JP5991578B2

JP5991578B2 - 人工衛星

Info

Publication number: JP5991578B2
Application number: JP2012158243A
Authority: JP
Inventors: 能見　公博; 公博能見; 克己大井
Original assignee: Kagawa University NUC
Current assignee: Kagawa University NUC
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: JP2014019238A

Description

本発明は、人工衛星に関する。さらに詳しくは、アンテナを搭載した特に小型の人工衛星に関する。

小型の人工衛星として一辺が10cmの立方体であるキューブサット（CubeSat）が知られている。このような小型の人工衛星に搭載するアンテナは設計に困難を伴う。例えば、145MHz帯のアンテナをダイポールアンテナなどの線状アンテナで構成する場合、少なくとも半波長の約1mの長さが必要となる。すなわち、人工衛星本体の全長より長いアンテナを搭載する必要があるため、打ち上げ時のアンテナの収納や宇宙空間でのアンテナの展開などが困難である。

また、小型の人工衛星には姿勢制御装置やアンテナ指向制御装置（例えば、特許文献１）を搭載できない。そのため、小型の人工衛星にロッドアンテナなどの指向性の高いアンテナを搭載する場合には、複数本のロッドアンテナを異なる方向に展開することにより、無指向性とすることが行われる。さらに、複数の周波数帯の電波を送受信するためには、各周波数に対応した長さを有する複数のアンテナを搭載する必要がある。
このように、小型の人工衛星に複数のアンテナを搭載する場合には、その収納や展開がさらに困難となる。

特開昭６０−１９３７９９号公報

本発明は上記事情に鑑み、アンテナの収納や展開が容易な人工衛星を提供することを目的とする。

第１発明の人工衛星は、フィルムアンテナと、太陽電池パネルが設けられた一対のパドル部と、を備え、前記一対のパドル部は、人工衛星本体に対して互いに対称に揺動可能に設けられており、前記フィルムアンテナは、前記一対のパドル部の間に架け渡されており、前記フィルムアンテナは、前記一対のパドル部を揺動して収納すると人工衛星本体に巻回されて収納され、該一対のパドル部を揺動して展開すると人工衛星本体から離間して展開されることを特徴とする。
第２発明の人工衛星は、第１発明において、前記フィルムアンテナは湾曲形に成形されていることを特徴とする。
第３発明の人工衛星は、第１または第２発明において、前記フィルムアンテナを人工衛星本体から離間する方向に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする。
第４発明の人工衛星は、フィルムアンテナと、太陽電池パネルが設けられたパドル部と、を備え、前記パドル部は、人工衛星本体に対して揺動可能に設けられており、前記フィルムアンテナは、前記パドル部の揺動端に連接されており、前記フィルムアンテナは、前記パドル部を揺動して収納すると人工衛星本体に接して収納され、該パドル部を揺動して展開すると人工衛星本体から離間して展開されることを特徴とする。

第１発明によれば、パドル部を展開すればフィルムアンテナも展開するので、１アクションでパドル部の展開とフィルムアンテナの展開ができ、展開ミスのリスクが少ない。また、フィルムアンテナの展開手段を設ける必要がないので、その分人工衛星を軽量化できる。
第２発明によれば、フィルムアンテナが湾曲状に展開されるので、無指向性アンテナとすることができる。
第３発明によれば、付勢手段の付勢によりフィルムアンテナを人工衛星本体から離間して確実に展開できる。
第４発明によれば、パドル部を展開すればフィルムアンテナも展開するので、１アクションでパドル部の展開とフィルムアンテナの展開ができ、展開ミスのリスクが少ない。また、フィルムアンテナの展開手段を設ける必要がないので、その分人工衛星を軽量化できる。

本発明の第１実施形態に係る人工衛星本体の斜視図であって、（ａ）は収納状態、（ｂ）は展開状態を示す。同人工衛星本体の付勢フィルム部分の拡大図であって、（ａ）は収納状態、（ｂ）は展開状態を示す。本発明の第２実施形態に係る人工衛星本体の斜視図であって、（ａ）は収納状態、（ｂ）は展開状態を示す。本発明の第３実施形態に係る人工衛星本体の斜視図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る人工衛星Ａは、略立方体の人工衛星本体１と、一対のパドル部２、２と、フィルムアンテナ３とを備えている。
パドル部２は人工衛星本体１の側壁とほぼ同寸法の略正方形の板部材である。一対のパドル部２、２は人工衛星本体１の側壁のうち対向する２面に設けられている。より詳細には、図１（ａ）におけるパドル部２の上縁が人工衛星本体１の側壁の上縁近傍に軸支され揺動可能となっている。そのため、一対のパドル部２、２は、人工衛星本体１に対して互いに対称に揺動可能に設けられている。また、人工衛星本体１の側壁４面と、パドル部２、２の両面には、太陽電池パネル４が設けられている。

パドル部２には、図示しない展開手段が設けられている。この展開手段によりパドル部２を、その内側の面が人工衛星本体１に接近した収納状態（図１（ａ）参照）または人工衛星本体１から離間した展開状態（図１（ｂ）参照）で姿勢を維持でき、かつ収納状態のパドル部２を揺動させて展開状態できる。

フィルムアンテナ３はフィルム上に導体テープを貼り付けたり、金属を線状に蒸着してアンテナ回路３ａが配置されたアンテナである。フィルムアンテナ３に用いられるフィルムは特に限定されないが、宇宙空間の温度環境（例えば、-150℃〜200℃）に耐えうる樹脂フィルム、例えばポリイミドフィルムなどが用いられる。
フィルムアンテナ３は帯状であり、その両端の短尺縁がそれぞれパドル部２、２の揺動端縁２ａ、２ａ（図１（ａ）における下縁）に接合され、一対のパドル部２、２の間に架け渡されている。また、フィルムアンテナ３のフィルムは長尺方向に湾曲形に成形されている。そのため、フィルムアンテナ３は、外力を加えなければ自らの長尺方向に湾曲する。

なお、アンテナ回路３ａは、フィルムアンテナ３のフィルムのみに配置されてもよいし、パドル部２や人工衛星本体１にまで及んで配置されてもよい。

図２に示すように、人工衛星本体１の側壁のうちパドル部２が設けられた側壁の上縁近傍には付勢フィルム５が設けられている。付勢フィルム５は、図２（ｂ）における下縁が人工衛星本体１の側壁に固定され、上縁が人工衛星本体１の上面より上方に突出して設けられている。付勢フィルム５に用いられるフィルムは特に限定されないが、宇宙空間の温度環境に耐えうる樹脂フィルム、例えばポリイミドフィルムなどが用いられる。
なお、付勢フィルム５が特許請求の範囲の記載の付勢手段に相当する。

図１（ａ）に示すように、打ち上げ時は、一対のパドル部２、２を人工衛星本体１に接近するように揺動して収納できる。そうすると、フィルムアンテナ３は人工衛星本体１に約３／４周巻回されて、パドル部２、２および人工衛星本体１の上面の計３面に接して収納される。また、図２（ａ）に示すように、フィルムアンテナ３を収納すると、付勢フィルム５はフィルムアンテナ３に押さえられてその内側で屈曲した状態となる。そのため、付勢フィルム５はその弾性によりフィルムアンテナ３を外側、すなわち人工衛星本体１から離間する方向に付勢する。

図１（ｂ）に示すように、宇宙空間では、一対のパドル部２、２を人工衛星本体１から離間するように揺動して展開できる。そうすると、フィルムアンテナ３は人工衛星本体１から離間して展開される。ここで、フィルムアンテナ３は長尺方向に湾曲形に成形されており、宇宙空間では外力が加わらないので、フィルムアンテナ３は自ら湾曲して展開する。また、図２（ｂ）に示すように、フィルムアンテナ３を展開する際に、付勢フィルム５が平らな形状に戻ることでフィルムアンテナ３を付勢するので、その付勢によりフィルムアンテナ３を人工衛星本体１から離間して確実に展開できる。

このように、宇宙空間でパドル部２、２を展開すればフィルムアンテナ３も展開するので、１アクションでパドル部２、２の展開とフィルムアンテナ３の展開ができる。そのため、従来のように太陽電池パネルの展開とアンテナの展開とを別々に行う場合に比べて、展開動作の回数が少なくなり展開ミスのリスクが少ない。また、フィルムアンテナ３の展開手段を設ける必要がないので、その分人工衛星Ａを軽量化できる。

図１（ｂ）に示すように、フィルムアンテナ３は湾曲状に展開されるので、全方向に電波を送受信できる無指向性アンテナとすることができる。

フィルムアンテナ３は人工衛星本体１の上方を覆うように展開されるため、パドル部２に設けられた太陽電池パネル４がフィルムアンテナ３の影に隠れる恐れがある。しかし、フィルムアンテナ３のフィルムとして透明ポリイミドフィルムなどの透光性の高いフィルムを用いれば、太陽電池パネル４への光を遮らず発電能力にほとんど影響を与えないので好ましい。

（第２実施形態）
図３に示すように、本発明の第２実施形態に係る人工衛星Ｂは、略立方体の人工衛星本体１と、一対のパドル部２、２と、２枚のフィルムアンテナ３、３とを備えている。
パドル部２は人工衛星１の側壁とほぼ同寸法の略正方形の板部材である。一対のパドル部２、２は人工衛星本体１の側壁のうち対向する２面に設けられている。より詳細には、図３（ａ）におけるパドル部２の一方の縦縁が人工衛星本体１の側壁の一方の縦縁近傍に軸支され揺動可能となっている。また、一対のパドル部２、２は、その揺動端２ａ、２ａが互い違いに設けられている。また、人工衛星本体１の側壁４面と、パドル部２、２の両面には、太陽電池パネル４が設けられている。

パドル部２には、図示しない展開手段が設けられている。この展開手段によりパドル部２を、その内側の面が人工衛星本体１に接近した収納状態（図３（ａ）参照）または人工衛星本体１から離間した展開状態（図３（ｂ）参照）で姿勢を維持でき、かつ収納状態のパドル部２を揺動させて展開状態できる。

フィルムアンテナ３は人工衛星１の側壁とほぼ同寸法の略正方形である。２枚のフィルムアンテナ３、３は、それぞれパドル部２、２の揺動端縁２ａ、２ａに連接されている。なお、フィルムアンテナ３のフィルムは平に成形されている。
なお、本実施形態のアンテナ回路３ａはフィルムアンテナ３のフィルムのみならずパドル部２にまで及んで配置されている。

図３（ａ）に示すように、打ち上げ時は、一対のパドル部２、２を人工衛星本体１に接近するように揺動して収納できる。そして、フィルムアンテナ３、３は人工衛星本体１の側壁のうちパドル部２、２が設けられていない側壁に接して収納される。すなわち、人工衛星本体１は、その側壁４面にパドル部２、２およびフィルムアンテナ３、３が巻回される。

図３（ｂ）に示すように、宇宙空間では、一対のパドル部２、２を人工衛星本体１から離間するように揺動して展開できる。そうすると、フィルムアンテナ３も人工衛星本体１から離間して展開される。ここで、フィルムアンテナ３は平に成形されており、宇宙空間では外力が加わらないので、フィルムアンテナ３は平なまま展開する。

このように、宇宙空間でパドル部２、２を展開すればフィルムアンテナ３、３も展開するので、１アクションでパドル部２、２の展開とフィルムアンテナ３、３の展開ができる。そのため、従来のように太陽電池パネルの展開とアンテナの展開とを別々に行う場合に比べて、展開動作の回数が少なくなり展開ミスのリスクが少ない。また、フィルムアンテナ３の展開手段を設ける必要がないので、その分人工衛星Ａを軽量化できる。

（第３実施形態）
図４に示すように、本発明の第３実施形態に係る人工衛星Ｃは、人工衛星本体１と、フィルムアンテナ３と、フィルムアンテナ３を収納する収納装置６とを備えている。
フィルムアンテナ３は帯状であり、そのフィルムは短尺方向に湾曲形に成形されている。また、フィルムアンテナ３は、長尺方向に巻かれて収納装置６に収納されている。すなわち、フィルムアンテナ３および収納装置６は、コンベックスタイプの巻尺と同様の構成を有している。

本実施形態のフィルムアンテナ３は、長尺方向に巻かれて収納されているので、収納状態において場所が取られない。また、フィルムアンテナ３は、巻かれている状態では短尺方向に平らな状態であるが、湾曲形に戻ろうとする力により自ら巻が戻るので、宇宙空間での展開が容易である。また、フィルムアンテナ３を長尺にできるので、アンテナ回路３ａを長くでき人工衛星本体１の全長と比較して長い波長の電波でも送受信できる。

以上のように、人工衛星にフィルムアンテナを備えれば、以下の効果が得られる。
フィルムアンテナ３は、自在に変形させることができ打ち上げ時の収納が容易である。また、収納状態を解除するだけで自ら元の形状に戻るので宇宙空間での展開が容易である。そのため、特に小型の人工衛星に好ましい。
１枚のフィルムアンテナ３に複数のアンテナ回路３ａを形成すれば複数の周波数帯の電波を送受信できる。そのため、複数枚のフィルムアンテナ３を設ける必要がなく、その分収納や展開が容易である。しかも、フィルムアンテナ３は広い面積を有するのでアンテナ回路３ａの配置の自由度が高く、広範囲の周波数帯のアンテナ回路３ａを配置でき、良好な利得が得られるアンテナ回路３ａを配置できる。
フィルムアンテナ３は、ロッドアンテナなどの他のアンテナに比べて軽量であるため、人工衛星Ａを軽量化できる。

Ａ、Ｂ、Ｃ人工衛星
１人工衛星本体
２パドル部
３フィルムアンテナ
４太陽電池パネル
５付勢フィルム
６収納装置

Claims

フィルムアンテナと、
太陽電池パネルが設けられた一対のパドル部と、を備え、
前記一対のパドル部は、人工衛星本体に対して互いに対称に揺動可能に設けられており、
前記フィルムアンテナは、前記一対のパドル部の間に架け渡されており、
前記フィルムアンテナは、前記一対のパドル部を揺動して収納すると人工衛星本体に巻回されて収納され、該一対のパドル部を揺動して展開すると人工衛星本体から離間して展開される
ことを特徴とする人工衛星。
前記フィルムアンテナは湾曲形に成形されている
ことを特徴とする請求項１記載の人工衛星。
前記フィルムアンテナを人工衛星本体から離間する方向に付勢する付勢手段を備える
ことを特徴とする請求項１または２記載の人工衛星。
フィルムアンテナと、
太陽電池パネルが設けられたパドル部と、を備え、
前記パドル部は、人工衛星本体に対して揺動可能に設けられており、
前記フィルムアンテナは、前記パドル部の揺動端に連接されており、
前記フィルムアンテナは、前記パドル部を揺動して収納すると人工衛星本体に接して収納され、該パドル部を揺動して展開すると人工衛星本体から離間して展開される
ことを特徴とする人工衛星。