JP7561237B2 - 宇宙船作業用デバイス、ならびに関連の組立体、システム、および方法 - Google Patents

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Description

優先権の主張
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、その開示のその全体が本参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年７月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／５３５，７４７号の利益を主張するものである。
本開示の実施形態は、概して、宇宙船（例えば、人工衛星）のための作業用（ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ）デバイスに関する。詳細には、本開示の実施形態は、１つまたは複数の脱着可能な作業用デバイス（例えば、ポッドまたはモジュール）を有する作業用システム、ならびに関連のデバイス、組立体、および方法に関する。
数千の宇宙船が、例えば、テレコミュニケーション、ＧＰＳナビゲーション、気象予報、および地図作製を含めた、種々の機能を遂行するために地球の軌道を周回している。すべての機械と同様に、宇宙船は、宇宙船の機能の耐用年数を延ばすための作業を定期的に必要とする。作業には、例えば、構成要素の修理、燃料補給、軌道上昇、静止位置の保持、運動量のバランシング、または他の保守管理が含まれてよい。これを達成するために、作業用宇宙船が、保守管理を必要としているクライアント宇宙船（ｃｌｉｅｎｔ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ）にドッキングするために軌道に送られ得、ドッキング後に、クライアント宇宙船に対して寿命延長のための保守管理を実施する。寿命延長のための保守管理を行わない場合、これらの宇宙船が活動停止する可能性がある。一般に、交換には非常に膨大な費用がかかり、リードタイムが数年になる可能性もある。
多様な特許文献および特許公報がこのような宇宙船の作業および関連の特徴を考察して発行されており、これには、米国特許３，５０８，７２３号、米国特許第４，２１９，１７１号、米国特許第４，３９１，４２３号、米国特許第４，５８８，１５０号、米国特許第４，６６４，３４４号、米国特許第４，８９８，３４８号、米国特許第５，００５，７８６号、米国特許第５，０４０，７４９号、米国特許第５，０９４，４１０号、米国特許第５，２９９，７６４号、米国特許第５，３６４，０４６号、米国特許第５，３７２，３４０号、米国特許第５，４９０，０７５号、米国特許第５，５１１，７４８号、米国特許第５，７３５，４８８号、米国特許第５，８０３，４０７号、米国特許第５，８０６，８０２号、米国特許第６，０１７，０００号、米国特許第６，２９９，１０７号、米国特許第６，３３０，９８７号、米国特許第６，４８４，９７３号、米国特許第６，５２３，７８４号、米国特許第６，７４２，７４５号、米国特許第６，８４３，４４６号、米国特許第６，９４５，５００号、米国特許第６，９６９，０３０号、米国特許第７，０７０，１５１号、米国特許第７，１０４，５０５号、米国特許第７，２０７，５２５号、米国特許第７，２１６，８３３号、米国特許第７，２１６，８３４号、米国特許第７，２４０，８７９号、米国特許第７，２９３，７４３号、米国特許第７，３７０，８３４号、米国特許第７，４３８，２６４号、米国特許第７，４６１，８１８号、米国特許第７，４８４，６９０号、米国特許第７，５１３，４５９号、米国特許第７，５１３，４６０号、米国特許第７，５７５，１９９号、米国特許第７，５８８，２１３号、米国特許第７，６１１，０９６号、米国特許第７，６１１，０９７号、米国特許第７，６２４，９５０号、米国特許第７，８１５，１４９号、米国特許第７，８２３，８３７号、米国特許第７，８２８，２４９号、米国特許第７，８５７，２６１号、米国特許第７，８６１，９７４号、米国特許第７，８６１，９７５号、米国特許第７，９９２，８２４号、米国特許第８，００６，９３７号、米国特許第８，００６，９３８号、米国特許第８，０１６，２４２号、米国特許第８，０５６，８６４号、米国特許第８，０７４，９３５号、米国特許第８，１８１，９
１１号、米国特許第８，１９６，８７０号、米国特許第８，２０５，８３８号、米国特許第８，２４０，６１３号、米国特許第８，２４５，３７０号、米国特許第８，３３３，３４７号、米国特許第８，４１２，３９１号、米国特許第８，４４８，９０４号、米国特許第８，８９９，５２７号、米国特許第９，１０８，７４７号、米国特許第９，３０２，７９３号、米国特許第９，３２１，１７５号、および米国特許第９，３９９，２９５号；米国特許出願公開２００４／００２６５７１号、米国特許出願公開第２００６／０１４５０２４号、米国特許出願公開第２００６／０１５１６７１号、米国特許出願公開第２００７／０２２８２２０号、米国特許出願公開第２００９／０００１２２１号、米国特許出願公開第２０１２／０１１２００９号、米国特許出願公開第２０１２／０３２５９７２号、米国特許出願公開第２０１３／０１０３１９３号、米国特許出願公開第２０１５／０００８２９０号、米国特許出願公開第２０１５／０３１４８９３号、米国特許出願公開第２０１６／００３９５４３号、および米国特許出願公開第２０１６／００３９５４４号；ＥＰ０５４１０５２、ＥＰ０７４１６５５Ｂ１、ＥＰ０７４１６５５Ｂ２、およびＥＰ１６５４１５９；ＰＣＴ Ｐｕｂ．２００５／１１０８４７、ＰＣＴ Ｐｕｂ．２００５／１１８３９４、ＰＣＴ Ｐｕｂ．２０１４／０２４１９９、およびＰＣＴ Ｐｕｂ．２０１６／０３０８９０；Ｊａｐａｎ Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．ＪＰＨ０１２８２０９８；「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｒｅｎｄｅｚｖｏｕｓ ａｎｄ Ｄｏｃｋｉｎｇ ｏｆ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ」Ｆｅｈｓｅ、Ｗｉｇｂｅｒｔ編、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ、２００３年；「Ｏｎ－Ｏｒｂｉｔ Ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ Ｍｉｓｓｉｏｎｓ：Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ」Ｓｅｌｌｍａｉｅｒ，Ｆ．ら編、ＳｐａｃｅＯｐｓ ２０１０ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、ＡＩＡＡ ２０１０－２１５９、２０１０年；ならびに「Ｔｏｗａｒｄｓ ａ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ Ｇｒａｓｐｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｕｅｌｉｎｇ Ｏｎ－Ｏｒｂｉｔ Ｓｅｒｖｉｃｉｎｇ ｆｏｒ Ｇｅｏ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ」Ｍｅｄｉｎａ，Ａｌｂｅｒｔｏら編、Ａｃｔａ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ １３４ １－１０、２０１７年；「ＤＥＯＳ－Ｔｈｅ Ｉｎ－Ｆｌｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎ’ｓ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｄｉｓｐｏｓｅ Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｅｄ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ」Ｒｅｉｎｔｓｅｍａ，Ｄ．ら編、が含まれ、これらの各々の開示はその全体が本参照により本明細書に組み込まれる。
しかし、宇宙船のための多様な作業オプションを提供する高い信頼性および堅牢性を有する作業用宇宙船には法外な費用がかかる可能性がある。他方で、低コストのオプションでは多様な作業オプションを提供することができない可能性があり、また多くの用途で必要となる高い信頼性および堅牢性を有する作業上の機能を提供することができない可能性がある。
本開示の実施形態は、宇宙船作業用デバイスと、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドとを有する宇宙船作業用システムを含む。少なくとも１つのポッドが宇宙船作業用デバイスによって運ばれる。宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船（ｔａｒｇｅｔ ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ）で作業することを目的として、宇宙船作業用システムの推進を利用して少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船に対して少なくとも１つのポッドが固定されるようになるまで少なくとも１つのポッドに少なくとも部分的に物理的に接触した状態を維持するように構成され、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船に対して少なくとも１つのポッドが固定された後で少なくとも１つのポッドとの物理的な接触を解除するように構成される。
本開示の実施形態は、宇宙船作業用デバイスと、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドとを有する宇宙船作業用システムをさらに含む。少なくとも１つのポッドが宇宙船作業用デバイスによって運ばれる。宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船で作業することを目的として、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。
本開示の実施形態は、少なくとも１つのセンサを備える宇宙船作業用デバイスと、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドとを有する宇宙船作業用システムをさらに含む。少なくとも１つのポッドが宇宙船作業用デバイスによって運ばれる。宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドを備える少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船で作業することを目的として、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送することに関連するターゲット宇宙船の一部分の特性を検出するように構成される。
本発明の実施形態は、宇宙船に近接するところに宇宙船作業用デバイスを配置することと、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える複数のポッドのうちの少なくとも１つのポッドを宇宙船まで移送することと、宇宙船に対して少なくとも１つのポッドが固定された後で少なくとも１つのポッドとの物理的な接触を解除することと、を含む、宇宙船で作業する方法をさらに含む。
本開示の実施形態は、宇宙船作業用デバイスと、複数のポッドとを備える宇宙船作業用システムをさらに含み、ここでは、宇宙船作業用デバイスが、複数のポッドの、装着、補給、燃料補給、脱着、再装着、または再使用、のうちの少なくとも２つを行うように構成される。
上記の概説は示される各々の実施形態を説明することを意図されず、また本開示のすべての実装形態を説明することも意図されない。
本出願に含まれる図面は本明細書に組み込まれるものであり、本明細書の一部をなすものである。図面は本開示の実施形態を示しており、本記述と併せて、本開示の原理を説明するものである。図面は特定の実施形態のみを示しており、本開示を限定するものではない。
図１Ａは、本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用システム、および作業を行われるターゲット宇宙船を示す簡略化された概略図である。 図１Ｂは、図１Ａの宇宙船作業用システムの１つまたは複数のデバイス上に実装され得る燃料タンク供給デバイスの実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による宇宙船作業用デバイスを示す簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による宇宙船作業用デバイスを示す簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による宇宙船作業用デバイスを示す斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるミッション延長用ポッド（ｍｉｓｓｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｐｏｄ）を示す簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、２つの推進ベクトルの向きにおいて宇宙船に取り付けられたミッション延長用ポッドを示す簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、２つのスラスタベクトルの向きにおいて宇宙船に取り付けられたミッション延長用ポッドを示す別の簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による宇宙船作業用システムの再供給デバイスを示す簡略化された概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用デバイスに結合された複数のポッドを有する宇宙船作業用デバイスの実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用デバイスに結合された複数のポッドを有する宇宙船作業用デバイスの実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用デバイスに結合された複数のポッドを有する宇宙船作業用デバイスの実施形態を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用デバイスに結合された複数のポッドを有する宇宙船作業用デバイスの実施形態を示す図である。
本明細書で提示される図は、任意特定のデバイス、組立体、システム、またはそれらの構成要素の実際的な図であることを意図されず、説明的な実施形態を説明するために採用される単に理想化された図である。図面は必ずしも正確な縮尺ではない。
所与のパラメータの言及において本明細書で使用される「実質的に」という用語は、許容される製造公差の範囲内にあるなどといったように、わずかな程度の差異量で所与のパラメータ、特性、または状態が適合すると当業者であれば理解するような範囲を意味し、そのような範囲を含む。例えば、実質的に適合するパラメータは、少なくとも約９０％で適合するものであってよいか、少なくとも約９５％で適合するものであってよいか、または少なくとも約９９％で適合するものであってよい。
本開示の実施形態は、概して、宇宙船（「クライアント」とも称される）に対して寿命延長のための作業を提供するための宇宙船（例えば、人工衛星、または他のビークル）作業用デバイスに関連する。宇宙船作業用システム、宇宙船作業用組立体、または宇宙船作業用デバイスが（例えば、宇宙船、ビークル）、宇宙船作業用デバイス（例えば、ＭＥＰマザーシップ（ＭＥＰＭ：ＭＥＰ ｍｏｔｈｅｒ ｓｈｉｐ）またはミッションロボットビークル（ＭＲＶ：ｍｉｓｓｉｏｎ ｒｏｂｏｔｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ））に初期状態で
取り付けられている１つまたは複数の配備可能な宇宙船作業用デバイス、ポッド、またはモジュール（例えば、ミッション延長用ポッド（ＭＥＰ：ｍｉｓｓｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｐｏｄ）を有することができる。宇宙船作業用デバイスが、クライアント宇宙船まで／クライアント宇宙船から、ポッドを移送することができる。宇宙船作業用再供給デバイスが、宇宙船作業用デバイスのための追加のポッドを提供することができる。
ポッド（例えば、マザーシップによって提供される、５個のポッド、６個のポッド、１０個のポッド、１５個のポッド、またはそれ以上のポッド）がターゲット宇宙船に提供され得（例えば、宇宙船に個別に配備され得るおよび／または取り付けられ得る）、それにより宇宙船に対して寿命延長のための作業を供給し、これには例えば、構成要素の修理、燃料補給、軌道上昇または他の修正（例えば、軌道離脱）、再配置、傾斜角引き下げ（ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｐｕｌｌ－ｄｏｗｎ）、静止位置の保持、運動量のバランシング、運動量調整、供給物の補給、新しい供給物または部品の提供、および／または他の保守管理が含まれる。いくつかの実施形態では、ポッドが、静止位置の保持、傾斜角引き下げ、軌道再配置、および廃棄を含めた、宇宙船の速度、配置、および／または軌道の調整のために利用され得る。いくつかの実施形態では、ポッドが、運動量を管理するのに、および宇宙船の姿勢制御を実現するのに、使用され得る。いくつかの実施形態では、ポッドが交換品および追加の構成要素を供給することができる。例えば、ポッドが、故障部品を交換するのに、既存部品を補完するのに、ならびに／あるいは宇宙船に対して、部品、選択された機能および構造部などを追加するのに、利用され得る構成要素（例えば、飛行制御構成要素、リアクションホイールなどの航空電子工学構成要素、モータ構成要素、通信構成要素、動力システム構成要素、センサ構成要素、光学構成要素、熱制御構成要素、遠隔測定構成要素、その組み合わせ、など）を装備することができる。さらなる例として、ポッドが、例えば、フォトセルまたはカメラ（例えば、スタートラッカー）を使用して星の位置を測定する光学デバイスなどの、遠隔測定用の構造部を有することができる。このようなデバイスが、宇宙船の航行の特性（例えば、姿勢）を監視および／または修正するためにポッド上に供給され得る。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイスが、軌道内での人工衛星の作業のために、ロボットの宇宙船作業用デバイス（例えば、種々のタスクのための１つまたは複数のエンドエフェクタを備える、１自由度またはそれより高い自由度を可能とする１つまたは複数のロボットアーム）を使用しての作業を必要とする場合に、ポッドのうちの１つまたは複数のポッドを配備して宇宙船に取り付けることができる。例えば、宇宙船作業用デバイスがポッドのうちの１つまたは複数のポッドを配備して宇宙船の一部分（例えば、分離リング（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｒｉｎｇ）、エンジン、外部付属物、あるいは他の任意適切な機械的アタッチメントまたは結合構造）に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス自体が、宇宙船に対してのポッドの配備の前に、配備中に、および／または配備後に、一部の作業タスクを実施することができる。
宇宙船作業用デバイスが、作業の必要時に、宇宙空間において宇宙船までまたは宇宙船の間を移動してミッション延長用ポッドを宇宙船の上に装着することができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイスが、作業のために、ポッドを宇宙船に取り付け、取り付けられたポッドから離れることができる。例えば、ポッドが宇宙船に永久的に取り付けられ得、実質的に宇宙船の別の構成要素となることができ、この別の構成要素は宇宙船の既存のシステムに繋がっていてもまたは繋がっていなくてもよい。このような実施形態では、ポッドが、選択される時間にわたって作業を行うように構成され得る（例えば、数分にわたるか、数週間にわたるか、数ヶ月にわたるか、数年にわたるような、短時間の作業および／または長時間の作業、あるいはその組み合わせ）。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイスまたは別の同様のデバイスが、選択される量の作業後に、ポッドを取り外すことができるか、ポッドに対して補給（燃料補給）を行うことができるか、お
よび／またはポッドを交換することができる。例えば、作業用システムの一部分（例えば、宇宙船作業用デバイス、または上で考察した再供給デバイスなどの別の部分）が、ポッドに１つまたは複数の消耗品（例えば、燃料、ガス、部品、など）を再供給（例えば、補充、補給、補完、など）するためにポッドのところに再訪することができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイスがこのような消耗品を有する追加のデバイス（例えば、タンク）をポッドに取り付けることができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイスが、宇宙船からポッドを脱着することができ、ポッドの補給および／または修理調整を行って同じ宇宙船もしくは別の宇宙船に対してポッドを再装着することができる（例えば、ポッドを再使用することができる）。
ポッドが、宇宙船に対して取り付けられると、起動され得、例えば宇宙船の方向を変化させること（例えば、宇宙船の軌道、位置、または他には向きを変化させることによる）を含めて、速度を変化させることにより（例えば、ΔＶを提供することにより）、例えば軌道維持を実現することができる。適切な時間および方向において、宇宙船およびミッション延長用ポッドの合計の質量に対して速度変化を与えることにより、ミッション延長用ポッドが、例えば、宇宙船の推進機能を交換することにより（例えば、完全に交換することにより）、または所望の速度、位置、および軌道を維持するのに必要である宇宙船の燃料消費速度を低下させることにより、宇宙船の軌道内に留まる期間（ｉｎ－ｏｒｂｉｔ ｌｉｆｅ）を延ばすことができる。ミッション延長用ポッドが、宇宙船に関連するデータから提供されるスケジュールに従って宇宙船に対してこのような速度変化を与えることができる。いくつかの実施形態では、操縦スケジュールのために必要であるデータがミッション延長用ポッドに予めプログラムされ得る。いくつかの実施形態では、ポッドが発射された後でおよび／または宇宙船に結合された後で、このようなスケジュールおよび他のデータがミッション延長用ポッドに伝送され得る。いくつかの実施形態では、ポッドが、宇宙船の他のシステムまたは付属部品と他の形で相互作用することなく、宇宙船に推進力（例えば、比較的小さい推進力）を提供することのみを行うように構成され得る。いくつかの実施形態では、ポッドが宇宙船を中心とするトルクを提供するように構成され得、その結果、宇宙船がその運動量を調整することができる。他の実施形態では、ポッドが他の作業を実現することができ（例えば、本明細書で考察されるように）、および／または宇宙船の１つまたは複数のシステムまたはサブシステムと少なくとも部分的に通信することができる。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス上のポッドの数が減少するかまたは使い果たされた後で、ミッション延長用ポッドの供給デバイスまたは再供給デバイス（ＭＥＰＲ：ｍｉｓｓｉｏｎ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｒｅｓｕｐｐｌｙ ｄｅｖｉｃｅ）により、人工衛星作業用システムが、宇宙船作業用デバイスにポッドを供給または再供給するように構成され得る。例えば、ミッション延長用ポッドの供給物が減らされるかまたは使い果たされると、宇宙船作業用デバイスがポッドの新しい供給物を得ることができ（例えば、５個のポッド、６個のポッド、１０個のポッド、１５個のポッド、またはそれ以上のポッド）、それにより見込まれる宇宙船に対しての寿命延長のための作業の提供を継続することができる。
ミッション延長用ポッド再供給デバイス（例えば、宇宙船）が、宇宙船作業用デバイスとランデブーするためにおよびデバイスにポッドを供給するために、多数のポッド（例えば、２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のポッド）を運ぶことができる。例えば、宇宙船作業用デバイスがそのロケーションまでランデブーする間において、ミッション延長用ポッドを備えるポッド再供給デバイスが地球同期軌道（ＧＥＯ）または他の軌道に配置され得る。宇宙船作業用デバイスがミッション延長用ポッド再供給デバイスに接近すると、宇宙船作業用デバイス上のおよび／またはポッド再供給デバイス上の１つまたは複数のデバイス（例えば、宇宙船作用行デバイスのロボットアーム）が、ミッション延長用ポ
ッドを、ミッション延長用ポッド再供給デバイスから宇宙船作業用デバイスへと再配置することができる。他の実施形態では、ポッド再供給デバイスが宇宙船作業用デバイスまで移動するように構成され得る。他の実施形態では、ポッド再供給デバイス上の１つまたは複数のデバイスが、宇宙船作業用デバイスまたはポッド再供給デバイスにポッドを供給するように構成され得、宇宙船作業用デバイスが、ポッドのうちの１つまたは複数のポッドを移送することを目的として一体に結合されるかまたは他の形で物理的に接続されるように構成され得る。
いくつかの実施形態では、ミッション延長用ポッド再供給デバイスが、宇宙船作業用デバイスに対しての追加の供給を実現することができるかまたは宇宙船作業用デバイスの作業を実現することができる。例えば、ポッド再供給デバイスが、必要時に、宇宙船作業用デバイスの操縦のための追加の推進燃料を提供することができる。いくつかの実施形態では、ポッド再供給デバイスが、燃料補給オペレーションを行うことによりおよび／または推進燃料を充填したタンクを再供給デバイスから宇宙船作業用デバイスまで移送することにより（例えば、宇宙船作業用デバイスおよび再供給デバイスのうちの一方または両方の上にある１つまたは複数のロボットアームを用いる）、宇宙船作業用デバイスに推進燃料を移送することができる。
いくつかの実施形態では、ミッション延長用ポッドの送達のための、宇宙船作業用デバイスおよび宇宙船のうちの一方または両方が、ＥＳＰＡＳｔａｒとして知られる、バージニア州、フォールズチャーチのＮｏｒｔｈｒｕｐ Ｇｒｕｍｍａｎによって開発された宇宙船などの、Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｅｘｐｅｎｄａｂｌｅ Ｌａｕｎｃｈ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＥＬＶ）のＳｅｃｏｎｄａｒｙ Ｐａｙｌｏａｄ Ａｄａｐｔｏｒ（ＥＳＰＡまたはＥＳＰＡリング）のクラスの宇宙船、あるいは適切な地球同期軌道または別の軌道を可能にし得るような他の任意適切な種類のデバイス、宇宙船、または発射ビークルを用いて管理され得、および／またはそれらを備えることができる。
いくつかの実施形態では、人工衛星作業用システムの１つまたは複数のデバイスまたは構成要素が、例えば、選択される地球同期軌道から地球同期の墓場軌道（ｇｅｏｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｒａｖｅｙａｒｄ ｏｒｂｉｔ）まで輸送されることにより（例えば、宇宙船作業用デバイスおよび／またはミッション延長用ポッド再供給デバイスの場合）、または宇宙船上の定位置に棄てられることにより（例えば、ミッション延長用ポッドの場合）、廃棄され得る。
図１Ａが宇宙船作業用システム１０の簡略化された概略図を示しており、ここでは、宇宙船作業用システム１０の少なくとも一部分が、デバイス（例えば、別のビークルまたは宇宙船２０）に接近するように、デバイスを捕獲するように、デバイスにドッキングするように、および／またはデバイスで作業を行うように、動作させられ得る。しかし、いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００が、後でより詳細に考察されるように、宇宙船２０に接近するように、および１つまたは複数のモジュールまたはポッド１０２（例えば、ミッション延長用ポッド１０２）を宇宙船２０まで移送するように、構成され得る。
このような宇宙船２０は、低地球軌道にあってよいか、中高度地球軌道にあってよいか、地球同期軌道にあってよいか、地球同期軌道を越えていてよいか、または地球などの天体の別の軌道にあってもよい。宇宙船２０が、ポッド１０２を宇宙船２０に機械的に結合するのを実現するのに使用され得る、例えば、エンジン、分離リング、および宇宙船の分野で既知であるおよび／または実装されている任意の他の種類の構造部などの、構成要素を有することができる（例えば、推進デバイスまたはシステム２２、燃料タンク２４、など）。例えば、エンジンは、液体アポジエンジン、固体燃料モータ、スラスタ、あるいは
他の種類のエンジンまたはモータであってよい。エンジンが宇宙船２０の天頂デッキ上に配置され得、天頂デッキは、地球の軌道を周回する宇宙船の場合は、地球の反対側に実質的に配置される宇宙船デッキである。
図１Ａに示されるように、宇宙船作業用デバイス１００が、宇宙船２０に接近して作業を行うように設計される別個の宇宙船であってよい。宇宙船作業用デバイス１００が、静止位置の保持、軌道上昇、運動量の調整（例えば、１つまたは複数の軸を中心とした運動量を取り除く（ｕｎｌｏａｄ））、姿勢制御、再配置、軌道離脱、燃料補給、修理、傾斜角引き下げ、または軌道上で行われ得る他の作業、を含めた作業を宇宙船２０に対して行うのを容易にすることができる。宇宙船作業用デバイス１００が、初期状態において宇宙船作業用デバイス１００に取り付けられている１つまたは複数の配備可能なポッドまたはモジュール１０２を有する。ポッド１０２が宇宙船２０に提供され得（例えば、宇宙船に配備され得、および／または取り付けられ得る）、例えば、構成要素の修理、交換、および／または追加、燃料補給、軌道上昇、静止位置の保持、運動量のバランシング、供給物の補給、新しい供給物の提供、ならびに／あるいは他の保守管理を含めた、作業を行うことを目的として（例えば、宇宙船２０に寿命延長作業を供給する）、作業用部品１０３（例えば、明瞭さのためにポッド１０２の１つの例のみで示される）を有することができる。
図１Ａに描かれるように、これらの作業を供給することを目的として、少なくとも１つのポッドが宇宙船作業用デバイス１００から提供され得、宇宙船２０に結合され得る（例えば、宇宙船の質量中心の近傍であるか、または宇宙船の質量中心を通って延在する軸に沿うように）。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用システム１０が、例えば、宇宙船作業用デバイス１００上のポッド１０２の数が減少するかまたは使い果たされた後で、宇宙船作業用デバイス１００にポッド１０２を供給または再供給するように構成されるミッション延長用ポッド供給または再供給デバイス３０を有することができる。例えば、ミッション延長用ポッド１０２の供給物が減少するかまたは使い果たされた後で、作業用デバイス１００がポッド１０２の新しい供給物を得ることができ（例えば、５個のポッド、１０個のポッド、１５個のポッド、またはそれ以上のポッド）、それにより見込まれる宇宙船２０に対しての寿命延長のための作業の提供を継続することができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００がそのロケーションまでランデブーする間において、ミッション延長用ポッド１０２を備えるポッド再供給デバイス３０が地球同期軌道（ＧＥＯ）に配置され得る。宇宙船作業用デバイス１００がミッション延長用ポッド再供給デバイス３０に接近すると、宇宙船作業用デバイス１００およびポッド再供給デバイス３０のうちの一方または両方の上の１つまたは複数のデバイス（例えば、後で考察される、宇宙船作業用デバイス１００の上にあるロボットアーム）が、ミッション延長用ポッド１０２のうちの１つまたは複数のミッション延長用ポッド１０２を、ミッション延長用ポッド再供給デバイス３０から宇宙船作業用デバイス１００へと再配置することができる。いくつかの実施形態では、ポッド再供給デバイス３０および宇宙船作業用デバイス１００のうちの一方が、ミッション延長用ポッド１０２を再配置することを目的としてもう一方を保持するように構成され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００がポッド再供給デバイス３０に接近することができ、ポッド再供給デバイス３０にドッキングすることができるかまたは他の形で係合され得る。ドッキングされると、宇宙船作業用デバイス１００が、１つまたは複数のポッド１０２を、再供給デバイス３０から宇宙船作業用デバイス１００まで、移送することができる（例えば、ロボットアームを使用する）。次いで、宇宙船作業用デバイス１００が切り離され得、別のポッドを他のデバイスに配備することができる。他の実施形態では、ポッド再供給デバイス３０が、宇宙船作業用デバイス１００まで移動するように構成され得る。他の実施形態では、ポッド再供給デバイス３０の上にある１つまたは複
数のデバイス（例えば、ロボットアーム）が、宇宙船作業用デバイス１００にポッド１０２を供給するように構成され得る。
ポッド１０２をターゲット宇宙船２０上に配置することを目的として、宇宙船作業用デバイス１００が、ポッドを配置するように、移動させるように、および／または装着するように構成される１つまたは複数の機構１２２（図２Ａ）の到達可能範囲内にポッド１０２を配置して保管することができる。後で考察するように、この機構が、１つまたは複数のロボットアーム１２２を、ならびに／あるいは後で考察するように宇宙船作業用デバイス１００をポッド１０２に固定するように構成される後で考察される配備デバイス１６０に類似の延伸可能なおよび／または拡大可能なブームなどの別の種類の配備デバイス（例えば、結合機構）を備えることができる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のロボットアーム１２２が、１つまたは複数の移動軸に沿うアーム１２２の移動を可能にする１自由度またはそれより高い自由度を有することができる。例えば、アーム１２２がいくつかの実施形態では１つの移動軸に沿って平行移動することができる延伸可能なブーム（例えば、後で考察する配備デバイス１６０に類似する）を備えることができるか、あるいは１つまたは複数の移動軸に沿って回転および／または平行移動することができるデバイスを備えることができる。第１の単一の機構（例えば、アーム）による到達可能範囲では不十分である場合、任意選択で、第２の機構（例えば、第２のアーム、あるいはポッド１０２を移動させることができるかまたは再方向付けすることができる何らかの他のデバイス）が実装され得、それによりターゲット宇宙船２０上にポッド１０２を装着するのに使用される第１の機構の到達可能範囲内までポッド１０２を移動させることができる。
例えば、ポッド１０２が、ロボットアームの到達可能範囲内において、宇宙船作業用デバイス１００の構造の上にまたはその中に配置され得る。単一のアームによる到達可能範囲では不十分である場合、任意選択の第２のアームまたは他のデバイスが、ターゲット宇宙船２０の上にポッド１０２を装着するのに使用されるもう一方のロボットアームの到達可能範囲内までポッド１０２を移動させるのに使用される。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２がロボットアームの到達可能範囲内において１つまたは複数の分離可能な構造の上に配置され得る。ポッド１０２が使い果たされると（例えば、完全に使い果たされる）、分離可能な構造が宇宙船作業用デバイス１００から脱着され得る。このような実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００の燃料消費が、その後のランデブーのためにまたは作業活動のために、低減され得る。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２が別のデバイス（例えば、宇宙船作業用デバイス１００と共に発射されるポッド再供給デバイス３０）上で運ばれ得、次いで発射後にポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００まで移送され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００がポッド再供給デバイス３０を地球同期軌道または他の軌道まで引くのに使用され得、次いでビークルが分離することができる。宇宙船作業用デバイス１００が、宇宙船作業用デバイス１００上のドッキング機構およびポッド再供給デバイス３０上の相補的な構造またはデバイスを使用して、ポッド再供給デバイス３０にドッキングすることができる。ドッキングされると、宇宙船作業用デバイス１００の上のロボットアームが、１つまたは複数のポッド１０２を、ポッド再供給デバイス３０から宇宙船作業用デバイス１００上の収容ロケーションまで、移送することができる。このようにして、ターゲット宇宙船２０とのその繰り返しのトランジットおよびランデブーのために、宇宙船作業用デバイス１００の総質量が最小となり、それによりミッションのライフサイクル全体にわたっての燃料使用が最小となる。ポッド再供給デバイス３０が、宇宙船作業用デバイス１００によりポッド１０２を戻したり再供給したりするために所望の軌道ロケーションに配置されるように協働的に制御され得る。
上で考察したように、システム１０の一部分（例えば、ポッド１０２、宇宙船作業用デバイス１００、および／または再供給デバイス３０）が、システム１０の別の部分または外部デバイス（例えば、ポッド１０２、宇宙船作業用デバイス１００、および／または宇宙船２０）に結合され得、それによりデバイスに１つまたは複数の消耗品（例えば、燃料、ガス、部品、など）を再供給（例えば、補充、補給、補完など）することができる。いくつかの実施形態では、このような供給物が、デバイスに取り付けられた追加の外部タンクの中に供給され得、および／または既存の構成要素を使用する交換（例えば、燃料補給）手順を介して供給され得る。
宇宙船は一般に、ミッションライフ中にポジショニングおよびポインティングを維持するのに、推進燃料（例えば、キセノン、ヒドラジン）を使用することになる。この推進燃料が使い果たされると、一般に、ミッションライフが終了する。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００、ポッド１０２、および／または再供給デバイス３０（「燃料供給デバイス」）が、システム１０の別の部分にまたは外部デバイス（例えば、ポッド１０２、宇宙船作業用デバイス１００、および／または宇宙船２０（「ターゲットデバイス」））に、追加の推進燃料を提供することができる。他の実施形態では、燃料供給デバイスが、例えば、タンク一杯分の、高圧キセノン、ヒドラジン、ヘリウム、四酸化窒素（ＮＴＯ：ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｔｅｔｒｏｘｉｄｅ）、低毒性の推進燃料、これらの組み合わせ、または任意適切な他の燃料、などの、他の燃料または流体を供給するように機能することができる。いくつかの実施形態では、推進燃料または燃料の選択が、ポッド１０２に用途に基づくものであってよい（例えば、宇宙船２０の構成に基づくものであってよい）。
図１Ｂが、システム１０（図１Ａ）の１つまたは複数のデバイス上に実装され得るような、燃料供給デバイスの燃料タンク供給デバイス１４０の実施形態を描いている。図１Ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、燃料タンク供給デバイス１４０上の管類１４２が、タンク１４１内の燃料（例えば、高圧キセノン）を調整器１４３（例えば、機械的なおよび／または電気的な調整器）に供給することができる。調整器１４３が、ターゲットデバイスのシステムによって使用され得るようなレベルにするように圧力を制御することができる（例えば、低下させることができる）。追加の管類１４４が調整器１４３の下流に配置され得、対合するアダプタ１４５に接続され得る。対合するアダプタ１４５が、ターゲットデバイスの燃料に連通されるターゲットデバイスの結合装置（例えば、作業用ポート弁）に接続され得る。いくつかの実施形態では、燃料供給デバイスのこのような対合するアダプタ１４５が、ターゲットデバイスのタンクに結合されるための接続用の付属具（例えば、迅速脱着式の付属具、協働的な作業用弁、および／または単純な形の機械的な作業用弁）を有することができる。例えば、このような対合するアダプタ１４５が、流れ経路を開けたり閉じたりする弁（例えば、回転弁またはナット）を備えることができる。対合するアダプタ１４５が、ターゲットデバイス（例えば、相補的な雄型の結合部材）の結合装置（例えば、弁ポート）に取り付けられ得る結合部材（例えば、雌型の結合部材）を有することができる。
いくつかの実施形態では、ターゲットデバイスとの結合において、対合するアダプタ１４５がキャップまたはプラグを取り外すことによって準備を整えられ、ターゲットデバイスが任意の構造（例えば、ブランケットならびに／あるいはキャップまたはプラグ）を取り外すことによって準備を整えられ得る。準備が整えられると、対合するアダプタ１４５がターゲットデバイスの作業用弁に機械的に取り付けられ得、１つまたは複数の弁（例えば、ターゲットデバイスの上にあるかまたは燃料タンク供給デバイス１４０の上にある）が開けられ得、圧力が監視され得る（例えば、ターゲットデバイスのシステム内で圧力が検出され得る）。この圧力が低下することで、燃料タンク供給デバイス１４０のアダプタと燃料タンク供給デバイス１４０の対合するアダプタ１４５との間で不適切な対合が生じ
ていることが示され得る。接続が確認されると、対合するアダプタ１４５の上流にある弁が開位置へと移動させられ得、タンク１４１がターゲットデバイスのタンクに燃料を供給することになる。燃料タンク供給デバイス１４０のタンク１４１が圧力の遠隔測定を欠くような実施形態では、ターゲットデバイスのシステムが、燃料タンク供給デバイス１４０のタンク１４１が枯渇状態に達したかどうかを判断することを目的として燃料の使用を監視するのに利用され得る。燃料供給デバイス１４０のタンク１４１が枯渇状態に近づくと、燃料タンク供給デバイス１４０のタンク１４１が、対合するアダプタ１４５およびターゲットデバイスの上流の弁を閉じることにより連通状態から外され得、新しいタンクがターゲットデバイスに接続され得る（例えば、前のタンクを交換することにより、同じ燃料タンク供給デバイス１４０上に置かれ得るか、または前のタンクを接続した状態で維持するのを可能にし得るように、別の燃料タンク供給デバイス上に置かれ得る）。この燃料タンク供給デバイス１４０が、初期状態においてシステムを与圧するための作業用弁１４６、設備のためのおよびターゲットデバイスに対しての取り付けのための機械的サポート、握持用の付属物、ならびに／あるいは受動的熱制御装置を有することができる。
図２Ａが、宇宙船作業用デバイス１００（例えば、図１Ａの宇宙船作業用デバイス１００）の実施形態の簡略化された概略図を描いている。図２Ａに示されるように、宇宙船作業用デバイス１００が、初期状態において宇宙船作業用デバイス１００に取り付けられている１つまたは複数の配備可能なポッドまたはモジュール１０２を有する。宇宙作業用デバイス１００が、天体の周りの軌道内に位置する人工衛星または他の宇宙船であってよい。
ポッド１０２を別の宇宙船まで送達するために、ポッド１０２を別の宇宙船に取り付けるために、および／またはポッド１０２を別の宇宙船へと回収するために、宇宙船作業用デバイス１００が化学的なまたは他の種類の反動エンジンを有することができ、ならびに／あるいは電気的に動力供給される推進システムを有することができる。例えば、宇宙船作業用デバイス１００が、１つまたは複数のスラスタ１０４と、化学的なおよび／または電気的な推進源（例えば、イオンスラスタのためのキセノン推進燃料および／またはヒドラジン推進燃料を収容する燃料タンク１０６）を有する動力システムと、電力処理ユニット１０８とを有することができる。宇宙船作業用デバイス１００の推進システム（例えば、スラスタ１０４を有する）が、１つまたは複数の移動軸内で宇宙船作業用デバイス１００を移動させるのを可能にすることができる（例えば、３つの平行移動軸と、３つの回転軸との、合計で６つの移動軸）。宇宙船作業用デバイス１００が、ソーラーアレイ１１０（例えば、脱着可能なソーラーアレイ）と、バッテリ１１２と、電力分配アセンブリ１１４などの電力調整電子部品と、制御サブシステム１１６（例えば、コマンド・データ処理、熱制御、誘導、ナビゲーション、および制御）と、通信サブシステム１１８（例えば、関連付けられるアンテナ１２０との無線周波（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）通信）と、アクセサリツール１２１（例えば、作業用部品、および／または後で考察されるロボットアームのためのエンドエフェクタ）と、を有することができる。これらの構成要素が、作業されることになる別の宇宙船の近傍のロケーションまで宇宙船作業用デバイス１００を操縦するのを可能にすることができる。
ポッド１０２を別の宇宙船の上に配備するために、ポッド１０２を別の宇宙船の上に取り付けるために、および／またはポッド１０２を別の宇宙船へと回収するために、宇宙船作業用デバイス１００が、配備および／または取り外しデバイス（例えば、１つまたは複数の可動アーム（例えば、１自由度、２自由度、３自由度、４自由度、５自由度、または６自由度を有するロボットアーム１２２））、エンジンの内部部分などのポッド１０２の一部分に結合され得る後で考察するランスおよび／または延伸可能な配備デバイス）を有することができ、この配備および／または取り外しデバイスが、付随の撮影システム（例えば、カメラ１２４）と、制御・動力システム（例えば、ロボットアビオニクス１２６お
よび電力供給源１２８）とを備える。これらのデバイスおよび構成要素が、宇宙船作業用デバイス１００上のポッド１０２に係合される（例えば、取り付けられる）のに利用され得る。例えば、ロボットアーム１２２のうちの１つまたは複数のロボットアームが、１つのポッド１０２に結合されて（例えば、エンドエフェクタを用いる）ポッド１０２をターゲット宇宙船の近傍まで移動させるのに、ポッド１０２を宇宙船に取り付けるのに、および取付後にポッド１０２を解放するのに、使用され得る。
いくつかの実施形態では、他のデバイスおよび方法が、ポッド１０２を宇宙船まで送達するのにおよび／またはポッド１０２を宇宙船に取り付けるのに利用され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００自体が、選択されるポッド１０２を宇宙船に接触させるように配置することを目的として宇宙船を基準として方向付けられることが可能であるか、宇宙船作業用デバイス１００自体が、ポッド１０２を適用する間において宇宙船を捕獲することができるかまたは他の形で保持することが可能であるか、ポッド１０２が、ポッド１０２を制御するためのおよび取り付けるための１つまたは複数の搭載されるシステムを有することが可能であるか、宇宙船作業用デバイス１００が、ポッド１０２を送達するように構成される推進ユニット制御装置を備える、個別に制御可能である再使用可能なユニットを有することが可能であるか、あるいは上記を組み合わせることも可能である。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００が、ロボットアームを使用することなく、ポッド１０２を宇宙船まで送達することができるか、ポッド１０２を宇宙船に取り付けることができるか、および／またはポッド１０２を宇宙性へ回収することができる。例えば、１つまたは複数のポッド１０２が取り付けられた状態で、宇宙船作業用デバイス１００がターゲット宇宙船とランデブーすることができる（例えば、後で考察するように、ターゲット宇宙船の位置および／または向きを検出するためにセンサを利用する）。ポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００に取り付けられている間、後でも考察されるポッド１０２の結合機構がターゲット宇宙船のところに配備されてターゲット宇宙船に係合され得る。ポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００から解放され得、解放の前、解放中、および／または解放の後において、ポッド１０２をターゲット宇宙船に固定するためのすべての残りのドッキング手順が完了され得る。
ポッド１０２を配備するのに、ポッド１０２を取り付けるのに、および／またはポッド１０２を回収するのに利用される特定の機構または構造部に関係なく、宇宙船作業用デバイス１００が、宇宙船作業用デバイス１００の１つまたは複数の部分を使用してポッド１０２をターゲット宇宙船のロケーションまで直接に送達する（例えば、機構および／または構造部を介する）ように構成され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００が、宇宙船作業用デバイス１００の上に（例えば、その一部分の上に）常在する配備機構および／または配備のための構造部（例えば、ロボットアーム１２２、延伸可能なおよび／または拡大可能なドッキング機構、など）のみを使用して、ポッド１０２を配備することができるか、ポッド１０２を取り付けることができるか、および／またはポッド１０２を回収することができる。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００の上に常在する配備機構および／または配備のための構造部のみが利用され、この間、ポッド１０２上のいかなる操縦デバイス（例えば、推進デバイス）も利用されない。例えば、ポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００により直接に操作され得、この間ポッド１０２自体の動力下でまたは推進力下でポッド１０２がターゲット宇宙船に隣接するロケーションまで独立して操縦および／または操作されない。定位置まで移動させられた後、宇宙船作業用デバイス１００の機構および／または構造部（例えば、ロボットアーム１２２、延伸可能なおよび／または拡大可能なドッキング機構）ならびに／あるいはポッド１０２の構造部（例えば、配備デバイス１６０などの、結合機構）が、ポッド１０２をターゲット宇宙船に固定するのに利用され得る。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００に少なくとも部分的に接触した状態を維持する間において、ポッド１０２がター
ゲット宇宙船に固定され得る。例えば、ポッド１０２がターゲット宇宙船に少なくとも部分的に接触した状態になると（例えば、固定される）、ポッド１０２が宇宙船作業用デバイス１００から解放され得る。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００が、ランデブー・近接オペレーション１３０などの、センサ組立体を有する（例えば、光検出および測距１３２、赤外線センサ１３４、および／または可視光線センサ１３６）。このような構成要素が、宇宙船作用デバイス１００により他の物体（例えば、ポッド１０２、作業に関連する機能が遂行されているときの他の宇宙船、など）を監視および／または検出するのを可能にすることができる。例えば、これらのセンサのうちの１つまたは複数のセンサ（例えば、光検出および測距１３２、赤外線センサ１３４、および／または可視光線センサ１３６）が、ポッド１０２（図１Ａ）を配備すること、装着すること、および／または取り外すことを目的として、宇宙船作業用デバイス１００によりターゲット宇宙船２０（図１Ａ）を基準としたランデブー・近接オペレーションを容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、センサのうちの１つまたは複数のセンサ（例えば、光検出および測距１３２、赤外線センサ１３４、および／または可視光線センサ１３６）が、宇宙船作業用デバイス１００によりターゲット宇宙船２０（図１Ａ）の１つまたは複数の構造物を検出するのを可能にすることができる。例えば、宇宙船作業用デバイス１００のセンサのうちの１つまたは複数のセンサが、ポッド１０２をターゲット宇宙船２０に取り付けるときの手法を決定することを目的として、ターゲット宇宙船２０のドッキングのための構造部（例えば、ドッキング機構、係留機構、または結合機構）あるいはターゲット宇宙船２０の他の構造部（例えば、構造的特徴）を検出することができる。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００が、宇宙船作業用デバイス１００によって実施されるオペレーションを容易にするように少なくとも部分的に再構成され得る。例えば、宇宙船２０（図１Ａ）に結合されるとき（例えば、ドッキングされるとき）、デバイス１００が種々の構造および／または構成要素（例えば、宇宙船２０にドッキングするのに使用される支柱）を再配置することができる（例えば、収容したり外に出したりすることができる）。これらの構造および／または構成要素は１つまたは複数のツール（例えば、ロボットアーム１２２）によって脱着され得、一時的な保管ロケーションに配置され得る。これらの構造および／または構成要素は、ターゲット宇宙船２０に対して宇宙船作業用デバイス１００がドッキングさせられるときに（例えばさらには、作業を行うときに）、取り付けられてよい。
いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００の上にある構造部が他のデバイス（例えば、宇宙船）を再構成するのに使用され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００の１つまたは複数のツール（例えば、ロボットアーム１２２）が、発射後に、宇宙船作業用デバイス１００の上方でｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐａｙｌｏａｄを積み重ねるのを容易にするための構造を取り外すのに、使用され得る。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００（例えばさらには、取り付けられたポッド１０２（図１Ａ））が、ＥＳＰＡリングまたは何らかの他の適切な構造に取り付けられ得る。発射後（例えば、軌道内において）、ロボットアーム１２２がポッド１０２を脱着して保管ロケーションに再配置することができ、さらには発射時廃棄（ｌａｕｎｃｈ ｄｉｓｐｏｓａｌ）中にまたは一時的な保管中に使用されるアクセサリ構造を脱着することができる。
図２Ｂが図２Ａの宇宙船作業用デバイス１００に実質的に類似してよい宇宙船作業用デバイス１５０の実施形態の簡略化された概略図を描いており、宇宙船作業用デバイス１５０は、描かれるように、宇宙船作業用デバイス１００の構成要素のうちの一部、その大部分、またはそのすべてを有することができる。図２Ｂに示されるように、宇宙船作業用デ
バイス１５０が、他のデバイス（例えば、宇宙船２０などの他の宇宙船、ポッド１０２、再供給デバイス３０、など）に結合されるための結合機構１５２（例えば、ドッキング機構、係留機構、保持機構、または他の形の取り付け機構）を有する。
上で考察したように、その初期状態での供給物としてポッド１０２を備える状態で軌道上にくると、宇宙船作業用デバイス１００が、ポッド１０２を装着するために、ターゲット宇宙船２０（図１Ａ）からターゲット宇宙船２０まで移動する。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００が、ポッド１０２を装着するのを（例えば、ロボットにより装着するのを）可能にすることを目的として宇宙船２０を基準とした最適な位置を保持するための追加の制御テクニックを採用することができる。この最適な位置は宇宙船２０の中心であってよいかまたは中心ではなくてもよく、ポッド１０２およびロボット１２２を宇宙船の上まで移動させるための空間を得るようにするために選択される距離だけ宇宙船２０から距離を置かれてよい。ランデブーセンサからのデーが宇宙船作業用デバイス１００の上にあるロボット制御用コンピュータに送信され得、その結果、機械ビジョン・ロボット運動制御アルゴリズムが２つの宇宙船の相対位置および運動の事前情報を有することができるようになる。
図２Ｃから２Ｋが、本開示の１つまたは複数の実施形態による結合機構の種々の実施形態を描いている。図２Ｃおよび２Ｄに示されるように、結合機構１５２が、宇宙船２０のうちの少なくとも１つの宇宙船の受け部分（例えば、エンジン１５６）（例えば、エンジンの一部分、または機械的結合を行うことができる任意の他の部分）で受けられるように構成される拡大可能なドッキング機構１６０（例えば、スピア形状を有する）を備えることができる。拡大可能なドッキング機構１６０が、宇宙船作業用デバイス１００（図２Ａ）のみにより、またはロボットアームにより最終的なドッキングを誘導するという手法により、定位置まで誘導され、この間、宇宙船作業用デバイス１００が宇宙船２０に対しての位置を保持することになる。定位置にくると、１つまたは複数の拡大可能な部分が配備され得、受け部分１５６に接触することができ、それにより拡大可能なドッキング機構１６０を宇宙船２０に固定する。
このような拡大可能なドッキング機構１６０が、例えば、「ＳＹＳＴＥＭＳ ＦＯＲ ＣＡＰＴＵＲＩＮＧ Ａ ＣＬＩＥＮＴ ＶＥＨｌＣＬＥ」と題される、２０１７年１２月１日に出願された、米国特許出願第１５，８２９，８０７号に開示されており、その開示の全体が本参照により本明細書に組み込まれる。例えば、拡大可能なドッキング機構１６０が図２Ｃに示されるように宇宙船２０のエンジン１５６の中に挿入され得る。エンジン１５６の中に挿入されると、拡大可能なドッキング機構１５６０の１つまたは複数の部分が移動させられ得（例えば、拡大される、延伸される）、それによりエンジン１５６に接触し、拡大可能なドッキング機構１６０がエンジン１５６に固定され、それによりポッド１０２（図１）を宇宙船２０に固定する。固定の前に、固定中に、および／または固定の後で、拡大可能なドッキング機構１６０が、ポッド１０２を宇宙船２０により接近させるように配置するために後退させられる延伸アームを有することができる。
図２Ｅおよび２Ｆに示されるように、結合機構１５２が、宇宙船２０の受け部分１５６に係合されるように構成される拡大可能なおよび／または後退可能なドッキング機構１６２（例えば、チャックの形状を有する）を備えることができる。ドッキング機構１６２が、上述の手法と同様の手法で定位置まで誘導され得る。定位置にくると、ドッキング機構１６２が後退または拡大することができ、それにより拡大可能なドッキング機構１６２が宇宙船２０に固定される。
図２Ｇおよび２Ｈに示されるように、結合機構１５２がスネア式の（ｓｎａｒｅ）ドッキング機構１６４（例えば、空洞の開口部のところに配置される、例としては網状の金属
ワイヤなどの、複数のワイヤを有する）を備えることができる。ドッキング機構１６２が、上述の手法と同様の手法で定位置まで誘導され得る。スネア式のドッキング機構１６４が、受け部分１５６をワイヤ内の開口部の中に入れるのを可能にすることにより、宇宙船２０の受け部分１５６に係合されるように構成される。定位置にくると、スネア式のドッキング機構１６４が、ワイヤによって画定される開口部をワイヤにより少なくとも部分的に制限することになるように、移動し（例えば、回転する）、それによりスネア式のドッキング機構１６４が宇宙船２０に固定される。
図２Ｉおよび２Ｊに示されるように、結合機構１５２が、宇宙船２０の受け部分１５６に係合されるように構成されるクランプ式のドッキング機構１６６（例えば、可動部材および２つの固定部材を有する３点クランプ機構）を備えることができる。ドッキング機構１６６が、上述した手法と同様の手法で定位置まで誘導され得る。定位置にくると、ドッキング機構１６６の可動部材が固定部材の方に移動することができ、それにより拡大可能なドッキング機構１６６を宇宙船２０に固定する。
図２Ｋに示されるように、結合機構１５２が、宇宙船２０の受け部分１５６に係合されるように構成される膨張可能なクランプ式のドッキング機構１６８（例えば、受け部分１５６の外側部分および／または内側部分上で受けられるように構成される１つまたは複数の膨張可能なバッグ）を備えることができる。ドッキング機構１６８が、上述の手法と同様の手法で定位置まで誘導され得る。定位置にくると、膨張可能なバッグ（例えば、環状バッグ）または複数の膨張可能なバッグ（例えば、２つの対向するバッグ）が膨張することができ、それにより拡大可能なドッキング機構１６８が宇宙船２０に固定される。いくつかの実施形態では、バッグに流体（例えば、液体）が充填されていてよく、この流体が構造間に少なくとも部分的である強固な接続を形成するように少なくとも部分的に固体化する。
図２Ｌが、上述のデバイスと同様であってよい宇宙船作業用デバイス１８０の斜視図である。描かれるように、宇宙船作業用デバイス１８０がＥＳＰＡリングを備えるボディ１８２を有し、ここではポッド１０２がボディ１８２の周りに結合される。各ポッド１０２が、ターゲット宇宙船２０（図１Ａ）および任意選択のソーラーアレイ１８６に結合されるための結合機構１８４を有することができる。上記と同様に、結合機構１８４が、ターゲット宇宙船２０のエンジンに係合されるように構成されるスピア形状の延伸可能なデバイスを備えることができる。
図１Ａを参照すると、追加の実施形態において、ポッド１０２の構造部分（例えば、支柱または他のフレーム部材）が、宇宙船２０にドッキングするのに利用され得る。例えば、ロボットアームまたは他の構造部（例えば、非ロボット式の方法）が、最初に、宇宙船２０の幾何形状および構造部ならびに宇宙船２０の構成要素（例えば、分離リング）の幾何形状および構造物に応じて所定のロケーションのところにポッド１０２を配置する。次いで、宇宙船作業用デバイス１００が、ポッド１０２の構造部分を使用して宇宙船２０にドッキングするができる。ドッキングが完了すると、ポッド１０２の構造部分が宇宙船２０に固定され得る（例えば、クランプを作動させることによるか、あるいはロボットインターフェースを通した電子コマンドを介するかまたはロボットインターフェースからの電気機械的な駆動力を介して他の形で結合を強化することによる）。次いで、宇宙船作業用デバイス１００の一部分（例えば、ロボットアーム）がポッド１０２を解放することができ、宇宙船作業用デバイス１００が宇宙船２０から切り離され得、ポッド１０２を宇宙船２０に装着したままにしておく（例えば、分離リング上）。
追加の実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００の一部分（例えば、ロボットアーム）がポッド１０２のところまで延伸してポッド１０２を宇宙船の一部分（例えば、宇宙船
２０の分離リングまたは他の適合する機械的構造部）の上に配置する。次いで、いずれかのデバイス上の結合機構または電子機械駆動装置を作動させるための、ポッド１０２または宇宙船２０への電子コマンドが、ポッド１０２を宇宙船２０上の定位置に固定するのに使用され得る。
図２Ａを参照すると、ポッド１０２を配置するのにロボットアームが使用されるような例において、ロボットアーム１１２、エンドエフェクタ、および／または他のツールが、２つのビークルの間の無重力の接触力学を最小にするような、ドッキング機構１６６に関連するテクニックを採用することができる。このようなテクニックには、限定しないが、接触インターフェースのところの摩擦を最小にすること、最初の接触と強化との間の時間（例えば、ドッキングまたは他の形での結合を完了するための時間）を最小にすること、経路にある程度の余裕を与えることが含まれる。いくつかの実施形態では、受動的および能動的な最初の接触による静電気放電（ＥＳＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）の軽減テクニックが、ポッド１０２、ロボットアーム１１２、宇宙船作業用デバイス１００、および再供給デバイス３０の設計において、最初の接触によるＥＳＤを最小にするかまたは排除するのに、採用され得る。このようなＥＳＤ軽減が、例えば、「ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＭＩＴＩＧＡＴＩＯＮ ＦＯＲ Ａ
ＦＩＲＳＴ ＳＰＡＣＥＣＲＡＦＴ ＯＰＥＲＡＴＩＮＧ ＩＮ ＰＲＯＸＩＭＩＴＹ
ＴＯ Ａ ＳＥＣＯＮＤ ＳＰＡＣＥＣＲＡＦＴ」と題される、２０１７年１２月１日に出願された、米国特許出願第１５／８２９，７５８号に開示されており、その開示の全体が本参照により本明細書に組み込まれる。
図１Ａを参照すると、ポッド１０２を宇宙船２０の上に装着するときに宇宙船作業用デバイス１００と宇宙船２０との間の接続部を可能な限り単純なものとすることが望ましい可能性がある。いくつかの実施形態では、ポッド１０２の装着中、宇宙船２０および宇宙船作業用デバイス１００が短い時間（例えば、数秒から数分）のみにおいて一体にフリードリフトしてよく、ここでは、この短い時間においてポッド１０２の装着が確立され、宇宙船作業用デバイス１００がポッド１０２を解放して２つのビークルの間の機械的接続を切り離す。次いで、宇宙船作業用デバイス１００の推進システムが再起動され得、宇宙船作業用デバイス１００が安全なロケーションまで後退することができる。その後すぐに、宇宙船２０の姿勢制御システムが再起動され得、その結果、ターゲット宇宙船２０がそのポジショニングを再確保することができるようになる。
図１Ａおよび２Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、装着後、ポッド１０２が、例えば：ポッド１０２内の送受信機への地上コマンド、ロボットアーム１１２からの電子コマンド、を介して、起動され得、ここでは例えば、宇宙船作業用デバイス１００、再供給デバイス３０、またはロボットアーム１２２のいずれにもポッド１０２が接続されていないことをポッド１０２が感知するのを可能にするためのタイマーやセンサ（例えば、断線タイマー（ｂｒｅａｋ－ｗｉｒｅ ｔｉｍｅｒ）または同様のセンサ）が用いられる。いくつかの実施形態では、このようなセンサが、ドッキングまたは装着のための機械的活動が完了することによって起動される１つまたは複数の機械的リミットスイッチを有することができる。
追加の実施形態では、ポッド１０２が、宇宙船作業用デバイス１００とポッド１０２との間のインターフェースに組み込まれる構造部を介して、起動され得る。例えば、宇宙船作業用デバイス１００の配備デバイスの一部分（例えば、ロボットアーム１２２の上にある、ツール駆動機構またはエンドエフェクタ）が、付属物を起動することおよび／または初期状態において付属物をポッド１０２上に配備することを補助することができる。このようなテクニックは潜在的に、ポッド１０２の配備および始動を実施する（例えば、ポッド１０２に対して１回のみ作動する）ための宇宙船作業用デバイス１００のロボットアー
ム１２２の機能（例えば、ロボットアーム１２２のエンドエフェクタ）を利用することにより、ポッド１０２の機構を単純化する。ロボットアーム１２２、ならびに／あるいはロボットアーム１２２の構成要素およびツールが、ポッド１０２の軌道内での組み立てを少なくとも部分的に遂行することができる。例えば、ポッド１０２に対して付属物を最終的に組み付けるのにロボットアーム１２２を使用することにより、発射のためのポッド１０２の構成要素を、単純化すること、軽量化すること、および／またはそのパッケージングを低コスト化することを可能にすることができる。
図３が、宇宙船作業用デバイス１００のポッド（例えば、図１Ａのミッション延長用ポッド１０２）の実施形態の簡略化された概略図を描いている。図３に示されるように、ミッション延長用ポッド１０２が、ポッド１０２を、およびポッド１０２のメインボディ２０１に取り付けられる任意の他の構造を制御する（例えば、方向付けて移動させる）ための１つまたは複数のデバイスを有する。例えば、ポッド１０２が化学的なまたは他の種類の反動エンジンを有することができ、ならびに／あるいは電気的に動力供給される推進システムを有することができる。描かれるように、１つまたは複数のスラスタ組立体２００が、可動（例えば、回転可能な）結合装置（例えば、ジンバル２０４およびブーム２０６）を用いてポッド１０２に取り付けられる（例えば、移動可能に取り付けられる）１つまたは複数のスラスタ２０２（例えば、電気推進（ＥＰ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）スラスタ）を有することができる。いくつかの実施形態では、メインボディ２０１を基準としたスラスタ２０２のポジショニングが、ポッドを取り付けるところの宇宙船の１つまたは複数の特性（例えば、サイズ、寸法、質量、質量中心、これらの組み合わせ、など）に基づいて、選択され得る。いくつかの実施形態では、スラスタ２０２が、推進燃料タンク内を動き回る推進燃料を原因とする外乱を最小にするかまたは排除するために、比較的低い加速度を実現することができる。
図３の実施形態は単一のブーム２０６の上にある１つのスラスタ組立体２００を示しているが、他の実施形態では、ポッド１０２が複数のブームの上にある複数のスラスタ組立体を有してもよい（例えば、２つ、３つ、またはそれより多いスラスタ組立体、および付随のブーム）。例えば、２つのスラスタ組立体が２つのブームの上に設けられ得、ここでは、一方のスラスタ組立体がもう一方のスラスタ組立体に対して実質的に鏡像をなす。さらに、いくつかの実施形態では、複数のスラスタ組立体が単一のブームの上に設けられてもよい。このような実施形態では、複数のスラスタが、十分なシステムのライフタイムスループット能力を実現するのをおよび所望の推進レベルに達するのを保証するように、実装され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のスラスタ組立体２００がブームの上に設けられなくてよく、ポッド１０２の上に直接に装着され得る。いくつかの実施形態では、１つのスラスタ組立体２００が、宇宙船の再配置、静止位置の保持、傾斜角引き下げ、運動量の調整、および／または寿命末期（ＥＯＬ：ｅｎｄ ｏｆ ｌｉｆｅ）での廃棄を含めた、寿命延長のための作業のために使用され得る。いくつかの実施形態では、複数のスラスタ組立体２００の各々が寿命延長のためのすべての作業のために使用され得るか、または寿命延長のための異なる作業のために分けられ得る。例えば、１つまたは複数のスラスタ組立体２００が静止位置の保持の作業のために１つまたは複数のブームの上に設けられ得、対して１つまたは複数のスラスタ組立体２００が、軌道再配置、傾斜角引き下げ、およびＥＯＬでの廃棄のためにポッド上に装着され得る。
いくつかの実施形態では、アンテナ２０８がスラスタ組立体２００の上に配置され得る。いくつかの実施形態では、アンテナ２０８が別個の配備可能なブームの上に配置され得る。いくつかの実施形態では、動力を発生させるための追加の太陽電池がスラスタブーム組立体２００の上に配置され得る。
ポッド１０２が、１つまたは複数の動力源と、付随の部品とを有する動力・推進システ
ム２１０を有することができる（例えば、動力システムの少なくとも一部分が電気推進の動力システムであってよい場合）。例えば、動力・推進システム２１０が、１つまたは複数の推進燃料タンク（例えば、キセノン推進燃料、または電気的または化学的な推進システムのための任意適切な他の推進燃料を収容する）と、スラスタ（例えば、電子スラスタ）と、付随の電力処理ユニットとを有することができる。ポッド１０２が、ソーラーアレイ２１２と、１つまたは複数のバッテリ２１４とを有することができる。いくつかの実施形態では、ソーラーアレイ２１２がメインボディ２０１に強固に結合され得るか、またはソーラーアレイ２１２を太陽の方に向けるための１つまたは複数の運動軸を備える可動（例えば、回転可能な）結合装置に取り付けられ得る（例えば、１つ、２つ、またはそれ以上の軸を中心とする移動を実現するような、１つまたは複数のジンバル２１６または他の可動ジョイント、およびブーム２１８）。
いくつかの実施形態では、ジンバルを有するソーラーアレイ２１２が、同様の柔軟性を有さないアレイと比較して多くの利点を有することができる。例えば、ジンバルを有するソーラーアレイ２１２は、ソーラーアレイ２１２をターゲット宇宙船２０のスラスタから取り外す／離間させるのを可能にし、その結果、ターゲット宇宙船２０が、ポッド１０２のソーラーアレイのところまでターゲット宇宙船２０のスラスタが入り込む懸念を最小にしながら軌道維持を遂行することができる。ジンバルを有するソーラーアレイ２１２はさらに、ターゲット宇宙船２０からポッド１０２を熱的に切り離すことができ、太陽を追跡するのを可能にすることによりソーラーアレイ２１２の効果を向上させることができる。ジンバルを有するソーラーアレイ２１２の効果が向上することにより、ポッド１０２のスラスタをより長時間作動させることが可能となり、また、より小型で、より軽量で、より安価なバッテリを使用することも可能となる。より長時間作動する推進システムにより、重いターゲット宇宙船２０に対して作業を行うことが容易となり得る。いくつかの実施形態では、ジンバルを有するソーラーアレイ２１２が、運動量を節約するような形で（例えば、正味、運動量が分与されないような形で）軌道上にあるターゲット２０に関節接続され得る。
いくつかの実施形態では、ソーラーアレイ２１２が、ソーラーアレイ２１２の動力発生を最大にしてそれによりソーラーアレイ２１２およびバッテリのサイズを最小にすることを目的として、人工衛星の太陽に照らされる部分が作業を行う間において、ポッド１０２に記憶されている論理を利用して太陽を追跡することができる。いくつかの実施形態では、例えば、機械的デザインを単純化することを目的として、ならびに宇宙船アレイが影で覆われるのを、スラスタプルームがポッド１０２および／または宇宙船２０に衝突するのを、センサまたはアンテナがポッド１０２および／または宇宙船２０に干渉するのを、または他のシステムの制約が発生するのを、排除するかまたは最小にすることを目的として、ソーラーアレイ２１２の移動が制限されてよい。いくつかの実施形態では、ソーラーアレイ２１２が、１つまたは２つの運動軸を有する２つの別個の翼を有することができる。いくつかの実施形態では、ジンバルを有するソーラーアレイ２１２が、ポッド１０２の回転に抵抗するように構成される１つの移動軸を有することができる。
ポッド１０２の実施形態が、格子付きイオンスラスタ、Ｈａｌｌ効果スラスタ、コロイドスラスタ／場効果スラスタ（ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｈｒｕｓｔｅｒ）、アークジェット、およびレジストジェットなどの、低動力の（例えば、電気）推進システムを使用することにより、比較的物理的に小さいパッケージおよび低フットプリントの形で、宇宙船ビークル２０（図１Ａ）に対して、宇宙船のための作業を提供することができる。このような電気推進システムは、宇宙船２０のポジショニングを調整するための１回または複数回の噴射のために、選択される時間にわたって必要となる量の推進を引き起こすことができる（例えば、２４時間で２回の噴射）、ここでは、各々の推進が選択される時間だけ継続する。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、宇宙船およびポッド１０２のソ
ーラーアレイ２１２の天頂の方を向く側（例えば、地球の反対側）に配置され得、それにより一日のうち少なくとも１２時間にわたって邪魔されることなく日光を受けることができる。いくつかの実施形態では、ポッド１０２のソーラーアレイ２１２が完全に照らされている間において１回のスラスタ噴射が行われ得、対してポッド１０２のソーラーアレイ２１２が宇宙船ボディによって完全に覆い隠される間において２回目のスラスタ噴射が行われる。
いくつかの実施形態では、２４時間の間における各々のスラスタ噴射が、宇宙船２０のボディによりポッド１０２のソーラーアレイ２１２が覆い隠される時間のうちの一部分を有してもよい。いくつかの実施形態では、２４時間の間における各スラスタ噴射が、ポッド１０２のソーラーアレイ２０２が完全に照らされている間において、行われてもよい。バッテリ（例えば、リチウム－イオンバッテリなどの、バッテリ２１４）が、ポッド１０２が太陽に照らされている時間において、エネルギーを保存するのに使用され得、バッテリ２１４が、日光のない時間におけるポッド１０２のバスパワードロー（ｂｕｓ ｐｏｗｅｒ ｄｒａｗ）さらにはスラスタ噴射の動力をサポートするようにサイズ決定され得る。いくつかの実施形態では、スラスタ噴射が化学的なスラスタを用いて実施される。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２の動力・推進システム２１０の推進燃料が、選択される期間（例えば、少なくとも複数年）にわたって宇宙船２０（図１Ａ）の静止位置の保持（例えば、必要とされる操縦および運動量の調整）をサポートするための量の推進燃料を有することができる（例えば、約２５ｋｇ、５０ｋｇ、１００ｋｇ、１５０ｋｇ、またはそれ以上）。ポッド１０２が発射前に推進燃料を充填されていてよく、その結果、軌道内にくると推進燃料の移送が必要なくなる。宇宙船２０が動作寿命の継続のために異なる軌道ロケーションへと再配置されるのを必要とするかまたはその動作寿命の終了に近づいている場合、動作寿命の延長または寿命末期での廃棄のために宇宙船２０を、異なる軌道まで、異なる軌道位置まで、またはその組み合わせで、移動させることを目的として、ポッド１０２の推進のスケジュールおよび位置が、宇宙船２０の軌道速度の方向において速度変化をもたらすように、調整され得る。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２の燃料または推進燃料が、宇宙船２０の１つまたは複数のシステムに依存することなく、宇宙船２０で作業を行うのに利用され得る。例えば、宇宙船２０で作業を行うのに（例えば、操縦、および／または宇宙船２０の姿勢を含めた少なくとも１つの運動量の調整）、ポッド１０２の推進燃料のみが利用され得る。
図１Ａおよび図３を参照すると、いくつかの実施形態では、宇宙船２０で作業を行うのに、宇宙船２０の燃料タンク２４が迂回され得る（例えば、利用されない）。例えば、ポッド１０２の推進燃料（例えば、図１Ｂに示される構成と同様の構成においてタンク１４１から供給されるか、またはポッド１０２の推進システム２１０のタンクから供給される）が、（例えば、宇宙船２０の燃料タンク２４を迂回しながら）ターゲット宇宙船２０の推進燃料システム２２の一部分へと供給され得る（例えば、直接に供給され得る）。このような実施形態では、推進燃料を宇宙船２０のタンク２４へと移送（例えば、燃料補給）することなく（例えば、燃料補給手順を介する）、宇宙船２０で作業を行うのにポッド１０２の推進燃料が利用され得る。例えば、ポッド１０２の推進燃料が、宇宙船２０の燃料システムの一部分に連通され得る（例えば、結合機構１５２、対合するアダプタ１４５（図１Ｂ）、などを介して流体連通され得る）。いくつかの実施形態では、このような既存の接続部が宇宙船２０上に存在してよい。いくつかの実施形態では、宇宙船作業用デバイス１００およびポッド１０２のうちの一方または両方が、宇宙船２０上の接続部の少なくとも一部分のところに装着され得る。
ポッド１０２からの推進燃料がターゲット宇宙船２０の推進燃料システム２２の中まで
移送され得、推進燃料システム２２の１つまたは複数のスラスタを例えば使用して、宇宙船２０で作業を行う（例えば、操縦、および／または宇宙船２０の少なくとも１つの運動量の調整）のに利用され得る。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、ポッド１０２を独立して移動させるための推進デバイスを有さなくてよい。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、例えば７００キログラム（ｋｇ）未満といったように、比較的小さい総質量を有することができる（例えば、６００ｋｇ未満、５００ｋｇ未満、４００ｋｇ未満、３５０ｋｇ未満、３００ｋｇ未満、またはそれ以下）。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、宇宙船２０の上に永久的に留まり、回収または交換されないように、構成される。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が宇宙船２０から脱着され得、別のクライアント宇宙船上で使用され得る。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が宇宙船２０から脱着され得、宇宙船作業用デバイス１００または再供給デバイス３０によって燃料補給され得、宇宙船２０に再び取り付けられ得る。
ポッド１０２が、任意適切な種類のかつ任意適切な数の電子デバイス上に設けられるような、電力制御装置（例えば、単一の回路ボードの電力制御装置２２０）と、飛行制御装置（例えば、単一の回路ボードの航空電子工学制御装置２２２）とを有することができる。
ポッド１０２が、アンテナ２０８および送受信機（ＸＣＶＲ）と通信するかまたは通信状態にある通信サブシステム２２４を有することができる（例えば、無線周波（ＲＦ））。ポッド１０２の通信サブシステム２２４が、継続的な接触を必要とするのではなく断続的な接触を用いる市販の通信サービスで動作するように設計され得る。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２の通信デバイス（例えば、通信サブシステム２２４）が、ターゲット宇宙船２０（図１Ａ）の軌道または速度のうちの少なくとも一方に関連する（例えば、宇宙船２０の運動量に関連する）データを受信することができる。このようなデータが、ポッド１０２から離れたところにあるロケーションからポッド１０２へと伝送され得るかまたは他の形で伝えられ得る（例えば、直接に、または地上局、衛星中継、直接的な伝送、および／またはターゲット宇宙船２０などからの直接の電気接続を介して、間接的に、）。このようなデータが関連の噴射のための計算を含むことができ、および／またはポッド１０２のシステムがデータに基づいて噴射のための計算を実施することができる。いくつかの実施形態では、遠隔測定データが、直接に、または地上局を介して間接的に、ターゲット宇宙船２０からポッド１０２へと提供され得る（例えば、無線周波リンクを介する）。いくつかの実施形態では、遠隔測定データが、ターゲット宇宙船２０および宇宙船作業用デバイス１００のうちの一方または両方から、または地上局から、直接にまたは間接的に、ポッド１０２へと提供され得る。
ポッド１０２が一定期間（例えば、８時間から１２時間）にわたって遠隔測定データを保存することができ、選択されるスケジュールに基づいてポーリングする（例えば、一日に２回または３回）ときにこのデータを通信ネットワークに戻すことができる。全体のデータセットは比較的少量であってよく、それにより接触時間を相対的に短縮することができ、それにより複数年の期間にわたって多数のポッド１０２を動作させることにおいて低コストのフットプリントを実現する。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、ターゲット宇宙船２０（図１Ａ）の地球ではない方を向く側に配置され得る。地上局のアンテナまでのおよび／または軌道を周回する通信サービスまでの見通し線を提供するために、送受信機のアンテナ２０８がスラスタ組立体２００を担持する同一のブーム上に配置され得、それによりクリアな見通し線が得られる。比較的妥当であるようなゲインアンテナ２０
８と併せて、地球同期軌道範囲と、本質的に低動力であるポッド１０２の構成要素とが与えられることにより、ポッド１０２が比較的低いデータ速度（例えば、１ｋｂ／秒未満、数ｋｂ／秒未満、など）でデータを転送および返信する。したがって、ポッド１０２が、地球からの宇宙船２０のための宇宙船オペレータによって指定される調整に従うようにその推進スケジュールおよびブームのポインティングを調整するための限定のセットのコマンドを受信することができる。
いくつかの実施形態では、システム１０（図１Ａ）の１つまたは複数の部分（例えば、ポッド１０２）が、フレキシブル周波数送受信機を利用することができ、このフレキシブル周波数送受信機が、宇宙船２０に関連付けられる地上局とポッド２０が通信するのを可能にすることができる。フレキシブル周波数送受信機を使用することによりおよび宇宙船２０のための既存の地上システムを使用することにより、ポッド１０２が、ポッド１０２と宇宙船２０のための地上局との間でのコマンド・遠隔測定の接続性を確立することにおいて、追加的な定期的な機関によるライセンス付与または第三者機関による作業を一切必要としなくてよい。これにより、定期的な開示またはライセンス付与をほぼ必要とすることなくまたは一切必要とすることなく、相対的に追加の出資を最小限にして、宇宙船２０のオペレータがポッド１０２に対しての制御（例えば、完全な制御）を確立することが可能となる。ターゲット宇宙船２０のマーケットベース（ｍａｒｋｅｔ ｂａｓｅ）には、通信のためにＣバンドまたはＫｕバンドのＲＦ周波数を利用する宇宙船２０が比較的多く含まれることを考慮すると、発射されるポッド１０２が、ＣバンドまたはＫｕバンドの送受信機を有するように構成されてよい。発射前の調整により、初期能力により発射されるかまたは再供給用宇宙船内で発射されるような、ＣバンドベースのまたはＫｕバンドベースの通信システムを備えるポッド１０２の比率を確立することができる。ターゲット宇宙船２０がＣバンド通信またはＫｕバンド通信を利用しない場合、ポッド１０２は、ターゲット宇宙船２０の通信システムに実質的に適合するような種類の通信システムを実装するように構成され得るか、あるいはＣバンドまたはＫｕバンドのポッド１０２が、異なる種類の通信システムを有するターゲット宇宙船２０と共に利用されてもよい。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、選択される期間（例えば、８時間から１２時間）にわたってその遠隔測定データを保存することができ、ポーリングする（例えば、一日に２回または３回）ときにこのデータを通信ネットワークに戻すことができる。
いくつかの実施形態では、フレキシブル周波数送受信機の周波数が軌道内にあるターゲット宇宙船２０に基づいて修正され得る（例えば、ターゲット宇宙船２０によって利用される１つまたは複数の周波数帯のうちの未使用部分を利用することを目的とする）ことを理由として、フレキシブル周波数送受信機がポッド１０２を多様なターゲット宇宙船２０に繋ぐのを可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２と宇宙船作業用デバイス１００との間の宇宙間コマンドおよび遠隔測定リンクが、ポッド１０２を宇宙船２０の地上システムに繋げるために宇宙船作業用デバイス１００の比較的高いゲインおよび動力を利用するように実装され得る。いくつかの実施形態では、このテクニックが、ポッド１０２に対して宇宙船作業用デバイス１００が非常に近接しているときに採用され得、および／またはポッド１０２のスラスタ噴射のスケジュールのために臨時の調整が必要となる可能性がある場合にのみ長期間のオペレーションのために宇宙船作業用デバイス１００が据え付けられ得るときに、採用され得る（例えば、調整は毎週実施されるか、毎月実施されるか、より長いインターバルで実施される）。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２の通信システムが、宇宙船２０のアップリンクアンテナに対してポッド１０２のアンテナを近接させることを利用するように設計される送受信機を使用することができ、それによりスペクトル拡散遠隔測定信号をポッド１０２
から宇宙船２０のアップリンク内へと送る。次いで、この信号が宇宙船２０の通信システムによる高いゲインブーストを受け取り、それにより遠隔測定データをポッド１０２から地上へと送信する。
本明細書で開示されるポッド１０２内の種々の通信システムが、ポッド１０２の機能およびポッド１０２によって達成される成果をほぼ実時間で監視するのを可能にすることができ、ここでは地球同期軌道から地上までの光の速度のみがタイムラグの原因となる。このような構成は、ポッド１０２が複数の機能（例えば、上述した機能など）を遂行するのを可能にすることができ、ここではこれらの機能が性能データを地上局に返信することができる。さらに、地上局内のさらにはターゲット宇宙船２０またはポッド１０２内のソフトウェアが、光の速度のタイムラグで「ループを閉じる」のに利用され得、その結果、ターゲット宇宙船２０を制御するために、ポッド１０２またはターゲット宇宙船２０からのデータがターゲット宇宙船２０またはポッド１０２に付随のソフトウェアの中へ送達され得るようになる。いくつかの実施形態では、ポッド１０２がポッド１０２のホストである宇宙船２０と直接に通信する必要がなくてよく、地上局を介して光の速度の往復のタイムラグで宇宙船２０と通信してよい。このような実施形態では、宇宙船に対してポッド１０２が作業を行う形態で実現され得るような複雑な機能の場合に「ループを閉じる」ことが可能である。例えば、この複雑な機能には、宇宙船２０からの遠隔測定データを使用する地上のソフトウェアまたはポッドのソフトウェアの中にあるジンバル制御論理により、ポッド１０２のスラスタ組立体２００を用いて宇宙船２０の３軸運動量を管理する能力が含まれてよい。
ポッド１０２を別の宇宙船２０（図１Ａ）の上に配備して取り付けるために、ポッド１０２が、宇宙船２０に取り付けられるように構成される取り付け構造部（例えば、ターゲット宇宙船２０にドッキングすること、ターゲット宇宙船２０に係留されること、ターゲット宇宙船２０に取り付けられること、ターゲット宇宙船２０を保持すること、またはこれらの組み合わせ、のうちの１つまたは複数を行うように構成される結合機構２２６）、ならびに／あるいは宇宙船作業用デバイス１００（図２Ａ）の構造部（例えば、ロボットアーム１２２）によって係合され得る１つまたは複数の結合構造部（例えば、握持機構２２８）を有することができる。結合機構２２６がメインボディ２０１に移動可能に設置され得る（例えば、ジンバル２３０を用いる）。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２のスラスタ組立体２００が多軸アクチュエータシステム（例えば、複数のジンバルならびに／あるいは平行移動デバイスまたは回転デバイスによって画定される）上に配置され得る。例えば、ジンバル２０４が第１の軸方向にスラスタ組立体２００を移動させるように構成され得、ジンバル２０５が、第１の軸方向に対して横向きである第２の軸方向にスラスタ組立体２００を移動させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、ジンバル２０４、２０５がスラスタ組立体２００のところに配列され得る。いくつかの実施形態では、ジンバル２０４、２０５がブームによって分離され得る。ポッド１０２が、宇宙船ボディに対してジンバル２０４、２０５を位置決めするための第３のジンバル２３０を有することができる（例えば、宇宙船２０（図１Ａ）を基準としてメインボディ２０１を回転させる）。いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、ジンバル２０４の近くにある第３のジンバル２３０を有することができる（例えば、メインボディ２０１とブーム２０６との間）。このような第３のジンバル２３０が、３自由度（例えば、３回転自由度）を得るようにジンバル２０４、２０５と協働して機能することができる。
いくつかの実施形態では、握持機構２２８が、宇宙船作業用デバイス１００（図２Ａ）のロボットアーム１２２に結合されるのを容易にするために１つまたは複数の構造２３２によりメインボディ２０１から離間され得る。
ポッド１０２が、ポッド１０２を宇宙船作業用デバイス１００（図２Ａ）に固定するのに利用される機構を有することができる。例えば、ポッド１０２が、宇宙船作業用デバイス１００の一部分に結合される収容機構２３４（例えば、構造２３２によりメインボディ２０１から離間され得る）を有することができる。他の実施形態では、上記の既存の構造部（例えば、結合機構２２６、および／または握持機構２２８）のうちの１つまたは複数の構造部、あるいは別の構造部が、ポッド１０２を宇宙船作業用デバイス１００に固定するのに使用され得る。
上で考察したように、ポッド１０２が、例えば宇宙船２０の制御システムから分離されている間において（例えば、繋がれていない）、宇宙船２０（図１Ａ）に対して軌道速度の変化をもたらす（例えば、静止位置の保持、再配置、ＥＯＬでの廃棄）ように構成され得る。言い換えると、ポッド１０２のみが、宇宙船２０に取り付けられているが宇宙船２０の制御システムに繋がれていない間において宇宙船２０の経路（例えば、軌道）を変化させることができる。速度変化はスラスタ２０２（例えば、イオンスラスタ、Ｈａｌｌ電流スラスタ、格子付きイオンスラスタ、Ｈａｌｌ効果スラスタ、あるいは任意的なレベルの推進を引き起こす他の任意適切な種類の電気スラスタまたは化学的なスラスタ）によりもたらされ得る。
いくつかの実施形態では、上で考察したように、ポッド１０２が少なくとも部分的に、宇宙船２０（図１Ａ）に（例えば、宇宙船２０の外側に）結合される補助燃料タンク（例えば、高圧キセノン、ヒドラジン、ヘリウム、四酸化窒素（ＮＴＯ）、低毒性の推進燃料、これらの組み合わせ、または任意適切な他の燃料のタンク）として機能することができる。例えば、ポッド１０２が、動力・推進システム２１０内にこのようなタンクのうちの１つまたは複数のタンクを有することができる。他の実施形態では、後で考察するように、ポッド１０２が、タンクを宇宙船２０に取り付けてタンクを宇宙船に連通させるように構成される付随の部品を備える燃料タンクのみを備えることができる。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２が、実質的に、補助タンクシステムのみを備えることができ、上述の構成要素のうちの大分部を有さなくてよいか上述の構成要素を一切有さなくてよい。このような補助タンクシステムポッド１０２は、初期状態においてシステムを与圧するための作業用弁、設備のためのおよび宇宙船に対しての取り付けのための機械的サポート、握持用の付属物、ならびに／あるいは受動的熱制御装置を有することができる。いくつかの実施形態では、配備デバイス（例えば、ロボットアーム）が、補助タンクポッド１０２をその目的地に配置するのに使用され得、目的地はタンクのホストとなるようにまたはタンクのホストとならないように協働的に設計され得る。この移送タンクポッド１０２のためのターゲット宇宙船２０がガスおよび流体の移送のための協働的に設計されるインターフェースを有することができるか、または宇宙船２０がこのようなインターフェースを有さない場合は、補助タンクポッド１０２が、この宇宙船２０の上にある多様なサイズおよび構成の付属具に適合するように構成されるインターフェースを有することができる。
図４が、第１の推進ベクトルの向き３０１を有する第１の構成３００における、および第２の推進ベクトルの向き３０３を有する第２の構成３０２における、宇宙船２０に取り付けられたポッド１０２の簡略化された概略図である。図３および４を参照すると、ジンバル２０４、２０５、２３０が、宇宙船２０の質量中心を通るように推進力ベクトルを方向付けるための選択される数の自由度（例えば、２自由度、３自由度）を提供することができる。推進が、軌道内にある宇宙船２０の初期位置に基づいて、コマンドにより（例えば、離れた地上局からの）および／またはスケジュールにより（例えば、所定のスケジュール、および／またはポッド１０２に能動的に伝送されるスケジュール）引き起こされ得
、静止位置の保持における、および宇宙船２０のサブシステムから運動量を取り除くことにおける、負荷を低減するかまたはさらには排除することができる。いくつかの実施形態では、推進力の大きさおよび／または推進力ベクトルが、ポッド１０２までの通信リンクを介して、任意の所望のスケジュールで、ポッド１０２に伝送され得る。
第１の推進ベクトルの向き３０１を実現するジンバル２０４、２０５、２３０の第１の構成３００（例えば、３回転自由度）で示されるように、推進力が主として南の方向に加えられ得、つまり宇宙船軌道方向に対して非垂直である方向に加えられ得る。同様に、第２の推進ベクトルの向き３０３を実現するジンバル２０４、２０５、２３０の第２の構成０３２で示されるように、推進力が主として北の方向に加えられ得るか、または宇宙船軌道方向に対して垂直な方向に加えられ得る。図４に示されるように、各構成が、軌道速度の正方向および負方向において推進ベクトルの成分を有することができる。図５に示されるように、各構成（例えば、南向きの構成、および北向きの構成）における推進ベクトルがさらに、宇宙船の軌道の径方向において有意な大きさの成分を有することができる。コマンドによる（例えば、離れた地上局から）ならびに／あるいはスケジュール（例えば、所定のスケジュール、および／またはポッド１０２に能動的に伝送されるスケジュール）によるスラスタベクトルおよび噴射持続時間のわずかな変化が、後で考察するように、宇宙船２０の静止位置の保持さらには運動量の調整を実施するのに使用される。いくつかの実施形態では、軌道内にあるときに推進ベクトルが多様な時間において宇宙船の周りの多様なロケーションのところに適用され得、それにより宇宙船の軌道要素の制御および宇宙船の運動量の管理を最適化する。
ポッド１０２からのこの追加の推進が、例えば、９０％以上で、また最大で１００％で、宇宙船２０からの推進燃料の消費速度を低減することができ、それにより宇宙船２０のミッションライフを延ばすように機能する。
一般に１回の起動継続時間（すなわち、噴射）において宇宙船２０の軌道要素のドリフトを完全に排除するようには推進力が提供され得ないことを考慮して、各々の１回のスラスタ起動継続時間において、ポッド１０２が宇宙船２０に対して１つまたは複数の軌道方向（例えば、軌道の径方向、垂直方向、非垂直方向、面方向）において方向性を有するわずかな速度を誘発することができ、さらには複数の起動継続時間を組み合わせることを介して、宇宙船２０のすべての軌道要素の制御を達成することができる。例えば、１回の軌道周回（例えば、一日における２つの１２時間の継続期間）における選択されるインターバルのために、および１週間、２週間、３週間、１ヶ月、またはそれより長い継続期間における多様な軌道周回のために、ポッド１０２の推進スケジュールが計画され得る。このようなスケジュールは、スラスト噴射と、付随のジンバル角度とを組み合わせるのを実現することができ、それにより速度変化を引き起こし、速度変化が一部のまたはすべての軌道要素を制御し、さらには速度変化と共にまたは速度変化とは別個に宇宙船の運動量を調整する。
図５が、第１の推進ベクトルの向き３０５を有する第１の構成３０４におけるおよび第２の推進ベクトルの向き３０７を有する第２の構成３０６における、宇宙船２０に取り付けられたポッド１０２（例えば、図４の図から９０度回転させられる）の別の簡略化された概略図を提供する。図３および５を参照すると、ジンバル２０４、２０５が、宇宙船２０の質量中心１５８を通るように推進力ベクトル３０５、３０７を方向付けるための２自由度を提供することができる。描かれるように、一日における１２時間のインターバルの２つ期間のために（または、ターゲット宇宙船２０のために所望の結果を提供する任意のインターバルのために）、ポッド１０２の推進スケジュールが計画され得る。このようなスケジュールはスラスト噴射３０５、３０７を組み合わせることを実現することができ、それにより速度変化を引き起こし、速度変化が互いを打ち消すことができるかまたは宇宙
船の軌道の偏心を制御するのに使用される。
いくつかの実施形態では、推進のコマンドおよび／またはスケジュールが作られてポッド１０２に伝えられ得、それにより、少なくとも部分的に宇宙船２０の特性に基づいて、宇宙船２０の所望の軌道、位置、および／または速度を実現する。
いくつかの実施形態では、ポッド１０２の結合部分３１０（例えば、上で考察した拡大可能なドッキング機構１６０などの、ドッキング機構を含む）が、可動（例えば、回転可能な）ジョイントを有することができる。例えば、回転可能な結合部分３１０が、ターゲット宇宙船２０を基準としてポッド１０２を回転させるのを可能にしながらポッド１０２をターゲット宇宙船２０に固定することができる（例えば、ターゲット宇宙船のエンジン３１４の一部分に溶接することにより）。このような構成により、スラスタブームアーム３１２の自由度を得ることが可能となる（例えば、第３のジンバル２３０（図３）などの別個の可動ジョイントの必要性を排除し、さらには２つ以上のスラスタジンバル組立体の必要性を排除する）。
図６が、宇宙船作業用システムの再供給デバイス（例えば、宇宙船作業用システム１０（図１Ａ）の再供給デバイス３０）の簡略化された概略図である。図６に示されるように、再供給デバイス３０が、構造４００（例えば、ＥＳＰＡリング）に取り付けられるかまたは構造４００内に収容される複数のポッド１０２を有することができる。いくつかの実施形態では、各ポッド１０２が、構造４００に結合されるためのそれぞれの取り付け機構４０１を有することができる。構造４００が複数の結合装置を有することができる。これらは、例えば、発射ビークルの観測機器のうちの１つの観測機器に接続されるためのまたは発射ビークル自体に接続されるための、第１の結合装置４０２および第２の結合装置４０４である。構造４００が、再供給デバイス３０を制御すること、再供給デバイス３０を監視すること、再供給デバイス３０に動力供給することなどを目的とする、１つまたは複数の宇宙船システムを備えるバス４０６を有することができる。構造４００が、システム１０（図１Ａ）（例えば、宇宙船作業用デバイス１００（図２Ａ））の別の部分に結合されるように構成される握持構造部４０８を有することができる。例えば、握持構造部４０８が、宇宙船作業用デバイス１００のロボットアーム１２２を結合することができるところの構造を備えることができる（図２Ａ）。いくつかの実施形態では、再供給デバイスの３０の構造が、分離リングおよび／または宇宙船エンジンの類似の構造部（例えば、同様の形状および／または構成を有する構造）を有することができ、その結果、宇宙船作業用デバイス１００をそれらにドッキングすることができるようになる。
図７から図１０が、本開示の１つまたは複数の実施形態による、宇宙船作業用デバイスに結合される複数のポッドを有する宇宙船作業用デバイスの種々の実施形態を描いている。図７に示されるように、宇宙船作業用デバイス５００が、１つまたは複数の環状構造５０２（例えば、軸方向において互いの上に積み重ねられる２つのＥＳＰＡリング）によって画定され得る。ポッド１０２が環状構造５０２の周りに結合され得る（例えば、少なくとも２つのポッド１０２のスタックとして）。例えば、ポッド１０２が、環状構造５０２の周りに画定される各ポートに結合され得る。ツール（例えば、ロボットアーム５０６）が環状構造５０２のうちの１つの環状構想に結合され得る（例えば、環状構造５０２の一方側の、径方向に延在する表面に結合され得る）。
図８に示されるように、宇宙船作業用デバイス５００が、環状構造５０２の周りに結合される異なる構成のポッド１０２を有することができる。例えば、ポッド１０２が、環状構造５０２の周りに画定される各ポートに結合され得る。第２の列のポッド１０２が、環状構造５０２の隣に配置される（例えば、環状構造に隣接するおよび／または結合される）それぞれのポッド１０２に結合され得る。別のセットのポッド１０２が、環状構造５０
２から延在する２つのポッド１０２のセットの間に配置され得る（例えば、結合され得る）。いくつかの実施形態では、選択される大きさのクリアランスがポッド１０２の間に設けられ得る（例えば、クリアランスが存在しないことも含まれる）。いくつかの実施形態では、最も外側のポッド１０２が、発射ビークル（例えば、観測機器のフェアリング）の一部分の直径の範囲内に配置されるか、この直径まで延在するか、またはこの直径を越えて延在するように、構成され得る。
図９に示されるように、宇宙船作業用デバイス５００が、環状構造５０２の周りに結合される異なる構成のポッド１０２を有することができる。例えば、ポッド１０２が、環状構造５０２の周りに画定される各ポートに結合され得るが、各ポートから離間される。第２の列のポッド１０２が、環状構造５０２の隣に配置されるそれぞれのポッド１０２に隣接するように（例えば、結合されるように）配置され得る。別のセットのポッド１０２が、環状構造５０２から延在する２つのポッド１０２のセットの間に配置され得る（例えば、結合され得る）。
図１０に示されるように、宇宙船作業用デバイス５００が、環状構造５０２の周りに結合される異なる構成のポッド１０２を有することができる。例えば、選択される量のポッド１０２（例えば、３つのポッド１０２）が、環状構造５０２の周りに画定される各ポートに結合され得る。第２の列のポッド１０２が、環状構造５０２の隣に配置されるそれぞれのポッド１０２に隣接するように（例えば、結合されるように）配置され得る。別のセットのポッド１０２が、環状構造５０２の隣に配置されるそれぞれのポッド１０２のいずれかの側に配置され得る（例えば、結合され得る）。
本開示の追加の非限定の実施形態には以下のものが含まれる：
実施形態１：宇宙船作業用システムであって、この宇宙船作業用システムが：宇宙船作業用デバイスと；少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドであって、宇宙船作業用デバイスによって運ばれる、少なくとも１つのポッドとを備え、ここでは、宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船で作業することを目的として、宇宙船作業用システムの推進を利用して少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成され、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船に対して少なくとも１つのポッドが固定されるようになるまで少なくとも１つのポッドに少なくとも部分的に物理的に接触した状態を維持するように構成される。
実施形態２：実施形態１の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、宇宙船作業用システムの推進のみを利用して少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。
実施形態３：実施形態１または２の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素が、ターゲット宇宙船の軌道または速度のうちの少なくとも１つを変化させるように構成されるスラスタ組立体を備える。
実施形態４：実施形態１から３のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、宇宙船作業用デバイスを６つの移動軸で移動させるように構成される推進システムを備える。
実施形態５：実施形態１から４のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船の一部分の特性を検出するように構成される少なくとも１つのセンサを備える。
実施形態６：実施形態１から５のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのセンサが、ターゲット宇宙船のドッキング構造に関連する特性を検出するように構成される。
実施形態７：実施形態１から６のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つのポッドの、配備、装着、または取り外しのうちの少なくとも１つを行うことを目的として、ターゲット宇宙船に対してのランデブーオペレーションまたは近接オペレーションのうちの少なくとも１つを容易にするように構成される。
実施形態８：実施形態１から７のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのポッドが複数のポッドを含む。
実施形態９：実施形態１から８のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、複数のポッドを保管して複数のポッドの各々を複数のターゲット宇宙船のうちの１つのターゲット宇宙船に配備するように構成される。
実施形態１０：実施形態１から９のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、複数のポッドをターゲット宇宙船に配備するように構成される少なくとも１つの可動機構を備える。
実施形態１１：実施形態１から１０のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つの可動機構が、複数のポッドをターゲット宇宙船に配備するように構成されるロボットアームを備える。
実施形態１２：実施形態１から１１のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船からの少なくとも１つのポッドを回収するようにおよび／またはターゲット宇宙船からの少なくとも１つのポッドに燃料補給するように構成される。
実施形態１３：実施形態１から１２のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、この宇宙船作業用システムが、少なくとも１つの別のポッドを宇宙船作業用デバイスに供給するように構成される再供給デバイスをさらに備える。
実施形態１４：実施形態１から１３のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船に隣接する位置に少なくとも１つのポッドを配置するように構成され、少なくとも１つのポッドが、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船に固定することを目的としてターゲット宇宙船に隣接する位置においてターゲット宇宙船に係合されるように構成される結合機構を備える。
実施形態１５：宇宙船作業用システムであって、この宇宙船作業用システムが：宇宙船作業用デバイスと；少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドであって、少なくとも１つのポッドが宇宙船作業用デバイスによって運ばれる、少なくとも１つのポッドとを備え、ここでは、宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船で作業することを目的として、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。
実施形態１６：実施形態１５の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用システムが、宇宙船作業用システムの推進のみを利用して少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成される。
実施形態１７：実施形態１５または１６の宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、ターゲット宇宙船に隣接する位置に少なくとも１つのポッドを配置するように構成され、少なくとも１つのポッドが、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船に固定することを目的として、ターゲット宇宙船に隣接する位置においてターゲット宇宙船に係合されるように構成される結合機構を備える。
実施形態１８：実施形態１５から１７のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素が、ターゲット宇宙船に対して、静止位置の保持、軌道上昇、運動量のバランシング、姿勢制御、再配置、軌道離脱、燃料補給、構成要素の交換、構成要素の追加、または修理、のうちの少なくとも１つを実施するように構成される。
実施形態１９：宇宙船作業用システムであって、この宇宙船作業用システムが：少なくとも１つのセンサを備える宇宙船作業用デバイスと；少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える少なくとも１つのポッドであって、宇宙船作業用デバイスによって運ばれる、少なくとも１つのポッドとを備え、ここでは、宇宙船作業用デバイスが、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いてターゲット宇宙船で作業することを目的として少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送するように構成され、少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つのポッドをターゲット宇宙船まで移送することに関連するターゲット宇宙船の一部分の特性を検出するように構成される。
実施形態２０：実施形態１９の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのセンサが、ターゲット宇宙船のドッキング構造に関連する特性を検出するように構成される。
実施形態２１：実施形態１９または２０のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、少なくとも１つのセンサが、少なくとも１つのポッドの、配備、装着、または取り外しのうちの少なくとも１つを行うことを目的として、ターゲット宇宙船に対してのランデブーオペレーションまたは近接オペレーションのうちの少なくとも１つを容易にするように構成される。
実施形態２２：実施形態１９から２１のいずれか１つの実施形態の宇宙船作業用システムであって、この宇宙船作業用システムが、宇宙船作業用デバイスを６つの移動軸で移動させるように構成される推進システムをさらに備える。
実施形態２３：宇宙船作業用デバイスと、複数のポッドとを備える宇宙船作業用システムであって、宇宙船作業用デバイスが、複数のポッドの、装着、補給、燃料補給、脱着、再装着、または再使用、のうちの少なくとも２つを行うように構成される。
実施形態２４：宇宙船で作業する方法であって、この方法が：宇宙船に近接するところに宇宙船作業用デバイスを配置することと；宇宙船作業用デバイスに対して少なくとも１つのポッドが接触しているときに、少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を備える複数のポッドのうちの少なくとも１つのポッドを宇宙船まで移送することと、を含む。
実施形態２５：実施形態２４の方法であって、この方法が、少なくとも１つのポッドの少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素を用いて宇宙船で作業することをさらに含む。
実施形態２６：実施形態２４または２５の方法であって、この方法が、宇宙船作業用デバイスが選択される量の複数のポッドを複数の宇宙船まで移送した後で再供給用宇宙船を用いて別の複数のポッドを宇宙船作業用デバイスに供給することをさらに含む。
上述の開示のおよび添付図面に示される実施形態は本開示の範囲を限定するものではな
い。というのは、これらの実施形態が、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって定義される本開示の実施形態の単に例であるからである。いかなる等価の実施形態も本開示の範囲内にあることを意図される。実際には、本記述により、本明細書で示されて説明されるものに加えて、説明される要素の代替的な有用な組み合わせなどの、本開示の種々の修正形態が当業者には明らかとなろう。このような修正形態および実施形態も、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物の範囲内にあることを意図される。

Claims (17)

  1. ホスト船と、
    再供給宇宙船と、
    各々が少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素と、ドッキング機構とを含む、複数のミッション延長用ポッドと を備え、
    前記複数のミッション延長用ポッドは、前記ホスト船によってまとめて運搬され、
    前記ホスト船は、前記複数のミッション延長用ポッドの１つをターゲット宇宙船へ転送するように構成され、
    転送されたミッション延長用ポッドの前記ドッキング機構は、前記ターゲット宇宙船と係合して、転送されたミッション延長用ポッドの前記少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素によって前記ターゲット宇宙船に対して作業を行い、
    前記ホスト船は、宇宙空間内の選択された軌道にある前記再供給宇宙船から供給された前記複数のミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを回収するように構成されている、
    宇宙船作業用システム。
  2. 前記ホスト船は、宇宙空間内の１つまたは複数の選択された軌道から、前記複数のミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを回収するように構成されている、
    請求項１に記載の宇宙船作業用システム。
  3. 前記ホスト船は、宇宙空間の前記１つまたは複数の選択された軌道から、前記複数のミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを収集し、収集されたミッション延長用ポッドを１つまたは複数のターゲット宇宙船の近傍の位置に配置するように構成され、
    収集されたミッション延長用ポッドの各々は、前記１つまたは複数のターゲット宇宙船の近傍の前記位置において、前記ドッキング機構を用いて、前記１つまたは複数のターゲット宇宙船と係合するように構成されている、
    請求項２に記載の宇宙船作業用システム。
  4. 前記ホスト船は、宇宙空間の前記１つまたは複数の選択された軌道に位置する別の宇宙船から、ミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを回収するように構成されている、
    請求項２に記載の宇宙船作業用システム。
  5. 前記ホスト船は、ポッド回収機構を備え、
    前記ポッド回収機構は、宇宙空間内のミッション延長用ポッドの少なくとも１つと係合し、転送のために固定し、前記ターゲット宇宙船へ配置するように構成されている、
    請求項１に記載の宇宙船作業用システム。
  6. 前記ポッド回収機構は、前記ホスト船に結合されたロボットアームを備えている、
    請求項５に記載の宇宙船作業用システム。
  7. 前記ホスト船は、宇宙空間内の選択された軌道において、ミッション延長用ポッドを回収し、運搬し、配置するように構成されている、
    請求項５に記載の宇宙船作業用システム。
  8. 前記ホスト船は、前記ポッド回収機構によって、少なくとも１つのミッション延長用ポッドを前記ターゲット宇宙船の外部へ直接固定する、
    請求項５に記載の宇宙船作業用システム。
  9. 前記複数のミッション延長用ポッドの各々は、ミッション延長用ポッドの軌道及び速度の少なくとも１つを変更するように構成されたスラスタ組立体を備えている、
    請求項１に記載の宇宙船作業用システム。
  10. 前記複数のミッション延長用ポッドの各々の前記ドッキング機構は、前記ターゲット宇宙船のエンジンと係合するように構成された、スピア形状の延伸可能なデバイスを備えている、
    請求項１に記載の宇宙船作業用システム。
  11. ホスト船と、
    前記ホスト船によって運搬される複数のミッション延長用ポッドと
    を備え、
    前記複数のミッション延長用ポッドの各々は、
    １つまたは複数のターゲット宇宙船に対して作業を行うための少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素と、
    ミッション延長用ポッドを前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ固定するためのドッキング機構と
    を備え、
    前記ホスト船は、
    宇宙空間内の１つまたは複数の選択された軌道から、ポッド再供給デバイスから供給される前記複数のミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを回収し、
    回収されたミッション延長用ポッドを前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ転送して、転送されたミッション延長用ポッドの前記少なくとも１つの宇宙船作業用構成要素によって、前記１つまたは複数のターゲット宇宙船に対して作業を行う
    ように構成されている、
    宇宙船作業用システム。
  12. 前記ホスト船は、
    前記１つまたは複数の選択された軌道において前記ポッド再供給デバイスとランデブーし、
    前記ポッド再供給デバイスによって運搬されている複数のミッション延長用ポッドの少なくともいくつかを前記ホスト船へ転送する
    ように構成されている、
    請求項１１に記載の宇宙船作業用システム。
  13. 前記複数のミッション延長用ポッドの各々の前記ドッキング機構は、前記１つまたは複数のターゲット宇宙船のエンジンと係合するように構成された、スピア形状の延伸可能なデバイスを備えている、
    請求項１１に記載の宇宙船作業用システム。
  14. 前記複数のミッション延長用ポッドの各々は、ミッション延長用ポッドの軌道及び速度の少なくとも１つを変更するように構成されたスラスタ組立体を備えている、
    請求項１１に記載の宇宙船作業用システム。
  15. 前記ホスト船は、前記ホスト船の推進システムのみを用いて、前記複数のミッション延長用ポッドのいくつかを前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ転送するように構成されている、
    請求項１１に記載の宇宙船作業用システム。
  16. ホスト船によって、宇宙空間内の軌道から１つまたは複数のターゲット宇宙船まで複数のミッション延長用ポッドを搬送することと、
    前記ホスト船を前記１つまたは複数のターゲット宇宙船の近傍に配置することと、
    前記複数のミッション延長用ポッドを前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ転送することと、
    前記複数のミッション延長用ポッドが前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ転送された後に、前記ホスト船と前記１つまたは複数のターゲット宇宙船との物理的接触を停止することと、
    ポッド再供給デバイスから前記複数のミッション延長用ポッドが供給された後に、前記ホスト船によって、宇宙空間内の前記軌道において前記複数のミッション延長用ポッドを回収することと
    を含む、
    ターゲット宇宙船に対して作業を行う方法。
  17. 他のミッション延長用ポッドが前記ホスト船との物理的接触を維持した状態で、ミッション延長用ポッドを前記１つまたは複数のターゲット宇宙船へ転送することをさらに含む、
    請求項１６に記載の方法。
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