JP4253711B2 - アンテナ反射鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星等の宇宙航行体に折畳み展開可能に搭載されるアンテナ反射鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間に大型の構造物を構築する場合、現在ではスペースシャトルや宇宙ステーション・ミールに於いて宇宙飛行士が作業を行う方式が採用されているが、これらの方式では人的被害を考慮する必要性があると共に、コストも高くつくという欠点を有し、また作業期間の制約や構築構造物サイズの制約を受けることもあり得る。
【０００３】
このため、昨今では、宇宙空間に大型構造物を構成する方式として、モータ等の駆動力によってアンテナ反射鏡等の展開構造体を折畳み状態から展開させて宇宙展開構造物を形成する構成のものが国内外で研究されている。
【０００４】
例えば、このような展開構造物を形成するアンテナ反射鏡は、例えば梁部材をトラス構造に組み結合した折畳み展開可能なトラス構造体を形成して、その一方面に周知のようにパラボラ形状の鏡面設置部を形成し、この鏡面設置部にアンテナ鏡面が形成される。
【０００５】
上記トラス構造体１は、例えば図４に示すように折畳み展開可能な複数、例えば１４個の展開トラス２が組合せ結合されて形成されている。これら展開トラス２は、例えば図５に示すように６個の四辺リンク２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆが折畳み展開可能に六角柱形状に骨組み結合されて形成され、その一方面がパラボラ形状に形成される。これら展開トラス２は、それぞれ折畳み展開機構６が、その中心部位に組み付けられ、この折畳み展開機構６を介して略同期して折畳み展開される。
【０００６】
また、展開トラスの一方面上には、それぞれ図６に示すように導電性メッシュ３がワイヤ４部材及びスタンドオフと称する支持具５を介してパラボラ形状に張設される。これにより、トラス構造体１は、１４個の展開トラス２が組合せ結合されると、これら展開トラス２の導電性メッシュ３によりパラボラ形状のアンテナ鏡面が形成される。
【０００７】
そして、トラス構造体１は、例えば図７に示すようにその導電性メッシュ３で形成されるアンテナ鏡面のビームの中心軸が所望の指向方向に指向するように支持ブーム７を介して宇宙航行体８本体に取り付けられる。
【０００８】
上記構成において、トラス構造体１は、折畳み状態で宇宙航行体８に収容され、宇宙空間において、その支持ブーム７が駆動されて宇宙航行体８の所定の位置に移動される。そして、トラス構造体１は、その１４個の展開トラス２がそれぞれ展開されると、その一方面にパラボラ形状のアンテナ鏡面が形成される。ここで、トラス構造体１は、そのアンテナ鏡面の指向方向（ボアサイト方向）が、地球上の所望の領域に対向され該領域との電波の送受が可能となる。
【０００９】
ところが、上記アンテナ反射鏡にあっては、その指向方向を可変設定可能に宇宙航行体８に組み付け配置する場合、そのトラス構造体１を、支持ブーム７を介してビームの中心軸回りに回転させて、その指向方向が設定される。このため、宇宙航行体８の軌道配置の関係からアンテナ鏡面からのビームの中心軸を、例えば地球の緯度方向に移動可能に構成すると、比較的に長い支持ブーム７を設けなければならなくなることにより、その重量が重くなるという問題を有する。
【００１０】
また、これによれば、アンテナ鏡面の指向方向に応じてトラス構造体１の宇宙航行体８に対する位置が設定されるために、トラス構造体１の位置に応じて宇宙航行体８の慣性軸がずれるために、その姿勢制御精度を低下させるという問題を有する。
【００１１】
さらに、これによれば、宇宙航行体８の重心及び慣性軸に対してトラス構造体１の位置がずれると、宇宙航行体８の陰がアンテナ鏡面の中心に対して不均一に落ちるために、その鏡面上の温度差により、鏡面形状が変形して指向特性が低下するという問題を有する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ反射鏡では、重量が重くなると共に、宇宙航行体の姿勢制御精度を低下させ、且つ、熱変形が発生して指向特性が低下するという問題を有する。
【００１３】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御に寄与し得るようにしたアンテナ反射鏡を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、導電性メッシュ部をパラボラ形状のアンテナ鏡面とし、静止軌道上を航行する宇宙航行体に取り付けられるアンテナ反射鏡であり、前記導電性メッシュ部を前記パラボラ形状に折畳み展開可能に張設支持するメッシュ張設手段と、前記導電性メッシュ部を支持する複数の支持具と、該複数の支持具が設置される折畳み展開自在なトラス構造体と、該トラス構造体を前記宇宙航行体に取り付ける支持ブームと、を有し、前記複数の支持具は、前記宇宙航行体の宇宙航行体に対して対称な形状を有するトラス構造体を、前記トラス構造体の球核の中心と前記のトラス構造体の中心とを通る軸回りに所定方向へ回転させて、ないしは、前記パラボラ形状の焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点を結ぶ軸回りに回転させて、前記パラボラ形状のアンテナ鏡面と前記トラス構造体の球核をなす鏡面設置部をつなぐ前記複数の支持具の長さを設定し、前記トラス構造体を、前記焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸が前記アンテナ鏡面と交わる交点とを結ぶ軸回りに前記所定方向とは逆向きに回転させて、前記宇宙航行体に対して略対称な形状となるように、前記支持ブームを前記宇宙航行体に取り付け配置することにより、前記複数の支持具は、前記焦点と、前記交点と、前記アンテナ鏡面が前記ビームを反射する方向とで形成される平面に対して、その長さが非対称になるように設定されている、ことを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、トラス構造体は、宇宙航行体に支持ブームを介して取り付けられると、トラス構造体の球殻の中心とトラス構造体の中心Ｏを通る軸回りに回転させた状態、ないしは、パラボラ形状の焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点を結ぶ軸回りに回転させた状態で配置した鏡面設置部の非対称性により、その指向方向（ボアサイド方向）の調整を、ビームの中心軸回りにトラス構造体を回転させて支持ブームに取り付けることで行ったとしても、両者の回転方向が逆向きであれば、トラス構造体の宇宙航行体に対するずれ量を最小限に保った状態で設置される。
【００１６】
従って、その指向方向の調整状態におけるトラス構造体の支持ブームの取り付け部位の宇宙航行体の重心及び慣性軸からの移動量の軽減化が図れることにより、支持ブームの短縮化が図れて、その剛性の向上が図れるので、宇宙航行体の姿勢制御の高精度化の促進が図れる。また、トラス構造体の宇宙航行体からの移動量を小さく設定することができることにより、宇宙航行体に対するアンテナ鏡面の対称性のずれ量を最小限にすることが可能となり、宇宙航行体の陰の鏡面への落ち具合の非対称性を最小限にできることで、熱変形による通信特性の低下の防止が図れる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施の形態の適用されるアンテナ反射鏡の要部を取り出して示すもので、宇宙航行体１０には、この発明の特徴とするトラス構造体１１が支持ブーム１２を介して、該宇宙航行体１０に取り付け配置される。
【００２２】
トラス構造体１１は、複数、例えば略六角柱形状の１４個の展開トラス１１１（図２参照、但し図２中では、図の都合上、図示せず）が組合せ結合されて形成されて、その一方面側にパラボラ形状の鏡面設置部が形成される。これら展開トラス１１１は、例えば前記図５及び図６に示す如く６個の四辺リンク２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆが折畳み展開可能に略六角柱形状に組み合わされて形成され、その一方面にアンテナ鏡面のｘｚ面に対して非対称なパラボラ形状の鏡面設置部が形成される。そして、これら１４個の展開トラス１１１は、それぞれが折畳み展開機構６（前記図５及び図６参照）を介して折畳み展開される。
【００２３】
展開トラス１１１の鏡面設置部は、焦点と、その焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点と、ビームがパラボラ面から反射する方向（ボアサイト方向）とで形成する平面に対して非対称となるように形成される。
【００２４】
例えば、前記鏡面設置部を上記平面に対して非対称に形成する手法としては、図３に示すようにトラス構造体１１の球核の中心（ａ，０，ｃ）とトラス構造体１１の中心Ｏを通る軸回りに回転させて、上記平面（図３中ｘｚ面）に対して非対称に形成する。これにより、容易にトラス構造体１１の鏡面設置部を上記平面に対して非対称に設置することができる。
【００２５】
ここで、ａ，ｂは、変数である。
【００２６】
上記トラス構造体１１のアンテナ鏡面を形成するパラボラ面は、パラボラの焦点Ｆをｚ軸上に置き、焦点Ｆから出射されるビームの中心軸が鏡面で反射されたベクトル方向にz軸方向を採り、その開口中心がｘｚ面を含むようにx軸を定義すると、その焦点Ｆが（０，０，Ｆ）となり、その曲面が
ｚ＝(ｘ²＋ｙ²)／（４Ｆ）
で表される。ここで、Ｆは、パラボラの焦点距離である。
【００２７】
また、上記展開トラス１１１の鏡面設置部上には、導電性メッシュ１３がワイヤ部材及びスタンドオフと称する支持具１４を介してパラボラ形状に張設されてアンテナ鏡面が形成される。これにより、トラス構造体１１は、１４個の展開トラス１１１が組合せ結合されると、これら展開トラス１１１の導電性メッシュ１３によりパラボラ形状のアンテナ鏡面が形成される。具体的には、展開トラス１１１上に設置されるスタンドオフと称する支持具１４の長さを上記平面（ｘｚ面）に対して非対称にすることにより、アンテナ鏡面が形成される。
【００２８】
上記トラス構造体１１は、その根元部位が上記支持ブーム１２に支持され、この支持ブーム１２が宇宙航行体１０に、その重心及び慣性軸に対応して取り付け配置される。これにより、トラス構造体１１は、支持ブーム１２を介して宇宙航行体１０の所望の位置に配置された状態で、その各展開トラス１１１がそれぞれ折畳み展開機構を介して展開される。
【００２９】
ここで、トラス構造体１１のアンテナ鏡面は、ビームの中心軸回りに回転させた状態で宇宙航行体１０に取り付けられる。宇宙航行体１０を、例えば静止軌道上に配備した場合には、トラス構造体１１のアンテナ鏡面の指向方向（ボアサイト方向）が、ビームの中心軸の回転角分だけ、緯度方向にいわゆる振られた状態となる。しかしながら、両者の回転方向が逆向きであれば、トラス構造体の宇宙航行体に対するずれ量を最小限に保った状態でトラス構造体を設置することが可能となる。
【００３０】
これにより、宇宙航行体１０の重心及び慣性軸に対してトラス構造体１１は、そのアンテナ鏡面の指向方向が、所望の指向方向に指向された状態で、宇宙航行体１０に対して略対称に配置される。この結果、支持ブーム１２を最小限に保つことができて、軽量化の促進が図れると共に、その宇宙航行体１０に対する対称性が確保され、姿勢制御の安定化の促進に寄与できる。
【００３１】
そして、トラス構造体１１のアンテナ鏡面は、宇宙航行体１０に対する対称性が確保されることにより、宇宙航行体１０の陰がｘｚ面に対して略対称に落ちることで、熱変形による通信特性の悪化防止が図れ、長期間に亘り高精度な通信特性が確保される。
【００３２】
このように、上記アンテナ反射鏡は、トラス構造体１１の鏡面設置部を、焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点と、ビームがパラボラ面の略中心から反射するボアサイト方向とで形成するｘｚ面に対して非対称に配置して、この鏡面設置部に設置した非対称な長さの支持具に対してアンテナ鏡面を形成する導電性メッシュ１３を折畳み展開可能に張設して、このトラス構造体１１を支持ブーム１２を介して宇宙航行体１０に対して所定の位置に取り付け配置するように構成した。
【００３３】
これによれば、トラス構造体１１は、宇宙航行体１０に支持ブーム１２を介して取り付けられると、トラス構造体１１の球殻の中心とトラス構造体１１の中心Ｏを通る軸回りに回転させた状態で配置されることにより、その鏡面設置部の非対称性により、その指向方向（ボアサイド方向）の調整を、ビームの中心軸回りにトラス構造体を回転させて支持ブームに取り付けることで行ったとしても、両者の回転方向が逆向きであれば、トラス構造体の宇宙航行体に対するずれ量を最小限に保った状態でトラス構造体を設置することが可能となる。
【００３４】
この結果、トラス構造体１１の支持ブーム１２の取付部位の宇宙航行体の重心及び慣性軸からの移動量の軽減化が図れることにより、支持ブーム１２の短縮化が図れて、その剛性の向上が図れるので、宇宙航行体１０に対する対称性のずれ量を最小限に設定することが可能となるため、宇宙航行体１０の姿勢制御の高精度化の促進に寄与することができる。
【００３５】
また、トラス構造体１１の宇宙航行体１０からの移動量を小さく設定することができることにより、宇宙航行体１０に対するアンテナ鏡面の対称性のずれ量を最小限にすることが可能となり、宇宙航行体１０の陰の鏡面への落ち具合の非対称性を最小限にできることで、熱変形による通信特性の低下の防止が図れる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、トラス構造体１１のアンテナ鏡面を形成するパラボラ面を、ｘｚ面に対して非対称に形成する手法としては、トラス構造体の球核（ａ，０，ｃ）の中心とトラス構造体の中心Ｏを通る軸回りに回転させて、上記平面（ｘｚ面）に対して非対称に形成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他の手法により構成可能である。
【００３７】
例えば、アンテナ鏡面のｘｚ面に対してパラボラ形状を形成する第２の手法としては、トラス構造体１１の鏡面設置部を、焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点を結ぶ軸回りに回転させてｘｚ面に対して非対称に形成する。
【００３８】
第３の手法としては、トラス構造体１１の鏡面設置部を、その球核の中心を、可変設定してｘｚ面に対して非対称な位置に形成する。
【００３９】
また、上記実施の形態では、複数、例えば１４の展開トラス２０を組み合わせたトラス構造体に適用した場合で説明したが、これに限ることなく、１個の展開トラスを宇宙航行体本体等の支持構体に折畳み展開自在に配設する構成においても適用可能である。
【００４０】
さらに、上記実施の形態では、略６角柱形状の展開トラス構造を放射方向の４辺リンクの組合せ構成した支持構造の展開構造物の折畳み展開に適用した場合で説明したが、これに限ることなく、略８角形等の略多角柱形状あるいは略多角錐形状に組合わせ結合したトラス構造のものを用いて構成することも可能である。
【００４１】
また、上記実施の形態では、地球の所望の領域に指向制御するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、他の星等に指向制御するように構成しても略同様の効果が期待される。
【００４２】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００４３】
例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にして、小形・軽量化の促進を図り得、且つ、信頼性の高い高精度な指向制御に寄与し得るようにしたアンテナ反射鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施の形態に係るアンテナ反射鏡の配置構成を示した図である。
【図２】 図１のトラス構造体の詳細を説明するために示した図である。
【図３】 図１のトラス構造体の配置動作を説明するために示した図である。
【図４】 従来のアンテナ反射鏡の構成を説明するために示した図である。
【図５】 図４の展開トラスを取り出して示した図である。
【図６】 図５の展開トラスに導電性メッシュを張設した状態を示した図である。
【図７】 図４の問題点を説明するために示した図である。
【符号の説明】
１０ … 宇宙航行体。
１１ … トラス構造体。
１１１ … 展開トラス。
１２ … 支持ブーム。
１３ … 導電性メッシュ。
１４ … 張設部材。

Claims (4)

1. 導電性メッシュ部をパラボラ形状のアンテナ鏡面とし、静止軌道上を航行する宇宙航行体に取り付けられるアンテナ反射鏡であり、
   前記導電性メッシュ部を前記パラボラ形状に折畳み展開可能に張設支持するメッシュ張設手段と、
   前記導電性メッシュ部を支持する複数の支持具と、
   該複数の支持具が設置される折畳み展開自在なトラス構造体と、
   該トラス構造体を前記宇宙航行体に取り付ける支持ブームと、を有し、
   前記複数の支持具は、前記宇宙航行体の宇宙航行体に対して対称な形状を有するトラス構造体を、前記トラス構造体の球核の中心と前記のトラス構造体の中心とを通る軸回りに所定方向へ回転させて、ないしは、前記パラボラ形状の焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸がパラボラ面と交わる交点を結ぶ軸回りに回転させて、前記パラボラ形状のアンテナ鏡面と前記トラス構造体の球核をなす鏡面設置部をつなぐ前記複数の支持具の長さを設定し、
   前記トラス構造体を、前記焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸が前記アンテナ鏡面と交わる交点とを結ぶ軸回りに前記所定方向とは逆向きに回転させて、前記宇宙航行体に対して略対称な形状となるように、前記支持ブームを前記宇宙航行体に取り付け配置することにより、
   前記複数の支持具は、前記焦点と、前記交点と、前記アンテナ鏡面が前記ビームを反射する方向とで形成される平面に対して、その長さが非対称になるように設定されていることを特徴とするアンテナ反射鏡。
2. 導電性メッシュ部をパラボラ形状のアンテナ鏡面とし、静止軌道上を航行する宇宙航行体に取り付けられるアンテナ反射鏡であり、前記導電性メッシュ部を前記パラボラ形状に折畳み展開可能に張設支持するメッシュ張設手段と、前記導電性メッシュ部を支持する複数の支持具と、該複数の支持具が設置される折畳み展開自在なトラス構造体と、該トラス構造体を前記宇宙航行体に取り付ける支持ブームとを有するアンテナ反射鏡の製造方法において、
   前記宇宙航行体の宇宙航行体に対して対称な形状を有するトラス構造体を、前記トラス構造体の球核の中心と前記のトラス構造体の中心とを通る軸回りに所定方向へ回転させて、前記パラボラ形状のアンテナ鏡面と前記トラス構造体の球核をなす鏡面設置部をつなぐ前記複数の支持具の長さを設定し、
   前記トラス構造体を、前記焦点と、この焦点から出射されるビームの中心軸が前記アンテナ鏡面と交わる交点とを結ぶ軸回りに前記所定方向とは逆向きに回転させて、前記宇宙航行体に対して略対称な形状となるように、前記支持ブームを前記宇宙航行体に取り付け配置することにより、
   前記複数の支持具は、前記焦点と、前記交点と、前記アンテナ鏡面が前記ビームを反射する方向とで形成される平面に対して、その長さが非対称になるように設定されている
   ことを特徴とするアンテナ反射鏡の製造方法。
3. 前記のトラス構造体は、複数のモジュールが折畳み展開自在に結合されてなることを特徴とする請求項１記載のアンテナ反射鏡。
4. 前記のトラス構造体は、複数のモジュールが折畳み展開自在に結合されてなることを特徴とする請求項２記載のアンテナ反射鏡の製造方法。

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