JP2942568B2 - 軌道変換推進装置 - Google Patents
軌道変換推進装置Info
- Publication number
- JP2942568B2 JP2942568B2 JP1033355A JP3335589A JP2942568B2 JP 2942568 B2 JP2942568 B2 JP 2942568B2 JP 1033355 A JP1033355 A JP 1033355A JP 3335589 A JP3335589 A JP 3335589A JP 2942568 B2 JP2942568 B2 JP 2942568B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- orbit
- propulsion device
- ion engines
- ion
- wheels
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- Navigation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えば、人工衛星等の宇宙航行体を地球
低周回軌道から静止軌道に軌道修正するのに用いる軌道
変換推進装置に関する。
低周回軌道から静止軌道に軌道修正するのに用いる軌道
変換推進装置に関する。
（従来の技術） 従来、この種の軌道変換推進装置としては、第４図に
示すように、まず衛星本体１のロール軸，ピッチ軸，ヨ
ー軸に対応して外乱トルク吸収用のホイール1a,1b,1cが
配置され、これら各ホイール1a,1b,1cに対応してホイー
ル・アンローディング用のガスジェットスラスタ２が配
置される。また、例えば、ロール軸方向を進行方向とし
た場合、該ロール軸に対応して軌道保持及び軌道変換用
の複数のイオンエンジン３が配置されて軌道変換推進装
置が構成されている。
示すように、まず衛星本体１のロール軸，ピッチ軸，ヨ
ー軸に対応して外乱トルク吸収用のホイール1a,1b,1cが
配置され、これら各ホイール1a,1b,1cに対応してホイー
ル・アンローディング用のガスジェットスラスタ２が配
置される。また、例えば、ロール軸方向を進行方向とし
た場合、該ロール軸に対応して軌道保持及び軌道変換用
の複数のイオンエンジン３が配置されて軌道変換推進装
置が構成されている。
上記構成において、イオンエンジン３が噴射制御され
て軌道保持、あるいは軌道変換が行われると、合推力ベ
クトルと衛星重心との不一致により、衛星本体１には、
外乱トルクが付与される。この外乱トルクは、角運動量
としてホイール1a,1b,1cに蓄積される。そしてホイール
1a,1b,1cの駆動速度が一定値を越えると、ガスジェット
スラスタ２が選択的に噴射制御され、該ホイール1a,1b,
1cのアンローディングが行われる。これにより、ホイー
ル1a,1b,1cは、その蓄積した角運動量が放出され、外乱
トルクの吸収が続行される。
て軌道保持、あるいは軌道変換が行われると、合推力ベ
クトルと衛星重心との不一致により、衛星本体１には、
外乱トルクが付与される。この外乱トルクは、角運動量
としてホイール1a,1b,1cに蓄積される。そしてホイール
1a,1b,1cの駆動速度が一定値を越えると、ガスジェット
スラスタ２が選択的に噴射制御され、該ホイール1a,1b,
1cのアンローディングが行われる。これにより、ホイー
ル1a,1b,1cは、その蓄積した角運動量が放出され、外乱
トルクの吸収が続行される。
ところが、上記軌道変換推進装置では、ホイール・ア
ンローディング用のガスジェットスラスタ２を備えて多
量の推進剤を必要とするので、重量が嵩むと共に、その
搭載量に限界があるために、その運用上において推進剤
の補給等を考慮しなければならないという問題を有して
いた。
ンローディング用のガスジェットスラスタ２を備えて多
量の推進剤を必要とするので、重量が嵩むと共に、その
搭載量に限界があるために、その運用上において推進剤
の補給等を考慮しなければならないという問題を有して
いた。
例えば、推力150mNのイオンエンジン３を８台搭載し
た初期重量８トンの軌道変換推進装置を構成した場合に
は、低周回軌道から静止軌道まで、約１年の遷移期間を
要するが、該軌道変換推進装置の重心に対して合推力ベ
クトルが2cmずれると、衛星本体１の蓄積角運動量が、
１年間の軌道遷移で概略750,000Nmsとなる。この蓄積角
運動量をトルクアーム1m、比推力150secのガスジェット
スラスタ２で、上述したようにホイール1a,1b,1cのアン
ローディングを行なった場合には、その推進剤が約510k
g必要となり、往復すると、倍の1020kgの搭載量が必要
となる。
た初期重量８トンの軌道変換推進装置を構成した場合に
は、低周回軌道から静止軌道まで、約１年の遷移期間を
要するが、該軌道変換推進装置の重心に対して合推力ベ
クトルが2cmずれると、衛星本体１の蓄積角運動量が、
１年間の軌道遷移で概略750,000Nmsとなる。この蓄積角
運動量をトルクアーム1m、比推力150secのガスジェット
スラスタ２で、上述したようにホイール1a,1b,1cのアン
ローディングを行なった場合には、その推進剤が約510k
g必要となり、往復すると、倍の1020kgの搭載量が必要
となる。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように、従来の軌道変換推進装置では、重
量が嵩むと共に、運用が煩雑であるという問題を有して
いた。
量が嵩むと共に、運用が煩雑であるという問題を有して
いた。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、軽量化を図り得、かつ、可及的に取扱い性の
向上を図り得るようにした軌道変換推進装置を提供する
ことを目的とする。
易にして、軽量化を図り得、かつ、可及的に取扱い性の
向上を図り得るようにした軌道変換推進装置を提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するため手段） この発明は、宇宙航行体の軌道保持及び軌道変換を行
う複数のイオンエンジンを備えた軌道変換推進装置にお
いて、前記複数のイオンエンジンが常に推力を維持し、
かつ、前記イオンエンジンを選択的に組合わせてそれら
の推力を調整制御し、前記宇宙航行体の外乱トルクを吸
収するホイールのアンローディングを行って角運動量を
放出せしめる制御手段を具備したものである。
う複数のイオンエンジンを備えた軌道変換推進装置にお
いて、前記複数のイオンエンジンが常に推力を維持し、
かつ、前記イオンエンジンを選択的に組合わせてそれら
の推力を調整制御し、前記宇宙航行体の外乱トルクを吸
収するホイールのアンローディングを行って角運動量を
放出せしめる制御手段を具備したものである。
（作 用） 上記構成によれば、イオンエンジンは軌道保持及び軌
道変換とともに制御手段を介して選択的に推力が調製制
御されてホイールのアンローディングが行なわれる。従
って、従来のようなホイールアンローディング用のガス
ジェットスラスタ及び推進剤を含むガスジェット系が不
用となる。この結果、従来のものに比して軽量化が図れ
ると共に、その取扱い性の向上が実現される。
道変換とともに制御手段を介して選択的に推力が調製制
御されてホイールのアンローディングが行なわれる。従
って、従来のようなホイールアンローディング用のガス
ジェットスラスタ及び推進剤を含むガスジェット系が不
用となる。この結果、従来のものに比して軽量化が図れ
ると共に、その取扱い性の向上が実現される。
（実施例） 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図はこの発明の一実施例に係る軌道変換推進装置
を示すもので、衛星本体10には例えば、第１乃至第４の
イオンエンジン11a〜11dが進行方向となるロール軸回り
に制御トルクを発生可能なように、該ロール軸に対して
±ヨー軸方向にθ゜だけ傾斜させて配置される。この第
１乃至第４のイオンエンジン11a,11dは、第２図に示す
ように、第１乃至第４の電力制御部12a〜12dを介して姿
勢制御回路13の第１の信号出力端に接続される。この姿
勢制御回路13は姿勢センサ14a,14bに接続されており、
その第２の信号出力端には、外乱トルク吸収用の第１乃
至第３のホイール15a,15b,15cが接続される。この第１
乃至第３のホイール15a〜15cはそれぞれロール軸，ピッ
チ軸，ヨー軸に対応して配置されている。
を示すもので、衛星本体10には例えば、第１乃至第４の
イオンエンジン11a〜11dが進行方向となるロール軸回り
に制御トルクを発生可能なように、該ロール軸に対して
±ヨー軸方向にθ゜だけ傾斜させて配置される。この第
１乃至第４のイオンエンジン11a,11dは、第２図に示す
ように、第１乃至第４の電力制御部12a〜12dを介して姿
勢制御回路13の第１の信号出力端に接続される。この姿
勢制御回路13は姿勢センサ14a,14bに接続されており、
その第２の信号出力端には、外乱トルク吸収用の第１乃
至第３のホイール15a,15b,15cが接続される。この第１
乃至第３のホイール15a〜15cはそれぞれロール軸，ピッ
チ軸，ヨー軸に対応して配置されている。
上記構成において、第１乃至第４のイオンエンジン11
a〜11dが噴射制御されて軌道保持、あるいは軌道変換が
行われると、これにともなって、衛星本体10には、外乱
トルクが付与される。すると、姿勢センサー4a,14bはそ
の外乱を検出して、この検出値を姿勢制御回路13に出力
する。これにより、姿勢制御回路13はホイール駆動信号
を生成し、第１乃至第３のホイール15a〜15cを駆動制御
して姿勢を制御する。そして、外乱トルクが大きくな
り、第１乃至第３のホイール15a〜15cの駆動速度が一定
値を越えると、上記姿勢制御回路13は、第１乃至第４の
電力制御部12a〜12dを介して第１乃至第４のイオンエン
ジン11a〜11dを選択的に組合わさせてエンジンの推力を
調整制御する。イオンエンジンの推力の調整制御は、推
進剤流量、ビーム電流及び加速電圧を調整制御すること
によって可能である。即ち、姿勢制御回路13は、第３図
に示すように、第１乃至第４のイオンエンジン11a〜11d
を主推進手段として使用する場合は、第１乃至第４のイ
オンエンジン11a〜11d全部をオン状態に噴射制御し、ロ
ール軸回りアンローディングを行なう場合は、第１及び
第３のイオンエンジン11a及び11c,第２及び第４のイオ
ンエンジン11b及び11dが組合わされて推力の増加又は減
少による調整制御が行なわれる。そして、ピッチ軸回り
のアンローディングを行なう場合は、第１及び第２のイ
オンエンジン11a及び11b,第３及び第４のイオンエンジ
ン311c及び11dが組合わされて推力の調整制御が行わ
れ、そのヨー軸回りのアンローディングを行なう場合
は、第１及び第４のイオンエンジン11a及び11dが組合わ
されて推力の調整制御が行われ、そのヨー軸回りのアン
ローディングを行なう場合は、第１及び第４のイオンエ
ンジン11a及び11d,第２及び第３のイオンエンジン11b及
び11cの組合わせにより、推力の調整制御が行われる。
これにより、第１乃至第３のホイール15a〜15cは、その
蓄積した角運動量が放出され、外乱トルクの吸収が続行
されると共に、軌道保持あるいは軌道変換が行われる。
a〜11dが噴射制御されて軌道保持、あるいは軌道変換が
行われると、これにともなって、衛星本体10には、外乱
トルクが付与される。すると、姿勢センサー4a,14bはそ
の外乱を検出して、この検出値を姿勢制御回路13に出力
する。これにより、姿勢制御回路13はホイール駆動信号
を生成し、第１乃至第３のホイール15a〜15cを駆動制御
して姿勢を制御する。そして、外乱トルクが大きくな
り、第１乃至第３のホイール15a〜15cの駆動速度が一定
値を越えると、上記姿勢制御回路13は、第１乃至第４の
電力制御部12a〜12dを介して第１乃至第４のイオンエン
ジン11a〜11dを選択的に組合わさせてエンジンの推力を
調整制御する。イオンエンジンの推力の調整制御は、推
進剤流量、ビーム電流及び加速電圧を調整制御すること
によって可能である。即ち、姿勢制御回路13は、第３図
に示すように、第１乃至第４のイオンエンジン11a〜11d
を主推進手段として使用する場合は、第１乃至第４のイ
オンエンジン11a〜11d全部をオン状態に噴射制御し、ロ
ール軸回りアンローディングを行なう場合は、第１及び
第３のイオンエンジン11a及び11c,第２及び第４のイオ
ンエンジン11b及び11dが組合わされて推力の増加又は減
少による調整制御が行なわれる。そして、ピッチ軸回り
のアンローディングを行なう場合は、第１及び第２のイ
オンエンジン11a及び11b,第３及び第４のイオンエンジ
ン311c及び11dが組合わされて推力の調整制御が行わ
れ、そのヨー軸回りのアンローディングを行なう場合
は、第１及び第４のイオンエンジン11a及び11dが組合わ
されて推力の調整制御が行われ、そのヨー軸回りのアン
ローディングを行なう場合は、第１及び第４のイオンエ
ンジン11a及び11d,第２及び第３のイオンエンジン11b及
び11cの組合わせにより、推力の調整制御が行われる。
これにより、第１乃至第３のホイール15a〜15cは、その
蓄積した角運動量が放出され、外乱トルクの吸収が続行
されると共に、軌道保持あるいは軌道変換が行われる。
また、衛星本体10が、例えば、ヨー軸が地球方向を指
向する場合には、軌道上の周回に応じて蓄積角運動量が
変換することにより、ピッチ軸及びヨー軸のホイールア
ンローディングを行なうだけで良いこととなる。この場
合は、上述したように、第１乃至第４のイオンエンジン
11a〜11dをロール軸に対して±ヨー軸方向に傾斜させる
ことなく配設可能となる。
向する場合には、軌道上の周回に応じて蓄積角運動量が
変換することにより、ピッチ軸及びヨー軸のホイールア
ンローディングを行なうだけで良いこととなる。この場
合は、上述したように、第１乃至第４のイオンエンジン
11a〜11dをロール軸に対して±ヨー軸方向に傾斜させる
ことなく配設可能となる。
このように、上記軌道変換推進装置は第１乃至第４の
イオンエンジン11a〜11dを選択的に組合わせてその推力
を調整、制御して衛星本体10の外乱トルクを吸収する第
１乃至第３のホイール15a〜15cのアンローディングを行
なって角運動量を放出せしめるように構成したことによ
り、従来のようなホイールアンローディング用のガスジ
ェットスラスタ及び推進剤を含むガスジェット系が不用
となるため、従来のものに比して軽量化、ペイロード比
の向上が図れると共に、運用上の簡便化が図れ、その取
扱い性の向上が実現される。
イオンエンジン11a〜11dを選択的に組合わせてその推力
を調整、制御して衛星本体10の外乱トルクを吸収する第
１乃至第３のホイール15a〜15cのアンローディングを行
なって角運動量を放出せしめるように構成したことによ
り、従来のようなホイールアンローディング用のガスジ
ェットスラスタ及び推進剤を含むガスジェット系が不用
となるため、従来のものに比して軽量化、ペイロード比
の向上が図れると共に、運用上の簡便化が図れ、その取
扱い性の向上が実現される。
また、この発明によれば、ホイールのアンローディン
グを行なう際に、イオンエンジンをオンオフ（噴射・停
止）制御を行なわないので、エンジンの動作回数の増加
がなく、寿命向上を図ることができる。
グを行なう際に、イオンエンジンをオンオフ（噴射・停
止）制御を行なわないので、エンジンの動作回数の増加
がなく、寿命向上を図ることができる。
なお、上記実施例では、第１乃至第４のイオンエンジ
ン11a〜11dの４個を配設して構成した場合で説明した
が、この数に限ることなく、適用可能である。また、イ
オンエンジンの最適な制御として、ホイールスピード変
化率さら、外乱トルク量を推定し、それをもとに最適推
力レベルに調整することもできる。
ン11a〜11dの４個を配設して構成した場合で説明した
が、この数に限ることなく、適用可能である。また、イ
オンエンジンの最適な制御として、ホイールスピード変
化率さら、外乱トルク量を推定し、それをもとに最適推
力レベルに調整することもできる。
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易に
して、軽量化を図り得、かつ、可及的に取扱い性並びに
寿命の向上を図り得るようにした軌道変換推進装置を提
供することができる。
して、軽量化を図り得、かつ、可及的に取扱い性並びに
寿命の向上を図り得るようにした軌道変換推進装置を提
供することができる。
第１図はこの発明の一実施例に係る軌道変換推進装置の
配置構成を示す構成図、第２図は第１図の機器構成を示
す系統図、第３図は第１図及び第２図の動作を説明する
ために示した図、第４図は従来の軌道変換推進装置を説
明するために示した構成図である。 10……衛星本体、 11a〜11d……第１乃至第４のイオンエンジン、 12a〜12d……第１乃至第４の電力制御部、 13……姿勢制御回路、 14a,14b……姿勢センサ、 15a〜15c……第１乃至第３のホイール。
配置構成を示す構成図、第２図は第１図の機器構成を示
す系統図、第３図は第１図及び第２図の動作を説明する
ために示した図、第４図は従来の軌道変換推進装置を説
明するために示した構成図である。 10……衛星本体、 11a〜11d……第１乃至第４のイオンエンジン、 12a〜12d……第１乃至第４の電力制御部、 13……姿勢制御回路、 14a,14b……姿勢センサ、 15a〜15c……第１乃至第３のホイール。
Claims (1)
- 【請求項１】宇宙航行体の軌道保持及び軌道変換を行う
複数のイオンエンジンを備えた軌道変換推進装置におい
て、前記複数のイオンエンジンが常に推力を維持し、か
つ、前記イオンエンジンを選択的に組合わせてそれらの
推力を調整制御し、前記宇宙航行体の外乱トルクを吸収
するホイールのアンローディングを行って角運動量を放
出せしめる制御手段を具備したことを特徴とする軌道変
換推進装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033355A JP2942568B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 軌道変換推進装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033355A JP2942568B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 軌道変換推進装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02212298A JPH02212298A (ja) | 1990-08-23 |
| JP2942568B2 true JP2942568B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=12384275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1033355A Expired - Lifetime JP2942568B2 (ja) | 1989-02-13 | 1989-02-13 | 軌道変換推進装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2942568B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6445981B1 (en) * | 2000-03-02 | 2002-09-03 | Space Systems/Loral, Inc. | Controller and control method for satellite orbit-keeping maneuvers |
| EP3365235A1 (en) * | 2015-10-19 | 2018-08-29 | Aerojet Rocketdyne, Inc. | Propulsion system with differential throttling of electric thrusters |
| US11117685B2 (en) | 2016-06-28 | 2021-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Artificial satellite and thrust balance adjustment method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02124400A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-11 | Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> | 軌道変換推進装置 |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP1033355A patent/JP2942568B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02212298A (ja) | 1990-08-23 |
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