JP3291481B2 - 光電池アレイおよび展開可能ｒｆ反射器の組合わせ構造 - Google Patents

光電池アレイおよび展開可能ｒｆ反射器の組合わせ構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、折畳み可能な全方
位トラス・アンテナおよび宇宙船用途で見受けられる折
畳み可能なソーラ・アレイに関し、特に単一の折畳み可
能構造内部で無線周波（ＲＦ）反射器とソーラ・アレイ
の両方を結合する新規な組合わせに関する。
【０００２】
【従来の技術】宇宙船は、宇宙における使命から大量の
電子機器を搭載している。かかる機器には、典型的にＲ
Ｆ通信システムにおけるアンテナとして使用されるＲＦ
反射器、および宇宙船の蓄電池を再充電するために太陽
光を電力へ変換するため使用されるソーラ・アレイが含
まれる。ＲＦ反射器は展開可能であり、即ちＲＦ反射器
は宇宙船の貴重な積荷庫内で技術的に可能な最小体積を
占める小さなパッケージに折畳まれ、宇宙船が軌道に位
置決めされると指令と同時に非常に大きな面積を覆うよ
うに拡がる。光電池から形成されるソーラ・アレイと同
様に、展開可能である。展開されると、積込まれたソー
ラ・アレイもまた、広い面積に展開するソーラ・パネル
を拡げる。当業者は理解するように、これらの展開可能
な構造は、製造が高価であり、宇宙の任務に対する高い
コストの根因である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】大型の展開可能な反射
器および大面積のソーラ・アレイのような大型の構造物
が同じ宇宙船を共有するとき、これら構造物は、相互に
影を作ることを避けるため、展開されたときに適正に配
置されなければならない。さもなければ、反射器は太陽
光の一部がアレイ内部の光電池に達することを阻げ得、
電気的な性能を低減する。反対に、ソーラ・アレイの構
造は、反射器からおよび反射器へのＲＦ放射の通過を妨
げることになり、アンテナの性能を低減する。このよう
な隠蔽を避けるには、２つの構造物は慎重に位置決めさ
れねばならない。多数の慎重な位置決めは、例えば展開
ブームのような付加的な展開装置を必要とする。このよ
うな付加的な展開装置は、重量を増加させ、必然的に宇
宙船における貴重な積荷空間を占有する。
【０００４】展開ブームあるいは他の補助的展開装置を
取除くことは、宇宙任務に対して決定的な利点をもたら
す。その１つは、打上げ時重量を減じることができ、こ
れにより燃料要件を低減する。しかし、更に重要なこと
は、重量および体積の節減分を宇宙任務に重要な他の機
器、あるいは任務の過程において実施可能な任務作業数
を増やす他の機器のために用いることができる。
【０００５】更にまた、反射器構造内のソーラ・アレイ
の構造を統合化することが可能であるならば、更に大き
な効果が結果として生じる。ＲＦ反射器およびソーラ・
アレイに対する打上げ時重量は、決定的な利点である重
量および収容体積における低減となる。また重要なこと
は、２つの別個の構造物の代わりに１つの担持構造物の
みを構成し調整するだけでよいため、折畳み可能構造物
に対する製造コストは低下するはずである。前記統合化
のゆえに、ＲＦ反射器および（または）ソーラ・アレイ
に対して過去において用いられたブームその他の付加的
な展開装置は不必要となるはずである。本発明は、この
ような統合化を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の主目的
は、ＲＦ反射器およびソーラ・アレイを単一の展開可能
な構造に統合化することにある。
【０００７】本発明の更なる目的は、ＲＦ反射器および
ソーラ・アレイの両方を用いることにより全体的に要求
される組合わせ重量および寸法を減じることにある。本
発明の次の目的は、宇宙船に搭載されるＲＦ反射器およ
びソーラ・アレイの双方の展開に関して過去において要
求された展開ブームその他の補助的展開装置を除去する
ことにある。
【０００８】本発明は、折畳み可能な周部トラス反射器
と呼ばれる特定の展開可能なＲＦ反射器を利用する。折
畳み可能周部トラス反射器においては、ＲＦ反射材料
は、展開時に、時にフープと呼ばれる円筒のような短い
中空の３次元面を一緒に形成する配管および取付け具の
枠組であるトラス上に担持される。この反射材料は、弛
んだドラム皮に略々似た態様で前記の中空円筒の円形端
部でこれを覆う。反射材料は、典型的に交点で一緒に溶
着された平行交差ワイヤあるいは編んだ金メッキ・モリ
ブデン・ワイヤからなる柔軟な反射性の布状繊維であ
る。この材料は、性質が軽量かつ柔軟であり、従って収
容パッケージの一部としてコンパクトにすることができ
る。ＲＦ反射器が展開されると、この繊維はトラスの端
部で伸長されて放物線状に湾曲した面を形成する。
【０００９】柔軟性に富む反射性のメッシュ材料の形状
を支持し形成するため、カタナリ（ｃａｔｅｒｎａｒｉ
ｅｓ）と呼ばれる線が端部を横切って円筒の周部から緊
張され、全体的に放物線状の面形状を画定する。反射材
料は、これらのカタナリへ結び付けられる。この材料
は、これらカタナリによって画定される放物線形状に引
張される。
【００１０】組立て状態で展開されると、前記の円筒状
トラス構造物は、中心に向けて内側へ折畳むことにより
宇宙船に収容されるように畳まれ、その種々の構造の管
材および関節部は、構造物が内側へ折畳まれるとき、付
随する反射材料と共に、総合的に編成された複雑な運動
で一緒に運動し、先に占有した空間の一部のみを展開し
ない状態即ち収納状態で占有する長い円筒状パッケージ
に最終的に達する。
【００１１】以上の記述は、当該形式のアンテナの当業
者において既に周知であるので、複雑なトラス構造およ
びその複雑な折畳み動作を簡単に述べるに過ぎず、その
詳細は本発明の理解に必要ではなく、本文で示す必要は
ない。これらに対する構造の詳細は、当業者にとっても
言葉で説明することは難しい。このような主題に習熟し
ない読者には、具象化することは困難であると考えられ
る。関心のある読者の場合は、このような周部トラス反
射器の事例がＡｓｔｒｏ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ社に譲渡
された１９９７年１０月２１日発行のＴｈｏｍｓｏｎ等
の米国特許第５，６８０，１４５号の如き特許文献に見
出される。更に包括的な事例は、１９９８年５月１８日
出願のＧｉｌｇｅｒおよびＰａｒｋｅｒの現在係属中の
米国特許出願第０９／０８０，７６７号「折畳み型周部
トラス反射器（ＦｏｌｄｉｎｇＰｅｒｉｍｅｔｅｒ Ｔ
ｒｕｓｓ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）」に記述される。関心
のある読者は、折畳み可能周部トラス反射器の更なる詳
細については、上記の特許文献を参照することができよ
う。
【００１２】光電池アレイは、多数の太陽電池とも時に
呼ばれる光電池を含む。展開可能なアレイは、一体に接
合され、収納のため折畳むことができ、かつ指令時に展
開するように拡開される複数のソーラ・パネルを含む。
各々の光電池は、入射する太陽光のエネルギを電気へ変
換する。太陽電池は直列回路に配置され、これら直列回
路は、宇宙船上で使用される直流電源を充電するのに適
する充分に高電圧で適切な電流レベルを全体的に生じる
ように各電池の出力を組合わせる目的のために並列に接
続される。
【００１３】太陽電池は、半導体物質から形成され、担
体を形成する薄い柔軟性に富む可撓膜基板上に形成され
ている。この可撓性即ち柔軟性は、これにより展開可能
なソーラ・アレイの構成を可能にする。ＲＦ反射器の場
合におけるように、前記ソーラ・アレイ構造の詳細は本
発明の理解に必要でなくかつ当業者には周知であるか
ら、かかる詳細について記述することは不要である。関
心のある読者は、このような詳細にについては技術文献
および特許文献を参照されたい。
【００１４】上記目的および利点によれば、ソーラ・ア
レイは折畳み可能周部トラスの一端部に取付けられ、反
射性メッシュは前記トラスの反対側端部に取付けられ、
両装置を一体の組立体で提供する。前記の構造は、折畳
み周部トラス反射器のみよりたかだか僅かに大きい収納
空間でありかつ別体のソーラ・アレイと反射器装置より
実質的に小さい収納空間を占有する。
【００１５】本発明の上記および他の目的および利点
は、先の記述に簡単に要約された本発明の構造的特徴と
共に、当業者には添付図面を参照して望ましい実施の形
態の詳細な記述を読めば更に明瞭になろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】展開時の新規な組合わせ１を後端
面図および側面図でそれぞれ略図的に示す図１および図
２を参照する。当業者は、トラス部材および（または）
縦通材と呼ばれる種々の管状部材から構成される展開可
能な周部トラス３を特徴とする短い円筒状スケルトン構
造を認識されよう。
【００１７】トラス３は、特性において柔軟でありかつ
マイクロ波エネルギを反射する反射性メッシュ５を担持
する。この反射性メッシュが反射器を形成する。トラス
はまた、ソーラ・アレイ７を担持する。ソーラ・アレイ
７を更によく示すため、トラスがその前端部が図２で最
下部に置かれかつソーラ・アレイ７が担持されるその後
端部は同図で最上部に置かれた、倒置の状態で図１およ
び図２において示されることが判る。図３の側面図に略
図的に示されるように、反射器５はトラス３の前端部に
取付けられ、ソーラ・アレイ７はトラスの後端部に配置
され取付けられている。
【００１８】図４の側面図および図５の部分断面図に略
図的に示されるように、ソーラ・アレイ７は、従来のソ
ーラ・アレイに見出される如き適切な膜材料である柔軟
な材料の基部９から形成される。多数の光電池１１およ
び１３が、基部９の前後両面に取付けられている。
【００１９】光電池は、従来のソーラ・アレイにおける
ように電気的に数珠繋ぎ、即ち直列回路に構成されて所
望の適切な電圧レベルを生じ、かつ従来のソーラ・アレ
イにおけるように、個々の直列線が並列回路に構成され
て、宇宙船に搭載されたやや柔軟性のある電源負荷に接
続されると適切な電流容量レベルを生じる．当該用途の
ための適切な光電池は、アモルファス・シリコンから構
成され得る。
【００２０】本発明が、技術文献において入手可能であ
り本文に記載する必要がない光電池の詳細あるいはソー
ラ・アレイへのその構成に関するものではないことが判
る。ソーラ・アレイ技術の当業者が理解されるように、
アレイにおける回路に対する電気的接続は、周知の印刷
回路技術を用いてトレースとして基板上に形成され、従
って基板を撓みあるいは曲り得るものとしてそれに一体
的に形成される。この点はアモルファス・シリコンを用
いる場合も同じである。
【００２１】図１において、ソーラ・アレイ７は、薄い
環状あるいはワッシャ状の形状である。その円形の外径
は、トラスの直径より僅かに小さい。ソーラ・アレイが
展開された状態で示される図６に示されるように、複数
のコード１５が均等に離間されソーラ・アレイの外周縁
部に結合される。これらのコードは、ソーラ・アレイを
元のままトラス３に固定する。展開されると、トラスは
これらのコードを引張りソーラ・アレイを緊張状態にす
る。
【００２２】ソーラ・アレイが円周に沿って弛みあるい
は下垂しないように、１対のコード１７、１９である緊
張装置が用いられる。各コードは、ソーラ・アレイの内
周部に沿って配置された穴に挿通される。これらの穴
は、前記周部に等間隔で離間され、各コードが２つの同
じ正三角形に形成されて「ダビデの星（Ｓｔａｒ ｏｆ
Ｄａｖｉｄ）」を形成する。当該コードは、組立体が収
納状態に折畳まれるときソーラ・アレイが緩むことを許
容する。展開されると、緊張装置は、取付けコード１５
を緊張状態に引張るトラスに応答して内周縁部を緊張状
態に引張る。電気ケーブル１８は、宇宙船上の充電系統
に対する電気的接続を行うようにアレイにより支持され
る。
【００２３】トラス１は折畳み可能である。そのフレー
ム部材は、トラスが収納されるとき諸要素が内側へ畳む
ように部材が折畳まれそして／または一体に枢動し、端
部から見てますます小さな円となり、最後に円形端部を
持つ樽状の形態となる。ソーラ・アレイの１つの折畳み
パターンは、アレイ・パネルが折畳まれたトラス内部に
入る締ったリングへ折畳まれるように、アレイ・パネル
が蛇腹スタイルをとる。図７の平面図に略図的に示され
るように、トラス３は折畳みの過程において内側へ折畳
まれる。折畳みアレイは、段階３′、３″で略図的に示
され、最後に３′′′で示される小さな直径の樽状の形
態となる。反射性メッシュ７は、しわが寄って蛇腹状に
樽形状で折畳まれ、折畳まれると樽の高さの略々半分を
占め、ソーラ・アレイ７もまたしわが寄って樽形態で折
畳まれる。
【００２４】ソーラ・アレイの場合におけるように、周
部トラスおよび反射器の構造詳細、およびその折畳み動
作は、詳細には図示せずあるいは記述しない。本発明が
これら公知の折畳み機構およびトラス部材の詳細、ある
いは反射性メッシュ材料の詳細に関するものでなく、本
発明の組合わせの理解に必要でないことが認識されよ
う。このような構造の詳細の一例として、関心のある読
者は、本明細書に先に引用された１９９７年１０月２１
日発行のＴｈｏｍｓｏｎ等の米国特許第５，６８０，１
４５号、および１９９８年５月１８日出願のＧｉｌｇｅ
ｒおよびＰａｒｋｅｒの係属中の米国特許出願第０９／
０８０，７６７号「折畳み型周部トラス反射器（Ｆｏｌ
ｄｉｎｇ Ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ Ｔｒｕｓｓ Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｏｒ）」を含む従来の展開可能な周部トラス反射
器についての技術文献および特許文献を参照されたい。
【００２５】展開時の動作においては、組立体は、太陽
が反射器／ソーラ・アレイの組合わせ１の軸心に対して
直角をなすときを除いて、太陽がある限り光を太陽から
直接受取る。図８に略図的に示されるように、太陽が左
半球の任意の位置Ａにあっても、光の放射がソーラ・ア
レイ７の片側に直接当たる。太陽が右半球の任意の位置
Ｂにあるときは、太陽は反射性メッシュ５に入射する。
しかし、反射性メッシュを形成するワイヤはこのメッシ
ュの上下面間に開口を残し、光がこれら開口を通過す
る。前記メッシュに当たる光の９０パーセントまでが通
過することが示される。従って、メッシュは光透過性で
あると言われる。太陽が位置ＣまたはＤにあるとき、直
接光線はアレイの周縁部に指向され、従って、アレイに
おける太陽電池に当たらない。しかし、このような状態
でも、ソーラ・アレイは、他の惑星または軌道上の物体
の反射によって太陽光線に間接的に露呈される。
【００２６】前述の組合わせがＲＦ反射器とソーラ・ア
レイを１つの一体構造物に統合することが判る。後にな
って見れば、斬新な組合わせの構成および利用は比較的
簡単である。本発明の教示が行われれば、当業者は、不
当な実験によることなく、公知の折畳み可能周部トラス
反射器およびソーラ・アレイの詳細を容易に知って、こ
のような個々の技術の詳細を本文の組合わせに統合する
ことができよう。
【００２７】本文に述べた実施の形態においては、ソー
ラ・アレイは、与えられた形態内に適する太陽電池の数
は所望の電力を生じるのに充分な数であるべきと考えら
れるので、この形態はワッシャ形状である。他の実施の
形態においては、当該ワッシャ環状体は、より多くの太
陽電池を適宜包含するように広くすることもでき、ある
いは必要に応じて、完全な円板に形成することもでき
る。かかる面域をカバーする他の形態も、良好な折畳み
形態を提供する限り用いることができる。
【００２８】本発明の望ましい実施の形態の本文の記述
は当業者が本発明を具現し使用するのに充分に詳細であ
るものと考えられる。しかし、前記の目的のため提示さ
れた要素の詳細は本発明の範囲を限定することを意図す
るものではなく、全てが本発明の範囲に該当する要素お
よびその他の修正に関する限り、本文の参照により当業
者には明らかとなろう。従って、本発明は、頭書の特許
請求の範囲内で広義に解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソーラ・アレイとＲＦ反射器の組合わせの平面
図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の実施の形態の構成要素組立体を示す図で
ある。
【図４】図１の実施の形態のソーラ・アレイ構成要素の
側面断面図である。
【図５】拡大尺度で描かれた図４の線４−４に関する部
分断面図である。
【図６】展開された状態におけるソーラ・アレイ構成要
素を示す平面図である。
【図７】宇宙船における折畳んだ収納状態にする状態を
示す図である。
【図８】実施の形態の動作の理解に役立つ図である。
【符号の説明】
１、３ 折畳み可能周部トラス ５ 反射器 ７ ソーラ・アレイ ９ 基部 １１、１３ 光電池 １５、１７、１９ コード １８ 電気ケーブル
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−286216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−70840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−188809（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4380013（ＵＳ，Ａ) 米国特許4475323（ＵＳ，Ａ) 米国特許5104211（ＵＳ，Ａ) 米国特許6028570（ＵＳ，Ａ) 米国特許5680145（ＵＳ，Ａ) 国際公開93／9029（ＷＯ，Ａ１)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 展開時に円形状の前後開口端部を持つ中
    空円筒を画定する展開可能な周部トラスと、 前記トラスにより担持されて前記前端部を覆い、該前端
    部に対し凹であるパラボラ状面を形成し、光が開口を通
    過するメッシュを有する反射性材料と、 予め定めた形状と面積とを持ち、光電池アレイを担持し
    てソーラ・アレイに対する折畳み可能な組立体を画定
    し、前記トラスの前記後端部の前記円形周部内において
    該トラスにより担持される柔軟性鞘体と、を備える展開
    可能なＲＦ反射器とソーラ・アレイの組合わせ構造。
  2. 【請求項２】 前記柔軟性鞘体が予め定めた幅の円形帯
    材を含み、該帯材はその外周部で前記トラスの前記円形
    後端部に結合される請求項１記載の組合わせ構造。
  3. 【請求項３】 前記鞘体は、前記トラスの前記円形後端
    部の直径より大きくない予め定めた直径の円をなし、か
    つ前記鞘体がその外周部で前記トラスの前記後端部に結
    合されている請求項１記載の組合わせ構造。
  4. 【請求項４】 展開可能な周部トラスとＲＦ反射性の柔
    軟メッシュ材料と光電池アレイを有する柔軟性鞘体との
    一体の組立体における組合わせであって、前記柔軟性メ
    ッシュが前記トラスと共に展開可能な反射器を画定し、
    前記柔軟性鞘体が前記トラスと共に展開可能なソーラ・
    アレイを画定する光電池アレイを含む組合わせ構造。
  5. 【請求項５】 折畳み可能な周部トラスと、 前側と、後側と、前記前後側のそれぞれにおける複数の
    太陽電池とを含むソーラ・アレイと、 メッシュを含み、かつ該メッシュが光透過性を呈する反
    射面と、を備え、 前記ソーラ・アレイと前記反射面の各々が前記折畳み可
    能な周部トラス上に担持される組合わせ構造。
  6. 【請求項６】 前記折畳み可能周部トラスが前端部と後
    端部とを含み、前記反射面が前記前端部で担持され前記
    ソーラ・アレイが前記後端部で担持されることにより、
    前記反射面と前記ソーラ・アレイとが前記折畳み可能周
    部トラス上で離間され、前記メッシュを透過した光が前
    記ソーラ・アレイの側に入射する請求項５記載の組合わ
    せ構造。
  7. 【請求項７】 前記ソーラ・アレイが、円形の外周部と
    円形の内周部とを持つワッシャ状の形態を有し、前記折
    畳み可能周部トラスの前記後端部が円形の形態を有し、 展開時に前記ソーラ・パネルを緊張させるため前記周部
    トラスが半径方向外方の作用力を前記円形の外周部に生
    じるように、前記円形の外周部を前記折畳み可能周部ト
    ラスに結合する結合手段と、 前記ソーラ・アレイの前記円形の内周部に結合されて、
    展開時に前記ソーラ・パネルを緊張させるため半径方向
    内方の作用力を前記円形の内周部に生じる柔軟性に富む
    緊張手段と、を含む請求項６記載の組合わせ構造。
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