JP5915663B2 - アンテナ内蔵型人工衛星 - Google Patents

Description

本発明は、衛星本体にアンテナを収納して打ち上げられるアンテナ内蔵型人工衛星に関する。

人工衛星は、衛星自体の軌道制御等に用いられるバス機器が搭載されるバス部、衛星のミッション機能を司るミッション機器を収納するペイロード部等を備える。そして、ミッション機器には、通信装置、アンテナ、計測機器等の電子機器が含まれる。

このような人工衛星においては、衛星自体の小型化が望まれている。しかし、人工衛星に搭載されるアンテナは大型であるため、このアンテナの搭載方法が、人工衛星の小型化を図るために重要である。

例えば、特開２００３−２７６６９９号公報においては、図５に示すような、ペイロード部１０１とバス部１０２とを備える人工衛星が開示されている。このペイロード部１０１の一方の幅は、バス部１０２の幅よりも小さく形成されている。これにより、ペイロード部１０１はバス部１０２に対して窪んだ形状となり、この窪んだ場所にアンテナ１０５が搭載されている。これによって、バス部１０２を窪ませた分だけ、人工衛星が小型化されている。

特開２００３−２７６６９９号公報

しかしながら、特開２００３−２７６６９９号公報にかかる人工衛星では、アンテナ１０５が機外側（宇宙空間側）に設けられているため、十分な小型化が図れない問題があった。

即ち、ペイロード部１０１を窪ませることによりアンテナ１０５の搭載スペースを確保する場合は、ペイロード部１０１を小さくすることできることを前提としている。しかし、ペイロード部は通常必要最小限の大きさに形成されており、アンテナを搭載する目的のためにペイロード部を小さくするためには、ペイロード部に収納されるミッション機器等の搭載量を少なくしなければならない。この結果、人工衛星の目的が制限される場合がある。

そこで、本発明の目的の一つは、人工衛星の目的や機能を損なうことなく小型化したアンテナ内蔵型人工衛星を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明にかかわる人工衛星は、アンテナを搭載した人工衛星であって、内部にペイロード室が形成されたペイロード部と、前記ペイロード室に配置される発熱体としてのミッション機器と、前記ペイロード室と外部とを隔壁する壁に形成された少なくとも１つのハッチと、前記ハッチを開くハッチ開閉機構と、を備え、前記ハッチには前記アンテナが取付けられ、前記ハッチを開放することで、前記アンテナ、及び前記ミッション機器が外部に露出し、前記アンテナは、反射器と輻射器とを含み、前記反射器と前記輻射器とが、前記ハッチに取付けられ、前記ハッチ開閉機構は、前記ハッチの開き度合いを調整することを特徴とする。

本発明に係わる人工衛星によれば、人工衛星のデッドスペースにアンテナを収納するので、アンテナ搭載のためにペイロード部のサイズを小さくすることなく、人工衛星を小型化できる。

本発明に係わる一実施形態における人工衛星の模式的な斜視図である。 図１の人工衛星においてＡ−Ａに沿った断面の図である。 ハッチを開いた状態の人工衛星における斜視図である。 ハッチをペイロード部の天井壁に設けた場合の人工衛星の斜視図である。 関連技術の説明に適用される人工衛星の斜視図である。

本発明の一実施形態を説明する。なお、本実施形態においては、人工衛星に存在するデッドスペースとして、ペイロード部におけるデッドスペースを例に説明するが、このようなデッドスペースに限定するものではない。

図１は、本発明にかかる人工衛星２の模式的な斜視図である。図２は、図１の人工衛星２において、Ａ−Ａに沿ったの断面図を示す。図３は、人工衛星２のハッチ１１を開いた状態を示す斜視図である。

人工衛星２は、軌道修正等に用いられるバス機器が収納されたバス部４、ミッション機器１３やアンテナ１４等が収納されるペイロード部６を主要構成としている。なお、本実施形態においては、人工衛星２は、方形の外観を備えている場合について説明するが、この形状に限定するものではない。また、以下の説明では、人工衛星と地上局とが通信する場合について説明するが、本発明は係る用途に限定するものではない。人工衛星には種々の構成されるが、本発明に係わる人工衛星の説明においては、バス機器については言及しない。

ペイロード部６は、概略矩形状の筐体を備え、その内部空間にミッション機器１３が収納されている。以下、ペイロード部６の内部空間をペイロード室１６と記載し、ペイロード室１６側の筐体壁を内壁面と記載する。また、ペイロード室壁１２にはハッチ１１が設けられている。ハッチ１１は、ハッチ開閉機構１７により開閉可能になっている。

ミッション機器１３には、各種の計測機器、通信機器、制御機器、アンテナ１４、ハッチ開閉機構１７等が含まれる。

一般に、ミッション機器１３は、動作に最適な温度範囲があるが、動作すると発熱して温度が上昇する。従って、ミッション機器１３の熱を放熱しなければならない。人工衛星２は宇宙空間を飛翔するため、ミッション機器１３の熱は、主に熱輻射により放熱される。

そこで、ミッション機器１３の熱を効率良く宇宙空間に輻射させるために、ペイロード部６の筐体における外壁（宇通空間側の壁面）に、ＯＳＲ（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｏｌａｒ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）等の放熱を促進するための材料壁が配置されている。そして、ミッション機器１３の熱が外壁に伝導し易いように、ミッション機器１３はペイロード部６の筐体内壁面の近くに設置されている。

なお、ミッション機器１３が発する熱は、略等方的に放熱される。従って、複数のミッション機器１３が密集して配置されていると、隣接する他のミッション機器からの熱によりミッション機器１３の温度も上昇してしまう不都合が生じる。従って、ミッション機器１３は、壁の近くに配置されると共に、隣接するミッション機器１３との間で熱的干渉を起こさないように離して設置される。従って、ペイロード部６の筐体内壁面は、設置されるミッション機器１３に対応した面積を持つ必要がある。そして、ミッション機器１３の数が多くなると、筐体内壁も大きな面積が必要となる。この結果、ペイロード室１６の部屋中央部分には、デッドスペースが発生する。

これまでの人工衛星２においては、かかるデッドスペースを有効に利用するために、燃料タンク等を配置することが行われていた。しかし、エンジンの小型化や燃料タンクの小型化等の技術の進歩に従い、燃料タンクをバス部４に移設することが可能になっているので、ペイロード室１６におけるデッドスペースは益々大きくなる。

ペイロード室１６を小さくすれば、そのようなデッドスペースも小さくすることができる。しかし、上述したように、ペイロード部６の内壁は、ミッション機器１３等を設置するために所定の大きさが必要であるので、ペイロード室１６が大きなデッドスペースを持つ場合でも、ペイロード部６を任意に小さくすることができない。

一方、アンテナは宇宙空間を介して信号の送受信を行うものであるため、通信時においては衛星外に位置している必要がある。しかし、人工衛星２の打ち上げ時に、アンテナを衛星外に配置させることはない。打ち上げ時にも、アンテナが衛星外に配置されている場合は、打ち上げに伴う衝撃等からアンテナを保護するための保護手段が必要になるので、打ち上げ時においては、アンテナは衛星外に配置されない方が好ましい。

そこで、本発明に係わる人工衛星のおいては、ペイロード室１６に大きなデッドスペースが発生していることに注目して、打ち上げ時においてはペイロード室１６をアンテナ１４の収納室として利用し、通信時においては衛星外に取出すようにする。このため、ペイロード部６の筐体に開閉可能なハッチ１１を設け、このハッチ１１にアンテナ１４を取付けている。そして、アンテナ１４を利用する際には、ハッチ１１を開けてアンテナ１４を衛星外に引き出すことができる。

このようなアンテナ１４は、マイクロ波等の電波を反射するための反射器１４ａと、電波を入出力する輻射器１４ｂとを備える。そして、受信時には、反射器１４ａは、電波が輻射器１４ｂに入力するように、この電波を反射する。また、送信時には、反射器１４ａは、輻射器１４ｂから放射された電波を目標に向けて反射する。以下においては、アンテナ１４として固定式アンテナを例に説明する。しかし、送信周波数が小さくなるとアンテナ１４は大型化する。このような場合には、展開式のアンテナを用いるようにする。

ハッチ１１は、ペイロード部６の筐体の側壁１２に設けられて、ハッチ開閉機構１７により開閉する。図１等においては、ハッチ１１は１つの側壁１２に設けられている場合を示すが、複数の側壁１２に設けても良い。複数のハッチ１１を設けることにより、アンテナ１４も複数設けることができるようになる。従って、通信相手に対してアンテナ１４の向きを調整するための姿勢制御の処理回数が少なくなる利点がある。

ハッチ開閉機構１７は、地上等からのハッチ開放指令に基づきハッチ１１を開き、又は、予め設定されたプログラムに従い自動的にハッチ１１を開く。なお、人工衛星２が軌道に乗ってアンテナ１４が衛星外に設置された後は、アンテナ１４を収納することはない。従って、ハッチ開閉機構１７は、例えばバネにより開く構成であっても良い。

そして、図３に示すように、反射器１４ａは、ペイロード室１６側のハッチ１１の壁に取付けられている。また、輻射器１４ｂは、ペイロード室１６の上端縁部１２ａに取付けられている。従って、ハッチ１１が開かれると、反射器１４ａは衛星外に設置される。そして、ハッチ１１が開かれたとき、反射器１４ａの焦点位置に輻射器１４ｂが位置するように、ハッチ１１の開度が設定されている。

このような人工衛星２を打ち上げる際には、アンテナ１４をペイロード室１６に収納し、ハッチ１１を閉じて打ち上げられる。そして、人工衛星２が所定の軌道に乗ると、ハッチ開閉機構１７によりハッチ１１が開かれる。これにより、アンテナ１４は衛星外に飛び出して、通信可能となる。

以上説明したように、ペイロード室１６のデッドスペースにアンテナ１４を収納して打ち上げるため、ミッション機器１３が近接配置されるための内壁の面積を小さくする必要がない。即ち、人工衛星の目的や機能に影響を与えることなく、人工衛星２を小型化することができる。

なお、上記説明では、ハッチ１１は、ペイロード室１６の側壁１２に設けられた場合について説明したが、図４に示すように、ペイロード室１６の天井壁１２ｂに設けることも可能である。

さらに、反射器１４ａと輻射器１４ｂとの相対位置は、ハッチ１１の開閉度合いにより調整する構成であったが、図４に示すように、反射器１４ａと輻射器１４ｂとを共にハッチ１１に取付けた構成でも良い。この場合は、輻射器１４ｂはアーム１４ｃを介してハッチ１１に固定されている。従って、反射器１４ａと輻射器１４ｂとの相対位置は機械的に決めることができるようになる。

また、ハッチ開閉機構１７を制御可能にすることにより、人工衛星２の姿勢制御を行うことなく、電波の出力方向や受信方向に応じてアンテナ１４の向きが調整できるようになる。即ち、電波の出力方向や受信方向に応じてハッチ１１の開き度合いを調整することで、アンテナ１４の向きが調整できる。従って、高品質な通信が可能になる。
本願は、２０１１年１１月１日に、日本に出願された特願２０１１−２４０４００号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明に係わる人工衛星によれば、人工衛星の目的や機能を損なうことなく人工衛星を小型化することができる。

２ 人工衛星
４ バス部
６ ペイロード部
１１ ハッチ
１２ 側壁（ペイロード室壁）
１２ａ 上端縁部
１２ｂ 天井壁
１３ ミッション機器
１４ アンテナ
１４ａ 反射器
１４ｂ 輻射器
１４ｃ アーム
１６ ペイロード室

Claims (3)

1. アンテナを搭載した人工衛星であって、
   内部にペイロード室が形成されたペイロード部と、
   前記ペイロード室に配置される発熱体としてのミッション機器と、
   前記ペイロード室と外部とを隔壁する壁に形成された少なくとも１つのハッチと、
   前記ハッチを開くハッチ開閉機構と、
   を備え、
   前記ハッチには前記アンテナが取付けられ、
   前記ハッチを開放することで、前記アンテナ、及び前記ミッション機器が外部に露出し、
   前記アンテナは、反射器と輻射器とを含み、
   前記反射器と前記輻射器とが、前記ハッチに取付けられ、
   前記ハッチ開閉機構は、前記ハッチの開き度合いを調整する人工衛星。
2. 請求項１に記載の人工衛星であって、
   前記ハッチは、前記人工衛星のミッション機能を実行する前記ミッション機器を収納する前記ペイロード部の天井壁又は側壁に設けられている人工衛星。
3. 請求項１または２のいずれか１項に記載の人工衛星であって、
   前記ハッチ開閉機構は、前記ハッチを所定量開く人工衛星。

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