JP3473831B2 - Module connection type space structure and attitude control method thereof - Google Patents

Module connection type space structure and attitude control method thereof

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JP3473831B2
JP3473831B2 JP06582899A JP6582899A JP3473831B2 JP 3473831 B2 JP3473831 B2 JP 3473831B2 JP 06582899 A JP06582899 A JP 06582899A JP 6582899 A JP6582899 A JP 6582899A JP 3473831 B2 JP3473831 B2 JP 3473831B2
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shaped
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功次 山脇
道郎 草薙
英雄 大庭
雅裕 森
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宇宙開発事業団
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば太陽電池
を用いて大規模な太陽光宇宙発電を行う場合に、太陽電
池を張り付けるために用いる大型宇宙構造物の建設に適
したモジュール連結型の宇宙構造体及びその姿勢制御方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a module connection type suitable for construction of a large space structure used for attaching solar cells when large-scale solar power generation using solar cells is performed. The present invention relates to a space structure and its attitude control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】大規模な宇宙構造体を必要とする宇宙開
発の分野において、太陽光宇宙発電は最も代表的な宇宙
環境利用分野であり、近年、地球環境の保全に最適なエ
ネルギー生産の究極の手段として注目されている。
2. Description of the Related Art In the field of space development that requires a large-scale space structure, photovoltaic space power generation is the most representative field of space environment utilization, and in recent years, the ultimate energy production that is optimal for the conservation of the global environment. Has been attracting attention as a means of.

【0003】しかしながら、1GW級の太陽光発電を行
うには、数キロメートル四方の平面に光発電素子を張り
付け、且つこの平面に太陽光が効率的に入射するよう
に、この平面を支持する大規模宇宙構造物の建設と、そ
の姿勢制御を行う必要がある。また、太陽光発電が経済
的に成り立つためには、資材の宇宙輸送コスト及び宇宙
構造物の建設・維持コストの低減が不可欠である。この
ため、適当な規模の構造モジュールを連結して宇宙構造
物を組み立てるなど、宇宙空間での建設作業を簡易にす
る構成を検討すると共に、構造モジュールの軽量化を可
能とする形態を研究する必要がある。
However, in order to perform 1 GW class photovoltaic power generation, a photovoltaic element is attached to a flat surface of several kilometers square, and a large scale is provided to support this flat surface so that sunlight can efficiently enter the flat surface. It is necessary to construct a space structure and control its attitude. In order for solar power generation to be economically viable, it is essential to reduce the space transportation cost of materials and the construction / maintenance cost of space structures. Therefore, it is necessary to study a configuration that simplifies construction work in outer space, such as assembling a space structure by connecting structural modules of appropriate size, and to study a form that enables weight reduction of the structural module. There is.

【0004】太陽光宇宙発電システムは、米国をはじ
め、我が国においても十数年前から検討されており、発
電方式や発電した電力の送受電方式等の提案も数多く行
われているが、現状では大規模宇宙構造物の建設自体に
技術的、経済的課題が多く、その具現性を疑問視する研
究者も多い。太陽光宇宙発電がもたらすエネルギーは明
らかに無尽蔵であり、地球環境に対するクリーンエネル
ギーであることから、その研究成果は現在の文明的な課
題に一つの解を与え、人類の未来に光明をもたらすもの
であるにも関わらず、国際協力の下で現在開発が進めら
れている国際宇宙ステーションを遙に上回る巨大な宇宙
構造物を如何に建設し、膨大な資材を如何に低コストで
輸送するかの問題に対して技術的見通しが得られていな
いからである。そして、現在までの研究は、大雑把な設
計パラメータに基づくライフサイクルコストの解析や、
システム方式のトレードオフスタディのレベルを越えて
はいない。
The solar space power generation system has been studied in the United States and Japan for more than a dozen years, and many proposals for a power generation method and a power transmission / reception method of generated power have been made. There are many technical and economic issues in the construction of large-scale space structures, and many researchers question their realization. The energy produced by photovoltaic power generation is obviously inexhaustible and clean energy for the global environment, so the result of this research is one solution to the current civilization problem and brings light to the future of humanity. Despite this, the issue of how to construct a huge space structure that far exceeds the international space station currently under development under international cooperation and how to transport enormous materials at low cost This is because there is no technical prospect for And the research up to now includes analysis of life cycle cost based on rough design parameters,
We have not exceeded the level of system-based trade-off studies.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】太陽光宇宙発電システ
ムに限らず、宇宙空間での大規模構造物の建設は、宇宙
環境利用の分野において極めて有用で関心度の高い技術
分野であり、輸送資材の軽量化と簡便な組立を可能とす
る宇宙構造物の研究は、宇宙輸送コスト低減の課題と共
に、将来の宇宙開発の有り様を左右するものである。
The construction of large-scale structures not only in the solar space power generation system but also in outer space is a technical field of extremely useful and high interest in the field of space environment utilization, and transportation materials. The research on space structures that enable lighter weight and easier assembly will affect the future of space development along with the task of space transportation cost reduction.

【0006】この発明は、大規模太陽光発電に有効な平
板あるいは中空の円錐体、パラボラ等の立体形状をなす
宇宙構造物の建設・メンテナンスの簡易化と、その軽量
化を図ることの可能なモジュール連結型宇宙構造体を提
供すると同時に、柔構造となるモジュール連結型宇宙構
造体の姿勢制御を効果的に行うことの可能な姿勢制御方
法を実現することを目的としている。
The present invention is capable of simplifying the construction and maintenance of a space structure having a three-dimensional shape such as a flat plate or a hollow cone, a parabola, etc., which is effective for large-scale solar power generation, and reducing the weight thereof. It is an object of the present invention to provide a module-connected space structure and at the same time realize an attitude control method capable of effectively controlling the attitude of a module-connected space structure having a flexible structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係る発明は、収納可能な4本の伸展マス
トと該伸展マストを十字状に展開し支持するマスト駆動
支持機構とを有する十字型マストユニットと、展開した
十字型マストユニットの先端を結ぶことにより形成され
る四角形の包絡空間に設置される膜状資材とで四角形平
板の構造モジュールを構成し、複数個の前記構造モジュ
ールをマスト連結ユニットを用いて分離可能に連結して
組み合わせ、大型の宇宙構造物を構成してモジュール連
結型宇宙構造体を構成するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 comprises four storable extension masts and a mast drive support mechanism for expanding and supporting the extension masts in a cross shape. rectangle in a cross mast unit, a film-like material that is placed in the envelope space of the rectangle formed by connecting the tip of the cross-shaped mast unit developed with Rights
A structural module of a plate is configured, and a plurality of the structural modules are separably connected using a mast connecting unit to combine them to form a large space structure to form a module-connected space structure. .

【0008】このように構成されたモジュール連結型宇
宙構造体においては、十字型マストユニットと膜状資材
とからなる四角形平板の構造モジュールと、マスト連結
ユニットとを構成要素としてモジュール連結型宇宙構造
体の組立と分解を行うように構成されているため、軽量
化を図ることの可能な大規模の宇宙構造物の建設と補修
を簡便に実施することができる。
In the module-coupled space structure constructed as described above, a rectangular flat plate- shaped structural module composed of a cross-shaped mast unit and a film material, and a module-coupled space structure using the mast-coupled unit as constituent elements. Lightweight because it is configured to assemble and disassemble
It is possible to easily construct and repair large-scale space structures that can be realized.

【0009】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
係るモジュール連結型宇宙構造体において、前記マスト
連結ユニットは、3個以上の構造モジュールの十字型マ
ストユニットの先端を分離可能に連結するように構成さ
れていることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the module-connecting space structure according to the first aspect, the mast connecting unit connects the ends of the cross-shaped mast units of three or more structural modules in a separable manner. It is characterized in that it is configured to.

【0010】このように構成したマスト連結ユニット
は、3個以上の構造モジュールの先端を連結することに
より、3個以上の構造モジュールを隙間なく固定するこ
とができるため、宇宙空間における構造体の高い強度を
生み出すことが可能となる。したがって、構造モジュー
ルの組み合わせの仕方によって構造強度上、様々な性質
を持つモジュール連結型宇宙構造体を組み立てることが
できる。
In the mast connecting unit thus constructed, by connecting the ends of three or more structural modules, the three or more structural modules can be fixed without a gap, so that the structure in space is high. It is possible to create strength. Therefore, it is possible to assemble a module-connected space structure having various properties in terms of structural strength depending on how to combine the structural modules.

【0011】また、請求項3に係る発明は、請求項1又
は2に係るモジュール連結型宇宙構造体において、前記
十字型マストユニットのマスト駆動支持機構は、十字型
マストユニット展開時に四方に伸展する4本のマストの
長さを調整できるように構成されており、前記マスト連
結ユニットを介して複数個分離可能に連結組み合わされ
た構造モジュールは、展開した十字型マストユニットと
マスト連結ユニットを骨格とする任意形状の平板構造体
に構成されていることを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, in the module-connected space structure according to the first or second aspect, the mast drive support mechanism of the cross-shaped mast unit extends in all directions when the cross-shaped mast unit is deployed. The structure module is constructed so that the lengths of the four masts can be adjusted, and a plurality of mast connecting units are separably connected through the mast connecting unit. It is characterized by being configured into a flat plate structure having an arbitrary shape.

【0012】このように構成することにより、十字型マ
ストユニットの4本のマストの長さを変えるだけで構造
モジュールの四角形平板の形状を自在に変更することが
できるため、複数個の構造モジュールを連結することに
より任意の形状の平面構造体を形成することが可能とな
る。構造モジュールの最も単純な形状は2つの同一の正
三角形を結合した菱形(以下、これを標準菱形と呼ぶ)
であり、この標準菱形を連結することにより様々な骨格
を成す平板構造体を構成することができる。
With this structure, the shape of the rectangular flat plate of the structural module can be freely changed only by changing the lengths of the four masts of the cross type mast unit. By connecting them, it becomes possible to form a planar structure having an arbitrary shape. The simplest shape of the structural module is a rhombus that connects two identical equilateral triangles (hereinafter referred to as a standard rhombus).
It is possible to construct flat plate structures having various skeletons by connecting the standard diamonds.

【0013】また、請求項4に係る発明は、請求項1又
は2に係るモジュール連結型宇宙構造体において、前記
十字型マストユニットのマスト駆動支持機構は、十字型
マストユニット展開時に四方に伸展する4本のマストの
長さを調整できるように構成されており、前記マスト連
結ユニットを介して複数個分離可能に連結組み合わされ
た構造モジュールは、各構造モジュールの四辺をすべて
同一の長さに設定すると共に対角線の長さすなわち両方
向に伸展したマストの両端の長さを調整することによ
り、展開した十字型マストユニットとマスト連結ユニッ
トを骨格とする円錐やパラボラの形状に近似した中空立
体形状構造体に構成されていることを特徴とするもので
ある。
According to a fourth aspect of the invention, in the module-coupled space structure according to the first or second aspect, the mast drive support mechanism of the cross-shaped mast unit extends in all directions when the cross-shaped mast unit is deployed. The structure module is constructed so that the length of the four masts can be adjusted, and a plurality of structural modules that are separably connected and combined through the mast connecting unit set all four sides of each structural module to the same length. In addition, by adjusting the length of the diagonal line, that is, the length of both ends of the mast extended in both directions, a hollow three-dimensional structure approximating the shape of a cone or parabola whose skeleton is the deployed cross-shaped mast unit and the mast connecting unit. It is characterized by being configured in.

【0014】前述の如く構造モジュールのすべてを標準
菱形で構成した場合、それらを連結したモジュール連結
型構造体は平板構造体を形成するが、菱形構造モジュー
ルの4辺の長さを変えないようにマストの長さを調整す
れば、モジュール連結型構造体は円錐体などの立体的な
形状にすることができる。したがって、各構造モジュー
ルのマスト長を同時に調整するための演算処理装置によ
りマスト駆動支持機構を制御することにより、モジュー
ル連結型宇宙構造体の形状を連続的且つ実時間で変更す
ることが可能となる。
When all of the structural modules are formed of standard diamonds as described above, the module connection type structure in which they are connected forms a flat plate structure, but the lengths of the four sides of the diamond-shaped structure module are not changed. By adjusting the length of the mast, the module connection type structure can be made into a three-dimensional shape such as a cone. Therefore, by controlling the mast drive support mechanism by the arithmetic processing unit for simultaneously adjusting the mast length of each structural module, it becomes possible to continuously and in real time change the shape of the module-connected space structure. .

【0015】また、請求項5に係る発明は、請求項4に
係る中空立体形状構造体としたモジュール連結型宇宙構
造体において、該モジュール連結型宇宙構造体を構成す
る菱形構造モジュールの表面に張られた膜状資材が受け
る太陽風や気体流の圧力を用いて、モジュール連結型宇
宙構造体の姿勢を太陽方向や進行方向に指向させ、モジ
ュール宇宙構造体の姿勢を制御することを特徴とするも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the module connected space structure which is the hollow three-dimensional structure according to the fourth embodiment, the hollow structure module constituting the module connected space structure is stretched on the surface thereof. Characterized by controlling the attitude of the modular space structure by orienting the attitude of the module-connected space structure in the direction of the sun or the direction of travel by using the pressure of the solar wind or gas flow received by the film-shaped material Is.

【0016】円錐形などの立体形状のモジュール連結型
構造体では、その中心軸が太陽風などの圧力の加わる方
向からずれると、中心軸の方向を圧力の方向に合わせよ
うとするトルクが発生する。このトルクは太陽光宇宙発
電システムなどに用いるモジュール連結型宇宙構造体の
姿勢を制御するトルクとして利用可能であるため、演算
処理装置によりモジュール連結型宇宙構造体を構成する
各構造モジュールのマスト駆動支持機構を介して宇宙構
造体の形状を制御することにより、モジュール連結型宇
宙構造体の姿勢を容易に制御することが可能となる。
In a three-dimensional module connection type structure having a conical shape or the like, when its central axis deviates from the direction in which pressure such as the solar wind is applied, a torque is generated which attempts to match the direction of the central axis with the direction of pressure. This torque can be used as the torque to control the attitude of the module-connected space structure used in the solar power generation system, etc., so the mast drive support of each structural module that constitutes the module-connected space structure by the arithmetic processing unit. By controlling the shape of the space structure via the mechanism, it becomes possible to easily control the attitude of the module-connected space structure.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図1は、本発明に係わるモジュール連結型宇宙構造
体の第1の実施の形態を構成する構造モジュールとマス
ト連結ユニットの機能的構成と、マスト連結ユニットに
よる構造モジュールの連結の方法を示す図である。構造
モジュール1は、四方に伸縮・展開するマスト2−1,
2−2,2−3,2−4からなる十字型マストユニット
2と、これらを伸縮駆動し支持するマスト駆動支持部3
と、十字型マストユニット2の先端を結ぶことにより形
成される包絡空間に設置される太陽電池膜などの膜状展
開資材4とで四角形平板に構成されている。5はマスト
連結ユニットで、該マスト連結ユニット5は前記十字型
マストユニット2のマスト2−1,2−2,2−3,2
−4の先端を把持して複数の構造モジュール1を分離可
能に連結し、モジュール連結型宇宙構造体を構成するも
のである。そして該マスト連結ユニット5は、構造モジ
ュール1を分離可能に連結するため連結駆動部を有する
ものであるが、本発明の特徴は様々な形状のモジュール
連結型宇宙構造体を段階的に構築する構成とその姿勢制
御にあるので、この機械的構成に関しては、他のマスト
駆動支持部などと共に特に規定されるものではない。な
お、十字型マストユニット2を構成する四方に展開する
マストは、運搬時には短縮させ宇宙において伸長させて
収納・展開させるようにしたものを示しているが、十字
型マストユニットを構成するマストは運搬時には折り畳
んで収納し、宇宙において展開させるように構成しても
よい。また、説明を簡単にするため、以下説明では四方
に伸展するマストの先端を結ぶ形状、すなわち構造モジ
ュールの形状が菱形を形成する場合(このとき、菱形の
対角線は互いに直交する状態となる)に限定して、モジ
ュール連結型宇宙構造体を構成し制御する原理と方法に
ついて述べる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments will be described. FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of a structural module and a mast connecting unit which constitute a first embodiment of a module connecting type space structure according to the present invention, and a method of connecting the structural modules by the mast connecting unit. is there. Structural module 1 is a mast 2-1 that expands and contracts in all directions.
A cross-shaped mast unit 2 composed of 2-2, 2-3, and 2-4, and a mast drive supporting portion 3 that drives the telescopic mast unit 2 to extend and retract.
And a film-shaped deployable material 4 such as a solar cell film installed in an envelope space formed by connecting the ends of the cross-shaped mast unit 2 into a rectangular flat plate . 5 is a mast connecting unit, and the mast connecting unit 5 is a mast 2-1, 2-2, 2-3, 2 of the cross-shaped mast unit 2.
-4 is grasped to connect the plurality of structural modules 1 in a separable manner to form a module-connected space structure. The mast connection unit 5 has a connection drive part for connecting the structural modules 1 in a separable manner, but the feature of the present invention is that the module connection type space structure of various shapes is constructed stepwise. And its attitude control, the mechanical structure is not particularly specified together with other mast drive supporting parts. It should be noted that the masts that expand in all directions that make up the cross-shaped mast unit 2 are those that are shortened at the time of transportation so as to be expanded and stored and deployed in space, but the masts that make up the cross-shaped mast unit are transported. At times, it may be folded and stored, and it may be configured to be deployed in space. Further, in order to simplify the explanation, in the following description, in the case where the shape connecting the tips of the masts extending in all directions, that is, the shape of the structural module forms a rhombus (at this time, the diagonal lines of the rhombus are in a state of being orthogonal to each other). The principle and method of constructing and controlling a module-coupled space structure will be described.

【0018】いま、菱形の構造モジュール1の短い方の
対角線の長さを2A,長い方の対角線の長さを2Bとす
れば、菱形の辺の長さCは、次式(1)で表される。 C=(A2 +B2 1/2 ・・・・・・・・・・・・(1) 菱形の辺の長さCが2Aに等しいとき、菱形構造モジュ
ールは2つの正三角形を合成したもの、すなわち、前出
の標準菱形であるから、この辺の長さがすべてCの標準
菱形構造モジュールをマスト連結ユニットを介して連結
することにより平板構造体を構成することができる。図
1は、この標準菱形構造モジュール1を6個マスト連結
ユニット5を介して連結する態様を示している。
Now, assuming that the length of the shorter diagonal line of the diamond-shaped structural module 1 is 2A and the length of the longer diagonal line is 2B, the side length C of the diamond is given by the following equation (1). To be done. C = (A 2 + B 2 ) 1/2 ····· (1) When the side length C of the rhombus is equal to 2A, the rhombus structure module synthesizes two equilateral triangles. Since it is a standard rhomboid, that is, the standard rhombus described above, it is possible to form a flat plate structure by connecting standard rhomboid structural modules whose lengths are all C by a mast connecting unit. FIG. 1 shows a mode in which six standard diamond-shaped structure modules 1 are connected via six mast connection units 5.

【0019】図2は、標準菱形構造モジュール1の連結
によって平板構造体を構成した第1の実施の形態に係る
モジュール連結型宇宙構造体の構成を示す図である。こ
の第1の実施の形態は、構造モジュール6個とマスト連
結ユニット13個を用いて構成したモジュール連結型宇宙
構造体である。構造モジュール1を連結するマスト連結
ユニット5は、少なくとも3個以上の構造モジュール1
の十字型マストユニット2の先端を分離可能に連結でき
るように構成されている。図1及び図2に示した第1の
実施の形態において中心に配設されるマスト連結ユニッ
トは、6個の十字型マストユニットの先端を連結できる
ように構成されていて、6個の構造モジュール1を隙間
なく連結して正六角形構造部6を形成し、機械的強度を
高めた平板構造のモジュール連結型宇宙構造体7を形成
している。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of a module-connected space structure according to the first embodiment in which a flat plate structure is formed by connecting standard diamond-shaped structure modules 1. The first embodiment is a module-connected space structure constructed by using 6 structural modules and 13 mast connecting units. The mast connecting unit 5 that connects the structural modules 1 has at least three structural modules 1
The cross-shaped mast unit 2 is configured so that its tip can be detachably connected. In the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the mast connecting unit arranged at the center is configured so that the tips of the six cross-shaped mast units can be connected, and the six structural modules are provided. 1 are connected without a gap to form a regular hexagonal structure portion 6 to form a flat plate structure module connection type space structure 7 having improved mechanical strength.

【0020】図3は、図2に示した第1の実施の形態の
変形例を示す図で、この変形例は図2に示したモジュー
ル連結型宇宙構造体7の外周部に更に構造モジュール1
を追加連結して拡張したもので、構造モジュール18個を
マスト連結ユニット31個を用いてモジュール連結型宇宙
構造体8を構成している。また図4は、第1の実施の形
態の更に他の変形例を示す図で、この変形例は図3に示
したモジュール連結型宇宙構造体8の外周部に更に構造
モジュール1を追加連結して拡張したもので、構造モジ
ュール36個をマスト連結ユニット55個を用いてモジュー
ル連結型宇宙構造体9を構成している。これら変形例も
標準菱形の構造モジュール1を用いているので、構造体
全体の形状は平板構造となっている。
FIG. 3 is a view showing a modified example of the first embodiment shown in FIG. 2, and this modified example further has a structural module 1 on the outer peripheral portion of the module connection type space structure 7 shown in FIG.
The module-connected space structure 8 is constructed by using 18 structural modules and 31 mast connecting units. FIG. 4 is a diagram showing still another modification of the first embodiment. In this modification, the structural module 1 is additionally connected to the outer peripheral portion of the module-connected space structure 8 shown in FIG. The structure is expanded to form a module connection type space structure 9 using 36 structural modules and 55 mast connection units. Since these modified examples also use the standard rhomboid structure module 1, the overall structure has a flat plate structure.

【0021】なお、上記第1の実施の形態及び変形例に
おいては、モジュール連結型宇宙構造体7,8,9を構
成する各構造モジュール1としては、太陽電池膜などの
膜状展開資材を予め備えているものを示したが、各構造
モジュールは十字型マストユニットとマスト駆動支持部
とで構成し、複数の構造モジュールをマスト連結ユニッ
トで結合して複合構造体を形成したのちに、該複合構造
体全体に膜状展開資材を配設してモジュール連結型宇宙
構造体を構成することもできる。
In the first embodiment and the modified examples described above, as each structural module 1 constituting the module-coupled space structures 7, 8 and 9, a film-shaped deployable material such as a solar cell film is previously prepared. As shown in the figure, each structural module is composed of a cross-shaped mast unit and a mast drive supporting portion, and a plurality of structural modules are connected by a mast connecting unit to form a composite structure, and then the composite structure is formed. It is also possible to dispose a film-shaped deployable material over the entire structure to form a module-connected space structure.

【0022】次に、第2の実施の形態について説明す
る。図1〜図4に示した第1の実施の形態及びその変形
例において、すべての菱形構造モジュールの短い方の対
角線の長さを2Aから2Acosθに変更した菱形構造モジ
ュール11を結合ユニット5で結合して、モジュール連結
型宇宙構造体12を構成すれば、図5の断面図に示すよう
にモジュール連結型宇宙構造体12の包絡面は、構造体の
中心を頂点とする円錐体となり、図5に示すように円錐
体の後退角(平板に対する傾斜角)はθとなる。
Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment and its modification shown in FIGS. 1 to 4, the rhombus structure module 11 in which the lengths of the shorter diagonals of all rhombus structure modules are changed from 2A to 2A cos θ is coupled by the coupling unit 5. Then, when the module-coupled space structure 12 is configured, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the envelope surface of the module-coupled space structure 12 becomes a cone with the center of the structure as the apex. As shown in, the receding angle of the cone (the angle of inclination with respect to the flat plate) is θ.

【0023】図4に示した第1の実施の形態の変形例に
見られるように、拡張した構造体の場合、構造体の骨組
みは構造体の中心から等間隔にある点線で示す正六角形
構造部6の輪を接合した構造となっているから、それぞ
れのサイズの正六角形構造部6に対して、正六角形構造
部6を構成する菱形構造モジュールの対角線の長さを適
切に調整することにより、様々な形状の立体的構造体を
形成することができる。例えば、曲率半径Rの球面を形
成したい場合は、 Ψi =2× sin-1(i×C/2R) ・・・・・・・(2) 上記(2)式で定義されるΨi を用いて、内側よりi番
目の正六角形構造部6を構成する菱形構造モジュールの
短い方の対角線の長さ2Ai を、すべて次式(3)に設
定すればよい。 2Ai =C× cosΨi ・・・・・・・・・・・・・(3) また、長い方の対角線の長さ2Bi は菱形の辺の長さは
Cのままであるから、(1)式より次式(4)で表され
る。 2Bi =C(4− cosΨi 1/2 ・・・・・・・・(4)
As seen in the modified example of the first embodiment shown in FIG. 4, in the case of the expanded structure, the frame of the structure is a regular hexagonal structure shown by dotted lines at equal intervals from the center of the structure. Since the structure is such that the rings of the parts 6 are joined, by appropriately adjusting the length of the diagonal line of the diamond-shaped structure module forming the regular hexagonal structure part 6 for each size of the regular hexagonal structure part 6. , Three-dimensional structures of various shapes can be formed. For example, when it is desired to form a spherical surface having a radius of curvature R, Ψ i = 2 × sin −1 (i × C / 2R) (2) Ψ i defined by the above equation (2) By using, the length 2A i of the shorter diagonal line of the diamond-shaped structure module forming the i-th regular hexagonal structure portion 6 from the inside may be set to the following expression (3). 2A i = C × cos Ψ i (3) Further, the length 2B i of the longer diagonal line has the length C of the side of the diamond, so It is expressed by the following equation (4) from the equation (1). 2B i = C (4- cos Ψ i ) 1/2 ... (4)

【0024】次に、モジュール連結型宇宙構造体の姿勢
制御方法について説明する。図5に示した円錐型のモジ
ュール連結型宇宙構造体12において、図6に示すように
円錐型宇宙構造体12の中心軸の方向Mが太陽風の方向S
から角度φだけずれているとき、円錐型宇宙構造体12の
表面に太陽風を受けると、ずれ角φを減ずる方向に円錐
型宇宙構造体12を回転させるトルクTが発生する。この
トルクTの大きさはずれ角φが微小角度の場合、次式
(5)で近似的に求められる。 T={(πPL3 sin 2θ)/6}・φ ・・・・・・・・・・・(5) ここで、Pは単位面積当たりの太陽光の圧力( kgm/se
c2/m2 )、θは円錐型宇宙構造体12の後退角(度)、
Lは円錐型宇宙構造体12の斜面に沿った半径(m)であ
る。
Next, the attitude control method of the module-connected space structure will be described. In the conical module-connected space structure 12 shown in FIG. 5, the direction M of the central axis of the conical space structure 12 is the solar wind direction S as shown in FIG.
When the solar wind is received on the surface of the conical space structure 12 when the conical space structure 12 is deviated by an angle φ from, a torque T that rotates the conical space structure 12 in a direction of reducing the displacement angle φ is generated. The magnitude of the torque T is approximately obtained by the following equation (5) when the deviation angle φ is a minute angle. T = {(πPL 3 sin 2θ) / 6} · φ (5) where P is the pressure of sunlight per unit area (kgm / se
c 2 / m 2 ), θ is the receding angle (degree) of the conical space structure 12,
L is a radius (m) along the slope of the conical space structure 12.

【0025】上記(5)式に対して、円錐型宇宙構造体
の面密度(kg/m2 )をρとすれば、ずれ角φに関して
近似的に次式(6)で示す運動方程式が得られる。 d2 φ/dt2 +(2P sin2θ/3ρL)φ=0 ・・・・・・(6) ここで、d2 φ/dt2 はずれ角φを二階微分した角加
速度である。したがって、円錐型宇宙構造体12が太陽を
周回する場合に生じる太陽方向Sと円錐型宇宙構造体12
の中心軸方向Mとのずれ角φは、この回転に対する
(5)式のトルクに制振に必要なダンピングトルクを付
加することにより、減衰させることができる。
If the surface density (kg / m 2 ) of the conical space structure is ρ in the above equation (5), the equation of motion given by the following equation (6) can be approximately obtained with respect to the deviation angle φ. To be d 2 φ / dt 2 + (2P sin2θ / 3ρL) φ = 0 (6) where d 2 φ / dt 2 is the angular acceleration obtained by second-order differentiating the deviation angle φ. Therefore, when the conical space structure 12 orbits the sun, the direction S of the sun and the conical space structure 12
The deviation angle φ from the central axis direction M can be attenuated by adding a damping torque necessary for damping to the torque of the formula (5) for this rotation.

【0026】参考のために、上記(6)式で与えられる
回転運動の固有振動数ωを求めると、P=4.5 ×10-8 k
gm/sec2/m2 ,L=5000m,θ=30度,ρ=5kg/m
2 に対して、ω=1.0 ×10-6 rad/sec ,すなわち角振
動の周期は71日となる。また、長周期の姿勢制御であれ
ば、上述のダンピングトルクは構造体形状又は膜状展開
資材の展開形状の一部変形によって生成することができ
る。このように、巨大な宇宙構造体の制御は、宇宙構造
体の形状を、図示しない演算処理装置で後退角等を算出
し各構造モジュールのマスト駆動支持部を介して適切に
調整することにより、イオンエンジンやガスジェット等
の推進器を用いることなく、宇宙構造体の表面に加えら
れる太陽風等の自然の圧力を利用して行うことができ
る。
For reference, when the natural frequency ω of the rotary motion given by the above equation (6) is obtained, P = 4.5 × 10 −8 k
gm / sec 2 / m 2 , L = 5000m, θ = 30 degrees, ρ = 5kg / m
On the other hand, ω = 1.0 × 10 -6 rad / sec, that is, the period of angular vibration is 71 days. Further, if the attitude control is performed in a long period, the damping torque described above can be generated by partially deforming the structure shape or the expanded shape of the film-like expanded material. Thus, the control of a huge space structure, the shape of the space structure, by calculating the receding angle and the like in the arithmetic processing unit (not shown) and appropriately adjust through the mast drive support of each structural module, It can be performed by utilizing the natural pressure of the solar wind or the like applied to the surface of the space structure without using a propulsion device such as an ion engine or a gas jet.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項1に係る発明によれば、大規模なモジュール
連結型宇宙構造体を、四角形平板の構造モジュールとマ
スト連結ユニットという簡単な構成要素の組み合わせに
よって、宇宙空間で容易に建設することが可能となり、
且つ宇宙構造体の軽量化とその整備性の向上が可能であ
ることから、太陽光宇宙発電システムの商業的運用の可
能性をもたらすことができる。また、請求項2に係る発
明によれば、マスト連結ユニットは3個以上の構造モジ
ュールを連結・分離可能に構成しているので、複数個の
構造モジュールを各構造モジュール間において隙間なく
連結固定することが可能となり、機械的に強固な宇宙構
造体を形成することができる。また、請求項3に係る発
明によれば、十字型マストユニットのマスト駆動支持機
構は4本のマストの長さを調整できるように構成されて
いるので、容易に種々の形状の平板構造体のモジュール
連結型宇宙構造体を形成することができる。また、請求
項4に係る発明によれば、十字型マストユニットのマス
ト駆動支持機構により4本のマストの長さを調整し、容
易に種々の形態の立体形状の構造体を形成し、より高い
機械的強度のモジュール連結型宇宙構造体を実現するこ
とができる。また、請求項5に係る発明によれば、構造
モジュールのマスト駆動支持機構によりモジュール連結
型宇宙構造体の形状を制御することにより、ガスジェッ
トやイオンエンジン等の推進器を用いないで、容易に姿
勢を制御することができ、したがって宇宙構造体の簡素
化による信頼性の向上と軽量化が可能となる。
As described above on the basis of the embodiments, according to the invention according to claim 1, a large-scale module connection type space structure is a simple rectangular plate structure module and a mast connection unit. By combining the components, it becomes possible to easily construct in space,
In addition, since the weight of the space structure can be reduced and the maintainability thereof can be improved, the possibility of commercial operation of the solar space power generation system can be brought about. Further, according to the invention of claim 2, since the mast connecting unit is configured such that three or more structural modules can be connected / separated, the plurality of structural modules are connected and fixed without a gap between the respective structural modules. It is possible to form a mechanically strong space structure. Further, according to the invention of claim 3, since the mast drive support mechanism of the cross type mast unit is configured so that the lengths of the four masts can be adjusted, the flat plate structures having various shapes can be easily formed. A module-connected space structure can be formed. Further, according to the invention of claim 4, the length of the four masts is adjusted by the mast drive support mechanism of the cross-shaped mast unit to easily form a three-dimensional structure of various forms, which is higher. It is possible to realize a module-connected space structure having mechanical strength. According to the invention of claim 5, the shape of the module-coupled space structure is controlled by the mast drive support mechanism of the structural module, so that a propulsion device such as a gas jet or an ion engine can be easily used. The attitude can be controlled, and therefore, the reliability and the weight can be reduced by simplifying the space structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るモジュール連結型宇宙構造体の第
1の実施の形態における各構造モジュールをマスト連結
ユニットを介して連結する態様を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a mode in which structural modules in a first embodiment of a module-connected space structure according to the present invention are connected to each other via a mast connection unit.

【図2】第1の実施の形態における、6個の構造モジュ
ールをマスト連結ユニットによって連結し、正六角形構
造部を形成した基本的な構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a basic configuration in which six structural modules are connected by a mast connecting unit to form a regular hexagonal structure portion in the first embodiment.

【図3】図2に示した正六角形構造部の外側に一層の構
造モジュールを追加して拡張した第1の実施の形態の変
形例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a modification of the first embodiment in which one layer of structural module is added to the outside of the regular hexagonal structure portion shown in FIG. 2 to expand it.

【図4】図3に示した変形例の正六角形構造部の外側に
更に一層の構造モジュールを追加して拡張した第1の実
施の形態の他の変形例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another modification of the first embodiment in which one more structural module is added to the outside of the regular hexagonal structure portion of the modification shown in FIG. 3 to expand it.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係る後退角θの円
錐体構造のモジュール連結型宇宙構造体の断面を示す図
である。
FIG. 5 is a view showing a cross section of a module-coupled space structure having a conical structure with a receding angle θ according to a second embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した後退角θの円錐体構造のモジュー
ル連結型宇宙構造体において、指向方向誤差が生じた場
合の態様を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a mode in the case where a pointing direction error occurs in the module-connected space structure having the conical structure having the receding angle θ shown in FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 構造モジュール 2 十字型マストユニット 2−1,2−2,2−3,2−4 マスト 3 マスト駆動支持部 4 膜状展開資材 5 マスト連結ユニット 6 正六角形構造部 7,8,9 モジュール連結型宇宙構造体 11 構造モジュール 12 円錐型宇宙構造体 1 Structural module 2 cross type mast unit 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 mast 3 Mast drive support 4 Membrane development material 5 mast connection unit 6 Regular hexagon structure 7,8,9 Module connected space structure 11 Structural module 12 Conical space structure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大庭 英雄 東京都港区浜松町2丁目4番1号 宇宙 開発事業団内 (72)発明者 森 雅裕 東京都港区浜松町2丁目4番1号 宇宙 開発事業団内 (56)参考文献 特開 平1−122800(JP,A) 実開 平1−63600(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B64G 1/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Hideo Ohba 2-4-1, Hamamatsucho, Minato-ku, Tokyo Space Development Agency (72) Inventor Masahiro Mori 2-4-1-1, Hamamatsucho, Minato-ku, Tokyo Within the Space Development Agency (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 1-122800 (JP, A) Actual Development 1-63600 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B64G 1 /twenty two

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 収納可能な4本の伸展マストと該伸展マ
ストを十字状に展開し支持するマスト駆動支持機構とを
有する十字型マストユニットと、展開した十字型マスト
ユニットの先端を結ぶことにより形成される四角形の包
絡空間に設置される膜状資材とで四角形平板の構造モジ
ュールを構成し、複数個の前記構造モジュールをマスト
連結ユニットを用いて分離可能に連結して組み合わせ、
大型の宇宙構造物を構成したことを特徴とするモジュー
ル連結型宇宙構造体。
1. A cross-shaped mast unit having four storable extension masts and a mast drive support mechanism for deploying and supporting the extension masts in a cross shape, and by connecting the tip of the deployed cross-shaped mast unit. A rectangular flat plate structural module is configured with the film-shaped material installed in the formed rectangular envelope space, and a plurality of the structural modules are separably connected and combined using a mast connecting unit,
A module-connected space structure characterized by comprising a large space structure.
【請求項2】 前記マスト連結ユニットは、3個以上の
構造モジュールの十字型マストユニットの先端を分離可
能に連結するように構成されていることを特徴とする請
求項1に係るモジュール連結型宇宙構造体。
2. The module-connection-type space according to claim 1, wherein the mast connection unit is configured to connect the ends of the cross-shaped mast units of three or more structural modules in a separable manner. Structure.
【請求項3】 前記十字型マストユニットのマスト駆動
支持機構は、十字型マストユニット展開時に四方に伸展
する4本のマストの長さを調整できるように構成されて
おり、前記マスト連結ユニットを介して複数個分離可能
に連結組み合わされた構造モジュールは、展開した十字
型マストユニットとマスト連結ユニットを骨格とする任
意形状の平板構造体に構成されていることを特徴とする
請求項1又は2に係るモジュール連結型宇宙構造体。
3. The mast drive support mechanism of the cross-shaped mast unit is configured to be able to adjust the lengths of four masts that extend in all directions when the cross-shaped mast unit is deployed, and the mast connecting unit is used. The plurality of structural modules that are separably connected to each other are combined into a flat plate structure having an arbitrary shape having a developed cruciform mast unit and a mast connection unit as a skeleton. Such a module-connected space structure.
【請求項4】 前記十字型マストユニットのマスト駆動
支持機構は、十字型マストユニット展開時に四方に伸展
する4本のマストの長さを調整できるように構成されて
おり、前記マスト連結ユニットを介して複数個分離可能
に連結組み合わされた構造モジュールは、各構造モジュ
ールの四辺をすべて同一の長さに設定すると共に対角線
の長さすなわち両方向に伸展したマストの両端の長さを
調整することにより、展開した十字型マストユニットと
マスト連結ユニットを骨格とする円錐やパラボラの形状
に近似した中空立体形状構造体に構成されていることを
特徴とする請求項1又は2に係るモジュール連結型宇宙
構造体。
4. The mast drive support mechanism of the cross-shaped mast unit is configured to be able to adjust the lengths of four masts that are extended in all directions when the cross-shaped mast unit is deployed, and the mast connecting unit is used. In the structural module that is connected in a separable manner, all four sides of each structural module are set to the same length and the length of the diagonal line, that is, the length of both ends of the mast extended in both directions is adjusted. The module-connected space structure according to claim 1 or 2, which is configured as a hollow three-dimensional structure that approximates the shape of a cone or a parabola having the expanded cruciform mast unit and the mast connection unit as a skeleton. .
【請求項5】 請求項4に係る中空立体形状構造体とし
たモジュール連結型宇宙構造体において、該モジュール
連結型宇宙構造体を構成する菱形構造モジュールの表面
に張られた膜状資材が受ける太陽風や気体流の圧力を用
いて、モジュール連結型宇宙構造体の姿勢を太陽方向や
進行方向に指向させることを特徴とするモジュール連結
型宇宙構造体の姿勢制御方法。
5. The module-coupled space structure as the hollow three-dimensional structure according to claim 4, wherein the film-shaped material stretched on the surface of the diamond-shaped structure module constituting the module-coupled space structure receives the solar wind. A method for controlling the attitude of a module-connected space structure, wherein the attitude of the module-connected space structure is oriented in the direction of the sun or the traveling direction by using the pressure of the gas flow.
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