのデータを搬送するために用いてもよい。一実施形態では、ワイヤは、電流を搬送してもよく、それがコイルを通過して磁場を生成し、ヒンジを開いて複数のタイル１０を格納構成から動作構成に移行させてもよい。これらのコイルはまた、位相アレイを傾斜させて、太陽および／または開口のポインティングを追跡するために、さらに、位相アレイ３００を他の目的で動かすために用いてもよい。別の実施形態では、コネクタ２０は、タイル１０の側縁部のうちの少なくとも１つに設けられたテープばねおよびヒンジの両方を含んでもよい。
ＬＭＤＳ構成

構造体５を形成するタイル１０は、図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）にそれぞれ示すように、異なる構成、すなわち１×１タイル、２×１タイル、２×２タイルなどで組み立てる（構成する）ことができる。これらのタイル１０の各々は、ここでは上部１２として示される通信面／側と、ここでは底部１４として示される太陽光発電面／側とを有する。通信側１２は、地球上のユーザ装置と無線周波数（ＲＦ）通信を行うアンテナ素子１８を有する。これらのタイル１０を増やすことにより、１つのＲＦ側と１つのソーラーパネル（太陽光パネル）側とを有するアレイ／構造５を生成できる。ＲＦ側は、地球に面する上面１２を形成し、第２の側は、地球から離れた方に面する底面１４を形成する。

加えて、太陽電池は、地球から離れた方に面する表面（ここでは、底面１４）上に配置できる。太陽電池は、特にＬＭＤＳ５が地球と太陽との間にあるとき、太陽から太陽エネルギーを受け取る。したがって、衛星モジュールの一方の側は太陽電池を有することができ、反対側はアンテナを所望の方向に向けることができる。太陽エネルギーは、タイルの電子コンポーネントに電力を供給するために、またはアレイの推力のために利用することができる。例えば、タイルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換してソーラーパネルとして動作する光起電材料または他の材料から作製することができ、本開示においては、それらが、信号を送受信するためのアンテナ構造（または衛星若しくは衛星モジュールの他の構造）として動作してもよい。電気エネルギーは、衛星または衛星モジュールに電力を供給するために使用されるか、または後の使用のために蓄積される。したがって、同じ構造を太陽エネルギーのためと、衛星アンテナとしての動作のために使用することができる。

展開位置では、複数のタイルは近接して配置され、隣接するタイルの１つまたは複数に接触させてもよい。したがって、ＲＦ側は集合的に（全体として）大型の位相アレイを形成する。これらのタイル１０は、受信機、送信機または１つまたは複数の処理装置などの他の電子構成要素を任意に収容することもできる。これらの電子コンポーネント（電子部品）は、アンテナ素子１８の動作または位相アレイの形成を妨げないように、タイルの内部（上面と下面（底面）との間）に配置される。

コネクタ２０とＲＦ側１２との間のいかなる干渉もさらに回避するために、これらのコネクタ２０は、構造が展開する（広がる）ときに、これらのコネクタ２０がＲＦ側１２の上面を妨害しないように配置される。図３（ａ）では、タイル１０は１６個のアンテナ素子１８の４×４のアレイであり、タイル１０の２つの側縁の各々に２つのコネクタ２０が形成される。しかしながら、他の適切なサイズおよび形状を利用することができる。例えば、タイル１０は、図３（ｂ）では４×８アレイの３２個のアンテナ素子１８、または図３（ｃ）では８×８アレイの６４個のアンテナ素子１２を持つように形成することができ、複数のコネクタ２０は、タイル１０の外側縁に配置することができる。

ＬＭＤＳ５はモジュール式であり、多くの異なるレイアウトの組合せ（タイルサイズ、タイルの数、全体形状、全体サイズなど）で設計することができるが、タイルの形状は正方形および長方形であり、すべてのタイル１０は機械的に相互接続される（独立して展開可能な領域ごとに）。一実施形態では、構造体は一度に全て展開する。しかしながら、他の実施形態では、構造は、半分（半体）ずつ２つに分けて、四分の一（四半体）ずつ４つに分けて展開してもよい。ＬＭＤＳは、特にＬＥＯ軌道用に構成されているが、任意の他の可能な軌道または地上に適用可能である。

図１（ａ）は、正方形の形状を有する構造５を示すが、他の用途では、構造５は円形の形状であってもよい。加えて、個々のタイル１０のサイズ、レイアウトおよび形状は様々であってもよく、アレイにおける複数のタイル１０の列および行の数と同様に異なってもよい。全体的な形状および構造は、タイル１０を追加または除去することによって、あるいは、これらのタイルの行、列の数を変えたり、これらのタイルのサイズまたは形状を変更することによって変更することができる。
ラッチ

本開示の一実施形態では、ロック機構３０は、少なくとも１つのラッチ（外れ止め）であってもよい。これらのラッチは、マイクロサイズおよび軽量であってもよく、少なくとも１つのタイル１０に取り付けられる。これらのラッチは、１つまたは複数のタイル１０を押さえ付け、アレイ５が格納構成から展開構成に不用意に移行することを防止する。これらのラッチは、他の任意の適切な装置であってもよい。一実施形態では、ラッチは形状記憶合金（ＳＭＡ：Shape Memory Alloy）で作製される。小さな電流がラッチを通過し、これによりラッチが複数のタイル１０からなるアレイのロックを解除し、複数のタイル１０が折り畳まれた格納構成から展開された展開構成に移動（移行）できるようにする。ロック解除は、ラッチを手動で動かしたり、ボタンを押してこれらのラッチを遠隔的に作動することにより手動で制御してもよく、または１つまたは複数のタイル１０においてプロセッサによって自動的に制御してもよい。これらのラッチは、温度が－６５～+７０℃であり得る宇宙空間における過酷な条件にもかかわらず、迅速（ミリ秒以内で）かつ確実に応答する。
輸送

動作構成の一実施形態では、複数のタイル１０の全てが単一の平面内に配置され、即ち、複数のタイルの全てが単一の平面の上面をなすように隣接して並んでいる。そして、格納構成では、接続されたタイルの全てが一列（単一の列）で互いに対向して整列および配置される。

したがって、このシステムは、複数のコネクタ２０によって接続された非常に多数の衛星タイルを有する。これらのタイル１０は、保管または輸送構成で配置することができる。これらの小型のタイル１０は、別個の個別のデバイスであり、少なくとも１つのコネクタ（連結装置、接続装置）２０によって互いに物理的に連結されている。これらのタイルは、保管および輸送のために輸送構成に折り畳むことができ、その後、宇宙空間で、動作構成の大型衛星アレイに展開（分散）することができる。

例えば、保管構成では、複数のタイルがコネクタ２０に沿って折り畳まれ、ロケットまたは他の輸送装置または宇宙船に載せて輸送するために、箱などの単一の輸送コンテナ内に一緒に配置される（入れられる）。１つまたは複数の輸送コンテナが宇宙空間内の所望の軌道の解放（放出）する位置に到達すると、輸送コンテナを開くことができ、これらのタイルを宇宙空間に放出することができる。これらのタイルは、その後、自動的に操作されて、宇宙空間で動作構成アレイに入り、複数の衛星タイルにより非常に大きく高密度のアレイを形成することができる。

これにより、複数のタイルの輸送中に必要とされる空間を大幅に低減するが、動作構成においてはこれらのタイルにより非常に大きなアレイを形成することを可能にする。これらのタイルは、タイルの数に応じてほんの数平方メートルの空間を占めるが、これらは、宇宙空間内において展開されたときには多くの（大きな、何）平方メートルに変換される。したがって、この衛星アレイは、最小限の人間の介入（輸送コンテナおよび宇宙船からタイルを放出したり、任意に選択されるがロック機構をラッチ解除して複数のコネクタの自己展開を開始するなどの）で形成することができ、物理的な人間の介入（アレイのためのフレームまたは他の構造を構築するなどの）なしで形成することも可能である。さらに、多数のタイルを宇宙空間内で互いに接続して、サイズが数百または数千平方メートルの単相アレイを形成することができる。
結論

これらのタイル１０、コネクタ２０およびロック機構３０は、ＬＭＤＳ５のために利用され、宇宙空間で展開される。しかしながら、これらのタイル１０、コネクタ２０およびロック機構は、他の構造または用途において用いることができる。また、ＬＭＤＳ５は、任意の適切なタイル、コネクタ、およびロック機構を利用することができ、例示的な実施例に関して図示および説明されたものに限定されない。また、これらのタイル、コネクタおよびロック機構の好適な例としては、ＬＭＤＳの一部として構造として内蔵されているものであってもよい。

これらのタイル１０の形状およびサイズは、これらのタイル１０を展開した構成において互いに直に隣接して配置することが可能になるものであることにさらに留意されたい。すなわち、タイル１０の全ての側面（側辺）は、隣り合う隣接タイルの対応する側面（側辺）と直に接触する。複数のコネクタ（連結装置）は、これらのタイルが互いに実質的に連続して、隣接するタイル１０との間に隙間がない単一の連続した構造体５を形成することを可能にする。これらのコネクタ２０は、隣接するタイル１０が、展開された位置で互いに直に（直接的に）接触することを可能にする（かつ妨害しない）。

ＬＭＤＳ５がアンテナアレイとして構成されるとき、それ（例えば、複数のアンテナ素子１８）は、例えばユーザ装置（例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ）および／または地上局のような、地球上の処理装置と通信する。本開示はまた、ＬＭＤＳ５により、地球上の処理装置と通信する（すなわち、信号を送受信する）方法を含む。本開示はまた、ＬＭＤＳ５と通信する（すなわち、信号を送受信する）地球上の装置の処理方法を含む。さらに、ＬＭＤＳ５は、開示された例では地球低軌道（ＬＥＯ）で使用されているが、他の軌道または他の用途で利用することもできる。加えて、本開示はアンテナアセンブリのアレイに関して説明されたが、本開示は他の用途に利用することができ、例えば、データセンタ、反射器、および他の構造などであって、両方とも宇宙空間または地上で実装されていてもよい。

一実施形態では、本開示は、各々がアンテナを有する複数の平坦な個別の（別体の、独立した）衛星モジュールより形成される大きい高密度のアレイと、複数の平坦な個別の衛星モジュールのうちの１つまたは複数における複数のコイルであって、各々が電磁力を生成する複数のコイルとを有する位相アレイを提供し、前記複数の平坦な個別の衛星モジュールは複数のヒンジによって相互接続され、複数の平坦な個別の衛星モジュールは、宇宙空間への輸送のためのコンパクトな輸送用の構成と、電磁力により複数の平坦な個別の衛星モジュールが宇宙空間で大型の高密度アレイが形成される動作用（稼働用）の構成と、を有する。さらに、これらの複数の平坦な個別衛星モジュールは、動作用の構成において、大きな平面状に機械的に相互接続された構造を形成する。さらに、これらの複数の平坦な個別の衛星モジュールのそれぞれは、上部に太陽電池を有し、底部に送信機を有する。加えて、電磁力は、ヒンジを中心として複数の平坦な個別の衛星モジュールを旋回させる。さらに、コイルは磁界を生成し、それが位相アレイを移動させて太陽または地上の物体を追跡する。

別の実施形態では、本開示は、第１のモジュールと、第２のモジュールと、第１のモジュールおよび第２のモジュールに接続されたコネクタ（連結装置）であって、第１のモジュールおよび第２のモジュールを動作構成と保管構成とに移行させる（動作構成と保管構成との間で動かす）コネクタと、上記のコネクタに結合された制御機構であって、第１および第２のモジュールを動作構成と格納構成とに移行させる制御機構と、を有するフェーズアレイを提供する。さらに、第１および第２のモジュールはアンテナを含む。加えて、上記の制御機構はコイルを備え、上記の制御機構は上記のコイルに電流を流して磁界を生成し、この磁界が上記の第１および／または第２の衛星モジュールを動かして上記のコネクタを中心にして旋回させる。さらに、上記の制御機構はコイルを備え、上記の制御機構は上記のコイルに電流を流して磁界を生成し、この磁界が位相アレイを移動させて太陽または地上の物体を追跡する。さらに、上記の制御機構はコイルを備え、上記の制御機構は上記のコイルに電流を流して磁界を生成し、この磁界が位相アレイを移動させて、位相アレイによって形成された開口の向きを制御する。加えて、上記のコネクタは機械的コネクタを含む。さらに、電気ワイヤまたはケーブルが上記のコネクタを通る。加えて、上記の第１および第２のモジュールは、上部、底部および側部を備えた平坦なものであり、動作構成では、行および列に隣接して並んで配置され、保管構成では上部および／または底部が互いに向かい合うように配置される（組み合わされる）。加えて、上記の第１および第２のモジュールは、上部、底部および側部を備えた平坦なものであり、上部に太陽集熱器を有し、底部にアンテナを有する。

別の実施形態では、位相アレイは、第１の衛星モジュールと、第２の衛星モジュールと、第１の衛星モジュールおよび第２の衛星モジュールに回転可能に接続されたヒンジを含む機械的なコネクタとを有し、上記の第１の衛星モジュールを上記の第２の衛星モジュールに対して回転し、第１および第２の衛星モジュールを動作構成と保管構成との間で動かし、さらに、上記のコネクタに結合されたコイルを備える制御機構であって、そのコイルを通過する電流に応答して電磁場を生成し、動作構成と保管構成との間で上記のヒンジの周りで上記の第１および第２の衛星モジュールを動かす制御機構と、を有する。

本開示は、２０２０年５月１５日に出願された「Solar, Electric, RF Radiator for Self-Contained Structure for Space Application Array」という名称の米国特許出願、および２０２０年５月１５日に出願された「Thermal Management System for Structures in Space」という名称の米国特許出願に開示されたシステムおよび方法とは別々に利用することができ、また、それらと組み合わせて利用することもできることに更に留意されたい。したがって、例えば、自己展開可能な（自律展開型の）複数のタイル１０は、太陽光、電気、ＲＦ放射器の用途において図示および説明されるような構造を有することができ、かつ／または熱管理の用途において熱管理の出願に図示および説明されるように用いることができる。

説明および特許請求の範囲は、平面、正方形、長方形、線形、面一、細長い、円形、平行、垂直、直交、横断、平坦、側部、上部、および底部などのいくつかの幾何学的、関係的、方向的、位置的な用語を使用することにさらに留意されたい。これらの用語は、図面に示された実施形態に基づく説明を容易にするための便宜上のものに過ぎず、本開示を限定することを意図するものではない。したがって、本開示および開示は、それらの幾何学的、関係的、方向的、または位置的な用語なしに、他の方法で説明され得ることを認識されたい。加えて、幾何学的または関係的な用語は正確ではない場合がある。例えば、表面（面）は、正確に平坦、平面または平行でなくてもよいが、例えば面の粗さ、製造時に許容される公差、使用中に実際に加えられる力などに対し、依然として実質的に平坦、平面または平行であると考えられる。また、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の好適な幾何学形状および関係が提供されることができる。

前述の説明および図面は、様々な方法で構成され得る本開示の原理の例示のみと見なされるべきであり、本明細書で説明される実施形態によって限定されることは意図されない。本開示の多数の用途が当業者には容易に思い浮かぶであろう。したがって、開示された特定の例または示され説明された正確な構成および動作に本開示を限定することは望ましくない。むしろ、全ての適切な改変および等価物が、本開示の範囲内に入るように用いられ得る。

関連出願
本出願は、２０１９年５月１５日に出願された米国特許出願第６２／８４８３１７号、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２３号、および２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７７,８６４号の優先権を主張する。本出願はまた、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２４号、２０２０年２月１３日に出願されたスペイン特許出願第２０２０３０１２５号、２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７７,８６０号、および２０２０年２月１８日に出願された米国特許出願第６２／９７８,０８１号に対する優先権を主張する。これらの出願の内容は依拠され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願はさらに、２０２０年５月１５日に出願された「Solar, Electric, RF Radiator for Self-Contained Structure for Space Application Array」という名称の米国特許出願第１６／８７５，７０３号、および２０２０年５月１５日に出願された「Thermal Management System for Structures in Space」という名称の米国特許出願第１６／８７５，７３８号の内容を参照により援用する。

本開示は、２０２０年５月１５日に出願された「Solar, Electric, RF Radiator for Self-Contained Structure for Space Application Array」という名称の米国特許出願第１６／８７５，７０３号、および２０２０年５月１５日に出願された「Thermal Management System for Structures in Space」という名称の米国特許出願第１６／８７５，７３８号に開示されたシステムおよび方法とは別々に利用することができ、また、それらと組み合わせて利用することもできることに更に留意されたい。したがって、例えば、自己展開可能な（自律展開型の）複数のタイル１０は、太陽光、電気、ＲＦ放射器の用途において図示および説明されるような構造を有することができ、かつ／または熱管理の用途において熱管理の出願に図示および説明されるように用いることができる。

Claims (21)

1. 格納構成および展開構成を有する複数のタイルと、
   前記複数のタイルのうちの隣接するタイルに接続された複数のエネルギー蓄積型の連結装置であって、前記格納構成ではエネルギーを蓄積し、前記複数のタイルを前記展開構成に移行させる、複数のエネルギー蓄積型の連結装置とを有する宇宙用の構造体。
2. 請求項１において、
   蓄積されるエネルギーは機械的なエネルギーを含み、前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置は、電気的なエネルギーなしで前記複数のタイルを前記展開構成に移行させる、構造体。
3. 請求項１または２において、
   前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置の各々は、ばね式の連結装置を含む、構造体。
4. 各々が少なくとも１つのアンテナを含む複数のアンテナアセンブリであって、格納構成および展開構成を有する複数のアンテナアセンブリと、
   前記複数のアンテナアセンブリのうちの隣接するアンテナアセンブリを接続する、複数のエネルギー蓄積型の連結装置であって、エネルギーが蓄積された位置およびエネルギーが放出された位置を有し、前記複数のアンテナアセンブリが前記格納構成にあるときは前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置は前記エネルギーが蓄積された位置にあり、前記複数のアンテナアセンブリを前記展開構成に移行させる、複数のエネルギー蓄積型の連結装置とを有するアンテナのアレイ。
5. 請求項４において、
   前記複数のアンテナアセンブリは、前記展開構成において宇宙空間に平面アレイを形成する、アレイ。
6. 請求項４または５において、
   前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置は、宇宙空間において、前記複数のアンテナアセンブリを自律的に組み立てる、アレイ。
7. 請求項４ないし６のいずれかにおいて、
   前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置である、アレイ。
8. 請求項４ないし７のいずれかにおいて、
   前記複数のアンテナアセンブリが平坦である、アレイ。
9. 請求項４ないし８のいずれかにおいて、
   前記複数のアンテナアセンブリは、前記格納構成においては互いに対して折り畳まれており、前記展開構成においては互いに展開される、アレイ。
10. 請求項４ないし９のいずれかにおいて、
    前記複数のアンテナアセンブリが前記展開構成にあるときは、前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置は前記エネルギーが放出された位置にある、アレイ。
11. 請求項４ないし１０のいずれかにおいて、
    前記複数のアンテナアセンブリを前記格納構成にロックするロック位置と、前記複数のエネルギー蓄積型の連結装置が前記複数のアンテナアセンブリを前記展開構成に移行させることを可能にするロック解除位置とを備えたロック機構をさらに有する、アレイ。
12. 請求項４ないし１１のいずれかにおいて、
    前記複数のアンテナアセンブリはそれぞれ通信側と太陽側とを含み、前記通信側は地球と通信するための少なくとも１つのアンテナ素子を含み、前記太陽側は電力を生成するための少なくとも１つの太陽電池を含む、アレイ。
13. 複数の正方形または長方形のアンテナアセンブリであって、各々が、太陽電池を含む第１のアンテナアセンブリ面と、前記第１のアンテナアセンブリ面の反対側で、前記少なくとも１つのアンテナ素子を含む第２のアンテナアセンブリ面とを備えた複数の正方形または長方形のアンテナアセンブリを有し、
    前記複数の正方形または長方形のアンテナアセンブリは、それらの間に隙間がない状態で相互接続され、前記第１のアンテナアセンブリ面からなる第１の連続したアレイ面と、前記第２のアンテナアセンブリ面からなる第２の連続したアレイ面とを形成する、アンテナアレイ。
14. 請求項１３において、
    前記複数のアンテナアセンブリを接続する少なくとも１つの機械的なエネルギー蓄積型の連結装置をさらに有する、アンテナアレイ。
15. 請求項１３または１４において、
    前記アレイは、前記複数のアンテナアセンブリが互いに折り畳まれた格納構成と、前記複数のアンテナアセンブリが互いに平面である展開構成とを有する、アンテナアレイ。
16. 請求項１３ないし１５のいずれかにおいて、
    前記展開構成になるように外向きに付勢された、ばね式の連結装置をさらに有する、アンテナアレイ。
17. 請求項１３ないし１６のいずれかにおいて、
    前記アレイを前記格納構成に保持するロック位置と、前記アレイが前記展開構成に移行することを可能にするロック解除位置とを備えたロック機構をさらに有する、アンテナアレイ。
18. 請求項１７において、
    前記ばね式の連結装置は、前記ロック機構がロック解除位置になると、前記アレイを前記格納構成から前記展開構成に移行させる、アンテナアレイ。
19. 請求項１３ないし１８のいずれかにおいて、
    前記複数のアンテナアセンブリの各々は、複数の直線状の側面を含み、前記直線状の側面の少なくとも１つは、前記複数のアンテナアセンブリの中の、直に隣接するアンテナアセンブリの少なくとも１つの直線状の側面に全体が接触して、前記第１および第２の連続アレイ表面を形成する、アンテナアレイ。
20. 請求項１ないし１９のいずれかにおいて、
    前記構造または前記アレイは、地球上の処理装置と通信する、構造体またはアレイ。
21. 請求項１ないし１９のいずれかに記載の構造体またはアレイに信号を送信すること、および／または前記構造体またはアレイから信号を受信することを含む通信方法。

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