JPH06127495A - スピン衛星捕獲用宇宙機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の目的は、宇宙空間に放置されたスピ
ン衛星を容易に捕獲することが可能なスピン衛星捕獲用
宇宙機を提供することにある。 【構成】この発明は、スピン衛星に正対した状態で、自
己のスピン軸方向を視野中心とする撮像装置で被捕獲ス
ピン衛星を撮像し、その画像情報から被捕獲スピン衛星
と自己とのスピン軸のずれを検出し、このずれを修正す
るように自己の位置を移動させ、一致した状態で宇宙機
をスピンさせ、前記画像情報から被捕獲スピン衛星と自
己とのスピン速度の相対速度を検出し、両者の速度が一
致するようにモーメント可変ブーム機構を駆動すること
で実質的な静止状態をつくり、捕獲装置の一対のアーム
を駆動してスピン衛星を捕獲し、捕獲感知装置で捕獲確
認後、自己のスピンを停止させ、スピン衛星捕獲作業を
終了することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、宇宙空間に放置され
るスピン衛星を捕獲回収するスピン衛星捕獲用宇宙機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】現在までに打ち上げられたスピン衛星は
数多く、かつミッションの終了した衛星も多い。一方、
宇宙環境も大変込み合ってきており、特にミッションの
終えたスピン衛星の捕獲回収が強く要望されている。こ
のスピン衛星の捕獲は、衛星のスピンを人為的に停止さ
せることが必要であり、静止衛星の捕獲と比較して極め
て困難であることが予想される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来より、宇宙空間に放置されたスピン衛星を容易に捕獲
することが可能な宇宙機の開発が強く要望されている。

【０００４】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、宇宙空間に放置されたスピン衛星を容易
に捕獲することが可能なスピン衛星捕獲用宇宙機を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、スピン衛星に正対して当該スピン衛星を
捕獲するスピン衛星捕獲用宇宙機において、機体をスピ
ンさせるスピン機構と、このスピン機構のスピン軸に垂
直な方向に延設され、両端の重りの位置を可変すること
で自己のスピン速度を可変するモーメント可変ブーム機
構と、自己の位置を修正する推進装置と、前記スピン軸
上に設けられて当該スピン軸方向を視野中心とし、捕獲
対象となるスピン衛星を撮像する撮像装置と、この撮像
装置で得られる画像情報から被捕獲スピン衛星のスピン
軸と自己のスピン軸とのずれを検出するスピン軸ずれ検
出手段と、この手段の検出情報に基づき前記推進装置を
駆動して自己のスピン軸を被捕獲スピン衛星のスピン軸
に一致させる推進装置駆動手段と、前記撮像装置で得ら
れる画像情報から被捕獲スピン衛星のスピン速度と自己
のスピン速度との相対速度を検出するスピン相対速度検
出手段と、この手段の検出情報に基づき前記モーメント
可変ブーム機構を駆動して自己のスピン速度を被捕獲ス
ピン衛星のスピン速度に一致させるブーム機構駆動手段
と、機体両側に装備される一対のアームによって前記被
捕獲スピン衛星を挟持する捕獲装置と、前記推進装置駆
動手段及びブーム機構駆動手段による軸合わせ及びスピ
ン速度合わせの終了後に前記捕獲装置を駆動する捕獲装
置駆動手段と、前記捕獲装置の一対のアームの先端に設
けられ、捕獲を確認する捕獲感知装置とを具備して構成
される。

【０００６】

【作用】上記構成によるスピン衛星捕獲用宇宙機は、ス
ピン衛星に正対した状態で、自己のスピン軸方向を視野
中心とする撮像装置で被捕獲スピン衛星を撮像し、その
画像情報から被捕獲スピン衛星のスピン軸と自己のスピ
ン軸とのずれを検出し、このずれを修正するように自己
の位置を移動させ、一致した状態で宇宙機をスピンさ
せ、前記画像情報から被捕獲スピン衛星のスピン速度と
自己のスピン速度との相対速度を検出し、両者の速度が
一致するようにモーメント可変ブーム機構を駆動するこ
とで実質的な静止状態をつくり、捕獲装置の一対のアー
ムを駆動してスピン衛星を捕獲し、捕獲感知装置で捕獲
確認後、自己のスピンを停止させてスピン衛星捕獲作業
を終了する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。

【０００８】図１はこの発明に係るスピン衛星捕獲用宇
宙機の全体的な構成を示すもので、１１は軸ａを中心に
一定速度で回転する被捕獲スピン衛星、１２はスピン衛
星捕獲用宇宙機である。この宇宙機１２は母船（図示せ
ず）よりスピン衛星１１の近傍まで運搬され、そこから
例えば後述の推進装置１３（図２）の遠隔操作によって
スピン衛星１１のスピン軸延長上で正対するように移動
制御される。

【０００９】宇宙機１２は内部のホイール１４を回転さ
せることによって軸ｂを中心にスピンさせることができ
る。そのスピン速度はスピン軸ｂに垂直な方向に延設さ
れたモーメント可変ブーム機構１５によって調整され
る。

【００１０】すなわち、このブーム機構１５は、滑りガ
イドポール１５１とボールスクリューポール１５２を平
行させてスピン軸ｂに垂直な方向に機体から延設させ、
機体両側の等距離の位置に重り１５３を配置させる。そ
して、機体内部のモータ１５４の回転駆動を歯車機構１
５５を介してボールスクリューポール１５２を回転させ
る。

【００１１】これによって両端の重り１５３の位置を機
体両側で等距離のまま可変することができる。重り１５
３の位置がスピン軸ｂから離れれば慣性モーメントが低
くなり、スピン速度は遅くなる。逆に、重り１５３の位
置がスピン軸ｂに近付けば慣性モーメントが高くなり、
スピン速度は速くなる。

【００１２】また、宇宙機１２はスピン軸ｂの軸方向を
中心とする視野を有する撮像装置１６を搭載している。
この撮像装置１６で得られた被捕獲スピン衛星１１の画
像情報は機体内部の画像処理装置１７に送られる。

【００１３】この画像処理装置１７は、第１の機能とし
て、入力した画像情報からスピン衛星１１の特徴点ｃを
見つけ、その特徴点ｃがスピンによって形成される円の
中心点、すなわちスピン軸ａを判別し、撮像装置１６の
視野中心、すなわち自己のスピン軸ｂとのずれを求める
スピン軸ずれ検出機能を有する。

【００１４】また、画像処理装置１７は、第２の機能と
して、上記特徴点ｃの回転速度からスピン衛星１１のス
ピン速度と自己のスピン速度との相対速度を求めるスピ
ン相対速度検出機能を有する。

【００１５】さらに、宇宙機１２の機体両側には、捕獲
装置１８として被捕獲スピン衛星１１を挟持する一対の
アーム１８１，１８２が装備される。各アーム１８１，
１８２の先端には捕獲を確実にするためのエンドエフェ
クタ１８３，１８４が設けられる。その表面には緩衝材
としての機能のみならず、捕獲を感知する機能を有する
捕獲感知装置１９として、感圧ゴム１９１，１９２が貼
付けられている。上記のような機構、装置を装備した宇
宙機１２の捕獲制御系は、図２に示すように構成され
る。

【００１６】図２において、ＣＰＵ（中央処理装置）２
１は宇宙機１２の各機構、装置を総括的にコントロール
するもので、バス２２を通じて任意の機構、装置と接続
可能となっている。バス２２には、上述した推進装置１
３、ホイール１４、画像処理装置１７、捕獲感知装置１
９の他、ブーム機構駆動部２３及びアーム駆動部２４が
接続される。

【００１７】ブーム機構駆動部２３はＣＰＵ２１からの
制御指令に応じてモーメント可変ブーム機構１５の重り
１５３の位置を可変制御するものである。アーム駆動部
２４はＣＰＵ２１からの制御指令に応じて捕獲装置１８
の一対のアーム１８１，１８２を駆動し、スピン衛星１
１を挟持することで、当該衛星を捕獲する。この捕獲は
感圧ゴム１９１，１９２の感圧出力によりＣＰＵ２１に
報知される。上記構成において、以下ＣＰＵ２１による
捕獲処理の流れを図３のフローチャートを参照して説明
する。

【００１８】まず、撮像装置１６の視野内に被捕獲スピ
ン衛星１１が入ると、その画像情報が画像処理装置１７
に送られ、ここでスピン衛星１１のスピン軸ａと自己の
スピン軸ｂのずれが検出される。ＣＰＵ２１はこのずれ
を補正するように推進装置１３を通じて宇宙機１２を移
動させ、両スピン軸ａ，ｂを一致させる（ステップＳ
１，Ｓ２）。

【００１９】スピン軸ａ，ｂが一致したならば（Ｙ）、
ホイール１４を駆動して宇宙機１２をスピンさせる。こ
のとき、画像処理装置１７では入力画像情報からスピン
速度と自己のスピン速度との相対速度が求められてい
る。ＣＰＵ２１はこの相対速度が０となるように、ブー
ム機構駆動部２３を通じてモーメント可変ブーム機構１
５の重り１５３を移動させ、これによって衛星１１のス
ピン速度と自己のスピン速度とを一致させる（ステップ
Ｓ３，Ｓ４）。

【００２０】スピン速度が一致したならば（Ｙ）、アー
ム駆動部２４を通じてアーム１８１，１８２を駆動し、
スピン衛星１１を挟持させて当該衛星を捕獲する（ステ
ップＳ５，Ｓ６）。

【００２１】アーム１８１，１８２の先端に設けられた
エンドエフェクタ１８３，１８４がスピン衛星１１に当
接すると、感圧ゴム１９１，１９２がこれを感知する。
ＣＰＵ２１はこの感知信号を受けて衛星１１を捕獲した
ことを検知し（ステップＳ７）、ホイール１４を逆回転
させて自己のスピンを停止させる（ステップＳ８）。後
は、母船側から遠隔操作によって宇宙機１２を回収する
ことで、スピン衛星１１の回収が終了する。

【００２２】ここで、上記の説明ではスピン軸合わせ、
スピン速度合わせ、衛星捕獲の各制御を順に行うように
記したが、実際にはアーム動作によるスピン同期のずれ
をスピン軸合わせの制御を通じて補正する等、各制御を
並列的に行うことになる。

【００２３】以上の説明から明らかなように、上記構成
によるスピン衛星捕獲用宇宙機は、被捕獲スピン衛星と
正対して、同じ速度でスピンすることで、実質的に静止
した状態をつくることができるので、容易にスピン衛星
を捕獲することができる。尚、この発明は上記実施例に
限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形しても同様に実施可能であることはいう
までもない。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、宇宙空
間に放置されたスピン衛星を容易に捕獲することが可能
なスピン衛星捕獲用宇宙機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るスピン衛星捕獲用宇宙機の一実
施例の全体的な構成を示す外観図。

【図２】同実施例の捕獲制御系の構成を示すブロック
図。

【図３】同実施例の捕獲制御系の処理の流れを示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１１…被捕獲スピン衛星、１２…スピン衛星捕獲用宇宙
機、１３…推進装置、１４…ホイール、１５…モーメン
ト可変ブーム機構、１５１…ガイドポール、１５２…ボ
ールスクリューポール、１５３…重り、１６…撮像装
置、１７…画像処理装置、１８…捕獲装置、１８１，１
８２…アーム、１８３，１８４…エンドエフェクタ、１
９…捕獲感知装置、１９１，１９２…感圧ゴム、２１…
ＣＰＵ、２２…バス、２３…ブーム機構駆動部、２４…
アーム駆動部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピン衛星に正対して当該スピン衛星を捕
   獲するスピン衛星捕獲用宇宙機において、 機体をスピンさせるスピン機構と、 このスピン機構のスピン軸に垂直な方向に延設され、両
   端の重りの位置を可変することで自己のスピン速度を可
   変するモーメント可変ブーム機構と、 自己の位置を修正する推進装置と、 前記スピン軸上に設けられて当該スピン軸方向を視野中
   心とし、捕獲対象となるスピン衛星を撮像する撮像装置
   と、 この撮像装置で得られる画像情報から被捕獲スピン衛星
   のスピン軸と自己のスピン軸とのずれを検出するスピン
   軸ずれ検出手段と、 この手段の検出情報に基づき前記推進装置を駆動して自
   己のスピン軸を被捕獲スピン衛星のスピン軸に一致させ
   る推進装置駆動手段と、 前記撮像装置で得られる画像情報から被捕獲スピン衛星
   のスピン速度と自己のスピン速度との相対速度を検出す
   るスピン相対速度検出手段と、 この手段の検出情報に基づき前記モーメント可変ブーム
   機構を駆動して自己のスピン速度を被捕獲スピン衛星の
   スピン速度に一致させるブーム機構駆動手段と、 機体両側に装備される一対のアームによって前記被捕獲
   スピン衛星を挟持する捕獲装置と、 前記推進装置駆動手段及びブーム機構駆動手段による軸
   合わせ及びスピン速度合わせの終了後に前記捕獲装置を
   駆動する捕獲装置駆動手段と、 前記捕獲装置の一対のアームの先端に設けられ、捕獲を
   確認する捕獲感知装置とを具備するスピン衛星捕獲用宇
   宙機。