JP3923890B2 - Attitude control device and artificial satellite - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力傾斜を利用して人工衛星の姿勢制御を行う姿勢制御装置及び該姿勢制御装置を備える人工衛星に関する。
【0002】
【従来の技術】
地球観測衛星及び通信衛星等の人工衛星にあっては、地球に対して一定の姿勢を保持する必要がある。軌道運用中の人工衛星には大気上層部の気体による抗力、重力傾斜、地磁気との干渉、太陽放射圧、ガス漏れ等により外乱トルクが作用し、前記一定の姿勢を維持するためには、かかる外乱トルクによって乱された人工衛星の姿勢を修正する必要がある。
【0003】
また、人工衛星は、その搭載機器に電力供給を行うために太陽電池パドルを備えている。従来の人工衛星に搭載されている太陽電池パドルは、複数の太陽電池パネルが夫々ヒンジ結合によって直列接続された構成となっており、例えば六面体の人工衛星本体の両側面に夫々設けられ、人工衛星の軌道投入前までは人工衛星本体側面に蛇腹状に折り畳まれた状態で収納されている。このような従来の太陽電池パドルの展開構造にあっては、太陽電池パドルがバネによってその展開方向に付勢されており、また収納状態にはフック等からなる保持機構によってこの付勢力に抗して折り畳まれた状態を保持するように構成されている。そして、人工衛星の軌道投入の際には、保持機構による保持が解除され、バネの付勢力によって各太陽電池パネルが直線的に並ぶように展開される。
【0004】
かかる従来の太陽電池パドルの展開構造にあっては、一旦太陽電池パドルの展開が完了した後には、その展開角度を変化させることができない。従って、太陽電池パドルの発電効率を可及的に高めるべく、太陽電池パネルの受光面を太陽に向ける必要があるが、このときに太陽電池パドルを単独で移動させることができず、人工衛星自体が前記受光面を太陽に向けるべく姿勢制御を行う必要があった。
【0005】
かかる理由により、人工衛星には姿勢制御装置が搭載されている。従来の人工衛星の姿勢制御装置には、推力発生装置によるもの、磁気トルカによるもの、重力傾斜を利用したもの等が存在する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の姿勢制御装置は、人工衛星の本体に収納されているものが多く、人工衛星の収納空間の一部を占有し、人工衛星の大型化及び重量化を招いていた。特に推力発生装置を使用した姿勢制御装置にあっては、人工衛星の長寿命化を図るべく液体燃料の搭載量を大きくすると、人工衛星が大型化及び重量化していた。
【0007】
人工衛星は、その質量が1000kg以上のものを大型、500kg〜1000kgのものを小型、100kg〜500kgのものをミニ型、10kg〜100kgのものをマイクロ型、10kg以下のものをピコ型と分類されることがある。かかる人工衛星のうち大型、小型、及びミニ型のものは、その人工衛星の打ち上げ専用のロケットの頭部に設けられたフェアリングに収納され、該ロケットにて目的の時刻に、目的の高度及び軌道まで移送されて、移送途中でフェアリングが廃棄された後、この軌道に投入される。
【0008】
一旦軌道上での運用を開始した人工衛星は、予定していたミッションの実施が不可能となるような不具合が発生した場合であっても、地上設備のように簡単に修理、改修を行うことができない。このため、人工衛星用の機器類は、軌道上で可及的に不具合が発生しないように、打ち上げ前に綿密な試験及び検査を受け、その信頼性が確保される。
【0009】
特に大型及び小型の人工衛星はシステムが複雑であり、ミッションも多岐に亘り、また搭載される機器類の数も多いため、信頼性確保のための多数の試験及び検査が複合的且つ長期間に亘って実施されることとなる。また、このような人工衛星の組み立てに供された装置等にも、同様に多くの試験及び検査が必要である。
【0010】
一方、ピコ型及びマイクロ型の人工衛星にあっては、システムが比較的単純であり、その多くが単一のミッション専用のものであり、また機器類の数が比較的少ないため、大型及び小型の人工衛星に比べて必要とする試験及び検査の数及び期間が少なく、開発期間及び開発コストが少なくてすむという利点がある。
【0011】
また、例えば地球観測衛星及び通信衛星は、地球環境の急変及び人工衛星の搭載機器の技術的な陳腐化等に対応するため、可及的にその開発期間を短縮することが要望されており、従って、これらの用途に供されるピコ型及びマイクロ型の人工衛星の需要が高まっている。
【0012】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、人工衛星の収納空間を殆ど割く必要がなく、人工衛星を可及的に小型化及び軽量化すると共に、人工衛星の軌道運用中の姿勢制御が可能な姿勢制御装置、及び該姿勢制御装置を使用した人工衛星を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る姿勢制御装置は、人工衛星本体の一部に枢着された太陽電池パドルと、前記人工衛星本体に取り付けられた第1のアクチュエータと、該第1のアクチュエータ及び前記太陽電池パドルを接続するワイヤとを備え、前記第1のアクチュエータを動作させることにより前記ワイヤを駆動し、前記太陽電池パドルの展開角度を変化させて重力傾斜による人工衛星の姿勢制御を行うべくなしてあることを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係る人工衛星は、打ち上げ時にフェアリングとして機能する外殻と、該外殻の一部に枢着されている太陽電池パドルと、前記外殻の内部に取り付けられた第1のアクチュエータと、該第1のアクチュエータ及び前記太陽電池パドルを接続するワイヤとを備え、前記第1のアクチュエータを動作させることにより前記ワイヤを駆動し、前記太陽電池パドルの展開角度を変化させて重力傾斜による姿勢制御を行うべくなしてあることを特徴とする。
【0015】
このような構成とすることにより、従来から人工衛星の発電システムとして使用されてきた太陽電池パドルを利用して、人工衛星の姿勢制御を行うことができるため、別途姿勢制御装置を設ける必要がなく、このため姿勢制御装置のために人工衛星の収納空間を殆ど割く必要がない。
【0016】
前述したように、人工衛星は、その打ち上げにおいて、打ち上げ時に受ける空気抵抗から人工衛星を保護するためにロケットの頭部に設けられたフェアリング内に収納される。従来の人工衛星は、外殻を含む人工衛星とフェアリングとを別個に設け、該フェアリングに人工衛星を収納した状態でロケットに搭載していた。従って、前述の如き本発明に係る人工衛星にあっては、人工衛星の外殻がフェアリングとして機能するので、人工衛星と別途にフェアリングを設ける必要がなく、当該人工衛星に最適なサイズのロケット(例えば、2段型の小型ロケット)を使用して打ち上げることが可能となる。従って、本発明に係る人工衛星においては、打ち上げに使用するロケットに当該人工衛星を搭載する際の空間的効率を従来に比して大幅に向上することができ、結果として人工衛星打ち上げ用のロケット全体の抜本的な小型化及び低価格化を実現することができる。
【0017】
通常、ロケット全体に対する人工衛星の質量比は概ね1%程度であり、しかもロケット全体に対するロケット燃料の質量比は90%程度であることから、人工衛星の小型化及び軽量化は大幅なロケットの小型化及びロケット燃料の搭載量削減を実現することができ、打ち上げコストの抜本的な低減が可能となる。
【0018】
また、本発明に係る人工衛星をピコ型又はマイクロ型の人工衛星として構成した場合には、当該人工衛星の打ち上げ専用ロケットを構成することができるので、適時にピコ型又はマイクロ型の人工衛星の打ち上げを行うことができると共に、ピコ型又はマイクロ型の人工衛星を最適な高度及び軌道に投入することができる。
【0019】
また、上記発明においては、地球センサからの出力信号に応じて前記第1のアクチュエータを動作させることにより、人工衛星が地球の中心に対して所定の姿勢を保つ方向に人工衛星の重心位置を移動すべく構成することが望ましい。
【0020】
多くの人工衛星は、地球センサを備えており、該地球センサによって地球の略中心位置を検出し、常に人工衛星が地球の中心に対して所定の姿勢を維持するように姿勢制御される。従って、このような構成とすることにより、地球センサからの出力信号に応じて太陽電池パドルの展開角度を変化させて、人工衛星が所定の姿勢を保つ方向に人工衛星の重心位置を移動させるので、太陽電池パドルを単独で移動させるだけで人工衛星の姿勢制御を行うことができ、従来に比してエネルギーの消費量を大幅に削減することができる。
【0021】
また、上記発明においては、前記太陽電池パドルの重力方向及び前記太陽電池パドルの展開方向の両方向に対して交差する方向に離隔した2箇所から引き出された2つのワイヤと、該ワイヤの引き出し長さを夫々変化させる第2のアクチュエータと、前記ワイヤの引き出された夫々の先端に取り付けられた2つのウェイトとを更に備え、前記第2のアクチュエータを動作させることにより、2つの前記ワイヤの引き出し長さを相対変化させて前記ウェイトに夫々作用する重力の大きさを変化させ、重力傾斜による前記人工衛星の姿勢制御を行うべく構成することが望ましい。
【0022】
また、上記発明においては、前記太陽電池パドルの重力方向及び前記太陽電池パドルの展開方向の両方向に対して交差する移動方向に沿って移動することが可能なウェイトと、該ウェイトを前記移動方向に沿って移動させる第3のアクチュエータとを更に備え、該第3のアクチュエータを動作させることにより、前記ウェイトを前記移動方向に沿って移動させて重力傾斜による前記人工衛星の姿勢制御を行うべく構成することが望ましい。
【0023】
これにより、簡単な構成で、太陽電池パドルの展開方向と交差する方向(例えば、太陽電池パドルの展開方向が人工衛星のローリング方向である場合には、ピッチング方向)の姿勢制御を行うことができる。
【0024】
また、上記発明においては、前記太陽電池パドルの受光面に平行な受光面を有する太陽センサが検出する太陽光の前記受光面への入射角度に応じて、前記太陽センサの受光面が太陽に向かうように前記太陽電池パドルの展開角度を変化させるべく、前記第1のアクチュエータの動作を制御するように構成することが望ましい。
【0025】
このようにすることにより、より大きい太陽放射強度を太陽電池パドルの受光面で受けるように太陽電池パドルを単独で移動させることができ、従来に比してエネルギーの消費量を大幅に削減することができる。また、液体燃料等の搭載量も削減できるので、人工衛星自体の小型化及び軽量化が可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る人工衛星を搭載した2段型ロケットについて、図面を参照しながら具体的に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る2段型ロケットの全体構成を示す側面図である。図1に示す如く、本発明の実施の形態に係る2段型ロケット1は、本発明に係る人工衛星2と、第1段固体モータ3と、第2段固体モータ4と、段間部5とから主として構成されている。
【0027】
人工衛星2は、2段型ロケット1の頭部を構成しており、概ね円筒形状のシュラウド部分2a(図2参照)と、該シュラウド部分2aの上端に連なった丸みを帯びた円錐形状のノーズ部分2b(図2参照)とから構成されている。また、人工衛星2の質量は例えば45kgであり、マイクロ型人工衛星に分類されるものである。かかる人工衛星2の下方には、段間部5を介して第1段固体モータ3が連結されている。
【0028】
また、段間部5は前記人工衛星2の円筒と略同径の円筒形状をなしており、その内部には第2段固体モータ4が支持されている。
【0029】
第1段固体モータ3は可動式ノズルを有しており、このノズルの噴射方向を変えることによって飛行制御を行うようになっている。また、第2段固体モータ4は特段の飛行制御を行う構造は有していない。
【0030】
かかる人工衛星2の打ち上げ工程は次のようなものである。まず、第1段固体モータ3の燃焼を開始することによって、2段型ロケット1が極付近の射場から上昇を開始する。このとき、2段型ロケット1の打ち上げ時における2段型ロケット1の機軸と地平線とのなす角度は90°とする。即ち、2段型ロケット1は鉛直上方へ打ち上げられる。第1段固体モータ3は40秒間燃焼し続け、燃焼終了時にはその飛翔高度は高度約45kmに至る。次に、第1段固体モータ3の燃焼終了時、即ち打ち上げ開始から40秒経過後、可及的速やかに第1段固体モータ3が切り離され、そして第2段固体モータ4の燃焼を開始する。第2段固体モータ4は39秒間燃焼し続け、燃焼終了時の飛翔速度は最高飛翔速度である約7.7km/sに、飛翔高度は高度約240kmに至る。第2段固体モータ4の燃焼終了後、第2段固体モータ4及び段間部5が人工衛星2から切り離され、人工衛星2が弾道軌道に投入される。
【0031】
更に、かかる人工衛星2の打ち上げ工程の他の例として、次のようなものもある。まず、第1段固体モータ3の燃焼を開始することによって、赤道付近の射場から2段型ロケット1が上昇を開始する。このとき、2段型ロケット1の打ち上げ時における2段型ロケット1の機軸と地平線とのなす角度は90°とする。即ち、2段型ロケット1は鉛直上方へ打ち上げられる。
【0032】
第1段固体モータ3の燃焼開始約39秒後、2段型ロケット1は約2°/秒のピッチで東側に重力ターンを開始する。第1段固体モータ3は燃焼開始40秒後に燃焼を終了し、その後可及的速やかに2段型ロケット1から分離される。
【0033】
第1段固体モータ3の燃焼終了約2秒後に第2段固体モータ4が燃焼を開始する。第2段固体モータ4は燃焼開始約39秒後に燃焼を終了し、そのときの2段型ロケット1の機軸と地平線とのなす角度は0°であり、また速度は8.1km/sに達する。また、このときの到達高度は約185kmであり、ここで人工衛星2が軌道に投入される。人工衛星2を更に軽量化すれば、到達高度を更に大きくすることが可能である。
【0034】
このような2段型ロケット1は、従来の3段以上の多段型ロケットの飛翔速度に比して大幅に高い速度で飛翔することとなる。従って、飛翔時に2段型ロケット1が受ける加熱率、動圧及びエンタルピ等の飛翔環境は、3段以上の多段型ロケットが飛翔時に受けるそれよりも非常に過酷なものとなる。本願発明者らの試算によれば、極付近の射場から打ち上げられ弾道飛行する2段型ロケット1の最大空力加熱率は約2.6MW/m2であり、最大動圧は約13気圧であり、また最大加速度は約31Gである。これらは、宇宙開発事業団が開発したH2Aロケットの如き大型ロケットの場合と比して夫々10倍以上の大きさとなっており、本実施の形態に係る2段型ロケット1の飛翔環境が如何に過酷なものであるかが判る。
【0035】
このような厳しい飛翔環境に耐え得るために、本実施の形態に係る人工衛星2は以下に説明するような構成となっている。図2は、本発明の実施の形態に係る人工衛星2の構成の概略を示す模式的断面図である。図2に示す如く、人工衛星2はその外殻構造としてフェアリング(ノーズフェアリング)6を有している。即ち、本実施の形態に係る人工衛星2は、フェアリング6と一体的に形成されている。このフェアリング6は、人工衛星2が軌道に投入される前に廃棄されず、人工衛星2の外殻として使用されるようになっている。
【0036】
フェアリング6は複数の層から構成されており、外側から順に低太陽光吸収率層7,アブレータ層8,断熱層9及び金属シート層10が積層された構造となっている。低太陽光吸収率層7は、2段型ロケット1の飛翔時における空力加熱に対して十分な耐性を有する白色系の塗料を使用する。このように、フェアリング6の略全体を、低い太陽光吸収率を有する低太陽光吸収率層7にて被覆することにより、フェアリング6が太陽光に晒されたときに、太陽熱の吸収を可及的に抑制し、フェアリング6の内部の温度上昇を可及的に抑制することができる。
【0037】
なお、ここでいう白色系とは、無彩色及び有彩色を問わず、その明度の比較的高いもののことである。即ち、白色系には、例えば若干青みがかった白色等を含んでいる。また、本実施の形態においては、低太陽光吸収率層7を白色系の層とする構成としたが、これに限定されるものではなく、フェアリング6が太陽光に晒されたときに、フェアリング6の内部空間を、内部に設けられる機器が許容する温度に維持することができる程度に低い太陽光吸収率を有する層であれば、低太陽光吸収率層7の色は問わないことは言うまでもない。
【0038】
アブレータ層8は、例えばCFRPのようなロケットのアブレータとして使用される材料によって構成されている。本実施の形態においては、アブレータ層8はCFRPによって構成されているものとしている。図3は、本発明の実施の形態に係るアブレータ層8の構成を示す断面図である。図3に示す如く、アブレータ層8は更に熱防御層8a及び構造層8bの2層に分かれている。外側の層である熱防御層8aは、カーボン繊維が布状に織り込まれたものを短冊状に裁断して得た多数の短冊状布体を合成樹脂に埋め込んだCFRPから構成されており、高い熱防御性能を実現すると共に、熱応力を低く抑えることができるような構造となっている。
【0039】
一方、アブレータ層8の内側の層である構造層8bは、カーボン繊維が連続した布状に織り込まれたものを複数積層したCFRPから構成されており、高温下において例え炭化したとしても高比強度及び高比剛性を維持することが可能であるような構造となっている。このような構造とすることにより、フェアリング6に金属製の構造層を設ける必要がなく、軽量でありながら金属製のフェアリングに匹敵する強度及び剛性を実現することができる。
【0040】
断熱層9は、無機材料の断熱材によって構成されている。図2に示す如く、アブレータ層8及び断熱層9は、フェアリング6の先端部である淀み点部6aで最も厚く、ここから後方へ向かうに従って薄くなるように構成されている。これは、淀み点部6aにおいて、飛翔時の空力加熱が最大となり、後方へ向かうに従って低くなることから、フェアリング6の先端部に近い部分ほど、空力加熱に対する耐性が要求されるためである。また、フェアリング6の後方へ向かうに従って、アブレータ層8及び断熱層9の厚みを薄くすることにより、フェアリング6の更なる軽量化に寄与することができるという効果もある。
【0041】
また、金属シート層10には、アルミニウム製シートが用いられている。
【0042】
フェアリング6の内部には、機器搭載パネル11,12,13が設けられており、これらの機器搭載パネル11〜13の夫々に、各種センサ、オンボードコンピュータ、記憶装置、及びアンテナ類等の人工衛星の内部機器14が搭載されている。これらの内部機器14は金属シート層10との間で放射熱交換を行うようになっており、これにより内部機器14の温度が、例えば一般的な電子機器の許容温度範囲である−15℃〜45℃の範囲内にあるように適切に維持される。
【0043】
図4は、本発明の実施の形態に係る2段型ロケット1の飛翔時におけるフェアリング6の表面温度、金属シート層10の温度、及び内部機器14の温度の推移を示すグラフである。図4に示すように、フェアリング6の表面温度は最高で約1690℃に達する。2段型ロケット1の飛翔時には、このような高温にフェアリング6が晒されることにより、熱防御層8aから熱分解ガスが発生し、このときの吸熱反応によりフェアリング6の内部の温度上昇が防止され、これと共に熱分解ガスがフェアリング6の表面を覆うことにより、人工衛星2の更なる加熱が防止される。
【0044】
また、フェアリング6がこのような空力加熱を受けた場合、熱防御層8aが炭化し、黒色に変色することとなる。ここで、低太陽光吸収率層7が設けられていない場合には、フェアリング6の表面が全体に亘って黒色に変色し、人工衛星2の軌道運用時において、太陽光を吸収して、人工衛星2の内部温度が異常に高まることが考えられる。本実施の形態に係るフェアリング6においては、アブレータ層8の表面に低太陽光吸収率層7を積層しており、前述の如くかかる低太陽光吸収率層7が空力加熱に対する十分な耐性を有する塗料を用いたものであるので、2段型ロケット1の飛翔時に低太陽光吸収率層7が空力加熱によって消失することがなく、フェアリング6の表面が白色系に維持される。このため、人工衛星2の表面の太陽光吸収率を低くすることができ、人工衛星2の内部温度の上昇を抑制することができる。なお、表面温度が耐熱性塗料の使用上限温度を超えると予想される空力加熱の高い一部の箇所については、耐熱性塗料を塗布しなくてもよい。
【0045】
図5は、本発明の実施の形態に係る低太陽光吸収率層7の構成を示すフェアリング6の部分斜視図であり、図6は、フェアリング6の模式的部分断面図である。図3、図5及び図6に示す如く、低太陽光吸収率層7には多数の通気孔15が設けられている。つまり、フェアリング6の表面のうち通気孔15の部分だけは熱防御層8aが露出している。前述の如く、フェアリング6が空力加熱を受けている間、熱防御層8aからは熱分解ガスが発生する。図6に示す如く、この熱分解ガスは通気孔15を通過して、人工衛星2の外部へ放出される。これに対して低太陽光吸収率層7に通気孔15が設けられていない場合には、空力加熱を受けることによって熱防御層8aから発生した熱分解ガスの逃げ道がなくなり、低太陽光吸収率層7に亀裂又は剥離が発生することとなる。従って、低太陽光吸収率層7に通気孔15を形成した構成とすることにより、低太陽光吸収率層7の亀裂又は剥離の発生を抑制することができる。
【0046】
即ち、フェアリング6を以上の如き構成とすることにより、2段型ロケット1の飛翔時の空力加熱による発生熱が人工衛星2の機内に侵入することを防止すると共に、人工衛星2の軌道運用時における内部機器14からの発生熱を機外に放出することが可能であり、2段型ロケット1の飛翔時及び人工衛星2の軌道運用時において、内部機器14の温度を適正に保つことが可能となっている。
【0047】
また、本実施の形態においては、通気孔15の直径を1mmとし、相隣する2つの通気孔15の間の距離を25mmとしている。なお、通気孔15の直径を3mmとし、相隣する2つの通気孔15の間の間隔を5mmとする等、通気孔15は、熱防御層8aの露出面積を可及的に小さくしつつ、熱分解ガスを外部に放出するという所望の性能を発揮する構成であれば、他の寸法構成としてもよいことは言うまでもない。
【0048】
次に、本発明の実施の形態に係るフェアリング6の製造方法の一例について説明する。図7は、フェアリング6の塗装の前工程の一例を説明する模式図であり、(a)はその第1段階を、(b)はその第2段階を、(c)はその第3段階を、(d)はその第4段階を示している。まず、フェアリング6の形状に成型されたアブレータ層8,断熱層9及び金属シート層10の積層体であるフェアリング材料16を製造しておく。そして、以下のようにして、フェアリング材料16の表面に低い太陽光吸収率を有する(例えば白色系の)塗料を塗布する。
【0049】
図7(a)に示す如く、本例におけるフェアリング6の塗装の前工程の第1段階では、予めフェアリング6の外形に合わせて製作されている粘着性を有するシール材17を、同様に予めフェアリング6の外形に合わせて製作されている雌型冶具18に被せる。この雌型冶具18には、フェアリング6の低太陽光吸収率層7に設ける通気孔15の位置に合わせて、予め多数の孔18aが設けられている。
【0050】
次に第2段階では、図7(b)に示す如く、雌型冶具18をフェアリング材料16に被せる。
【0051】
第3段階では、図7(c)に示す如く、シール材17の上に、予めフェアリング6の外形に合わせて製作されている雄型冶具19を被せる。この雄型冶具19の内面には、フェアリング6の低太陽光吸収率層7に設ける通気孔15の位置に合わせて、予め多数の突起19aが設けられている。そして、突起19aが孔18aに挿入されるように位置合わせを行い、雄型冶具19をフェアリング材料16に押し付ける。このとき、シール材17の突起19aに重なる部分が孔18aを貫通してフェアリング材料16の表面に接触し、フェアリング材料16の通気孔15に相当する位置にのみシール材17が貼着せしめられる。
【0052】
第4段階では、図7(d)に示す如く、雄型冶具19,シール材17及び雌型冶具18をフェアリング材料16から取り外す。このとき、シール材17のうちフェアリング材料16の多数の貼着部分だけがフェアリング材料16の表面にマスキング(マスキング部分)17aとして残り、アブレータ層8のこの部分が隠れた状態となる。これで、フェアリング6の塗装の前工程が終了する。
【0053】
このようにして得たフェアリング材料16の外面に対して、低い太陽光吸収率を有する耐熱性塗料を塗布する。その後、マスキング17aをフェアリング材料16から取り除き、フェアリング6が完成する。
【0054】
次に、本発明の実施の形態に係るフェアリング6の製造方法の他の例について説明する。図8は、フェアリング6の塗装の前工程の他の例を説明する模式図であり、(a)はその第1段階を、(b)はその第2段階を示している。
【0055】
図8(a)に示す如く、本例におけるフェアリング6の塗装の前工程の第1段階では、予めフェアリング6の内側形状に合わせて製作されている電磁石20をフェアリング材料16の内側に配置する。
【0056】
図9は、本発明の実施の形態に係る電磁石20の構成を示す部分断面図である。電磁石20は、複数のコイル(図示せず)がその内部に設けられた、前記フェアリング材料16を縮小した略相似形状をなす本体部分21と、該本体部分21の外側及び内側に夫々配されたハニカム構造部分22,23とから構成されている。外側のハニカム構造部分22の外形は、フェアリング材料16の内部形状と略同一となっており、フェアリング材料16の内部に電磁石20を配したとき、フェアリング材料16の内面にハニカム構造部分22の外面が略全体に亘って密着することとなる。
【0057】
ハニカム構造部分22,23は、金属製とされており、複数の六角形状の孔が厚さ方向に貫通し、恰も蜂の巣状に形成された構造となっている。かかるハニカム構造部分22,23により、電磁石20を軽量且つ高剛性のものとすることができる。
【0058】
また、本体部分21に設けられたコイルは、本体部分21の厚さ方向を中心軸としたものであり、該コイルに直流を通電することにより、例えば図9に示す如く、本体部分21の外側をN極、内側をS極とした磁界を発生することができるようになっている。
【0059】
なお、本実施の形態においては、電磁石20をフェアリング材料16の内側に配置するものとしたが、これに限定されるものではなく、電磁石20の代わりに永久磁石を配置してもよい。また、電磁石20がハニカム構造部分22,23を有する構成としたが、これに限定されるものではなく、フェアリング材料16の内部形状と略同一の外形を有する金属製又は金属と合成樹脂との複合材製のハウジング内部に複数のコイルを収納した構成としてもよい。
【0060】
次に本例の第2段階では、図8(b)に示す如く、内部が予めフェアリング6の外形に概ね合わせて製作されている塗料供給装置24をフェアリング材料16の外側に被せる。
【0061】
図10は、本発明の実施の形態に係る塗料供給装置24の構成を示す部分斜視図である。塗料供給装置24は、可撓性を有する材料によって形成された、前記フェアリング材料16より大きい袋状の本体部分25と、該本体部分25の内面の複数箇所から夫々突設された多数の塗料噴射チューブ26と、前記本体部分25の内面の塗料噴射チューブ26の突設箇所とは異なる複数の箇所から突設された支柱27とから主として構成されている。
【0062】
本体部分25は内部空間28を有しており、該内部空間28に外部から供給された、低い太陽光吸収率を有する耐熱性塗料を通流させることが可能となっている。この本体部分25は、前述した如く可撓性を有しており、また概ねフェアリング材料16の外形に沿った形状に形成されている。従って、塗料供給装置24でフェアリング材料16を覆った場合に、フェアリング材料16の外形に合わせて本体部分25が変形し、フェアリング材料16の略全体に亘って本体部分25を覆い被せることが可能である。
【0063】
図11は、本発明の実施の形態に係る塗料噴射チューブ26の構成を示す模式的側面図である。塗料噴射チューブ26は、その一端が内部空間28と連通しており、他端が略円盤状の永久磁石からなるマスキング部29によって閉塞されている。また、塗料噴射チューブ26の中間部分には、複数のノズル30が設けられており、内部空間28から供給された耐熱性塗料をノズル30から噴射することが可能となっている。このとき、塗料噴射チューブ26の他端がマスキング部29によって閉塞されていることにより、この他端から耐熱性塗料が噴出されることがない。
【0064】
また、本体部分25の内面からは高透磁率材料からなる支柱27が突設されている。支柱27の一端は本体部分25の内面に固着されており、他端にはマスキング部32が取り付けられている。このマスキング部32も永久磁石とされている。また、マスキング部29,32は、例えば電磁石20が本体部分21の外側をN極、内側をS極とした磁界を発生する場合には、本体部分25の近接側をN極、離反側をS極とした磁界を発生するように夫々塗料噴射チューブ26及び支柱27に取り付けられる。
【0065】
第2段階で塗料供給装置24をフェアリング材料16に被せるときには、フェアリング材料16の外面のうち、通気孔15を設けたい部分にマスキング部29,32を載置する。そして、電磁石20によって磁界を発生し、この磁界によってマスキング部29,32をフェアリング材料16の外面に吸着させる。これで、フェアリング6の塗装の前工程が終了する。
【0066】
続いて、塗料供給装置24の外部から本体部分25へ前記耐熱性塗料を供給し、ノズル30から耐熱性塗料を噴射する。ノズル30は、フェアリング材料16の表面へ向けて耐熱性塗料を噴射するように傾斜して設けられており、これによってフェアリング材料16の外面のマスキング部29,32が載置されている部分を除いた略全体に亘って耐熱性塗料が塗布されることとなる。
【0067】
更に、電磁石20の磁界の発生を停止し、電磁石20及び塗料供給装置24をフェアリング材料16から取り外す。これによって、フェアリング6が完成する。
【0068】
以上説明したように、フェアリング6を外殻として一体化した人工衛星2を構成することにより、従来の人工衛星のように人工衛星とは別にフェアリングを用意し、人工衛星を該フェアリングと共にロケットに搭載する必要がなくなる。人工衛星には外殻構造が必要であり、人工衛星全体が十分な強度及び剛性を確保するために、従来の人工衛星の場合では強度部材等も必要としていた。本実施の形態に係る人工衛星2は、フェアリング6が外殻構造を兼ね、また前述の如く該フェアリング6が十分な強度及び剛性を確保しているので、別途強度部材等を設ける必要がない。
【0069】
また、本願発明者らが試算を行った結果、金属に比して比重が小さいCFRPによって主として構成された本発明の実施の形態に係るフェアリング6は、同じ内部機器を搭載した従来の人工衛星を3段型ロケットによって打ち上げる場合に使用される金属製のフェアリングと比して、両者を同程度の強度及び剛性を確保するように構成した場合には、同程度の質量となることが判った。即ち、本発明に係る人工衛星2は、従来の人工衛星及び金属製のフェアリングの合計質量と比較して、人工衛星に搭載する内部機器が同じである場合には、従来の人工衛星が必要とする外殻構造及び強度部材の質量分だけ軽量なものとすることが可能である。例えば従来の人工衛星の質量が50kgである場合、該人工衛星が必要とする外殻構造及び強度部材の質量は約15kgとなるので、同じ内部機器を搭載した本実施の形態に係る人工衛星2では、従来の人工衛星及びフェアリングの合計質量より15kgの軽量化が可能である。
【0070】
このような人工衛星(及びフェアリング)の軽量化によって、これを宇宙空間まで搬送するロケット自体をも小型のものとすることができる。また、本実施の形態のように、従来の3段以上の多段型ロケットではなく、2段型ロケット1として構成することにより、構造を大幅に簡略化することができ、よって開発コスト及び開発期間等の大幅な低減が実現できる。
【0071】
このように、フェアリング6を人工衛星2に一体化した場合には、従来の人工衛星とフェアリングとが別個に搭載し、フェアリングを分離及び放擲するように構成されたロケットと同一のロケットを用いて、前記人工衛星よりも約15kgも質量が大きい人工衛星2を打ち上げることが可能となる。逆説的に言えば、従来のフェアリングを分離及び放擲する構成の人工衛星と同一質量のフェアリング一体型の人工衛星においては、従来より大幅に小型のロケットで打ち上げることが可能である。
【0072】
また、前述したように、2段型ロケット1は従来の3段以上の多段型ロケットと比べて大幅に高速に飛翔する。例えば第1段固体モータ3の燃焼開始39秒後に、約2°/sの重力ターンを開始し、第2段固体モータ4の燃焼終了時に迎角が90°となるように構成した場合、第2段固体モータ4の燃焼終了時における2段型ロケット1の水平移動距離は約180kmとなり、その10秒後に人工衛星2を放出するとしたときの同放出時における2段型ロケット1(人工衛星2)の水平移動距離は約260kmとなる。
【0073】
このように、人工衛星2の打ち上げ開始から放出時までの水平移動距離は約260kmであり、この距離は従来の人工衛星の打ち上げ開始から放出時までの水平移動距離に比べて極めて短いものである。従って、従来の3段型ロケットによる人工衛星の打ち上げ時には、例えば日本国内の射場から打ち上げた後で、日本国内の観測所によって人工衛星の打ち上げから放出までを観測することができないことがあったが、本発明に係る人工衛星2を搭載した2段型ロケット1を種子島宇宙センター射場の小型ロケット射点から打ち上げた場合、人工衛星2の放出までの2段型ロケット1の飛翔状況を種子島宇宙センター及び小笠原追跡所の2箇所で観測することができ、観測に外国の設備を必要としない。このように、日本国内の設備だけで2段型ロケット1の打ち上げから人工衛星2の軌道投入までの観測を行うことができるので、従来に比してロケットの打ち上げ作業を極めて簡素なものとすることができる。
【0074】
また、前述した本発明に係る人工衛星2の打ち上げ開始から放出時までの水平移動距離(約260km)は、1つの観測所によって2段型ロケット1の打ち上げから人工衛星2の軌道投入までを観測することができる距離でもある。従って、1つの観測所で2段型ロケット1の打ち上げから人工衛星2の軌道投入までを一貫して観測した場合には、更にロケットの打ち上げ作業を簡素なものとすることができ、より一層コスト及び手間を低減することが期待できる。
【0075】
前述の如く、本実施の形態2に係る2段型ロケット1はフェアリング6のアブレータ層8が空力加熱によって炭化する。このとき、アブレータ層8のうちの表面近傍の部分にはカーボン繊維が重なった状態で残留する。図12は、本発明の実施の形態に係るアブレータ層8の空力加熱を受けたときの状態を説明する模式的断面図である。アブレータ層8のうちの熱防御層8aは、2段型ロケット1の打ち上げ初期の段階で炭化する。図12に示すように、炭化して熱防御層8aに残留したカーボン繊維8cは、繊維長手方向が様々な方向へ向いた状態で重なり合う。各カーボン繊維8cの結合力は比較的弱く、外部から力が作用した場合には互いにずれるように微小に移動する。
【0076】
ここで、本実施の形態に係る2段型ロケット1は、前述したようにその飛翔時に従来に比して極めて高い動圧を受けることとなる。従って、2段型ロケット1には飛翔時に強い振動が発生し、フェアリング6に加わる振動が内部機器14にそのまま伝われば、これが内部機器14の故障を引き起こす可能性がある。
【0077】
しかし、前記カーボン繊維8b(及び構造層8cが炭化した場合にこの層に残留するカーボン繊維)が3次元的に互いに微小に移動することによって、アブレータ層8が免震構造として機能し、フェアリング6の表面に加わる振動が内部にそのまま伝わることが防止される。これにより、内部機器14には外部の振動が伝わりにくくなり、内部機器14の故障の発生を抑制できる。
【0078】
また、人工衛星2の軌道投入時に、人工衛星2から第2段固体モータ4及び段間部5が切り離されるが、このときにも人工衛星2に対して衝撃が加わる。この衝撃も、前述したフェアリング6の免震機能によって人工衛星2の内部において緩和され、内部機器14の故障の発生が抑制されることとなる。
【0079】
次に、人工衛星2の構成をより詳細に説明する。図13は、本発明の実施の形態に係る人工衛星2の構成を示すシュラウド部分2aにおける横断面図である。図13に示す如く、人工衛星2のシュラウド部分2aの後端から所定長さ前方までの部分においては、フェアリング6の周方向の一部が欠落しており、この欠落部分33を閉塞するように展開型の太陽電池パドル34が設けられている。
【0080】
太陽電池パドル34は、2つの板状の太陽電池パネル35,36が突き合わされて互いにヒンジ結合された構成となっている。一方の太陽電池パネル35の一端は略L字状に屈曲せしめられており、この屈曲部分34bの先端が欠落部分33の一端に枢着されている。これによって、太陽電池パネル35は、欠落部分33を閉塞した状態からこの枢着部分を中心として外側に回動することが可能となっている。
【0081】
太陽電池パネル35の他端は太陽電池パネル36の一端とヒンジ部34aによってヒンジ結合されている。そして、2段型ロケット1の打ち上げ前には、太陽電池パネル35,36は重ね合わされた状態で欠落部分33を閉塞するように収納されている。
【0082】
図14は、本発明の実施の形態に係る太陽電池パドル34の構成を示す断面図である。図14に示すように、一方(基端側)の太陽電池パネル35は、セル取付板35aの一面に太陽電池セル35bが取り付けられた構造となっている。また、前記欠落部分33を閉塞するようにラジエータ35cが設けられており、該ラジエータ35cは人工衛星2の内部と宇宙空間との隔壁として機能する。内部機器14の発熱の機外への排出はこのラジエータ35cによって行われる。ラジエータ35cの光学特性及び面積は、内部機器14の発熱量により設定される。また、太陽電池パドル34の収納時には、セル取付板35aの他面がラジエータ35cの機外側の面に対向し、太陽電池セル35bが機外側に配置されるようになっている。
【0083】
なお、本実施の形態においては、ラジエータ35cを人工衛星2の内部と宇宙空間との隔壁として設ける構成について述べたが、これに限定されるものではなく、内部機器14の発熱量が、ラジエータによる排熱が不要である程度に小さい場合には、ラジエータ35cに代えて、例えばCFRP等の複合材料製の隔壁を設ける構成としてもよい。
【0084】
また、他方(先端側)の太陽電池パネル36はセル取付板36aを有しており、太陽電池パドル34の収納時において、前記太陽電池セル35bに対向するように太陽電池セル36bがセル取付板36aの一面に取り付けられている。即ち、太陽電池セル36bはセル取付板36aの機内側の面に取り付けられている。また、セル取付板36aの他面(機外側の面)には、アブレータ層及び断熱層等から構成された熱防御板36cが取り付けられている。これによって、2段型ロケット1の飛翔時に受ける空力加熱に対して熱防御機能を発揮し、内部機器14の温度を過度に上昇させないようにすることが可能となっている。また、太陽電池パドル34の収納時には、熱防御板36cが最外部に位置することとなるため、2段型ロケット1の飛翔時に受ける空力加熱から太陽電池セル35b,36bが保護される。
【0085】
図13に示す如く、人工衛星2の内部には2つの電動モータ37,38が設けられている。一方の電動モータ37の出力軸にはワイヤ37aの一端が接続されており、該ワイヤ37aの他端は太陽電池パネル35とフェアリング6とを枢着している枢軸35dに接続されている。またワイヤ37aは一端側が電動モータ37の出力軸に巻回されており、他端側が枢軸35dにこれとは反対向きに巻回されている。また、枢軸35dは太陽電池パネル35に固着されており、ワイヤ37aの他端側の枢軸35dに対する巻回方向は、枢軸35dからワイヤ37aを引き出した場合に、太陽電池パネル35に機外側へ回動する方向のトルクが発生する方向(即ち、図13中で反時計方向)とされている。これによって、電動モータ37を動作させ、出力軸を前記ワイヤ37aを巻き取る方向に回転させた場合には、枢軸35dからワイヤ37aが引き出され、太陽電池パネル35に機外側へ回動する方向のトルクが作用することとなる。
【0086】
一方、電動モータ38の出力軸にも同様にワイヤ38aの一端側が巻回されている。またこのワイヤ38aの他端はヒンジ部34aに接続されている。そして、太陽電池パドル34がフェアリング6に収納されているときには、ワイヤ38aは所定の張力が作用するように電動モータ38の出力軸によって固定された状態となっている。また、ロック機構によって太陽電池パドル34が展開しないようにフェアリング6に係止され、人工衛星2の軌道投入の際に前記ロック機構が解除される構成としてもよい。
【0087】
また、人工衛星2の内部には、電動モータ37,38の動作を夫々制御するモータコントローラ39と、該モータコントローラ39に接続された加速度センサ40とが設けられている。
【0088】
また、太陽電池パネル35,36の間には図示しないバネが設けられており、このバネによって太陽電池パネル35,36が互いに展開する方向へ付勢されている。更に、太陽電池パネル35,36の間には、図示しないストッパが設けられており、太陽電池パドル34がフェアリング6に収納されているときには、前記ストッパが係合することによって太陽電池パネル35,36が前記バネによる付勢力に抗して重ね合わされた状態を維持するようになっている。
【0089】
次に、太陽電池パドル34の展開動作について説明する。図15及び図16は、本発明の実施の形態に係る太陽電池パドル34の展開の流れを説明するための模式図である。第2段固体モータ4の燃焼が終了したとき、前記加速度センサ40がこれを検出し、検出信号をモータコントローラ39へ送信する。これと同時に第2段固体モータ4及び段間部5が人工衛星2から切り離され、人工衛星2が軌道上に放出される。モータコントローラ39は、前記検出信号を受信した後に、その出力軸がワイヤ37aの巻き取り方向に回転するように電動モータ37を動作させつつ、出力軸がワイヤ38aを緩める方向に回転するように電動モータ38を動作させる。これによって、太陽電池パドル34が枢軸35dを中心として機外側へ回動することとなる。また、太陽電池パドル34が回動した場合には、欠落部分33は前記ラジエータ35cだけで閉塞された状態となる。
【0090】
図15に示す如く、モータコントローラ39は、太陽電池パドル34が丁度90°だけ回動するまで電動モータ37,38を駆動する。そして、太陽電池パドル34が回動開始から90°回動したとき、前記ストッパの係合が解除されるようになっており、前述したバネの付勢力によって太陽電池パネル36がヒンジ部34aを中心として太陽電池パネル35から離反する方向へ回動することとなる(図16参照)。慣性力により太陽電池パネル36の回動は更に進行し、太陽電池パネル36が180°回動して太陽電池パネル35,36が直線的に並んだ状態となったとき、太陽電池パネル35,36の近接部分に設けられたストッパ(図示せず)が係合するようになっており、これによって太陽電池パネル35,36が直線的に並んだ状態を維持するようになっている。これにより、太陽電池パドル34の展開作業が完了する。
【0091】
このように、軽量なワイヤ37a,38aによって電動モータ37.38と太陽電池パドル34とを接続し、電動モータ37,38を駆動することにより太陽電池パドル34の展開を行う構成としたので、ギヤ等の機構を使用して電動モータ(アクチュエータ)37,38の出力軸の回転運動を太陽電池パドル34に伝達する構成に比して、人工衛星2の大幅な軽量化が可能となる。
【0092】
図17は、本発明の実施の形態に係る人工衛星2の軌道運用時の様子を示す斜視図である。図17に示す如く、太陽電池パドル34の太陽電池セル36bの先端近傍には、太陽センサ41が設けられている。該太陽センサ41は、太陽放射強度に応じた電気信号を出力するようになっており、その出力先が前記モータコントローラ39となっている。更に詳しく太陽センサ41の構成を説明すると、該太陽センサ41には、所謂粗センサ(CSSA;Coarse Sun Senser Assembly)が使用され、このセンサはスリットを通して太陽光を入射させ、この太陽光の入射角のスリットに直交方向の成分のみを計る構成であり、公知のものである。この太陽センサ41は、太陽電池パドル34の受光面とその受光面とが平行となるように配置されている。モータコントローラ39は、太陽センサ41の受光面が太陽に向かうように電動モータ37,38を駆動するようになっており、これによって太陽電池パドル34の受光面が太陽に向くように太陽電池パドル34の展開角度が制御されることとなる。このとき、太陽電池パドル34の受光面を完全に太陽に正対させることが望ましいが、軌道面と太陽光ベクトルとの関係により、完全に正対させる場合は少ないが、可及的に太陽と正対するように前記太陽電池パドル34の展開角度は制御される。そして、太陽電池セル35b,36bは太陽放射及び地球のアルベド(太陽放射の地球反射成分)を受けて発電し、太陽電池セル35b,36bによって得られた電力は、内部機器14に供給されるようになっている。
【0093】
人工衛星2の質量を45kgとした場合、過去の人工衛星の質量と内部機器が使用する電力との関係についての統計結果から、必要電力は約20Wと推定できる。太陽電池セル35b,36bは夜側軌道では発電することができないため、昼側軌道時間と夜側軌道時間とが同一であるとした場合、必要発電量は必要電力の2倍の約40Wとなる。宇宙での使用実績が豊富な太陽電池セルには、高価であるが高効率のガリウム砒素型のものと、安価であるが比較的発電効率が低いシリコン型のものとの2つがある。仮に、太陽電池セル35b,36bとしてシリコン型の太陽電池セルを使用する場合、必要発電量に安全率として2を乗じた値である80Wの発電に必要な受光面面積は約0.6m2となる。本願発明者らの試算の結果、質量が45kgの人工衛星2の太陽電池パドル34の面積は0.9m2程度とすることが可能であるため、シリコン型の太陽電池セルを使用しても必要量の電力を得ることが可能である。
【0094】
また、人工衛星2の軌道投入時には、太陽電池パドル34の展開とともに、必要があれば人工衛星2の内部に収納していたSバンドアンテナ又は重力傾斜ビーム等を展開し(図示せず)、人工衛星2の軌道投入が完了する。
【0095】
図17に示す如く、人工衛星2はノーズ部分2bの先端方向へ進行することとなるが、人工衛星2の周囲の空間には僅かではあるが大気が存在しており、人工衛星2は空気抵抗を受けることとなる。従来の人工衛星のように、人工衛星本体が六面体又は円筒形状をなしている場合には、このような空気抵抗の影響は大きく、人工衛星が減速することとなり、遠心力と重力との均衡が崩れ、人工衛星の高度が低下することとなる。一方、本発明に係る人工衛星2においては、人工衛星本体であるフェアリング6が流線形状をなしているため、従来の人工衛星に比して空気抵抗を受け難く、人工衛星2の空気抵抗による減速が可及的に抑制される。
【0096】
しかしながら、本発明に係る人工衛星2が若干の空気抵抗を受け続けて減速し、高度低下した分については、推力発生装置によって発生した推力により上昇させる必要がある。従来の大型、小型、又はミニ型の人工衛星は、液体燃料を燃焼させる構成又は液体窒素等を噴射させる構成の推力発生装置を使用していた。人工衛星の目標運用寿命として1年以上を設定した場合、人工衛星の高度を維持するためには多くの燃料又は噴射用物質が必要となる。加えてこのような推力発生装置は構成が複雑であり、装置自体のサイズ及び質量が大きい。従って、大型、小型、又はミニ型の人工衛星は機器搭載容積が比較的大きく、かかる従来の推力発生装置を搭載することも比較的容易であるが、本実施の形態に係る人工衛星2の如きマイクロ型又はピコ型の人工衛星は機器搭載容積が小さく、マイクロ型又はピコ型の人工衛星にこれらの推力発生装置を搭載することは容易ではない。
【0097】
そこで、本実施の形態に係る人工衛星は、以下に説明するような推力発生装置を搭載している。図18は、本実施の形態に係る推力発生装置の構成を示す模式的断面図である。図18に示す如く、本実施の形態に係る推力発生装置42は、ケース43,配管44,ノズル45,ヒータ46,開閉弁47,温度センサ48a,48b及び圧力センサ49によって主として構成されている。ケース43は直方体の箱型をなしており、その内部に相変化物質50が収納されている。相変化物質50には、エイコサン等の融点が300K程度と低いものが利用される。
【0098】
ケース43の一面は開口しており、この開口から配管44が延設されている。配管44の終端には略円錐形状に拡径されたノズル45の頂点部分が接続されている。また、配管44の中途部分には開閉弁47が設けられており、該開閉弁47が閉塞されているときには、ケース43及び配管44のケース43との接続箇所から開閉弁47に至るまでの部分が閉空間を構成し、開閉弁47が開放されているときには、ケース43内の空間が配管44及びノズル45を通じて外部に連通することとなる。
【0099】
また、ケース43,配管44及びノズル45の外周面の略全体を覆うように、ヒータ46が設けられている。ヒータ46には電熱線の如き電力を熱に変換する形態のものが使用され、外部から電力の供給を受けることによりケース43,配管44及びノズル45を加熱するようになっている。
【0100】
また、ケース43の内部には温度センサ48a及び圧力センサ49が設けられており、配管44のノズル45と開閉弁47との中途部分にも温度センサ48bが設けられている。
【0101】
次に、本実施の形態に係る推力発生装置42の動作について説明する。人工衛星2に推力が必要であると、人工衛星2に内蔵されたオンボードコンピュータ(図示せず)によって判断された場合には、ヒータ46に外部から電力が供給され、ケース43,配管44及びノズル45が加熱される。ケース43の内部空間の温度は上昇し、相変化物質50の昇華ガス51が発生(増加)して、ケース43の内圧が増大する。圧力センサ49によってケース43の内圧に応じた電気信号がオンボードコンピュータに送信され、該オンボードコンピュータはケース43の内圧が所定値以上になった場合にヒータ46への電力供給を停止し、これと共に開閉弁47を開放させるべく動作制御する。開閉弁47が開放されたときには、ケース43内の昇華ガス51がノズル45から噴射されて、昇華ガス51の噴射方向とは逆向きの推力が発生する。
【0102】
昇華ガス51の噴射後、オンボードコンピュータは温度センサ48a,48bの出力値をモニタし、ケース43,配管44,ノズル45,及び開閉弁47が気体の断熱膨張により所定の低温側許容温度以下に急冷されないように、必要であればヒータ46によってこれらを加熱させる。また、昇華ガス51の噴射後には、オンボードコンピュータが開閉弁47を閉塞させ、更に温度センサ48aの出力値をモニタして、相変化物質50を適切な範囲で温度制御すべく、必要があればヒータ46によってケース43を加熱する。
【0103】
次に、相変化物質50の必要量について試算した結果を説明する。以下の説明では、進行方向から見た断面積が0.7m2の人工衛星2の高度を空気抵抗が比較的大きい高度350kmとした場合について試算した結果を示す。本願発明者の計算によれば、人工衛星の質量を45kgとした場合には、15gの昇華ガス51の噴出によって1日当たりの減速分を打ち消すことが可能である。この場合であって、人工衛星2の運用寿命を100日としたときには、必要な相変化物質50の質量は1.5kgとなる。例えば相変化物質50にエイコサンを使用すると、エイコサンの密度は830kg/m3であるので、ケース43の必要容積は1.8×10-33となり、これは人工衛星2に十分に搭載可能な大きさである。
【0104】
また、本実施の形態に係る推力発生装置42の発生推力は、従来の推力発生装置のそれと比して大幅に小さいものであるが、人工衛星2の質量が高々数十kgであるので、この人工衛星2の高度及び速度を維持するのに使用する分には十分にその目的を達成することができるものである。
【0105】
次に、本実施の形態に係る人工衛星2の軌道運用時における姿勢制御に係る構成について説明する。図19は、本発明の実施の形態に係る人工衛星2のピッチング方向の姿勢制御機構の構成の一例を示す模式的斜視図である。太陽電池パネル35,36の前側端(人工衛星2の進行方向下流側端)には、太陽電池パネル35,36の前端縁に沿って夫々角管状のガイドチューブ52a,52bが設けられており、同様に太陽電池パネル35,36の後側端(人工衛星2の進行方向上流側端)には、太陽電池パネル35,36の後端縁に沿って夫々ガイドチューブ53a,53bが設けられている。図19に示す如く、ガイドチューブ52a,52bは、太陽電池パドル34が展開された状態のときに、直線的に並べられるように構成されており、同様にガイドチューブ53a,53bもまた、太陽電池パドル34が展開された状態のときに直線的に並べられるようになっている。直線的に並べられたガイドチューブ52a,52bの内部には、ワイヤ52cが挿通されており、ワイヤ52cの機内側端は人工衛星2の機内に設けられた電動モータ54の出力軸に取り付けられている。また、ワイヤ52cの機外側端には、ウェイト52dが取り付けられている。
【0106】
同様に、直線的に並べられたガイドチューブ53a,53bの内部には、ワイヤ53cが挿通されており、ワイヤ53cの機内側端は人工衛星2の機内に設けられた電動モータ55の出力軸に取り付けられている。また、ワイヤ53cの機外側端には、ウェイト53dが取り付けられている。
【0107】
電動モータ54,55は、人工衛星2に内蔵されているモータコントローラ(図示せず)に接続されており、該モータコントローラによって動作制御されるように構成されている。図17に示す如く、人工衛星2から地球側へ向けて突出するように、地球センサ56が設けられており、この地球センサ56に前記モータコントローラが接続されている。
【0108】
地球センサ56は、人工衛星2の地球に対するロール角及びピッチ角の夫々に応じた電気信号を出力するようになっており、このうちピッチ角を表す出力信号をモータコントローラが受けて、モータコントローラがワイヤ52c,53cの引き出し長さを調節すべく、電動モータ54,55の動作を制御する。更に具体的には、地球センサ56によって検出された人工衛星のピッチ角が所定の目標のピッチ角(即ち、本実施の形態の場合では0°のピッチ角)に近づくように、例えば比例制御、PI制御、PID制御、又はファジィ制御等の公知の制御方法を用いて電動モータ54,55の回転方向及び回転速度を制御する。ウェイト52d,53dが夫々地球の重力を受けるので、ワイヤ52c,53cは夫々地球側へ垂下することとなる。電動モータ54,55が動作制御されることにより、ワイヤ52cがワイヤ53cよりも長く引き出された場合には、ウェイト52dがウェイト53dよりも地球に近付くこととなる。これにより、ウェイト52dの方がウェイト53dよりも地球からの重力を強く受けることとなり、結果として人工衛星2の重心位置が前方へ移動し、人工衛星2の先端側が地球へ近付き、また後端側が地球から離反するように、人工衛星2のピッチング方向の姿勢制御が行われる。一方、電動モータ54,55が動作制御されて、ワイヤ53cがワイヤ52cよりも長く引き出された場合には、人工衛星2の重心位置が後方へ移動し、人工衛星の先端側が地球から離反し、また後端側が地球へ近付くように、人工衛星2のピッチング方向の姿勢制御が行われる。
【0109】
そして、地球センサ56が常に地球の中心を向くように人工衛星2のピッチング方向の姿勢を維持すべく、電動モータ54,55の動作制御が行われるように構成されている。
【0110】
また、前記ガイドチューブ52a,52b,53a,53bは、太陽電池パドル34の強度部材としても利用され得る。
【0111】
図20は、本発明の実施の形態に係る人工衛星2のピッチング方向の姿勢制御機構の構成の他の例を示す模式的斜視図である。本例においては、図20に示す如く、太陽電池パドル34の人工衛星2の機外側の端縁、即ち太陽電池パネル36のヒンジ部分34aの反対側の端縁に、移動ウェイト57が設けられている。移動ウェイト57は、太陽電池パネル36の該端縁の全長に亘って設けられた固定子58aと走行子58bとを有するリニアモータ58の前記走行子58bに取り付けられており、前記固定子58aに沿って走行子58bと一体的に移動することが可能に構成されている。
【0112】
リニアモータ58は、モータコントローラ(図示せず)に接続されており、地球センサ56からの人工衛星2のピッチ角に係る出力信号に応じてモータコントローラがリニアモータ58の動作制御を行うようになっている。ここでも前述の如き公知の制御方法により、リニアモータ58の動作制御を行う構成としている。そして、移動ウェイト57が人工衛星2の前後方向へ移動することにより、人工衛星2の重心位置が移動し、これによって人工衛星2のピッチング方向の姿勢制御が行われるように構成されている。
【0113】
なお、フェアリング6の内部に前後方向へ移動することが可能な移動ウェイトを設ける構成としてもよい。
【0114】
また、人工衛星2のローリング方向の姿勢制御は、モータコントローラ39が電動モータ37,38の動作制御を行うことによる、太陽電池パドル34の展開角度調節によって行われる。具体的には、地球センサ56からの人工衛星2のロール角を表す出力信号をモータコントローラ39が受け、このモータコントローラ39が、検出された人工衛星2のロール角を所定の目標ロール角(本実施の形態の場合では0°のロール角)に近づけるように、例えば比例制御、PI制御、PID制御、又はファジィ制御等の公知の制御方法を用いて電動モータ37,38の回転方向及び回転速度を制御する。このとき、人工衛星2が地球の中心に対して傾いてる方向の逆側へ太陽電池パドル34を傾け、これによって人工衛星2の横方向の重心位置を移動させ、結果的にロール角を0°に近づける方向へ人工衛星2を傾けることにより、人工衛星2のローリング方向の姿勢制御を行う。
【0115】
更に、人工衛星2の軌道運用中において、前記モータコントローラ39が電動モータ37,38の動作制御を行うことにより、太陽電池パドル34の受光面が太陽に向くように太陽電池パドル34の展開角度が制御される。これにより、太陽電池パドル34を単独で動作させて、その受光面を太陽に向けることができ、従来のように太陽電池パドルの受光面を太陽に向けるために人工衛星自体の姿勢制御を行う必要がない。
【0116】
【発明の効果】
本発明に係る姿勢制御装置及びこれを使用する人工衛星による場合は、従来から人工衛星の発電システムとして使用されてきた太陽電池パドルを利用して、人工衛星の姿勢制御を行うことができるため、別途姿勢制御装置を設ける必要がなく、このため姿勢制御装置のために人工衛星の収納空間を殆ど割く必要がない。
【0117】
また、人工衛星の外殻がフェアリングとして機能するので、人工衛星と別途にフェアリングを設ける必要がなく、当該人工衛星に最適なサイズのロケットを使用して打ち上げることが可能となる。従って、本発明に係る人工衛星においては、打ち上げに使用するロケットに当該人工衛星を搭載する際の空間的効率を従来に比して大幅に向上することができ、結果として人工衛星打ち上げ用のロケット全体の抜本的な小型化及び低価格化を実現することができる。
【0118】
また、地球センサからの出力信号に応じて太陽電池パドルの展開角度を変化させて、人工衛星が所定の姿勢を保つ方向に人工衛星の重心位置を移動させるので、太陽電池パドルを単独で移動させるだけで人工衛星の姿勢制御を行うことができ、従来に比してエネルギーの消費量を大幅に削減することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る2段型ロケットの全体構成を示す側面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る人工衛星の構成の概略を示す模式的断面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るアブレータ層の構成を示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る2段型ロケットの飛翔時におけるフェアリングの表面温度、金属シート層の温度、及び内部機器の温度の推移を示すグラフである。
【図5】本発明の実施の形態に係る低太陽光吸収率層の構成を示すフェアリングの部分斜視図である。
【図6】本発明の実施の形態に係るフェアリングの模式的部分断面図である。
【図7】本発明の実施の形態に係るフェアリングの塗装の前工程の一例を説明する模式図であり、(a)はその第1段階を、(b)はその第2段階を、(c)はその第3段階を、(d)はその第4段階を夫々示す模式図である。
【図8】本発明の実施の形態に係るフェアリングの塗装の前工程の他の例を説明する模式図であり、(a)はその第1段階を、(b)はその第2段階を夫々示す模式図である。
【図9】本発明の実施の形態に係る電磁石の構成を示す部分断面図である。
【図10】本発明の実施の形態に係る塗料供給装置の構成を示す部分斜視図である。
【図11】本発明の実施の形態に係る塗料噴射チューブの構成を示す模式的側面図である。
【図12】本発明の実施の形態に係るアブレータ層の空力加熱を受けたときの状態を説明する模式的断面図である。
【図13】本発明の実施の形態に係る人工衛星の構成を示すシュラウド部分における横断面図である。
【図14】本発明の実施の形態に係る太陽電池パドルの構成を示す断面図である。
【図15】本発明の実施の形態に係る太陽電池パドルの展開の流れを説明するための模式図である。
【図16】本発明の実施の形態に係る太陽電池パドルの展開の流れを説明するための模式図である。
【図17】本発明の実施の形態に係る人工衛星の軌道運用時の様子を示す斜視図である。
【図18】本発明の実施の形態に係る推力発生装置の構成を示す模式的断面図である。
【図19】本発明の実施の形態に係る人工衛星のピッチング方向の姿勢制御機構の構成の一例を示す模式的斜視図である。
【図20】本発明の実施の形態に係る人工衛星のピッチング方向の姿勢制御機構の構成の他の例を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
1 2段型ロケット
2 人工衛星
2a シュラウド部分
2b ノーズ部分
3 第1段固体モータ
4 第2段固体モータ
5 段間部
6 フェアリング
6a 淀み点部
7 低太陽光吸収率層
8 アブレータ層
8a 熱防御層
8b 構造層
8c カーボン繊維
9 断熱層
10 金属シート層
11〜13 機器搭載パネル
14 内部機器
15 通気孔
16 フェアリング材料
17 シール材
17a マスキング
18 雌型冶具
18a 孔
19 雄型冶具
19a 突起
20 電磁石
21 本体部分
22,23 ハニカム構造部分
24 塗料供給装置
25 本体部分
26 塗料噴射チューブ
27 支柱
28 内部空間
29 マスキング部
30 ノズル
32 マスキング部
33 欠落部分
34 太陽電池パドル
34a ヒンジ部
34b 屈曲部分
35,36 太陽電池パネル
35a,36a セル取付板
35b,36b 太陽電池セル
35c ラジエータ
35d 枢軸
36c 熱防御板
37,38 電動モータ
37a,38a ワイヤ
39 モータコントローラ
40 加速度センサ
41 太陽センサ
42 推力発生装置
43 ケース
44 配管
45 ノズル
46 ヒータ
47 開閉弁
48a,48b 温度センサ
49 圧力センサ
50 相変化物質
51 昇華ガス
52a,52b,53a,53b ガイドチューブ
52c,53c ワイヤ
52d,53d ウェイト
54,55 電動モータ
56 地球センサ
57 移動ウェイト
58 リニアモータ
58a 固定子
58b 走行子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an attitude control apparatus that performs attitude control of an artificial satellite using gravity inclination and an artificial satellite including the attitude control apparatus.
[0002]
[Prior art]
Artificial satellites such as earth observation satellites and communication satellites need to maintain a certain attitude with respect to the earth. Disturbance torque acts on satellites in orbital operation due to drag from the gas in the upper atmosphere, gravity gradient, interference with geomagnetism, solar radiation pressure, gas leakage, etc. It is necessary to correct the attitude of the artificial satellite disturbed by the disturbance torque.
[0003]
In addition, the artificial satellite includes a solar cell paddle to supply power to the onboard equipment. A solar battery paddle mounted on a conventional artificial satellite has a configuration in which a plurality of solar battery panels are connected in series by hinge coupling, for example, provided on both side surfaces of a hexahedral artificial satellite body. Until the orbit is inserted, it is stored in a bellows-like state on the side of the satellite body. In such a conventional solar cell paddle unfolding structure, the solar cell paddle is biased in the unfolding direction by a spring, and the energizing state is resisted by a holding mechanism such as a hook. It is configured to hold the folded state. When the satellite is put into orbit, the holding mechanism is released and the solar cell panels are deployed so as to be linearly arranged by the biasing force of the spring.
[0004]
In such a conventional solar cell paddle deployment structure, once the deployment of the solar cell paddle is completed, the deployment angle cannot be changed. Therefore, in order to increase the power generation efficiency of the solar cell paddle as much as possible, it is necessary to direct the light receiving surface of the solar cell panel to the sun. At this time, the solar cell paddle cannot be moved alone, and the artificial satellite itself However, it is necessary to perform attitude control so that the light receiving surface faces the sun.
[0005]
For this reason, an attitude control device is mounted on the artificial satellite. Conventional attitude control devices for artificial satellites include devices using thrust generators, devices using magnetic torquers, and devices using gravity gradients.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, many of the conventional attitude control devices are housed in the main body of the artificial satellite, and occupy a part of the space for accommodating the artificial satellite, resulting in an increase in size and weight of the artificial satellite. In particular, in an attitude control device using a thrust generator, when the amount of liquid fuel mounted is increased in order to extend the life of the artificial satellite, the artificial satellite becomes larger and heavier.
[0007]
Satellites with a mass of 1000kg or more are classified as large, 500kg to 1000kg are small, 100kg to 500kg are mini, 10kg to 100kg are micro, and 10kg or less are pico. Sometimes. Among such artificial satellites, large, small, and mini-type satellites are stored in a fairing provided on the head of a rocket dedicated to launching the satellite, and at the target time and target altitude and After being transferred to the track and the fairing being discarded during the transfer, it is put into this track.
[0008]
Once a satellite has started operating in orbit, it can be easily repaired and refurbished like a ground facility even if a failure occurs that makes it impossible to carry out the planned mission. I can't. For this reason, the equipment for artificial satellites is subjected to a thorough test and inspection prior to launch so as to ensure the reliability of the equipment so as not to cause problems as much as possible in orbit.
[0009]
Especially for large and small satellites, the system is complex, the missions are diverse, and the number of devices installed is large. Therefore, many tests and inspections for ensuring reliability are complicated and take a long time. Will be carried out over a long period of time. Also, a lot of tests and inspections are required for the devices and the like used for assembling such artificial satellites.
[0010]
On the other hand, for pico-type and micro-type satellites, the system is relatively simple, many of them are dedicated to a single mission, and the number of equipment is relatively small, so large and small This method has the advantage that the number and period of tests and inspections required are smaller than those of other satellites, and the development period and development cost are reduced.
[0011]
In addition, for example, earth observation satellites and communication satellites are required to shorten their development period as much as possible in order to cope with sudden changes in the global environment and technical obsolescence of equipment mounted on artificial satellites. Therefore, there is an increasing demand for pico-type and micro-type satellites used for these applications.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is not necessary to occupy the space for storing the artificial satellite, and the artificial satellite is reduced in size and weight as much as possible. It is an object of the present invention to provide an attitude control device capable of attitude control and an artificial satellite using the attitude control device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an attitude control device according to the present invention includes a solar cell paddle pivotally attached to a part of a satellite body, a first actuator attached to the satellite body, and the first actuator. An actuator and a wire connecting the solar cell paddle, and driving the wire by operating the first actuator to change the deployment angle of the solar cell paddle to control the attitude of the artificial satellite by gravity inclination It is characterized by what it should do.
[0014]
The artificial satellite according to the present invention includes an outer shell that functions as a fairing when launched, a solar cell paddle pivotally attached to a part of the outer shell, and a first attached to the inside of the outer shell. An actuator, and a wire connecting the first actuator and the solar cell paddle; the wire is driven by operating the first actuator; and a deployment angle of the solar cell paddle is changed to change a gravitational gradient It is characterized by the fact that the posture control by means of
[0015]
By adopting such a configuration, it is possible to control the attitude of the artificial satellite using the solar cell paddle that has been conventionally used as a power generation system for the artificial satellite, so there is no need to provide a separate attitude control device. Therefore, it is not necessary to divide the space for storing the artificial satellite for the attitude control device.
[0016]
As described above, the artificial satellite is housed in a fairing provided at the head of the rocket in order to protect the artificial satellite from the air resistance received during the launch. In the conventional artificial satellite, an artificial satellite including an outer shell and a fairing are provided separately, and the artificial satellite is housed in the fairing and mounted on the rocket. Therefore, in the artificial satellite according to the present invention as described above, since the outer shell of the artificial satellite functions as a fairing, it is not necessary to provide a fairing separately from the artificial satellite. It is possible to launch using a rocket (for example, a two-stage small rocket). Therefore, in the artificial satellite according to the present invention, the spatial efficiency when mounting the artificial satellite on the rocket used for the launch can be greatly improved as compared with the conventional one, and as a result, the launch vehicle for launching the artificial satellite is obtained. Overall drastic downsizing and cost reduction can be realized.
[0017]
Usually, the mass ratio of the artificial satellite to the whole rocket is about 1%, and the mass ratio of the rocket fuel to the whole rocket is about 90%. Therefore, the miniaturization and weight reduction of the artificial satellite are greatly reduced. And a reduction in the amount of rocket fuel loaded, it is possible to drastically reduce launch costs.
[0018]
Further, when the artificial satellite according to the present invention is configured as a pico-type or micro-type artificial satellite, a launch rocket dedicated to the artificial satellite can be configured. In addition to launching, a pico-type or micro-type satellite can be put into an optimal altitude and orbit.
[0019]
In the above invention, the center of gravity of the artificial satellite is moved in a direction in which the artificial satellite maintains a predetermined posture with respect to the center of the earth by operating the first actuator in accordance with an output signal from the earth sensor. It is desirable to configure as much as possible.
[0020]
Many artificial satellites are provided with an earth sensor, and the position of the artificial satellite is always controlled with respect to the center of the earth by detecting the approximate center position of the earth by the earth sensor. Therefore, with such a configuration, the deployment angle of the solar battery paddle is changed according to the output signal from the earth sensor, and the center of gravity position of the artificial satellite is moved in the direction in which the artificial satellite maintains a predetermined attitude. The attitude control of the artificial satellite can be performed only by moving the solar cell paddle alone, and the energy consumption can be greatly reduced as compared with the prior art.
[0021]
Moreover, in the said invention, two wires pulled out from two places separated in the direction which cross | intersects both the gravitational direction of the said solar cell paddle and the expansion | deployment direction of the said solar cell paddle, and the extraction length of this wire Each of the second actuators, and two weights attached to the respective leading ends of the wires pulled out, and by operating the second actuator, the two lead-out lengths of the wires It is desirable that the position of the artificial satellite be controlled by gravity gradient by changing the magnitude of gravity acting on each of the weights by relative change.
[0022]
Further, in the above invention, a weight capable of moving along a moving direction intersecting both the gravitational direction of the solar cell paddle and the deploying direction of the solar cell paddle, and the weight in the moving direction. A third actuator that moves along the moving direction, and moves the weight along the moving direction to control the attitude of the artificial satellite by gravity gradient. It is desirable.
[0023]
Thereby, it is possible to perform attitude control in a direction that intersects with the deployment direction of the solar cell paddle (for example, the pitching direction when the deployment direction of the solar cell paddle is the rolling direction of the artificial satellite) with a simple configuration. .
[0024]
Moreover, in the said invention, the light-receiving surface of the said solar sensor goes to the sun according to the incident angle to the said light-receiving surface of the sunlight which the solar sensor which has a light-receiving surface parallel to the light-receiving surface of the said solar cell paddle detects Thus, it is desirable that the operation of the first actuator be controlled so as to change the deployment angle of the solar cell paddle.
[0025]
By doing so, the solar cell paddle can be moved independently so that a larger solar radiation intensity is received by the light receiving surface of the solar cell paddle, and the energy consumption is greatly reduced compared to the conventional case. Can do. In addition, since the amount of liquid fuel or the like can be reduced, the satellite itself can be reduced in size and weight.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a two-stage rocket equipped with an artificial satellite according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of a two-stage rocket according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a two-stage rocket 1 according to an embodiment of the present invention includes an artificial satellite 2, a first stage solid motor 3, a second stage solid motor 4, and an interstage section 5 according to the present invention. And mainly consists of
[0027]
The artificial satellite 2 constitutes the head of the two-stage rocket 1, and has a generally cylindrical shroud portion 2a (see FIG. 2) and a rounded conical nose connected to the upper end of the shroud portion 2a. It is comprised from the part 2b (refer FIG. 2). The mass of the artificial satellite 2 is 45 kg, for example, and is classified as a micro artificial satellite. A first stage solid motor 3 is connected below the artificial satellite 2 via an interstage part 5.
[0028]
Further, the interstage part 5 has a cylindrical shape substantially the same diameter as the cylinder of the artificial satellite 2, and a second stage solid motor 4 is supported therein.
[0029]
The first stage solid motor 3 has a movable nozzle, and flight control is performed by changing the injection direction of this nozzle. The second stage solid motor 4 does not have a structure for performing special flight control.
[0030]
The launch process of the artificial satellite 2 is as follows. First, by starting combustion of the first stage solid-state motor 3, the two-stage rocket 1 starts to rise from a range near the pole. At this time, the angle between the axis of the two-stage rocket 1 and the horizon when the two-stage rocket 1 is launched is 90 °. That is, the two-stage rocket 1 is launched vertically upward. The first stage solid motor 3 continues to burn for 40 seconds, and at the end of combustion, the flight altitude reaches an altitude of about 45 km. Next, at the end of the combustion of the first stage solid motor 3, that is, after 40 seconds from the start of launch, the first stage solid motor 3 is disconnected as soon as possible, and the second stage solid motor 4 starts to burn. . The second stage solid motor 4 continues to burn for 39 seconds, the flight speed at the end of the combustion reaches a maximum flight speed of about 7.7 km / s, and the flight altitude reaches an altitude of about 240 km. After the combustion of the second stage solid motor 4 is finished, the second stage solid motor 4 and the interstage part 5 are disconnected from the artificial satellite 2 and the artificial satellite 2 is put into the ballistic orbit.
[0031]
Further, another example of the launching process of the artificial satellite 2 is as follows. First, by starting combustion of the first stage solid-state motor 3, the two-stage rocket 1 starts to rise from the launch field near the equator. At this time, the angle between the axis of the two-stage rocket 1 and the horizon when the two-stage rocket 1 is launched is 90 °. That is, the two-stage rocket 1 is launched vertically upward.
[0032]
About 39 seconds after the start of combustion of the first stage solid motor 3, the two-stage rocket 1 starts a gravity turn eastward at a pitch of about 2 ° / second. The first stage solid motor 3 finishes combustion after 40 seconds from the start of combustion, and thereafter is separated from the second stage rocket 1 as soon as possible.
[0033]
The second-stage solid motor 4 starts burning about 2 seconds after the completion of the combustion of the first-stage solid motor 3. The second stage solid motor 4 finishes combustion after about 39 seconds from the start of combustion. At that time, the angle between the axis of the two-stage rocket 1 and the horizon is 0 °, and the speed reaches 8.1 km / s. . Also, the altitude reached at this time is about 185 km, and the artificial satellite 2 is put into orbit here. If the artificial satellite 2 is further reduced in weight, the reaching altitude can be further increased.
[0034]
Such a two-stage rocket 1 will fly at a significantly higher speed than that of a conventional multi-stage rocket having three or more stages. Therefore, the flight environment such as the heating rate, dynamic pressure, and enthalpy received by the two-stage rocket 1 during flight is much harsher than that received by the multistage rocket having three or more stages. According to the calculation by the inventors of the present application, the maximum aerodynamic heating rate of the two-stage rocket 1 launched from the launching field near the pole and flying ballistically is about 2.6 MW / m. 2 The maximum dynamic pressure is about 13 atmospheres, and the maximum acceleration is about 31G. These are 10 times larger than those of large rockets such as H2A rockets developed by the Space Development Agency, and how the flight environment of the two-stage rocket 1 according to this embodiment is You can see if it is harsh.
[0035]
In order to withstand such a severe flight environment, the artificial satellite 2 according to the present embodiment has a configuration as described below. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an outline of the configuration of the artificial satellite 2 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the artificial satellite 2 has a fairing (nose fairing) 6 as its outer shell structure. That is, the artificial satellite 2 according to the present embodiment is formed integrally with the fairing 6. The fairing 6 is not discarded before the artificial satellite 2 is put into orbit, and is used as an outer shell of the artificial satellite 2.
[0036]
The fairing 6 is composed of a plurality of layers, and has a structure in which a low solar absorptivity layer 7, an ablator layer 8, a heat insulating layer 9, and a metal sheet layer 10 are laminated in order from the outside. The low sunlight absorption rate layer 7 uses a white paint having sufficient resistance to aerodynamic heating during the flight of the two-stage rocket 1. Thus, by covering substantially the entire fairing 6 with the low solar absorptivity layer 7 having a low solar absorptance, when the fairing 6 is exposed to sunlight, the solar heat is absorbed. The temperature rise inside the fairing 6 can be suppressed as much as possible.
[0037]
In addition, the white system here is a thing with comparatively high lightness regardless of an achromatic color or a chromatic color. That is, the white system includes, for example, a slightly bluish white color. Moreover, in this Embodiment, although it was set as the structure which makes the low sunlight absorptivity layer 7 a white-type layer, it is not limited to this, When the fairing 6 is exposed to sunlight, The color of the low solar absorptivity layer 7 does not matter as long as the layer has a solar absorptivity low enough to maintain the internal space of the fairing 6 at a temperature allowed by the equipment provided therein. Needless to say.
[0038]
The ablator layer 8 is made of a material used as an ablator for a rocket such as CFRP. In the present embodiment, the ablator layer 8 is made of CFRP. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of the ablator layer 8 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the ablator layer 8 is further divided into two layers, a thermal protection layer 8a and a structural layer 8b. The heat protection layer 8a, which is the outer layer, is made of CFRP in which a large number of strip-like cloth bodies obtained by cutting carbon fiber woven into a strip shape are embedded in a synthetic resin. It has a structure that can achieve thermal protection performance and keep thermal stress low.
[0039]
On the other hand, the structural layer 8b, which is the inner layer of the ablator layer 8, is composed of CFRP in which a plurality of carbon fibers woven in a continuous cloth shape are laminated, and has high specific strength even if carbonized at high temperatures. In addition, the structure can maintain a high specific rigidity. By adopting such a structure, it is not necessary to provide a metal structure layer on the fairing 6, and it is possible to achieve strength and rigidity comparable to the metal fairing while being lightweight.
[0040]
The heat insulation layer 9 is comprised with the heat insulating material of the inorganic material. As shown in FIG. 2, the ablator layer 8 and the heat insulating layer 9 are configured to be thickest at the stagnation point portion 6 a that is the tip portion of the fairing 6, and become thinner from this point toward the rear. This is because, in the stagnation point portion 6a, the aerodynamic heating at the time of flight is maximized and decreases toward the rear, so that the portion closer to the tip of the fairing 6 is required to have resistance to aerodynamic heating. In addition, the thickness of the ablator layer 8 and the heat insulating layer 9 is reduced toward the rear of the fairing 6, thereby contributing to further weight reduction of the fairing 6.
[0041]
The metal sheet layer 10 is an aluminum sheet.
[0042]
Inside the fairing 6, device mounting panels 11, 12, and 13 are provided. Each of the device mounting panels 11 to 13 includes artificial sensors such as various sensors, an on-board computer, a storage device, and antennas. A satellite internal device 14 is mounted. These internal devices 14 are configured to perform radiant heat exchange with the metal sheet layer 10, whereby the temperature of the internal devices 14 is, for example, an allowable temperature range of a general electronic device from −15 ° C. Properly maintained to be in the range of 45 ° C.
[0043]
FIG. 4 is a graph showing changes in the surface temperature of the fairing 6, the temperature of the metal sheet layer 10, and the temperature of the internal device 14 during the flight of the two-stage rocket 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the surface temperature of the fairing 6 reaches about 1690 ° C. at the maximum. During the flight of the two-stage rocket 1, the fairing 6 is exposed to such a high temperature, so that pyrolysis gas is generated from the thermal protection layer 8 a, and the temperature increase inside the fairing 6 is caused by the endothermic reaction at this time. In addition to this, the pyrolysis gas covers the surface of the fairing 6 and further heating of the satellite 2 is prevented.
[0044]
Further, when the fairing 6 is subjected to such aerodynamic heating, the thermal protection layer 8a is carbonized and changed to black. Here, when the low solar absorptance layer 7 is not provided, the surface of the fairing 6 changes to black throughout, and the solar satellite 2 absorbs sunlight during orbital operation of the artificial satellite 2, It is conceivable that the internal temperature of the artificial satellite 2 increases abnormally. In the fairing 6 according to the present embodiment, the low solar absorptivity layer 7 is laminated on the surface of the ablator layer 8, and the low solar absorptivity layer 7 has sufficient resistance to aerodynamic heating as described above. Since the coating material is used, the low solar absorptivity layer 7 does not disappear by aerodynamic heating when the two-stage rocket 1 flies, and the surface of the fairing 6 is maintained white. For this reason, the solar absorptivity of the surface of the artificial satellite 2 can be lowered, and an increase in the internal temperature of the artificial satellite 2 can be suppressed. In addition, it is not necessary to apply a heat resistant paint to a part where the surface temperature is expected to exceed the use upper limit temperature of the heat resistant paint and where the aerodynamic heating is high.
[0045]
FIG. 5 is a partial perspective view of the fairing 6 showing the configuration of the low solar absorptance layer 7 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of the fairing 6. As shown in FIGS. 3, 5, and 6, the low sunlight absorption rate layer 7 is provided with a large number of air holes 15. That is, the heat protection layer 8a is exposed only on the portion of the vent hole 15 in the surface of the fairing 6. As described above, pyrolysis gas is generated from the thermal protection layer 8a while the fairing 6 is subjected to aerodynamic heating. As shown in FIG. 6, this pyrolysis gas passes through the vent hole 15 and is released to the outside of the artificial satellite 2. On the other hand, when the vent hole 15 is not provided in the low solar absorptivity layer 7, there is no escape route for the pyrolysis gas generated from the thermal protection layer 8a due to aerodynamic heating, and the low solar absorptivity Cracks or delamination will occur in the layer 7. Therefore, by forming the air holes 15 in the low solar absorptivity layer 7, the occurrence of cracks or peeling of the low solar absorptivity layer 7 can be suppressed.
[0046]
That is, by making the fairing 6 as described above, the heat generated by aerodynamic heating during the flight of the two-stage rocket 1 is prevented from entering the space of the artificial satellite 2 and the orbit operation of the artificial satellite 2 is performed. It is possible to release the heat generated from the internal device 14 to the outside of the aircraft at the time, and to keep the temperature of the internal device 14 at the time of the flight of the two-stage rocket 1 and the orbit operation of the artificial satellite 2. It is possible.
[0047]
In the present embodiment, the diameter of the vent hole 15 is 1 mm, and the distance between two adjacent vent holes 15 is 25 mm. In addition, the ventilation hole 15 makes the exposed area of the thermal protection layer 8a as small as possible, for example, the diameter of the ventilation hole 15 is 3 mm, and the interval between two adjacent ventilation holes 15 is 5 mm. It goes without saying that other dimensions may be adopted as long as the desired performance of releasing the pyrolysis gas to the outside is exhibited.
[0048]
Next, an example of a method for manufacturing the fairing 6 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining an example of a pre-process for painting the fairing 6, wherein (a) shows the first stage, (b) shows the second stage, and (c) shows the third stage. (D) shows the fourth stage. First, a fairing material 16 that is a laminate of the ablator layer 8, the heat insulating layer 9, and the metal sheet layer 10 molded into the shape of the fairing 6 is manufactured. And the coating material (for example, white type | system | group) which has a low sunlight absorption factor is apply | coated to the surface of the fairing material 16 as follows.
[0049]
As shown in FIG. 7 (a), in the first step of the pre-painting process of the fairing 6 in this example, the adhesive sealing material 17 that has been manufactured in advance according to the outer shape of the fairing 6 is similarly applied. It is put on a female jig 18 which is manufactured according to the outer shape of the fairing 6 in advance. In the female jig 18, a large number of holes 18a are provided in advance in accordance with the positions of the air holes 15 provided in the low sunlight absorption layer 7 of the fairing 6.
[0050]
Next, in the second stage, as shown in FIG. 7B, the female jig 18 is placed on the fairing material 16.
[0051]
In the third stage, as shown in FIG. 7 (c), a male jig 19 manufactured in advance according to the outer shape of the fairing 6 is put on the sealing material 17. A large number of protrusions 19 a are provided on the inner surface of the male jig 19 in advance in accordance with the positions of the air holes 15 provided in the low sunlight absorption rate layer 7 of the fairing 6. Then, alignment is performed so that the protrusion 19 a is inserted into the hole 18 a, and the male jig 19 is pressed against the fairing material 16. At this time, the portion of the sealing material 17 that overlaps the protrusion 19a passes through the hole 18a and comes into contact with the surface of the fairing material 16, and the sealing material 17 is adhered only at a position corresponding to the vent hole 15 of the fairing material 16. It is done.
[0052]
In the fourth stage, as shown in FIG. 7 (d), the male jig 19, the sealing material 17 and the female jig 18 are removed from the fairing material 16. At this time, only a large number of sticking portions of the fairing material 16 of the sealing material 17 remain as masking (masking portions) 17a on the surface of the fairing material 16, and this portion of the ablator layer 8 is hidden. Thus, the pre-process for painting the fairing 6 is completed.
[0053]
A heat resistant paint having a low solar absorptance is applied to the outer surface of the fairing material 16 thus obtained. Thereafter, the masking 17a is removed from the fairing material 16, and the fairing 6 is completed.
[0054]
Next, another example of the method for manufacturing the fairing 6 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining another example of a pre-process for painting the fairing 6, wherein (a) shows the first stage and (b) shows the second stage.
[0055]
As shown in FIG. 8 (a), in the first stage of the pre-painting process of the fairing 6 in this example, the electromagnet 20 that has been manufactured according to the inner shape of the fairing 6 is placed inside the fairing material 16. Deploy.
[0056]
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the electromagnet 20 according to the embodiment of the present invention. The electromagnet 20 has a main body portion 21 having a substantially similar shape obtained by reducing the fairing material 16 and having a plurality of coils (not shown) provided therein, and an outer side and an inner side of the main body portion 21, respectively. The honeycomb structure portions 22 and 23 are formed. The outer shape of the outer honeycomb structure portion 22 is substantially the same as the inner shape of the fairing material 16, and when the electromagnet 20 is arranged inside the fairing material 16, the honeycomb structure portion 22 is formed on the inner surface of the fairing material 16. The outer surface of this will be in close contact over substantially the whole.
[0057]
The honeycomb structure portions 22 and 23 are made of metal, and have a structure in which a plurality of hexagonal holes penetrates in the thickness direction, and a cocoon is also formed in a honeycomb shape. The honeycomb structure portions 22 and 23 can make the electromagnet 20 lightweight and highly rigid.
[0058]
Further, the coil provided in the main body portion 21 has the thickness direction of the main body portion 21 as a central axis, and by applying a direct current to the coil, for example, as shown in FIG. It is possible to generate a magnetic field with N as the N pole and the inside as the S pole.
[0059]
In the present embodiment, the electromagnet 20 is arranged inside the fairing material 16, but the present invention is not limited to this, and a permanent magnet may be arranged instead of the electromagnet 20. Moreover, although the electromagnet 20 is configured to have the honeycomb structure portions 22 and 23, the present invention is not limited to this. The electromagnet 20 is made of a metal or metal and a synthetic resin having substantially the same outer shape as the inner shape of the fairing material 16. It is good also as a structure which accommodated the some coil in the housing made from a composite material.
[0060]
Next, in the second stage of this example, as shown in FIG. 8 (b), a coating material supply device 24 whose inside is manufactured in advance so as to roughly match the outer shape of the fairing 6 is put on the outside of the fairing material 16.
[0061]
FIG. 10 is a partial perspective view showing the configuration of the paint supply device 24 according to the embodiment of the present invention. The coating material supply device 24 is formed of a flexible material and has a bag-like body portion 25 larger than the fairing material 16 and a plurality of coating materials protruding from a plurality of locations on the inner surface of the body portion 25. It is mainly composed of an injection tube 26 and a support column 27 protruding from a plurality of locations different from the protruding location of the paint spray tube 26 on the inner surface of the main body portion 25.
[0062]
The main body portion 25 has an internal space 28, and a heat-resistant paint having a low sunlight absorption rate supplied from the outside to the internal space 28 can be passed therethrough. The main body portion 25 has flexibility as described above, and is formed in a shape that substantially follows the outer shape of the fairing material 16. Therefore, when the fairing material 16 is covered with the coating material supply device 24, the main body portion 25 is deformed according to the outer shape of the fairing material 16, and the main body portion 25 is covered over substantially the entire fairing material 16. Is possible.
[0063]
FIG. 11 is a schematic side view showing the configuration of the paint spray tube 26 according to the embodiment of the present invention. One end of the paint spray tube 26 communicates with the internal space 28, and the other end is closed by a masking portion 29 made of a substantially disk-shaped permanent magnet. In addition, a plurality of nozzles 30 are provided in an intermediate portion of the paint spray tube 26 so that the heat resistant paint supplied from the internal space 28 can be sprayed from the nozzles 30. At this time, since the other end of the paint spray tube 26 is blocked by the masking portion 29, the heat resistant paint is not ejected from the other end.
[0064]
Further, a support column 27 made of a high magnetic permeability material is projected from the inner surface of the main body portion 25. One end of the column 27 is fixed to the inner surface of the main body portion 25, and a masking portion 32 is attached to the other end. The masking portion 32 is also a permanent magnet. For example, when the electromagnet 20 generates a magnetic field with the N pole on the outside of the main body portion 21 and the S pole on the inner side, the masking portions 29 and 32 have the N pole on the close side of the main body portion 25 and the S side on the remote side. It is attached to the paint spray tube 26 and the column 27 so as to generate a magnetic field as a pole.
[0065]
When covering the fairing material 16 with the coating material supply device 24 in the second stage, the masking portions 29 and 32 are placed on the outer surface of the fairing material 16 where the vent holes 15 are to be provided. Then, a magnetic field is generated by the electromagnet 20, and the masking portions 29 and 32 are attracted to the outer surface of the fairing material 16 by this magnetic field. Thus, the pre-process for painting the fairing 6 is completed.
[0066]
Subsequently, the heat resistant paint is supplied from the outside of the paint supply device 24 to the main body portion 25, and the heat resistant paint is sprayed from the nozzle 30. The nozzle 30 is provided so as to incline so that the heat-resistant paint is sprayed toward the surface of the fairing material 16, and thereby the portions on which the masking portions 29 and 32 on the outer surface of the fairing material 16 are placed. The heat-resistant paint is applied over substantially the entire area excluding.
[0067]
Further, the generation of the magnetic field of the electromagnet 20 is stopped, and the electromagnet 20 and the paint supply device 24 are removed from the fairing material 16. Thereby, the fairing 6 is completed.
[0068]
As described above, by constructing the artificial satellite 2 in which the fairing 6 is integrated as an outer shell, a fairing is prepared separately from the artificial satellite like the conventional artificial satellite, and the artificial satellite is combined with the fairing. Eliminates the need for mounting on a rocket. An artificial satellite requires an outer shell structure, and in order to ensure sufficient strength and rigidity of the entire artificial satellite, a strength member or the like is required in the case of a conventional artificial satellite. In the artificial satellite 2 according to the present embodiment, the fairing 6 also serves as an outer shell structure, and the fairing 6 has sufficient strength and rigidity as described above, so that it is necessary to provide a strength member or the like separately. Absent.
[0069]
Further, as a result of the trial calculation by the inventors of the present application, the fairing 6 according to the embodiment of the present invention mainly composed of CFRP having a specific gravity smaller than that of a metal is a conventional artificial satellite equipped with the same internal device. Compared to the metal fairing used when launching the rocket with a three-stage rocket, it is understood that both have the same mass when configured to ensure the same strength and rigidity. It was. That is, the artificial satellite 2 according to the present invention requires the conventional artificial satellite when the internal devices mounted on the artificial satellite are the same as the total mass of the conventional artificial satellite and the metal fairing. It is possible to reduce the weight by the mass of the outer shell structure and the strength member. For example, when the mass of a conventional artificial satellite is 50 kg, the mass of the outer shell structure and the strength member required by the artificial satellite is about 15 kg. Therefore, the artificial satellite 2 according to the present embodiment equipped with the same internal device is used. Then, the weight can be reduced by 15 kg from the total mass of the conventional satellite and fairing.
[0070]
By reducing the weight of such an artificial satellite (and fairing), the rocket itself that transports it to outer space can be made smaller. In addition, the structure can be greatly simplified by constructing the two-stage rocket 1 instead of the conventional three-stage or more multi-stage rocket as in the present embodiment, so that the development cost and the development period can be greatly reduced. Etc. can be greatly reduced.
[0071]
As described above, when the fairing 6 is integrated with the artificial satellite 2, the conventional artificial satellite and the fairing are separately mounted, and the same as the rocket configured to separate and release the fairing. Using a rocket, it is possible to launch an artificial satellite 2 having a mass about 15 kg larger than that of the artificial satellite. Paradoxically speaking, in a satellite integrated with a fairing of the same mass as that of a satellite having a structure for separating and releasing a conventional fairing, it can be launched with a significantly smaller rocket.
[0072]
Further, as described above, the two-stage rocket 1 flies at a significantly higher speed than a conventional multi-stage rocket having three or more stages. For example, when a gravity turn of about 2 ° / s is started 39 seconds after the start of combustion of the first stage solid motor 3 and the angle of attack becomes 90 ° at the end of combustion of the second stage solid motor 4, The horizontal movement distance of the two-stage rocket 1 at the end of the combustion of the two-stage solid motor 4 is about 180 km, and the second-stage rocket 1 (artificial satellite 2) at the time of the release when the artificial satellite 2 is released 10 seconds later. ) Is about 260 km.
[0073]
Thus, the horizontal movement distance from the start of launch of the artificial satellite 2 to the time of release is about 260 km, and this distance is extremely shorter than the horizontal move distance from the start of launch of the conventional artificial satellite to the time of release. . Therefore, when launching an artificial satellite with a conventional three-stage rocket, for example, after launching from a launch site in Japan, it was sometimes impossible to observe the launch from the launch of the satellite to the release by an observation station in Japan. When the two-stage rocket 1 equipped with the artificial satellite 2 according to the present invention is launched from a small rocket launch site at the Tanegashima Space Center launch site, the flight status of the two-stage rocket 1 until the release of the artificial satellite 2 is shown. And Ogasawara Pursuit Station, and no foreign facilities are required for observation. As described above, since the observation from the launch of the two-stage rocket 1 to the launch of the orbit of the artificial satellite 2 can be performed with only the facilities in Japan, the launch work of the rocket is made extremely simpler than before. be able to.
[0074]
Further, the horizontal movement distance (about 260 km) from the start of the launch of the artificial satellite 2 according to the present invention to the time of release is observed from the launch of the two-stage rocket 1 to the launch of the artificial satellite 2 by one observation station. It is also a distance that can be done. Therefore, if the observation from the two-stage rocket 1 to the orbit insertion of the artificial satellite 2 is consistently observed at one observation station, the launch operation of the rocket can be further simplified and the cost can be further increased. In addition, it can be expected to reduce labor.
[0075]
As described above, in the two-stage rocket 1 according to the second embodiment, the ablator layer 8 of the fairing 6 is carbonized by aerodynamic heating. At this time, carbon fibers remain in a state where the carbon fibers overlap each other in the vicinity of the surface of the ablator layer 8. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining a state when aerodynamic heating is applied to the ablator layer 8 according to the embodiment of the present invention. The thermal protection layer 8 a of the ablator layer 8 is carbonized at the initial stage of launching the two-stage rocket 1. As shown in FIG. 12, the carbon fibers 8c that have been carbonized and remain in the thermal protection layer 8a overlap in a state where the longitudinal direction of the fibers is directed in various directions. The binding force of each carbon fiber 8c is relatively weak, and when the force is applied from the outside, the carbon fiber 8c moves slightly so as to be shifted from each other.
[0076]
Here, as described above, the two-stage rocket 1 according to the present embodiment receives an extremely high dynamic pressure as compared with the conventional one at the time of flight. Therefore, strong vibration is generated in the two-stage rocket 1 during flight, and if the vibration applied to the fairing 6 is transmitted to the internal device 14 as it is, this may cause a failure of the internal device 14.
[0077]
However, when the carbon fibers 8b (and the carbon fibers remaining in this layer when the structural layer 8c is carbonized) move minutely to each other three-dimensionally, the ablator layer 8 functions as a seismic isolation structure. The vibration applied to the surface of 6 is prevented from being transmitted to the inside as it is. Thereby, it becomes difficult for external vibration to be transmitted to the internal device 14, and occurrence of a failure of the internal device 14 can be suppressed.
[0078]
Further, when the artificial satellite 2 is put into orbit, the second stage solid-state motor 4 and the interstage portion 5 are separated from the artificial satellite 2, but at this time, an impact is applied to the artificial satellite 2. This impact is also mitigated inside the artificial satellite 2 by the above-described seismic isolation function of the fairing 6, and the occurrence of a failure of the internal device 14 is suppressed.
[0079]
Next, the configuration of the artificial satellite 2 will be described in more detail. FIG. 13 is a cross-sectional view of shroud portion 2a showing the configuration of artificial satellite 2 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, in the portion from the rear end of the shroud portion 2a of the artificial satellite 2 to the front of a predetermined length, a part of the fairing 6 in the circumferential direction is missing, so that the missing portion 33 is blocked. An unfolded solar cell paddle 34 is provided.
[0080]
The solar cell paddle 34 has a configuration in which two plate-like solar cell panels 35 and 36 are abutted and hinged to each other. One end of one solar cell panel 35 is bent in a substantially L shape, and the tip of the bent portion 34 b is pivotally attached to one end of the missing portion 33. Thereby, the solar cell panel 35 can be rotated outward from the state where the missing portion 33 is closed, with the pivot portion as a center.
[0081]
The other end of the solar cell panel 35 is hinged to one end of the solar cell panel 36 by a hinge portion 34a. Before the two-stage rocket 1 is launched, the solar cell panels 35 and 36 are accommodated so as to close the missing portion 33 in a superposed state.
[0082]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of solar cell paddle 34 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, one (base end side) solar cell panel 35 has a structure in which solar cells 35b are attached to one surface of a cell attachment plate 35a. Further, a radiator 35c is provided so as to close the missing portion 33, and the radiator 35c functions as a partition wall between the artificial satellite 2 and outer space. The radiator 35c discharges the heat generated by the internal device 14 to the outside. The optical characteristics and area of the radiator 35 c are set by the amount of heat generated by the internal device 14. Further, when the solar cell paddle 34 is stored, the other surface of the cell mounting plate 35a faces the outer surface of the radiator 35c, and the solar cell 35b is disposed on the outer surface.
[0083]
In the present embodiment, the configuration in which the radiator 35c is provided as a partition between the inside of the artificial satellite 2 and the outer space has been described. However, the present invention is not limited to this, and the amount of heat generated by the internal device 14 depends on the radiator. If exhaust heat is unnecessary and is small enough, a partition made of a composite material such as CFRP may be provided instead of the radiator 35c.
[0084]
The other (front end side) solar cell panel 36 has a cell mounting plate 36a. When the solar cell paddle 34 is stored, the solar cell 36b is opposed to the solar cell 35b. It is attached to one side of 36a. That is, the solar battery cell 36b is attached to the inner surface of the cell attachment plate 36a. Further, a heat protection plate 36c composed of an ablator layer, a heat insulating layer, and the like is attached to the other surface (surface outside the machine) of the cell attachment plate 36a. As a result, it is possible to exert a thermal protection function against aerodynamic heating received when the two-stage rocket 1 flies, and to prevent the temperature of the internal device 14 from being excessively increased. Further, when the solar battery paddle 34 is housed, the thermal protection plate 36c is positioned at the outermost part, so that the solar battery cells 35b and 36b are protected from the aerodynamic heating received when the two-stage rocket 1 flies.
[0085]
As shown in FIG. 13, two electric motors 37 and 38 are provided inside the artificial satellite 2. One end of a wire 37 a is connected to the output shaft of one electric motor 37, and the other end of the wire 37 a is connected to a pivot 35 d that pivotally attaches the solar cell panel 35 and the fairing 6. One end of the wire 37a is wound around the output shaft of the electric motor 37, and the other end is wound around the pivot 35d in the opposite direction. Further, the pivot 35d is fixed to the solar cell panel 35. The winding direction of the wire 37a around the pivot 35d on the other end is such that when the wire 37a is drawn from the pivot 35d, the solar cell panel 35 is rotated outward. The direction of movement is the direction in which torque is generated (that is, the counterclockwise direction in FIG. 13). As a result, when the electric motor 37 is operated and the output shaft is rotated in the direction of winding the wire 37a, the wire 37a is pulled out from the pivot shaft 35d, and is rotated in the direction rotating to the solar cell panel 35. Torque will act.
[0086]
On the other hand, the one end side of the wire 38a is similarly wound around the output shaft of the electric motor 38. The other end of the wire 38a is connected to the hinge portion 34a. When the solar cell paddle 34 is housed in the fairing 6, the wire 38a is fixed by the output shaft of the electric motor 38 so that a predetermined tension acts. Alternatively, the solar battery paddle 34 may be locked to the fairing 6 so as not to expand by the lock mechanism, and the lock mechanism may be released when the artificial satellite 2 is put into orbit.
[0087]
Further, inside the artificial satellite 2, a motor controller 39 for controlling the operations of the electric motors 37 and 38 and an acceleration sensor 40 connected to the motor controller 39 are provided.
[0088]
In addition, a spring (not shown) is provided between the solar cell panels 35 and 36, and the solar cell panels 35 and 36 are urged by the springs in a direction in which they are developed. Further, a stopper (not shown) is provided between the solar cell panels 35 and 36, and when the solar cell paddle 34 is stored in the fairing 6, the solar cell panel 35, 36 is maintained in an overlapped state against the biasing force of the spring.
[0089]
Next, a deployment operation of the solar cell paddle 34 will be described. FIG.15 and FIG.16 is a schematic diagram for demonstrating the flow of expansion | deployment of the solar cell paddle 34 which concerns on embodiment of this invention. When the combustion of the second stage solid motor 4 is completed, the acceleration sensor 40 detects this and transmits a detection signal to the motor controller 39. At the same time, the second stage solid motor 4 and the interstage part 5 are separated from the artificial satellite 2 and the artificial satellite 2 is released into orbit. After receiving the detection signal, the motor controller 39 operates the electric motor 37 so that its output shaft rotates in the winding direction of the wire 37a, and electrically operates so that the output shaft rotates in the direction of loosening the wire 38a. The motor 38 is operated. As a result, the solar cell paddle 34 rotates about the pivot 35d toward the outside of the apparatus. Further, when the solar cell paddle 34 is rotated, the missing portion 33 is closed only by the radiator 35c.
[0090]
As shown in FIG. 15, the motor controller 39 drives the electric motors 37 and 38 until the solar cell paddle 34 rotates just 90 °. When the solar cell paddle 34 is rotated 90 ° from the start of rotation, the engagement of the stopper is released, and the solar cell panel 36 is centered on the hinge portion 34a by the biasing force of the spring described above. Will rotate in a direction away from the solar cell panel 35 (see FIG. 16). When the solar cell panel 36 further rotates due to the inertial force and the solar cell panel 36 rotates 180 ° and the solar cell panels 35 and 36 are linearly aligned, the solar cell panels 35 and 36 are rotated. A stopper (not shown) provided in a proximity portion of the solar cell panel is engaged with the solar cell panel 35, thereby maintaining the state in which the solar cell panels 35 and 36 are linearly arranged. Thereby, the expansion | deployment operation | work of the solar cell paddle 34 is completed.
[0091]
As described above, since the electric motor 37.38 and the solar cell paddle 34 are connected by the light wires 37a and 38a and the electric motor 37 and 38 are driven, the solar cell paddle 34 is deployed. The artificial satellite 2 can be significantly reduced in weight as compared with a configuration in which the rotational motion of the output shafts of the electric motors (actuators) 37 and 38 is transmitted to the solar cell paddle 34 using a mechanism such as the above.
[0092]
FIG. 17 is a perspective view showing a state during the orbit operation of the artificial satellite 2 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, a solar sensor 41 is provided near the tip of the solar battery cell 36 b of the solar battery paddle 34. The sun sensor 41 outputs an electrical signal corresponding to the solar radiation intensity, and the output destination is the motor controller 39. The configuration of the solar sensor 41 will be described in more detail. A so-called coarse sensor (CSS) is used for the solar sensor 41. This sensor makes sunlight incident through a slit, and the incident angle of the sunlight. It is the structure which measures only the component of an orthogonal direction to this slit, and is a well-known thing. The solar sensor 41 is arranged so that the light receiving surface of the solar cell paddle 34 and the light receiving surface thereof are parallel to each other. The motor controller 39 drives the electric motors 37 and 38 so that the light receiving surface of the solar sensor 41 faces the sun, and thereby the solar cell paddle 34 so that the light receiving surface of the solar cell paddle 34 faces the sun. The unfolding angle is controlled. At this time, it is desirable that the light receiving surface of the solar cell paddle 34 is completely opposed to the sun. However, due to the relationship between the orbital plane and the sunlight vector, there are few cases where the light receiving surface is completely opposed. The deployment angle of the solar cell paddle 34 is controlled so as to face each other. The solar cells 35b and 36b receive solar radiation and the earth albedo (earth reflection component of solar radiation) to generate power, and the electric power obtained by the solar cells 35b and 36b is supplied to the internal device 14. It has become.
[0093]
When the mass of the artificial satellite 2 is 45 kg, the required power can be estimated to be about 20 W from the statistical result on the relationship between the past mass of the artificial satellite and the power used by the internal devices. Since the solar cells 35b and 36b cannot generate power in the night-side orbit, when the day-side orbit time and the night-side orbit time are the same, the required power generation amount is about 40 W, which is twice the required power. . There are two types of solar cells that have abundant use results in space: an expensive but highly efficient gallium arsenide type and a silicon type that is inexpensive but has relatively low power generation efficiency. If silicon type solar cells are used as the solar cells 35b, 36b, the light receiving surface area required for 80 W power generation, which is a value obtained by multiplying the required power generation amount by 2 as a safety factor, is about 0.6 m. 2 It becomes. As a result of the inventors' calculation, the area of the solar battery paddle 34 of the artificial satellite 2 having a mass of 45 kg is 0.9 m. 2 Therefore, even if silicon type solar cells are used, it is possible to obtain a necessary amount of electric power.
[0094]
When the artificial satellite 2 is put into orbit, the solar cell paddle 34 is deployed and, if necessary, an S-band antenna or a gravitational tilt beam accommodated in the artificial satellite 2 is deployed (not shown) to artificially The orbit insertion of the satellite 2 is completed.
[0095]
As shown in FIG. 17, the artificial satellite 2 travels toward the tip of the nose portion 2b. However, a slight amount of air exists in the space around the artificial satellite 2, and the artificial satellite 2 has an air resistance. Will receive. When the satellite body has a hexahedron or cylindrical shape like a conventional satellite, the influence of such air resistance is large, and the satellite decelerates, and the balance between centrifugal force and gravity is It will collapse and the altitude of the satellite will decrease. On the other hand, in the artificial satellite 2 according to the present invention, since the fairing 6 as the artificial satellite body has a streamline shape, it is less susceptible to air resistance than the conventional artificial satellite. The deceleration due to is suppressed as much as possible.
[0096]
However, the artificial satellite 2 according to the present invention continues to receive some air resistance, decelerates, and the altitude drop needs to be raised by the thrust generated by the thrust generator. Conventional large-sized, small-sized, or mini-type artificial satellites use a thrust generating device configured to burn liquid fuel or to inject liquid nitrogen or the like. When the target operational life of the artificial satellite is set to 1 year or longer, a large amount of fuel or injection material is required to maintain the altitude of the artificial satellite. In addition, such a thrust generator has a complicated structure, and the size and mass of the device itself are large. Therefore, a large-sized, small-sized, or mini-type artificial satellite has a relatively large equipment mounting volume, and it is relatively easy to mount such a conventional thrust generator, but the artificial satellite 2 according to the present embodiment is similar to the artificial satellite 2 according to the present embodiment. A micro-type or pico-type satellite has a small equipment mounting volume, and it is not easy to mount these thrust generators on a micro-type or pico-type satellite.
[0097]
Therefore, the artificial satellite according to the present embodiment is equipped with a thrust generator as described below. FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the thrust generator according to the present embodiment. As shown in FIG. 18, the thrust generator 42 according to the present embodiment is mainly configured by a case 43, a pipe 44, a nozzle 45, a heater 46, an on-off valve 47, temperature sensors 48a and 48b, and a pressure sensor 49. Case 43 has a rectangular parallelepiped box shape, and phase change material 50 is accommodated therein. As the phase change material 50, a material having a melting point as low as about 300K such as eicosane is used.
[0098]
One surface of the case 43 is opened, and a pipe 44 is extended from the opening. The end of the pipe 44 is connected to the apex portion of the nozzle 45 that is expanded in a substantially conical shape. In addition, an opening / closing valve 47 is provided in the middle of the pipe 44, and when the opening / closing valve 47 is closed, a portion from the connection position of the case 43 and the pipe 44 to the case 43 to the opening / closing valve 47. Constitutes a closed space, and when the on-off valve 47 is opened, the space in the case 43 communicates with the outside through the pipe 44 and the nozzle 45.
[0099]
Further, a heater 46 is provided so as to cover substantially the entire outer peripheral surface of the case 43, the pipe 44 and the nozzle 45. The heater 46 is of a type that converts electric power such as a heating wire into heat, and the case 43, the pipe 44, and the nozzle 45 are heated by receiving the supply of electric power from the outside.
[0100]
Further, a temperature sensor 48 a and a pressure sensor 49 are provided inside the case 43, and a temperature sensor 48 b is also provided in the middle of the nozzle 45 and the on-off valve 47 of the pipe 44.
[0101]
Next, the operation of the thrust generator 42 according to the present embodiment will be described. If it is determined by the on-board computer (not shown) built in the artificial satellite 2 that thrust is required for the artificial satellite 2, electric power is supplied to the heater 46 from the outside, and the case 43, the piping 44, and The nozzle 45 is heated. The temperature of the internal space of case 43 rises, sublimation gas 51 of phase change material 50 is generated (increased), and the internal pressure of case 43 increases. An electric signal corresponding to the internal pressure of the case 43 is transmitted to the on-board computer by the pressure sensor 49, and the on-board computer stops the power supply to the heater 46 when the internal pressure of the case 43 becomes a predetermined value or more. At the same time, the operation is controlled to open the on-off valve 47. When the on-off valve 47 is opened, the sublimation gas 51 in the case 43 is injected from the nozzle 45, and a thrust in the direction opposite to the injection direction of the sublimation gas 51 is generated.
[0102]
After the sublimation gas 51 is injected, the on-board computer monitors the output values of the temperature sensors 48a and 48b, and the case 43, the pipe 44, the nozzle 45, and the on-off valve 47 are brought to a predetermined low temperature side allowable temperature or less due to adiabatic expansion of the gas. If necessary, these are heated by a heater 46 so as not to be rapidly cooled. Further, after the sublimation gas 51 is injected, it is necessary for the on-board computer to close the on-off valve 47 and monitor the output value of the temperature sensor 48a to control the temperature of the phase change material 50 within an appropriate range. For example, the case 43 is heated by the heater 46.
[0103]
Next, the result of trial calculation for the necessary amount of the phase change material 50 will be described. In the following description, the cross-sectional area viewed from the traveling direction is 0.7 m. 2 The result of the trial calculation when the altitude of the artificial satellite 2 is set to an altitude of 350 km where the air resistance is relatively large is shown. According to the calculation of the present inventor, when the mass of the artificial satellite is 45 kg, the deceleration per day can be canceled by the ejection of 15 g of the sublimation gas 51. In this case, when the operational life of the artificial satellite 2 is 100 days, the required mass of the phase change material 50 is 1.5 kg. For example, when eicosane is used for the phase change material 50, the density of eicosane is 830 kg / m. Three Therefore, the required volume of the case 43 is 1.8 × 10. -3 m Three This is a size that can be sufficiently mounted on the artificial satellite 2.
[0104]
Further, the thrust generated by the thrust generator 42 according to the present embodiment is significantly smaller than that of the conventional thrust generator, but since the mass of the artificial satellite 2 is several tens of kg at most, this The purpose used to maintain the altitude and speed of the artificial satellite 2 can sufficiently achieve its purpose.
[0105]
Next, a configuration related to attitude control during orbit operation of the artificial satellite 2 according to the present embodiment will be described. FIG. 19 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of the attitude control mechanism in the pitching direction of the artificial satellite 2 according to the embodiment of the present invention. Square tubular guide tubes 52a and 52b are provided along the front end edges of the solar cell panels 35 and 36 at the front end of the solar cell panels 35 and 36 (downstream side end in the traveling direction of the satellite 2), respectively. Similarly, guide tubes 53a and 53b are respectively provided along the rear end edges of the solar cell panels 35 and 36 at the rear end of the solar cell panels 35 and 36 (upstream side end in the traveling direction of the artificial satellite 2). . As shown in FIG. 19, the guide tubes 52a and 52b are arranged so as to be linearly arranged when the solar cell paddle 34 is deployed. Similarly, the guide tubes 53a and 53b are also solar cells. The paddles 34 are arranged linearly when the paddles 34 are unfolded. Wires 52c are inserted into the linearly arranged guide tubes 52a and 52b, and the inner end of the wire 52c is attached to the output shaft of the electric motor 54 provided in the spacecraft 2. Yes. A weight 52d is attached to the machine end of the wire 52c.
[0106]
Similarly, a wire 53c is inserted into the linearly arranged guide tubes 53a and 53b, and the inner end of the wire 53c is connected to the output shaft of the electric motor 55 provided in the spacecraft 2. It is attached. Further, a weight 53d is attached to the outer end of the wire 53c.
[0107]
The electric motors 54 and 55 are connected to a motor controller (not shown) built in the artificial satellite 2 and are configured to be controlled by the motor controller. As shown in FIG. 17, an earth sensor 56 is provided so as to protrude from the artificial satellite 2 toward the earth side, and the motor controller is connected to the earth sensor 56.
[0108]
The earth sensor 56 outputs an electrical signal corresponding to each of the roll angle and the pitch angle of the artificial satellite 2 with respect to the earth. Of these, the motor controller receives an output signal representing the pitch angle, and the motor controller The operation of the electric motors 54 and 55 is controlled in order to adjust the drawing length of the wires 52c and 53c. More specifically, for example, proportional control is performed so that the pitch angle of the artificial satellite detected by the earth sensor 56 approaches a predetermined target pitch angle (that is, a pitch angle of 0 ° in the present embodiment). The rotation direction and rotation speed of the electric motors 54 and 55 are controlled using a known control method such as PI control, PID control, or fuzzy control. Since the weights 52d and 53d receive the gravity of the earth, the wires 52c and 53c respectively hang down to the earth side. By controlling the operation of the electric motors 54 and 55, when the wire 52c is pulled out longer than the wire 53c, the weight 52d comes closer to the earth than the weight 53d. As a result, the weight 52d receives more gravity from the earth than the weight 53d. As a result, the center of gravity of the artificial satellite 2 moves forward, the leading end of the artificial satellite 2 approaches the earth, and the trailing end is The attitude control of the artificial satellite 2 in the pitching direction is performed so as to be away from the earth. On the other hand, when the operation of the electric motors 54 and 55 is controlled and the wire 53c is pulled out longer than the wire 52c, the position of the center of gravity of the artificial satellite 2 moves backward, and the tip side of the artificial satellite is separated from the earth, Further, the attitude control of the artificial satellite 2 in the pitching direction is performed so that the rear end side approaches the earth.
[0109]
And it is comprised so that operation control of the electric motors 54 and 55 may be performed so that the attitude | position of the pitching direction of the artificial satellite 2 may be maintained so that the earth sensor 56 may always face the center of the earth.
[0110]
The guide tubes 52a, 52b, 53a, 53b can also be used as strength members of the solar cell paddle 34.
[0111]
FIG. 20 is a schematic perspective view showing another example of the configuration of the attitude control mechanism in the pitching direction of the artificial satellite 2 according to the embodiment of the present invention. In this example, as shown in FIG. 20, a moving weight 57 is provided on the outer edge of the solar cell paddle 34 on the outside of the artificial satellite 2, that is, the opposite edge of the hinge portion 34a of the solar cell panel 36. Yes. The moving weight 57 is attached to the traveling element 58b of a linear motor 58 having a stator 58a and a traveling element 58b provided over the entire length of the edge of the solar cell panel 36, and is attached to the stator 58a. Along with this, it is possible to move integrally with the traveling element 58b.
[0112]
The linear motor 58 is connected to a motor controller (not shown), and the motor controller controls the operation of the linear motor 58 in accordance with an output signal related to the pitch angle of the artificial satellite 2 from the earth sensor 56. ing. Also here, the operation of the linear motor 58 is controlled by a known control method as described above. When the moving weight 57 moves in the front-rear direction of the artificial satellite 2, the center of gravity of the artificial satellite 2 moves, and thereby the attitude control of the artificial satellite 2 in the pitching direction is performed.
[0113]
In addition, it is good also as a structure which provides the movement weight which can move to the front-back direction inside the fairing 6. FIG.
[0114]
Further, the attitude control of the artificial satellite 2 in the rolling direction is performed by adjusting the deployment angle of the solar cell paddle 34 by the motor controller 39 controlling the operation of the electric motors 37 and 38. Specifically, the motor controller 39 receives an output signal representing the roll angle of the artificial satellite 2 from the earth sensor 56, and the motor controller 39 sets the detected roll angle of the artificial satellite 2 to a predetermined target roll angle (this In the case of the embodiment, the rotation direction and the rotation speed of the electric motors 37 and 38 using a known control method such as proportional control, PI control, PID control, or fuzzy control so as to approach the roll angle of 0 °). To control. At this time, the solar battery paddle 34 is tilted to the opposite side of the direction in which the artificial satellite 2 is inclined with respect to the center of the earth, thereby moving the lateral center of gravity position of the artificial satellite 2, resulting in a roll angle of 0 °. The attitude control in the rolling direction of the artificial satellite 2 is performed by tilting the artificial satellite 2 in a direction approaching to.
[0115]
Further, during the orbital operation of the artificial satellite 2, the motor controller 39 controls the operation of the electric motors 37 and 38, so that the deployment angle of the solar cell paddle 34 is adjusted so that the light receiving surface of the solar cell paddle 34 faces the sun. Be controlled. Thereby, the solar cell paddle 34 can be operated independently and the light receiving surface thereof can be directed to the sun, and it is necessary to control the attitude of the artificial satellite itself in order to direct the light receiving surface of the solar cell paddle to the sun as in the prior art. There is no.
[0116]
【The invention's effect】
In the case of the attitude control device according to the present invention and an artificial satellite using the same, the attitude control of the artificial satellite can be performed using a solar cell paddle that has been conventionally used as a power generation system for an artificial satellite. There is no need to provide a separate attitude control device, and therefore there is almost no need to divide the satellite storage space for the attitude control device.
[0117]
Further, since the outer shell of the artificial satellite functions as a fairing, it is not necessary to provide a fairing separately from the artificial satellite, and it is possible to launch using a rocket having the optimum size for the artificial satellite. Therefore, in the artificial satellite according to the present invention, the spatial efficiency when mounting the artificial satellite on the rocket used for the launch can be greatly improved as compared with the conventional one, and as a result, the launch vehicle for launching the artificial satellite is obtained. Overall drastic downsizing and cost reduction can be realized.
[0118]
In addition, the deployment angle of the solar cell paddle is changed according to the output signal from the earth sensor, and the center of gravity position of the artificial satellite is moved in the direction in which the artificial satellite maintains a predetermined attitude. Therefore, the solar cell paddle is moved alone. The present invention has excellent effects such as the attitude control of the artificial satellite can be performed by itself and the energy consumption can be greatly reduced as compared with the conventional one.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of a two-stage rocket according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an outline of the configuration of the artificial satellite according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an ablator layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing changes in fairing surface temperature, metal sheet layer temperature, and internal device temperature during flight of a two-stage rocket according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial perspective view of a fairing showing a configuration of a low solar absorptance layer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic partial cross-sectional view of a fairing according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams for explaining an example of a pre-process for painting a fairing according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 7A shows the first stage, FIG. 7B shows the second stage, c) is a schematic diagram showing the third stage, and (d) is a schematic diagram showing the fourth stage.
FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams for explaining another example of a pre-process for painting a fairing according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 8A shows the first stage and FIG. 8B shows the second stage. It is a schematic diagram shown respectively.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an electromagnet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a partial perspective view showing the configuration of the paint supply apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic side view showing the configuration of the paint spray tube according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a state when the ablator layer according to an embodiment of the present invention is subjected to aerodynamic heating.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the shroud portion showing the configuration of the artificial satellite according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a solar cell paddle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a development flow of the solar cell paddle according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a development flow of the solar cell paddle according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view showing a state during the orbit operation of the artificial satellite according to the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a thrust generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic perspective view showing an example of the configuration of the attitude control mechanism in the pitching direction of the artificial satellite according to the embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic perspective view showing another example of the configuration of the attitude control mechanism in the pitching direction of the artificial satellite according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Two-stage rocket
2 Artificial satellite
2a shroud part
2b Nose part
3 First stage solid motor
4 Second stage solid motor
5 Steps
6 Fairing
6a Stagnation point
7 Low solar absorptivity layer
8 Ablator layer
8a Thermal protection layer
8b Structure layer
8c carbon fiber
9 Thermal insulation layer
10 Metal sheet layer
11-13 Panels with equipment
14 Internal equipment
15 Vent
16 Fairing materials
17 Sealing material
17a masking
18 Female Jig
18a hole
19 Male Jig
19a protrusion
20 Electromagnet
21 Body part
22, 23 Honeycomb structure part
24 Paint supply device
25 Body part
26 Paint spray tube
27 prop
28 interior space
29 Masking part
30 nozzles
32 Masking part
33 Missing part
34 Solar Battery Paddle
34a Hinge part
34b Bent part
35, 36 Solar panel
35a, 36a Cell mounting plate
35b, 36b Solar cells
35c radiator
35d Axis
36c thermal barrier
37,38 Electric motor
37a, 38a wire
39 Motor controller
40 Acceleration sensor
41 Solar sensor
42 Thrust generator
43 cases
44 Piping
45 nozzles
46 Heater
47 On-off valve
48a, 48b Temperature sensor
49 Pressure sensor
50 Phase change material
51 Sublimation gas
52a, 52b, 53a, 53b Guide tube
52c, 53c wire
52d, 53d weight
54,55 Electric motor
56 Earth sensor
57 Moving weight
58 linear motor
58a Stator
58b runner

Claims (8)

人工衛星本体の一部に枢着され、該人工衛星の進行方向に沿った軸回りに回動されることによって展開角度を変化させる太陽電池パドルと、
前記人工衛星本体に取り付けられた第1のアクチュエータと、
該第1のアクチュエータ及び前記太陽電池パドルを接続するワイヤと、
前記太陽電池パドルの前記人工衛星の機外側の端縁に沿って該人工衛星の進行方向に移動することが可能なウェイトと、
該ウェイトを前記進行方向に移動させる第3のアクチュエータとを備え、
前記第1のアクチュエータを動作させることにより前記ワイヤを駆動し、前記太陽電池パドルの展開角度を変化させて、また、前記第3のアクチュエータを動作させることにより前記ウェイトを前記進行方向に移動させて、重力傾斜による人工衛星の姿勢制御を行うべくなしてあることを特徴とする姿勢制御装置。
A solar battery paddle pivotally attached to a part of the artificial satellite body and rotated around an axis along the advancing direction of the artificial satellite to change a deployment angle;
A first actuator attached to the satellite body;
A wire connecting the first actuator and the solar cell paddle;
And the weight that can be moved in the traveling direction of the satellite along the outboard edge of the artificial satellite of the solar arrays,
And a third actuator for moving the weight to the traveling direction,
The wire is driven by operating said first actuator, said varying the deployment angle of the solar arrays, also the weight is moved to the traveling direction by operating the third actuator An attitude control device characterized in that the attitude control of the artificial satellite is performed by gravity inclination.
前記太陽電池パドルの展開角度を変化させることによって前記人工衛星のローリング方向の姿勢制御を行い、前記ウェイトを前記進行方向に移動させることによって前記人工衛星のピッチング方向の姿勢制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の姿勢制御装置。The attitude control in the rolling direction of the artificial satellite is performed by changing the deployment angle of the solar cell paddle, and the attitude control in the pitching direction of the artificial satellite is performed by moving the weight in the traveling direction. The attitude control device according to claim 1. 前記人工衛星に搭載された地球センサからの出力信号に応じて前記第1のアクチュエータを動作させることにより、前記人工衛星が地球の中心に対して所定の姿勢を保つ方向に前記人工衛星の重心位置を移動すべくなしてあることを特徴とする請求項1又は2に記載の姿勢制御装置。By operating the first actuator according to an output signal from an earth sensor mounted on the artificial satellite, the position of the center of gravity of the artificial satellite in a direction in which the artificial satellite maintains a predetermined attitude with respect to the center of the earth attitude control device according to claim 1 or 2, characterized in that are no in order to move. 前記太陽電池パドルの受光面に平行な受光面を有する太陽センサが検出する太陽光の前記受光面への入射角度に応じて、前記太陽センサの受光面が太陽に向かうように前記太陽電池パドルの展開角度を変化させるべく、前記第1のアクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の姿勢制御装置。In accordance with the incident angle of sunlight to the light receiving surface detected by a solar sensor having a light receiving surface parallel to the light receiving surface of the solar cell paddle, the solar cell paddle is arranged so that the light receiving surface of the solar sensor faces the sun. to vary the deployment angle, the posture control device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is configured to control the operation of the first actuator. 打ち上げ時にフェアリングとして機能する外殻と、
該外殻の一部に枢着され、人工衛星の進行方向に沿った軸回りに回動されることによって展開角度を変化させる太陽電池パドルと、
前記外殻の内部に取り付けられた第1のアクチュエータと、
該第1のアクチュエータ及び前記太陽電池パドルを接続するワイヤと、
前記太陽電池パドルの前記人工衛星の機外側の端縁に沿って該人工衛星の進行方向に移動することが可能なウェイトと、
該ウェイトを前記進行方向に移動させる第3のアクチュエータとを備え、
前記第1のアクチュエータを動作させることにより前記ワイヤを駆動し、前記太陽電池パドルの展開角度を変化させて、また、前記第3のアクチュエータを動作させることにより前記ウェイトを前記進行方向に移動させて、重力傾斜による姿勢制御を行うべくなしてあることを特徴とする人工衛星。
An outer shell that functions as a fairing during launch,
Is pivotally mounted to a portion of the outer shell, the solar arrays to change the deployment angle by being rotated about an axis along the direction of travel of artificial satellites,
A first actuator mounted inside the outer shell;
A wire connecting the first actuator and the solar cell paddle;
A weight capable of moving in the traveling direction of the artificial satellite along the outer edge of the artificial satellite of the solar cell paddle;
And a third actuator for moving the weight to the traveling direction,
The wire is driven by operating said first actuator, said varying the deployment angle of the solar arrays, also the weight is moved to the traveling direction by operating the third actuator An artificial satellite characterized by attitude control by gravity tilt.
前記太陽電池パドルの展開角度を変化させることによって前記人工衛星のローリング方向の姿勢制御を行い、前記ウェイトを前記進行方向に移動させることによって前記人工衛星のピッチング方向の姿勢制御を行うことを特徴とする請求項5に記載の人工衛星。The attitude control in the rolling direction of the artificial satellite is performed by changing the deployment angle of the solar cell paddle, and the attitude control in the pitching direction of the artificial satellite is performed by moving the weight in the traveling direction. The artificial satellite according to claim 5. 前記外殻に取り付けられた地球センサからの出力信号に応じて前記第1のアクチュエータを動作させることにより、前記外殻が地球の中心に対して所定の姿勢を保つ方向に人工衛星の重心位置を移動すべくなしてあることを特徴とする請求項5又は6に記載の人工衛星。By operating the first actuator in accordance with an output signal from an earth sensor attached to the outer shell, the center of gravity position of the artificial satellite is set in a direction in which the outer shell maintains a predetermined attitude with respect to the center of the earth. The artificial satellite according to claim 5 or 6 , wherein the artificial satellite is intended to move. 前記太陽電池パドルの受光面に平行な受光面を有する太陽センサが検出する太陽光の前記受光面への入射角度に応じて、前記太陽センサの受光面が太陽に向かうように前記太陽電池パドルの展開角度を変化させるべく、前記第1のアクチュエータの動作を制御するように構成されていることを特徴とする請求項5乃至7の何れかに記載の人工衛星。In accordance with the incident angle of sunlight to the light receiving surface detected by a solar sensor having a light receiving surface parallel to the light receiving surface of the solar cell paddle, the solar cell paddle is arranged so that the light receiving surface of the solar sensor faces the sun. The artificial satellite according to any one of claims 5 to 7 , wherein an operation of the first actuator is controlled so as to change a deployment angle.
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