JP6337673B2 - Solar sail and solar sail spacecraft using the same - Google Patents
Solar sail and solar sail spacecraft using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6337673B2 JP6337673B2 JP2014152994A JP2014152994A JP6337673B2 JP 6337673 B2 JP6337673 B2 JP 6337673B2 JP 2014152994 A JP2014152994 A JP 2014152994A JP 2014152994 A JP2014152994 A JP 2014152994A JP 6337673 B2 JP6337673 B2 JP 6337673B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sail
- solar
- spacecraft
- solar sail
- small
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、ソーラセイル及びそれを用いたソーラセイル宇宙機に関する。 The present invention relates to a solar sail and a solar sail spacecraft using the same.
2010年にソーラ電力セイル実証機であるIKAROSが、世界で初めての惑星間ソーラセイル宇宙機として打ち上げられた。このIKAROSは、打ち上げ時にはソーラセイルを折りたたんで収納し、軌道に達すると機体をスピンさせ、そのときの遠心力で収納されたソーラセイルを展開する構成となっている。 In 2010, IKAROS, a solar power sail demonstrator, was launched as the world's first interplanetary solar sail spacecraft. The IKAROS is configured to fold and store the solar sail when launched, spin the aircraft when reaching the orbit, and deploy the solar sail stored by centrifugal force at that time.
このソーラセイルは、太陽等からの光を反射することにより、その反作用により推力を生む帆である。なお、このソーラセイルには、薄膜の太陽電池も搭載されている。 This solar sail is a sail that reflects light from the sun or the like and produces thrust by its reaction. The solar sail is also equipped with a thin film solar cell.
このとき、ソーラセイル宇宙機は、軌道変更・調整する際の姿勢制御において、ソーラセイルの向きを変更する必要がある。しかし、大きく膜を広げた衛星全体の姿勢を変えることは容易でない問題、及び、観測器など他機器の要求により衛星全体の姿勢が制約される問題があった。 At this time, the solar sail spacecraft needs to change the direction of the solar sail in the attitude control when changing or adjusting the trajectory. However, there is a problem that it is not easy to change the attitude of the entire satellite with the film widened, and there is a problem that the attitude of the entire satellite is restricted by the request of other equipment such as an observer.
そこで、特開2004−345386号公報においては、図5に示すようなソーラセイル111が提案されている。このソーラセイル111は、ソーラセイル主膜面に圧電フィルムを用いて曲率を生じさせることにより、正の方向に傾斜する高反射率部116と負の方向に傾斜する低反射率部117を形成する。そして、高反射率部116が発生する推進力と低反射率部117が発生する推進力の合力の方向を制御して、ソーラセイルの姿勢を制御する駆動力を得るようになっている。
Therefore, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-345386 proposes a
しかしながら、特開2004−345386号公報にかかる構成では、一面のソーラセイル主膜面からなるソーラセイルであるため、光圧による軌道制御には姿勢変更を伴うが、大きく膜を広げた衛星の姿勢を変更するのは容易ではない。また、特に、観測を行いながら軌道制御を行う際には、観測対象に対する宇宙機本体の姿勢が規定されるため、必要な姿勢変更ができない場合が生じる。また、光圧ではなくエンジンを用いて軌道変更する構成でも、観測姿勢の制約からエンジンを効果的に起動させることができない場合が生じる。 However, in the configuration according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-345386, the solar sail is composed of a single solar sail main film surface. Therefore, orbit control by light pressure is accompanied by a change in attitude, but the attitude of the satellite with a greatly expanded film is changed. It is not easy to do. In particular, when orbit control is performed while observing, the attitude of the spacecraft main body with respect to the observation target is specified, so that the necessary attitude change may not be possible. Even in a configuration in which the trajectory is changed using the engine instead of the light pressure, there are cases where the engine cannot be started up effectively due to the restriction of the observation posture.
そこで、本発明の主目的は、宇宙機本体の姿勢を変えない状態で軌道制御を効率的にできるようにしたソーラセイル及びそれを用いたソーラセイル宇宙機を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a solar sail and a solar sail spacecraft using the solar sail that can efficiently perform orbit control without changing the attitude of the spacecraft body.
上記課題を解決するため、宇宙機本体に取り付けられて、スピンすることで展開するソーラセイルにかかる発明は、ソーラセイルが、宇宙機本体を1つの頂点とする3角形のセイルブロックに分割され、かつ、各セイルブロックが、矩形板状に形成されて、一方の面が反射面をなす小セイルと、小セイルの4コーナと係合して、複数の小セイルを所定間隔で並設・保持する連結体と、連結体の一端が連結されて、当該連結体の長さを調節することで、小セイルの反射面の角度を変えるアクチュエータと、連結体の他端に設けられて、宇宙機本体がスピンした際に生じる遠心力で、複数のセイルブロックからなるソーラセイルを展開させる錘と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention relating to a solar sail that is attached to a spacecraft body and expands by spinning, the solar sail is divided into triangular sail blocks having the spacecraft body as one vertex, and Each sail block is formed in the shape of a rectangular plate, and is engaged with a small sail whose one surface is a reflective surface and the four corners of the small sail to connect and hold a plurality of small sails in parallel at predetermined intervals. The body and one end of the connecting body are connected, and the length of the connecting body is adjusted to change the angle of the reflective surface of the small sail, and the other end of the connecting body is provided. And a weight for expanding a solar sail composed of a plurality of sail blocks by a centrifugal force generated upon spinning.
また、ソーラセイル宇宙機にかかる発明は、上記ソーラセイルを、宇宙機本体の周りに展開可能に備えたことを特徴とする。 Further, the invention relating to the solar sail spacecraft is characterized in that the solar sail is provided so as to be able to be deployed around the spacecraft body.
本発明によれば、ソーラセイルを複数のセイルブロックに分割し、かつ、各セイルブロックを傾斜角が変えられるように設けた小セイルで構成したので、宇宙機本体の姿勢を変えることなく、光圧による軌道制御ができるようになる。 According to the present invention, the solar sail is divided into a plurality of sail blocks, and each sail block is constituted by a small sail provided so that the inclination angle can be changed, so that the light pressure can be changed without changing the attitude of the spacecraft body. Orbit control by
本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかるソーラセイル宇宙機2の構成を示す図である。
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
ソーラセイル宇宙機2は、宇宙機本体4の周囲に展開されるソーラセイル10を備える。
The
ソーラセイル10は、宇宙機本体4を頂点とする三角形状に複数分割されている。以下、分割された領域をセイルブロックと記載する。図1のソーラセイル10は、4つのセイルブロックR1〜R4(R)に分割されて、展開された際には概ね正方形の外形をなしている。無論、ソーラセイル10の外形は、正方形に限定されるものではなく、例えば、6角形、8角形等の多角形(円を含む)であっても良い。
The
各セイルブロックRは、小セイル11、連結体12、錘13、アクチュエータ14により構成されている。そして、恰も窓に取り付けられるブラインドのように、アクチュエータ14が連結体12の長さを変えることにより、この連結体12に連結された小セイル11が角度を変えるようになっている。連結体12としては紐が考えられる。
Each sail block R includes a
小セイル11は、概ね矩形板状に形成されて、入射光等の入射光が入射する面(反射面)が鏡面に形成された薄膜体である。そして、セイルブロックRには、長さの異なる小セイル11を等間隔に配置されて、小セイル11のコーナは、連結体12により連結されている。従って、1つの小セイル11には4本の連結体12が連結されている。即ち、連結体12は、小セイル11の4コーナと係合して、複数の小セイル11を所定間隔で並設・保持している。
The
図2は、図1におけるA−A断面図である。図2において、ソーラセイル面Sに並行に左右2本の連結体12が図示されている。そこで、入射光側の連結体12を表連結体12aとし、反射面と反対側の連結体12を裏連結体12bと記載する。なお、ソーラセイル面Sとは、入射光側のソーラセイル10がなす面とする。
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 2, two right and
アクチュエータ14は宇宙機本体4側に設けられて、連結体12の一端が取り付けられている。なお、連結体12の他端には錘13が設けられている。そして、アクチュエータ14は、各連結体12を宇宙機本体4側に引き寄せたり、離したりすることで、小セイル11の傾斜角を調整する。ここで、傾斜角は、小セイル11の反射面がソーラセイル面Sの法線となす角度と定義する。
The
次に、このようなソーラセイル宇宙機2において、光圧を利用して姿勢制御する方法について説明する。このとき、図3に示すように、ソーラセイル宇宙機2は、ミッション機器として望遠鏡を搭載し、軌道Tを飛翔しているとする。観測目標Pを観測する際には、ソーラセイル宇宙機2は望遠鏡の光軸を観測目標Pに合わせる。従って、軌道Tに沿って飛翔している際には、観測目標Pが望遠鏡の光軸上に位置するように、ソーラセイル宇宙機2の姿勢制御を行う必要がある。
Next, a method for attitude control using light pressure in such a
例えば、図3においてソーラセイル宇宙機2が位置Q1に位置して観測目標Pを観測している際に、軌道Tに沿って飛翔するために搭載エンジンを起動して軌道修正を行う場合を考える。この場合には、搭載エンジンはソーラセイル宇宙機2に機械的に固着されているので、噴射口等の位置を変えることができないことがある。即ち、搭載エンジンだけで観測目標Pの観測を継続しながら軌道制御を行うことが困難になる場合が生じる。
For example, consider the case where the onboard engine is activated to correct the trajectory in order to fly along the trajectory T when the
そこで、本実施形態においては、ソーラセイル10に作用する光圧を利用して軌道制御の自由度を向上させる。なお、光圧による軌道制御の制御量や制御方向は、小セイル11の傾斜角を調整することにより行う。
Therefore, in the present embodiment, the degree of freedom of trajectory control is improved using the light pressure acting on the
図4は、アクチュエータ14により連結体12を駆動して、小セイル11の傾斜角を変える様子を示した図で、(a)はソーラセイル宇宙機2に推進力が作用しない場合、(b)は図面右方向に推進力が作用する場合、(c)は図面左方向に推進力が作用する場合の図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the connecting
なお、図4において宇宙機本体4に対して右側のセイルブロックをR,左側のセイルブロックをLで示す。例えば、右側の表連結体12aは表連結体12a_R、左側の表連結体12aは表連結体12a_Lである。
In FIG. 4, the right sail block with respect to the spacecraft
(1)推進力が作用しない場合:
この場合は、図4(a)に示すように、右側の小セイル11_Rの傾斜角θ_Rと左側の小セイル11_Lの傾斜角θ_Lとは、θ_R+θ_L=0を満たす。これにより、右側の小セイル11_Rには、ソーラセイル面Sに沿って力f1_Rが作用し、左側の小セイル11_Lにはソーラセイル面Sに沿って力f1_Lが作用して、f1_R=f1_Lとなる。但し、力f1_Rと力f1_Lとの力の向きは逆である。この結果、右側のセイルブロックによる力と左側のセイルブロックによる力とが相殺し合って、ソーラセイル面Sに沿った推進力は働かない。
(1) When propulsive force does not act:
In this case, as shown in FIG. 4A, the inclination angle θ_R of the right small sail 11_R and the inclination angle θ_L of the left small sail 11_L satisfy θ_R + θ_L = 0. Thereby, the force f1_R acts on the right small sail 11_R along the solar sail surface S, and the force f1_L acts on the left small sail 11_L along the solar sail surface S, so that f1_R = f1_L. However, the direction of the force f1_R and the force f1_L is opposite. As a result, the force from the right sail block and the force from the left sail block cancel each other, and the propulsive force along the solar sail surface S does not work.
(2)右方向に推進力が作用する場合:
図4(a)の状態から裏連結体12b_L、12b_Rをアクチュエータ14により宇宙機本体4側(矢印K2_L、K2_R方向)に引き寄せて、図4(b)に示す状態にする。但し、引き寄せ量は、裏連結体12b_Lより裏連結体12b_Rの方を大きくする。これにより、右側の小セイル11_Rの傾斜角θ_Rと左側の小セイル11_Lの傾斜角θ_Lとは同じ符号の角度となり、右側の小セイル11_Rには、ソーラセイル面Sに沿って力f2_Rが作用し、左側の小セイル11_Lにはソーラセイル面Sに沿って力f2_Lが作用する。但し、力f1_Rと力f1_Lとの力の向きは同じである。この結果、右側のセイルブロックによる力と左側のセイルブロックによる力とが合成されて、ソーラセイル面Sに沿って図面右方向に推進力が働く。
(2) When propulsive force acts in the right direction:
From the state of FIG. 4A, the back coupling bodies 12b_L and 12b_R are pulled toward the spacecraft
(3)左方向に推進力が作用する場合:
図4(a)の状態から裏連結体12b_L、12b_Rをアクチュエータ14により宇宙機本体4側(矢印K3_L、K3_R方向)に引き寄せて、図4(b)に示す状態にする。但し、引き寄せ量は、裏連結体12b_Rより裏連結体12b_Lの方を大きくする。これにより、右側の小セイル11_Rの傾斜角θ_Rと左側の小セイル11_Lの傾斜角θ_Lとは同じ符号の角度となり、右側の小セイル11_Rには、ソーラセイル面Sに沿って力f3_Rが作用し、左側の小セイル11_Lにはソーラセイル面Sに沿って力f3_Lが作用する。但し、力f3_Rと力f3_Lとの力の向きは同じである(図面の左方向)。この結果、右側のセイルブロックによる力と左側のセイルブロックによる力とが合成されて、ソーラセイル面Sに沿って図面左方向に推進力が働く。
(3) When a driving force acts in the left direction:
From the state of FIG. 4A, the back coupling bodies 12b_L and 12b_R are pulled toward the spacecraft
なお、ソーラセイル宇宙機2を回転させる場合には、傾斜角θ_Rと傾斜角θ_Lとを異なる角度にする。例えば、図4(c)において、傾斜角θ_R<傾斜角θ_Lのように異なる角度にする。このとき、力f3_R<力f3_Lとなり、光圧によるソーラセイル面Sに垂直な力成分が、右側の小セイル11_Rより左側の小セイル11_Lの方が大きくなって、ソーラセイル宇宙機2の姿勢制御ができる。
When the
また、ソーラセイル宇宙機2がスピンしている場合には、スピンに同期して各小セイル11の傾斜角を調整する。
When the
以上説明したように、ソーラセイル10を複数のセイルブロックに分割し、かつ、各セイルブロックにおける小セイルの傾斜角を調整可能にしたので、ソーラセイル宇宙機の姿勢を変えることなく、光圧により軌道制御等が行えるようになる。
As described above, the
2 ソーラセイル宇宙機
4 宇宙機本体
10 ソーラセイル
11 小セイル
12 連結体
12a 表連結体
12b 裏連結体
13 錘
R(R1〜R4) セイルブロック
2
Claims (4)
前記ソーラセイルが、前記宇宙機本体を1つの頂点とする複数の3角形のセイルブロックからなり
各セイルブロックは、
矩形板状に形成されて、一方の面が反射面をなす複数の小セイルと、
前記小セイルの4コーナと係合して、複数の前記小セイルを所定間隔で並設・保持する連結体と、
前記連結体の一端が連結されて、当該連結体の長さを調節することで、前記小セイルの反射面の角度を変えるアクチュエータと、
前記連結体の他端に設けられて、前記宇宙機本体がスピンした際に生じる遠心力で、複数の前記セイルブロックからなる前記ソーラセイルを展開させる錘と、を含む、
ことを特徴とするソーラセイル。 A solar sail that is attached to the spacecraft body and expands the sail by spinning,
The solar sail is composed of a plurality of triangular sail blocks having the spacecraft body as one vertex, and each sail block is
A plurality of small sails that are formed in a rectangular plate shape and one surface forms a reflective surface;
A coupling body that engages with the four corners of the small sail and juxtaposes and holds the plurality of small sails at predetermined intervals
One end of the connecting body is connected, and by adjusting the length of the connecting body, an actuator that changes the angle of the reflective surface of the small sail,
A weight that is provided at the other end of the coupling body and that unfolds the solar sail composed of a plurality of the sail blocks by a centrifugal force generated when the spacecraft main body is spun.
This is a solar sail.
前記連結体は紐であることを特徴とするソーラセイル。 The solar sail according to claim 1,
The solar sail is characterized in that the connecting body is a string.
前記アクチュエータは、スピンする前記宇宙機本体の回転位置に応じて、各セイルブロックにおける小セイルの傾斜角を調整することを特徴とするソーラセイル。 The solar sail according to claim 1 or 2,
The solar sail is characterized in that the actuator adjusts the inclination angle of the small sail in each sail block according to the rotational position of the spinning spacecraft body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014152994A JP6337673B2 (en) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | Solar sail and solar sail spacecraft using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014152994A JP6337673B2 (en) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | Solar sail and solar sail spacecraft using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016030486A JP2016030486A (en) | 2016-03-07 |
JP6337673B2 true JP6337673B2 (en) | 2018-06-06 |
Family
ID=55441146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014152994A Active JP6337673B2 (en) | 2014-07-28 | 2014-07-28 | Solar sail and solar sail spacecraft using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6337673B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017193091A1 (en) | 2016-05-05 | 2017-11-09 | L'garde, Inc. | Solar sail for orbital maneuvers |
JP6842169B2 (en) * | 2017-07-11 | 2021-03-17 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | Sheet structure, shape estimation method, and spacecraft |
CN111547273B (en) * | 2020-05-14 | 2021-05-25 | 中国人民解放军国防科技大学 | Thin film spacecraft |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4614319A (en) * | 1980-05-05 | 1986-09-30 | Drexler Kim E | Solar sail |
JPS58197781A (en) * | 1982-05-12 | 1983-11-17 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Window with built-in solar battery |
JPS6094895A (en) * | 1983-10-28 | 1985-05-28 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Sailing ship |
JPH05294297A (en) * | 1992-04-17 | 1993-11-09 | Shimizu Corp | Construction of large-sized cosmos structure article |
FR2711111B1 (en) * | 1993-10-12 | 1995-12-15 | Matra Marconi Space France | Space craft with solar sail and method of piloting such a craft. |
AU2002318203A1 (en) * | 2001-07-06 | 2003-01-21 | Team Encounter, Llc | Space craft and methods for space travel |
JP3541225B2 (en) * | 2001-07-16 | 2004-07-07 | 宇宙科学研究所長 | Large membrane space structure and deployment method thereof |
JP3780344B2 (en) * | 2003-05-20 | 2006-05-31 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | Solar sale control method, solar sale, and spacecraft |
JP2012174788A (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Fuji Electric Co Ltd | Solar power generation device |
DE102011082497A1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-03-14 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Solar sail drive for satellite, has two intersecting poles, where sailing segment is arranged between pole ends and common center |
-
2014
- 2014-07-28 JP JP2014152994A patent/JP6337673B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016030486A (en) | 2016-03-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7045976B2 (en) | Aircraft with deployable components | |
US8770521B2 (en) | Device for protecting an optical instrument of a satellite | |
JP6337673B2 (en) | Solar sail and solar sail spacecraft using the same | |
CN102574575B (en) | A kind of aviation aircraft | |
US9718639B2 (en) | Device for unfurling and refurling a flexible structure, and a flexible unfurlable structure and satellite both equipped with such a device | |
US20160340028A1 (en) | Multicopters with variable flight characteristics | |
US7874520B2 (en) | Satellite with deployable, articulatable thermal radiators | |
Straubel et al. | Deployable composite booms for various gossamer space structures | |
US20210024230A1 (en) | Maneuvering system for earth orbiting satellites with electric thrusters | |
US9663251B2 (en) | Thruster support mechanism for satellite propulsion | |
JP6817341B2 (en) | Spacecraft and control method | |
JP6375366B2 (en) | Orientable rocket engine system | |
JP2020147272A (en) | Systems and methods for releasing multiple spacecraft | |
US10464694B1 (en) | Asymmetric thruster gimbal configuration | |
Wu et al. | Heliogyro solar sail with self-regulated centrifugal deployment enabled by an origami-inspired morphing reflector | |
WO2016051141A1 (en) | Deployable structure | |
KR20170037551A (en) | Deployable assembly | |
KR101356554B1 (en) | Deploying and folding mechanism of wing for a portable guided missile | |
JP2012232738A (en) | Device for protection of multibeam optical instrument | |
JP7329483B2 (en) | observation satellite | |
RU2480387C2 (en) | Method of light-sail spacecraft reorientation and thrust control | |
Johnson et al. | Multiple NEO rendezvous using solar sail propulsion | |
GB2538375A (en) | Spring-assisted deployment of a pivotable rocket motor | |
KR101827759B1 (en) | (Unmanned Aerial Vehicle with High Agile Control Device) | |
Gorbunova et al. | The finite-element behaviour simulation of the rotary-type and frame-type solar sails on the geocentric orbits |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170615 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180323 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180410 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180423 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6337673 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |