JP2507881B2 - 磁気連結型宇宙船プラットフォ―ム - Google Patents

磁気連結型宇宙船プラットフォ―ム

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JP2507881B2
JP2507881B2 JP63030094A JP3009488A JP2507881B2 JP 2507881 B2 JP2507881 B2 JP 2507881B2 JP 63030094 A JP63030094 A JP 63030094A JP 3009488 A JP3009488 A JP 3009488A JP 2507881 B2 JP2507881 B2 JP 2507881B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、宇宙空間における人間の居住や動植物の育
成及び各種天体観測、理工学実験等を行うためのプラッ
トフォームの回転部と非回転部を磁気力により非接触状
態で連結して、2つの異なった環境を1つの構造体で実
現できるようにする磁気連結型宇宙船プラットフォーム
に関するものである。
[発明の背景] 21世紀に向けて構築・整備していくべき宇宙インフラ
クトラクチャは、宇宙環境利用による各種科学技術実
験、有人宇宙活動に必要な技術の研究開発実験、更には
宇宙工場の実現等の要求を満たすことのできるフリーフ
ライヤ、有人宇宙操作実験のできる有人プラットフォー
ム及びこれらの運用を支援するための軌道上作業機等の
実現が構想されている。
特に、有人プラットフォームは宇宙開発及びその産業
化への発展に不可欠な研究開発の場と考えられ、技術的
にも全く新しいタイプのものである。従って、この有人
プラットフォームの研究開発を強力に推進することが、
世界の経済活動にも平和の維持にも有益である。
1994年度から建設・運用が開始される予定の国際宇宙
ステーションでは、定常的な有人宇宙活動が初めて現実
可能のものとなり、この宇宙ステーション計画に積極的
に参加することにより、宇宙先進技術の修得、宇宙環境
利用の実用化等を目指すことになる。この宇宙ステーシ
ョン計画によって宇宙環境の利用及び有人宇宙活動の利
点が格段に推進され、宇宙科学、材料、ライフサイエン
ス等の面で大きな進歩がもたらされることが期待されて
いる。
しかしながら、現在計画中の宇宙ステーションにおい
ては、滞在中に搭乗員は人間にとって好ましくない無重
量環境で活動することになるので、無重量症候群等のた
めに引き起こされる活動の質の低下、更には地上に帰還
した際の再適応における困難等が予想される。
[発明の目的] 本発明の目的は、磁気力を用いて宇宙船の非回転部と
回転部を非接触で支持することにより、宇宙環境利用の
ための良質なマイクログラビティと、人工重力を発生さ
せて人間が長期間に渡り快適に滞在し、活動できる環境
の実現を両立した磁気連結型宇宙船プラットフォームを
提供することにある。
[発明の概要] 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、外側の
回転部内と内側の非回転部内に人間の居住や物資の保管
に供する空間を形成し、前記回転部と非回転部とを磁気
力により非接触状態で連結し、前記回転部と非回転部と
の間に、前記回転部と非回転部との間を移動して人間の
移動や物資の補給を行うための遷移キャビンを配置した
ことを特徴とする磁気連結型宇宙船プラットフォームで
ある。
[発明の実施例] 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
第1図は第1の実施例を示し、中心部の非回転部1は
マイクログラビティの提供を可能とする部分であり、そ
の空間を拡大するためのモジュール2、物質の補給や人
間の移動を行うための非回転部分3、エネルギを供給す
るための太陽光発電部4から成っている。非回転部1の
外側に配置される回転部5、6は遠心力による人工重力
が生ずる部分であり、磁気連結部7において非回転部1
と非接触で連結され、また回転部5、6は移動用トンネ
ル8、9を介して接続されている。回転部5、6には非
回転部1と同様にドッキングポート10、太陽光発電部11
が設けられている。ただし、太陽光発電部11はデスパン
機構12により太陽を常時指向して、スリップリング等を
介して回転部5、6にエネルギを供給する。また、ドッ
キングポート10に補給船等がドッキングする際は、回転
に対してデスパンして補給船との相対速度を零にし、物
質の補給や人間の移動等の作業を行うようになってい
る。
第2図は磁気連結部7の断面図であり、非回転部1の
一部である非回転連結部13の周囲には、回転部5、6と
接続する回転連結部14が空隙15を介して隣接し、モータ
16により非回転部1と回転部5、6が相対的に回転する
ようになっている。非回転連結部13の下方には遷移キャ
ビン17が配置され、この遷移キャビンは接触型又は非接
触型軸受18a、18bにより回転連結部14に支持されてお
り、また軸受18a、18bには遷移キャビン17を回転させる
モータが設置されている。なお、非回転連結部13には遷
移キャビン17と接続するための接続部13a、回転連結部1
4には同様に接続部14aが設けられている。
第3図は非回転連結部13と回転連結部14の磁気的な構
成図であり、非回転連結部13には永久磁石19及び電磁石
20が設けられ、回転連結部14にはヨーク21が設けられて
いるが、逆の構成でも同様の機能を果すことができる。
永久磁石19は円環状の変調磁極22及び2つの凸部を有す
る同様に円環状の非変調磁極23によって狭まれており、
変調磁極22には電磁ヨーク20a及びコイル20bから成る電
磁石20が取り付けられている。また、回転連結部14のヨ
ーク21は永久磁石19及び電磁石20から発生する磁束の経
路となるように、磁極22、23にそれぞれ対向する磁極2
4、25を有している。
上述の構成において、回転連結部14は非回転連結部13
との間に設けられたヨーク16の駆動力により回転する
が、その際に図示しないセンサからの信号が処理され、
電磁石20に通電して非回転連結部13に対する回転連結部
14の相対的位置が制御される。即ち、永久磁石19から発
生する磁束B0は第4図の破線で示すように、変調磁極2
2、空隙15、ヨーク21、空隙15、非変調磁極23の経路を
通り永久磁石19に戻る。これにより、磁極22と24間及び
磁極23と25間には吸引力が働き、何らかの制御を行わな
いと非回転連結部13に対する回転連結部14の相対的位置
は左右何れか一方に片寄ってしまう。そのために、セン
サによりこの片寄りを検出し、非回転連結部13と回転連
結部14が所定の空隙15を保持するように電磁石20に電流
を流して制御する。例えば、回転連結部14が相対的に左
側に動いて空隙15の右側が狭く、左側が広くなったとす
ると、永久磁石19から発生する磁束B0の吸引力により益
々その傾向が強まり、ついには非回転連結部13と回転連
結部14とが右側において接触してしまうことになる。こ
の変位はセンサで検出され、信号処理をして電磁コイル
20bに電流を流して調整するわけであるが、そのときに
電磁コイル20bに発生する磁束B1は実線で示され、右側
の空隙15では磁束B0とB1の方向が異なり磁束密度を減ら
すように作用するため吸引力が弱まり、逆に左側の空隙
15では同方向の磁束B0とB1が加算されて吸引力が強ま
り、回転連結部14が相対的に右側に動いて元に戻ること
になる。
また、遷移キャビン17は通常では非回転連結部13との
接続部13a或いは回転連結部14との接続部14aの何れかと
接続されており、例えば回転連結部14から非回転連結部
13に遷移キャビン17を接続させる場合は、遷移キャビン
17と接続部14aとを分離した後に、軸受18a、18bに設置
されたモータにより遷移キャビン17を非回転連結部13と
の相対速度が零になるまで加速し、接続部13aを接続さ
せる。この際に、接続部13aを気密にすることにより、
船員が船外活動服に着換える必要をなくすことができ
る。非回転連結部13から回転連結部14への移動はこれと
全く逆の手順がとられる。なお、モータの代りに遷移キ
ャビン17にフライホイールを搭載して、このフライホイ
ールを加速又は減速して遷移キャビン17を加速・減速す
るようにしてもよい。
第5図は第2の実施例を示し、第1図におけるモジュ
ール2により良質なマイクログラビティが得られるプラ
ットフォームの重心付近に置いた場合であり、磁気連結
部7は上下に2個所設置され、その間は移動トンネル26
で接続され、更に移動トンネル8を介して回転部5に接
続されている。
第3図の実施例においては、左右の制御だけが可能で
あったが、この実施例においては上下の磁極の一方を傾
けることによ傾き制御が可能となる。また、上下方向の
動きに関してはこの磁極だけでも復元力が発生するが、
必要に応じて上下方向の制御を専用に行う電磁石を設け
てもよい。
なお、上述した実施例において、回転連結部14を動か
すモータは非回転連結部13側のみに配置しても機能的に
は同じである。また、回転部5、6に生ずる人工重力の
大きさは、回転半径が大きい程大きくなる。例えば、回
転速度が毎分3回転であれば、回転半径が100mでほぼ地
球上と同じ重力が得られ、回転半径がその6分の1及び
3分の1になると、それぞれ月面及び火星表面の重力と
ほぼ等しくなる。このように、必要に応じた回転半径を
持つ回転部5、6を磁気連結部7に接続することによ
り、任意の大きさの人工重力を有する空間を提供するこ
とが可能となる。
第6図は磁気支持プラットフォーム制御系のブロック
回路構成図である。非回転部1に取り付けられた加速度
計、恒星センサ等から成る慣性センサ30は非回転連結部
13の加速度を検出し、その出力は無重力状態である目標
値Rと比較され、その値は回転連結部14に設けられたセ
ンサ31の出力との比較から、非回転部1と回転部5の相
対回転数検出回路32及び回転連結部14のニューテーショ
ン、プレセッションの章動運動検出回路33により、相対
回転数及び章動運動が検出できる。回転部5を一定重力
に保つために回転数制御回路34を通して回転制御アクチ
ュエータであるモータ16を制御する。なお、この回転制
御は通常の人工衛星姿勢制御方法と同様にフライホイー
ルを併用してもよい。これにより、非回転部1を無重力
状態に保持したまま、回転部5を一定の回転に保つこと
が可能となる。
一方、章動運動は章動運動検出回路33の出力により章
動運動制御回路35で得られた制御信号により、章動運動
制御アクチュエータともなる非回転連結部13及び回転連
結部14で発生する磁気力により非回転部1に加速度を発
生させないようににして章動運動のみが制御される。こ
のとき、必要に応じてフライホイール、ジェット、イオ
ンエンジン、地磁気力等を併用することができる。章動
運動制御時は非回転部1は慣性空間に保持され、回転部
5は首振り運動をしているため、空隙15は常に変化する
ことになる。そのとき、非回転部1に悪影響を与えない
ように、空隙15及び制御力を自在に制御できなければな
らないが、それが可能となるのは非回転連結部13及び回
転連結部14により、非接触で非回転部1と回転部5を保
持しているからである。
[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る磁気連結型宇宙船プ
ラットフォームは、宇宙環境利用のための良質なマイク
ログラビティを提供する非回転部と、人間の長期滞在に
適する環境を提供する回転部を磁気力により非接触で連
結することにより、両者の環境条件に悪影響を与えるこ
と無く1つの構造体として実現できる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係る磁気連結型宇宙船プラットフォーム
の実施例を示し、第1図は全体構成図、第2図は磁気連
結部の断面図、第3図は磁気連結部の磁気的な機構図、
第4図は作用説明図、第5図は他の実施例の磁気連結部
の断面図、第6図は制御系のブロック回路構成図であ
る。 符号1は非回転部、2はモジュール、3は非回路部分、
4、11は太陽光発生部、5、6は回転部、7は磁気連結
部、8、9、26はトンネル、10はドッキングポート、13
は非回転連結部、14は回転連結部、16はモータ、17は遷
移キャビン、19は永久磁石、20は電磁石、21はヨーク、
22〜25は磁極である。
フロントページの続き (72)発明者 種村 利春 東京都小金井市本町6―1―8 ひかり 荘 (72)発明者 中島 厚 東京都小金井市貫井南町1―10―10 (72)発明者 中村 嘉宏 東京都世田谷区松原2―29―4 (72)発明者 吉村 庄市 東京都三鷹市野崎2―16―15 坂本荘 (72)発明者 井上 安敏 東京都昭島市田中町1―13―26 (72)発明者 松本 甲太郎 神奈川県藤沢市鵠沼松ケ岡4―5―32 (72)発明者 木部 勢至朗 東京都東久留米市大門町2―2 東久留 米第二住宅14―504 (72)発明者 藤森 義典 神奈川県町田市相原町1133―32 (72)発明者 江口 邦久 東京都調布市深大寺南町5―23―1 (56)参考文献 実公 昭51−28520(JP,Y2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外側の回転部内と内側の非回転部内に人間
    の居住や物資の保管に供する空間を形成し、前記回転部
    と非回転部とを磁気力により非接触状態で連結し、前記
    回転部と非回転部との間に、前記回転部と非回転部との
    間を移動して人間の移動や物資の補給を行うための遷移
    キャビンを配置したことを特徴とする磁気連結型宇宙船
    プラットフォーム。
  2. 【請求項2】前記遷移キャビンの移動に際して、前記遷
    移キャビンを接続すべき前記回転部又は非回転部の回転
    と同調させて、前記回転部又は非回転部との相対速度を
    零にしてから前記回転部又は前記非回転部に接続するよ
    うにした特許請求の範囲第1項に記載の磁気連結型宇宙
    船プラットフォーム。
JP63030094A 1988-02-12 1988-02-12 磁気連結型宇宙船プラットフォ―ム Expired - Lifetime JP2507881B2 (ja)

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