JP2634162B2

JP2634162B2 - 自転運動する宇宙ビークルの付属品の自動展開機構

Info

Publication number: JP2634162B2
Application number: JP61267428A
Authority: JP
Inventors: アンリイジヤン−ピエール; プレンクリオネル
Original assignee: AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
Current assignee: AEROSUPASHIARU SOC NASHONARU IND
Priority date: 1986-11-10
Filing date: 1986-11-10
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPS63125500A

Description

【発明の詳細な説明】イ．産業上の利用分野本発明は、自動運転する、特に人工衛星で構成される
宇宙ビークル上の太陽電池パネルのにような付属品を自
動的に展開させるための機構に関する。

ロ．発明の背景人工衛星を地球周りの軌道に乗せることは幾つかの段
階を経て行われる。例えば静止衛星の場合、衛星は一般
的にその発射の段階で、例えば約200Kmの高さの準円形
の低軌道へ乗せられ、それから地球より約36000Kmの所
の準円形の静止軌道である最終軌道へ移される。

この低軌道から静止軌道への移行はいわゆる移行相に
おいて行われる。この移行相は先ずいわゆる近地点運行
を含み、これによつて衛星は低軌道から、到達しようと
する静止軌道上に近地点をもつ楕円の移行軌道へ移る。
次いで、移行相の第２の部分である遠地点運行によつ
て、楕円移行軌道から静止軌道への移行が行われる。

ハ．発明が解決しようとする問題点その移行相において、そして特に遠地点運行のとき
に、衛星は大きい機械的応力を受ける。現在の太陽電池
パネル展開機構は様々な制御機器や構造体を備えている
が、展開が移行相において行われるならそれら機器や構
造物はその大きな機械的応力に耐えるような寸法に作ら
なければならない。そこでそれら展開機構はしばしば、
衛星が静止軌道に乗つた後で作動するように構成され
る。

移行相のとき、衛星の操作機器は一般的に待機状態、
即ち作動しない状態に置かれる。しかし衛星の活動や監
視用の機器は作動していなければならず、電気エネルギ
ーを必要とする。従つて移行相中も或る量の電気エネル
ギーを供給しなければならない。

移行相では幾つかの楕円移行軌道を経過しなければな
らず、その１つに掛かる時間は約10時間にもなるから、
移行相全体の時間は相当に長いものになる。そのような
長時間、衛星に積んだ化学電池のような補助電源だけで
電気エネルギーを供給することはできないし、しようと
すれば重量が非常に大きくなり、また構造が相当複雑に
なろう。

移行相の所で３軸について安定するようにされた人工
衛星の場合には、その問題点を解決するものとして、本
出願人の仏国特許出願第2,505,288号において、近接点
運行に入ると同時に太陽電池パネルの一部分を展開する
ことが提示されている。

しかし、移行相の所でスピン（自転）する衛星、即ち
例えば衛星の長手方向軸のような衛星自体の軸の周りで
回転運動を行う衛星の場合には、上記仏国特許出願の解
決法は十分なものではない。実際、各翼の片方だけのパ
ネルを展開して得られる電気エネルギーでは十分でない
のである。従つてこの場合、移行相のときに露出される
太陽電池の表面積を大きくしなければならない。

ニ．発明の目的そこで本発明の目的は、衛星の自転による遠心力以外
のエネルギーを導入することなく、その自転する衛星の
移行相において太陽発電装置の完全な展開を行わせるこ
とができる新規な展開機構を提供することにある。この
機構では、太陽発電装置の展開を行わせるためのばねや
捩れバーのような機構的装置は全く存在しないので、遠
地点運行の際に衛星に掛かる応力によるそれら装置の損
傷の危険が全くなくなる。こうして太陽発電装置の完全
な展開が確実に行われる。

この目的のために本発明は、重心（Ｇ）を有する、相
互に枢着結合された少なくても２つの連続的なパネルを
備える、宇宙ビークルの面上に取付けられた付属品を、
該ビークルの軸（Ｏ）周りの回転の作用だけで自動的に
展開させる機構において、該パネルが完全に折畳まれて
いる初原位置から、それらパネルが完全に開かれる最終
位置であって、ビーグルの回転軸（Ｏ）と宇宙ビークル
上の該付属品の第１枢軸を含む平面よりも初原位置から
遠い位置にあるような最終位置まで、該ビークルの回転
軸（Ｏ）と該付属品の重心（Ｇ）との間の距離を常に増
大させるように、該パネルを作動させることを特徴とす
る機構を提供する。

こうしてパネルに運動エネルギーを働かせることな
く、その重心を遠心重力場の中に置くことによりその各
位置においてパネルにこれを開かさせる方向のエネルギ
ーが与えられる。

本発明の好適な実施例によれば、該付属品が、第１枢
軸によつて該宇宙ビークル上に枢着される中間パネル、
及び第２枢軸によつて該中間パネル上に枢着される外側
パネルを備え、該展開機構が、該宇宙ビークルと該外側
パネルとにそれぞれに固定された少なくても２つのプー
リ上に巻付けられる少なくても１つのケーブルを備え、
そして、該第１枢軸周りの該ケーブルの巻付け半径が該
初原位置から該最終位置まで常に増大するように、且つ
該第２枢軸周りの該ケーブルの巻付けが該初原位置から
該最終位置まで常に減小するように該プーリがそれぞれ
に該第１枢軸と該第２枢軸との近傍に設置される。

その運動の分析研究によると、所期の結果を得るため
には各部寸法の比率が重要である。

本発明の第１変化実施例において、該展開機構は、該
第１枢軸に対して偏心し且つ対称的に設置される軸を有
する、該宇宙ビークルに固定の第１対の円形のプーリ、
該第２枢軸に対し偏心し且つ対称的に設置される軸を有
する、該外側パネルに固定の第２対の円形のプーリ、及
び、それぞれに該第１プーリ対上と該第２プーリ対上と
に取付けられ且つ相互に反対方向に巻付けられる２つの
ケーブルを備える。

本発明の第２変化形実施例によれば、該プーリが変化
する半径を有し、そしてそれぞれに該第１枢軸上と該第
２枢軸上とに中心が置かれるように設置される。

ホ．実施例以下、添付図面を参照に、本発明の好適な、しかし制
約的でない実施例を記述する。

第１図から第３図までに、人工衛星の本体10の一部分
が概略的に示される。周知のように衛星本体10には２つ
または３つの太陽発電装置が枢着される。図面にはそれ
ら発電装置の１つだけを12で付番して示す。

各太陽発電装置12は継続的に相互に枢着結合される少
なくても２つの太陽電池パネルを備える。その枢着によ
つてそれらパネルは、衛星発射時の、本体10の面10aに
対して折畳まれた位置（第１図）と、移行相開始時の、
完全に展開された位置（第３図）とをとることができ
る。その展開は本発明によれば、衛星の、これ自体の回
転軸周りの回転（自転）の作用で行われる。

第１図から第３図までに示す特定の実施例において、
太陽発電装置はほぼ同じ長さの２つの太陽電池パネル14
と15を備える。これらパネルは以下に、それぞれ中間パ
ネル及び外側パネルと称す。理解し易くするため第１図
から第３図までにおいてそれらパネルの厚さと長さの比
は誇張してある。

中間パネル14はこれの一方の端部が、衛星の回転軸Ｏ
と平行にされる軸16によつて本体10に枢着される。パネ
ル14が第１図の折畳み位置から第３図の完全展開位置ま
で約180゜に亘つて枢動できるように、忸16は衛星本体1
0の面10aの端部において、その枢動の過程で面10aを含
む平面とそれに対向するパネル14の面14aを含む平面が
交差する線上に設置される。

同様に外側パネル15はこれの一方の端部が、軸16と平
行な軸18によつて、中間パネル14の軸16とは反対側の端
部に枢着される。パネル15が、パネル14に対して折畳ま
れる第１図の位置からパネル14と整合する第３図の完全
展開位置まで、パネル14に対し約180゜に亘つて枢動で
きるように、軸18は、その枢動の過程でパネル14の面14
aの反対側の面14bを含む平面とそれに対向するパネル15
の面15aを含む平面とが交差する線上に設置される。

太陽発電装置12の展開を制御する機構が全くなくて
も、軸Ｏ周りの衛星の回転ωによつて太陽発電装置12
は、その回転で作られる重力場の中でのポテンシヤルエ
ネルギーを最小にする位置へ持つていかれ、この位置で
安定する。この安定位置は、パネルが発電装置の重心を
軸Ｏから最も遠くへ離すようになつたときの位置に相当
する。パネルが、衛星の回転軸Ｏと衛星体部上のパネル
14の枢軸16とを同時に含む平面内に展開したとき、その
ような位置になる。

しかし太陽発電装置が勝手にその安定位置へいくよう
に放つておいたのでは、例えばばねまたは捩れバーのよ
うな装置でエネルギーを与えない限り、その完全な展開
は行われない。そして移行相においてその展開を行おう
とする場合、ばね等の装置を備えることは望ましくな
い。

本発明によれば太陽発電装置12は、衛星の回転軸Ｏと
発電装置の重心Ｇ（第４図）との間の距離が、発電装置
が完全に展開されるまで常に増大していくようにその展
開を制御する展開機構を備える。従つて太陽発電装置の
その完全展開位置は同時に安定位置であり、そしてこの
位置は本発明によれば外部エネルギーを与えることなく
遠心力の作用だけで得られる。

即ちこの展開機構はパネルを、これらが折畳まれた第
１図の位置から、移行相において自転する衛星の場合に
はそれ自体の軸Ｏ周りの衛星の回転ωの作用だけで、そ
れらパネルが完全に開かれる第３図の展開位置へと動か
すことができる。こうして移行相において、外部からの
エネルギーを与えることなく、そして特にパネルを展開
させるための外部エネルギーを必要せずに、衛星の太陽
発電装置の光電池により電気エネルギーを得ることがで
きるのである。

図示の実施例において本発明の展開機構は、これから
述べるように、プーリとケーブルとの組合せで構成され
る。

この機構は、各枢軸16と18の端部に固定される２つの
同一設計の装置20と22を備える。これら装置20と22はそ
れぞれに、同等な円形の２つのプーリ20a,20bと22a,22b
で形成される。装置20と22のそれぞれの２つのプーリは
相互に固定され、そしてその２つの軸がそれぞれの枢軸
16と18に対し平行に且つこの枢軸に関して対称になるよ
うに設置される。

特に第２図で分かるように、一方においてプーリ20a
と22a、そして他方においてプーリ20bと22bは、枢軸16
と18に対して直角であり且つ相互にずれた２つの対称平
面内に設置される。このような設置によつてプーリ20a
と22aを第１ケーブル24で、またプーリ20bと22bを第２
ケーブル26で連結することができる。ここで「ケーブ
ル」というのは、ケーブル、ベルト、その他の同様な部
品の全てを指す。

更に詳述すると、ケーブル24はプーリ20aと22aの間で
緊張されるようにして、その一方の端部がプーリ20aの2
8の個所に、そして他方の端部がプーリ22aの30の個所に
固定される。またプーリ20aと22a上へのケーブル24の巻
付け方向は、発電装置12が第１図のように折畳まれた場
合において、ケーブルのそれら２つのプーリ間の部分が
軸16の所ではこの軸16に近い側を通り、そして軸18の所
では逆にこの軸18から遠い側を通るようにされる。

同様にケーブル26はプーリ20bと22bの間で緊張される
ようにして、その一方の端部がプーリ20bの32の個所
に、そして他方の端部がプーリ22bの34の個所に固定さ
れる。またプーリ20bと22b上へのケーブル26の巻付け方
向は、第１図の折畳み位置において、ケーブルのそれら
２つのプーリ間の部分が軸16に近い側と軸18から遠い側
を通るようにされる。

また装置20は例えばねじ36によつて衛星本体10上に固
定され、そして装置22はねじ38によつて外側パネル15上
に固定される。

ここに述べた展開機構において、ケーブル24と26は拮
抗ケーブルを構成し、そして、装置20と22を形成する偏
心プーリ上にそれらケーブルが巻付くことによつて、軸
Ｏ周りの衛星の回転ωで作られる遠心力による太陽発電
装置12の展開を、軸Ｏとその発電装置の重心Ｇとの間の
距離OGが第１図の折畳み位置から第３図の完全展開位置
まで常に増大するように、制御することができる。太陽
発電装置が展開していくときの距離OGのそのような伸展
は、発電装置の折畳み位置から完全展開位置まで、各ケ
ーブル24,26の装置20,22間の部分と軸16との間の距離が
常に増大していき、そしてその同じケーブル部分と軸18
との間の距離が常に減少していくような装置20と22の構
造によつて得られる。それらケーブル部分と軸16,18と
の間の上記距離のことを以下にそれら軸周りへのケーブ
ルの「巻付け半径」と称する。

第４図は展開していくときの太陽発電装置の各位置を
概略的に示す。これら位置は参照記号P₀からP₉までで指
示される。位置P₀は第１図のようにバネルが完全に折畳
まれた初原位置に相当し、そして位置P₉は第３図のよう
に完全に展開された最終位置に相応する。P₀からP₉まで
の各位置における発電装置の重心Ｇの位置がG₀からG₉ま
でによつて指示される。

特に第５図の曲線で示されるように、発電装置12の展
開の第１相Ａの過程においては、パネル14と本体10の面
10aとの間に形成される角度αは、パネル14と15の間に
形成される角度βよりも速く増大する。これは、その第
１相Ａにおいて、衛星本体上のパネル14の枢軸16周りの
ケーブル24と26の巻付け半径が中間パネル15上の外側パ
ネル14の枢軸18周りのそれらケーブルの巻付け半径より
小さいためである。太陽発電装置12の展開の第２相Ｂに
おいては逆になる。即ち角度βが角度αより速く増大す
る。

本発明の展開機構によつて行われるそれら角度αとβ
に対する遠心力作用の制御により、衛星の自転軸Ｏと太
陽発電装置12の重心Ｇとの間の距離OGは、第１図のパネ
ルが完全に折畳まれた初原位置P₀から第３図のパネルが
完全に展開される最終位置P₉まで常に増大していく。本
発明のこの重要な特徴は、パネルの位置P₀からP₉までに
おける距離OGの伸展を示す第６図の曲線に判然と表わさ
れる。この特徴によつて、第３図に示される太陽発電装
置の完全展開位置が衛星の自転だけによつて得られるの
である。

該装置の合理的な分析によれば、この特性は、の場合にしか得られない。これはの場合（第３図参照）の場合にしか得られないものであ
る。

いうまでもなく本発明は第１図から第３図までを参照
してここに記述してきた実施例に限定されるものではな
く、その全ての変化形を含むものである。

例えば第７図に概略的に示すように、同等な２つの円
形プーリで構成される装置20と22の代りに、それぞれ枢
軸16と18上に中心が置かれ且つ変化する半径を有する例
えば楕円形のようなプーリ20′と22′を用いることがで
きる。これらプーリ20′と22′上にケーブル24′が巻付
けて固定される。このケーブル24′の両プーリ間の２つ
の部分は第１図から第３図までの拮抗ケーブル24,26と
同じ働きをする。プーリ20′は、これの短軸が、太陽電
池が取付けられる所の衛星の面とほぼ平行になるよう
に、衛星の本体10上に取付けられる。プーリ22′は、こ
れの長軸がパネル15と平行になるようにそのパネル上に
取付けられる。

また本発明は、移行相において自転運動する人工衛星
上の太陽発電装置の展開を行わせるのに使用することを
主要な目的としているが、本発明は更に、そのような自
転運動する任意の宇宙ビークル上に枢着されたその他の
全ての付属品の展開を行わせるのにも応用できるもので
ある。また、いうまでもなく本発明は、宇宙ビークルの
付属品を構成する枢着パネルの数の如何に拘らず使用で
きる。

本発明の更に別の実施例（図示せず）において、その
展開機構は、制御エネルギーを最適に節減できる法則β
（α）を得るような操作プログラムを組まれた電磁モー
タ−ブレーキによつて構成できる。この場合も、太陽発
電装置の展開のとき距離OGを常に増大させるように角度
βとαが第５図で説明したように伸展するようにされ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２つの電池パネルで構成される太陽発電装置
の翼とこれを展開するための本発明の機構を備えた人工
衛星の一部分の概略側面図で、その太陽発電装置翼が折
畳まれた初原位置にある所を示す図面、第２図は第１図の矢印F2方向に見た図面、第３図は、太陽発電装置が展開された最終位置にある所
を示す第１図と同様な図面、第４図は、第１図から第３図までの太陽発電装置が展開
していく過程の各位置に対するその発電装置の重心の変
位を概略的に示す図面、第５図は、中間パネルと衛星との間、及び外側パネルと
中間パネルとの間のそれぞれに形成される角度αとβ
の、展開していく太陽発電装置の各位置に対する変化の
曲線を示す図面、第６図は、衛星の自転軸Ｏと太陽発電装置の重心Ｇとの
間の距離OGの、展開していくパネルの各位置に対する伸
展の曲線を示す図面、第７図は、本発明の変化形実施例の展開機構を備えた衛
星の太陽発電装置の展開途中の概略側面図である。 10……衛星本体、12……太陽発電装置、14,15……パネ
ル、16,18……枢軸、20,22……展開装置、20a,20b,22a,
22b……プーリ、24,26……ケーブル、28,30,32,34……
ケーブル固定点、36,38……ねじ、Ｏ……自転軸、Ｇ…
…発電装置重心、Ｐ……展開位置、α，β……展開角
度。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重心（Ｇ）を有する、相互に枢着結合され
た少なくても２つの連続的なパネル（14,15）を備え
る、宇宙ビークル（10）の面（10a）上に枢着された付
属品（12）を、該ビークルの回転軸（Ｏ）の周りの回転
（ω）の作用だけで自動的に展開させる機構において、
該パネル（14,15）が宇宙ビークルの該面（10a）上に完
全に折畳まれている初原位置（P₀）から、それらパネル
が完全に開かれ、宇宙ビークルの前記面（10a）と同一
面となる最終位置（P₉）まで、該付属品（12）の２つの
連続的なパネル（14,15）の間の角度（β）が、宇宙ビ
ークルの前記面（10a）と、この面に枢着された第１パ
ネル（14）の間の角度（α）に対して、β＝ｆ（α）と
なる関係を有し、前記重心（Ｇ）と前記回転軸（Ｏ）の
間の距離が常に増大するように、該パネル（14,15）を
作動させることを特徴とする機構。
【請求項２】特許請求の範囲第１項の機構において、前
記関数β＝ｆ（α）は、前記付属品（12）の展開の第１
相（Ａ）において、前記角度（α）が、前記角度（β）
よりも速く増大し、前記付属品（12）の展開の第２相
（Ｂ）において前記角度（β）が、前記角度（α）より
も速く増大するようにされていることを特徴とする機
構。
【請求項３】特許請求の範囲第１項の機構において、該
付属品（12）が、第１枢軸（16）によって該宇宙ビーク
ル（10）上に枢着される中間パネル（14）、及び第２枢
軸（18）によって該中間パネル（14）上に枢着される外
側パネル（15）を備え、該機構が、該宇宙ビークルと該
外側パネルとしてそれぞれに固定された少なくても２つ
のプーリ（20a,20b,22a,22b）上に巻付けられる少なく
ても１つのケーブル（24,26）を備え、そして、該第１
枢軸（16）周りの該ケーブルの巻付け半径が該初原位置
（P₀）から該最終位置（P₉）まで常に増大するように、
且つ該第２枢軸（18）周りの該ケーブルの巻付け半径が
該初原位置（P₀）から該最終位置（P₉）まで常に減少す
るように該プーリがそれぞれに該第１枢軸と該第２枢軸
との近傍に設置されることを特徴とする機構。
【請求項４】特許請求の範囲第３項の機構において、該
第１枢軸（16）に対して偏心し且つ対称的に設置される
軸を有する、該宇宙ビークル（10）に固定の第１対の円
形のプーリ（20a,20b）、該第２枢軸（18）に対して偏
心し且つ対称的に設置される軸を有する、該外側パネル
（15）に固定の第２対の円形のプーリ（22a,22b）、及
び、それぞれに該第１プーリ対上と該第２プーリ対上と
に取付けられ且つ相互に反対方向に巻付けられる２つの
ケーブル（24,26）を備えることを特徴とする機構。
【請求項５】特許請求の範囲第３項の機構において、該
プーリ（20′,22′）が変化する半径を有し、そしてそ
れぞれに該第１枢軸（16）上と該第２枢軸（18）上とに
中心が置かれるように設置されることを特徴とする機
構。
【請求項６】特許請求の範囲第５項の機構において、該
プーリ（20′,22′）が実質的に楕円形であることを特
徴とする機構。
【請求項７】特許請求の範囲第１項の機構において、該
初原位置（P₀）から該最終位置（P₉）まで該距離（OG）
を常に増大させるようにして該パネルの展開を指令する
電気モーターブレーキを備えることを特徴とする機構。