JPH0624399A - 宇宙機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 要求されるミッションに応じて適合する機能
モジュールを選択し、選択した機能モジュールを軌道上
において組み合わせて宇宙機のコンフィギュレーション
を再構成可能にした宇宙機システムの提供。 【構成】 多目的宇宙機に要求される各種の機能および
ミッションに対応可能に、各単一の機能ごとにモジュー
ル化された分離および再構成の可能な複数の機能モジュ
ールからなる機能モジュール群と、該機能モジュール群
を収納し、宇宙機に対してミッション支援作業を行う軌
道上のドック部とを備え、前記要求されるミッションに
応じて地上からの指令により、適合する所定の機能モジ
ュールを前記機能モジュール群の内から選択して、宇宙
機のコンフィギュレーションを再構成可能にした構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軌道上において多くの
機能とミッションとを要求される多目的宇宙機（軌道上
サービス作業機で、以下、単に宇宙機ともいう）に対す
る宇宙機システムに係わり、特に、要求されるミッショ
ンに応じて適合する機能モジュールを選択し、軌道上に
おいて宇宙機のコンフィギュレーションを再構成するの
に好適な宇宙機システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】多目的宇宙機は、軌道上に長期間滞在
し、軌道上における構造物の建設とその保守作業，人工
衛星等への補給とその保守作業，人工衛星等の軌道への
投入とその姿勢維持補助サービス等、各種のミッション
を遂行する任務を有している。このため、従来の多目的
宇宙機には、ミッション遂行上そのミッション全体を可
及的に満足するように、例えば、通信，航法誘導，姿勢
制御等の必要な機能およびコンフィギュレーションが予
め決定され、そのコンフィギュレーションに従ってそれ
らの機能を果たす総ての機器が１つの機体に集中して搭
載されていた。一方、１機の宇宙機が有する機能を、数
個のモジュールに分散配置する構成の分解・組立可能な
モジュール型宇宙機も提案されている。

【０００３】なお、この種の技術に関連するものとして
は、例えば、特開平２−２４０７３号公報および特開平
１−２９５７７２号公報がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の多目的宇宙
機は、予め、ミッション全体を可及的に満足するように
機能およびコンフィギュレーションを決定して打ち上げ
られるため、そのコンフィギュレーションは、個々の特
定の機能よりたとえ性能は低下しても全体の機能を優先
して決定され、また、ミッションの多様化に伴い宇宙機
に搭載する機能を増大したい場合でも、搭載が過重にな
らない範囲内に制限されるため、その増大する要求に十
分に対応することは困難であった。従って、多目的宇宙
機であっても要求される全てのミッションに対して、必
ずしも最適な機能およびコンフィギュレーションにより
対応することができない問題点を有していた。

【０００５】また、各機能は互いに関連し、独立した構
成になっていないため、各機能の内、故障もしくは消耗
が発生した場合は、その交換もしくは補充の際に、他の
機能に影響を与える問題点も有していた。

【０００６】さらに、多目的宇宙機はそのミッションの
性質上、サービス対象宇宙機に対して身軽な姿勢制御
性，機動性，操作性等が必要とされるが、ミッション遂
行に必要とする機能の総てを１つの機体に集中して搭載
しているため、機体重量が増大して機動性，操作性が低
下するとともに、推薬の消費量を増大させる問題点をも
有していた。

【０００７】一方、前記モジュール型宇宙機は、単に宇
宙機の機能を、予め複数個のモジュールに分散して分解
・組立可能に配置するためだけの構成であり、他のモジ
ュールと組み合わせて新たに他のミッションに対応させ
るためのコンフィギュレーションにすることはできなか
った。

【０００８】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、要
求されるミッションに応じて適合する機能モジュールを
選択し、選択した機能モジュールを軌道上において組み
合わせて宇宙機のコンフィギュレーションを再構成可能
にし、要求されるミッションを容易かつ最適に遂行する
ことができる宇宙機システムを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わる宇宙機システムは、多目的宇宙機に
要求される各種の機能およびミッションに対応可能に、
各単一の機能ごとにモジュール化された分離および再構
成の可能な複数の機能モジュールからなる機能モジュー
ル群と、該機能モジュール群を収納し、宇宙機に対して
ミッション支援作業を行う軌道上の無人のドック部とを
備え、前記要求されるミッションに応じて地上からの指
令により、適合する所定の機能モジュールを前記機能モ
ジュール群の内から選択して、宇宙機のコンフィギュレ
ーションを再構成可能に構成したものである。

【００１０】そして、前記機能モジュール群を、少なく
とも、電力の発生，蓄積およびその供給制御を行う電源
系と、軌道上における自機の位置，姿勢の計測および制
御並びに軌道上におけるサービス対象に対する自機の相
対的な位置，姿勢の計測および制御を行う位置／姿勢計
測系と、前記位置，姿勢の変更および制御に必要な駆動
力を発生する推進系と、地上の管制局との所定の通信を
行う通信系と、宇宙機の持つセンサーからの情報および
地上からの制御情報を処理し宇宙機全体の機能管理およ
び制御を行う情報処理系とからなる通信／情報処理系
と、複数種類のアームモジュールおよびその制御機材か
ら成るマニピュレーションアーム系とからなるサブシス
テムに分割され、該分割されたサブシステムの各機能ご
とに、複数種類の機能モジュールを備える構成にするこ
とが望ましい。

【００１１】また、前記機能モジュールを、同種機能を
有し、かつ構成の異なる異種の複数のモジュールにする
とよく、さらに、前記機能モジュールを、６面体に形成
し、少なくとも１個所以上に互いに電気的に結合する結
合用ポートを設け、該結合用ポートを介して異なる機能
モジュールを任意に結合可能な構成にするとよい。

【００１２】

【作用】上記構成としたことにより、多様なミッション
の遂行を課せられて打ち上げられた多目的宇宙機は、ミ
ッション遂行に必要な各種の機能モジュールからなる機
能モジュール群を収納した軌道上における無人のドック
部より、要求されるミッションに応じて地上からの指令
により、適合する所定の機能モジュールを前記機能モジ
ュール群の内から任意に選択することが可能になる。こ
のため、多目的宇宙機の機能およびコンフィギュレーシ
ョンは、選択した機能モジュールをそれまで使用してい
た機能モジュールと交換、または組み合わせることによ
り、要求される各種のミッションに対して、それぞれ最
適となる構成に再構成することが可能になる。

【００１３】上記再構成が可能なことにより、予め、ミ
ッション遂行に必要な機能の総てを１つの機体に集中し
て搭載する必要がなくなり、機体重量を軽減することが
可能になるため、姿勢制御性，機動性，操作性等を向上
させるとともに、推薬の消費量を減少させることが可能
になる。

【００１４】また、各機能が、各単一の機能ごとにモジ
ュール化された分離および再構成可能の独立した構成に
なっているため、機能に故障もしくは消耗が発生した場
合における交換もしくは補充を、他の機能に影響を与え
ることなく行うことが可能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４を参
照して説明する。図１は宇宙機システムの概略構成の一
例を示す図、図２はドック部の概略構成例を示す斜視
図、図３は宇宙機のコンフィギュレーション例その１を
示す斜視図、図４は宇宙機のコンフィギュレーション例
その２を示す斜視図である。

【００１６】図１に示すように、機能モジュール群は、
複数のサブシステムに分割されている。すなわち、本実
施例においては、宇宙機の持つ複数の機能を、電力の発
生，蓄積およびその供給制御を行う電源系１１と、軌道
上での自機の位置／姿勢の計測および制御、並びに軌道
上のサービス対象機に対する自機の相対的な位置／姿勢
の計測および制御を行う位置／姿勢計測系１２と、位置
／姿勢の変更および制御に必要な駆動力を発生する推進
系１３と、地上の管制局と必要な通信を行う通信系と、
宇宙機に備えたセンサーからの情報および地上からの制
御情報等を処理して宇宙機全体の制御並びに機能管理を
行う情報処理系とからなる通信／情報処理系１４と、マ
ニピュレーションアームおよびその制御機材からなるマ
ニピュレーションアーム系１５と、サービス対象機に対
してドッキングを行うためのドッキングポートおよびそ
の他のドッキング用機材から成るドッキング系１６と
の、６つのサブシステムレベルに分割されている。

【００１７】上記各サブシステムは、同種機能を有し、
かつ構成の異なる異種の複数の機能モジュールにより構
成される。まず、電源系１１は、電力の安定化および配
分等の制御を行う電力制御モジュール１１３，電源とし
て太陽電池を主体とした太陽電池パドルモジュール１１
１およびバッテリーを主体としたバッテリーモジュール
１１２を備え、姿勢等の異なるミッション要求に応じて
選択可能にしている。つぎに、位置／姿勢計測系１２
は、センサーとして太陽センサーと恒星センサー等から
なる軌道上位置姿勢計測モジュール１２１と、加速度計
およびジャイロ等からなる慣性計測モジュール１２２
と、ディファレンシャルＧＰＳ（グローバルポジショニ
ングシステム）を利用した計測システムとレーザレンジ
レーダ等からなる相対位置姿勢計測モジュール１２３と
を備えている。

【００１８】推進系１３は、小型のスラスター，燃料タ
ンク，スラスター制御機材等により構成され、比較的近
距離の軌道でのロボットサービス等に用いられる推進モ
ジュール１３１，より大型のスラスターおよびその制御
機材等により構成され、衛星の曳航や軌道投入補助等を
行うときに使用される大推力推進モジュール１３２、お
よび長期間にわたるミッションの場合もしくは大推力推
進モジュールを使用する場合に、宇宙機に対して燃料を
供給する追加推薬タンクモジュール１３３を備えてい
る。

【００１９】ついで、通信／情報処理系１４は、直接も
しくはドック部での中継を経由して地上との通信を行う
通信モジュール１４１と、宇宙機全体のバス機能の管理
および宇宙機の全体的な制御を行う情報処理モジュール
１４２を備えている。

【００２０】また、マニピュレーションアーム系１５
は、マニピュレーションアームとその制御エレクトロニ
クスからなるアームモジュール１５１と、視覚カメラお
よび搭載計算機からなりマニピュレーションアーム系１
５の操作性御を行うアーム制御モジュール１５２を備え
ている。ここで、アームモジュール１５１は、基本的に
１モジュールに１アームとし、作業用アームおよびアン
カーアーム等の目的に応じて異なる複数種類のアームモ
ジュールを備え、１つのアーム制御モジュール１５２に
よって複数のアームモジュール１５１を制御可能に構成
する。

【００２１】そして、ドッキング系１６は、ドッキング
のための機械的なインターフェースおよび電気的なイン
ターフェースからなるドッキングモジュール１６１を備
え、ドッキング対象の規格にあわせて複数のドッキング
モジュール１６１が備えられている。

【００２２】上記各機能モジュールは、基本的に外壁に
囲まれた箱状の６面体に構成されており、少なくとも１
か所以上に電力および制御用通信線を結合する結合用ポ
ートが設けられていて、該結合用ポートを介して異なる
機能モジュールが自由な順序と配置により結合されるよ
うになっている。

【００２３】上記構成からなる機能モジュール群内の各
機能モジュールは、要求される多様なミッションに応じ
て、軌道上において収納されたドック部より任意に選択
することが可能であるため、従来のように、予め、ミッ
ション遂行に必要な機能の総てを１つの機体に搭載して
打ち上げる必要が無くなり、多目的宇宙機の機能および
コンフィギュレーションを、ドック部の支援作業を受け
て最適な構成に再構成することができる。図１の右方に
記載された組み合わせは、選択されたコンフィギュレー
ションの一例を示す。

【００２４】また、機体重量が軽減するため、姿勢制御
性，機動性，操作性等が向上するとともに、推薬の消費
量を減少させられ、さらに、各機能が、各単一の機能ご
とにモジュール化され、しかも分離および再構成可能の
独立した構成になっているため、機能モジュールの交換
もしくは補充を、他の機能モジュールに影響を与えるこ
となく行うことができる。

【００２５】つぎに、ミッション運用を支援する無人の
ドック部について図２を参照して説明する。コンフィギ
ュレーションの変更は図２に示すドック部の支援によっ
て行われる。図において、２１は管理部で、管理部２１
内には図示しない貯蔵燃料タンク，通信設備，搭載計算
機，電力制御設備等が設置され、外部にはアンテナ２１
１，２１２が設けられている。２２は前記図１に示すよ
うな各種の複数の機能モジュールをそれぞれ独立して収
納する収納部、２３は作業アーム２４を移動可能に支持
し、機能モジュールの分解・組立等を行う作業アーム移
動トラス、２５は発電を行う太陽電池パドル、２６はド
ック部の軌道および姿勢を制御する姿勢制御スラスター
である。本実施例の無人のドック部は、上記の構成から
なっており、宇宙機に対するバッテリー再充電，推薬補
給，宇宙機のコンフィギュレーション再構成，地表局−
宇宙機間の通信中継等、各種のミッション支援作業を行
うことができる。

【００２６】このうち、宇宙機のコンフィギュレーショ
ン再構成は、所望の機能とコンフィギュレーションがミ
ッションごとに決定された後、地表局よりコンフィギュ
レーションと各機能モジュールの組み立て手順を管理部
２１に送信し、その送信情報に基づいて管理部２１内の
計算機を介して作業アーム２４をコントロールし、モジ
ュール収納部２２の機能モジュール群より、所望の機能
モジュールを選択して宇宙機の組み立て再構成作業が行
われる。

【００２７】図３は、前記図１の右方に記載された組み
合わせのコンフィギュレーションの具体例である。この
コンフィギュレーションの宇宙機は、前記図１において
述べた太陽電池パドルモジュール１１１、電力制御モジ
ュール１１３、軌道上姿勢計測モジュール１２１、慣性
計測モジュール１２２、相対位置姿勢計測モジュール１
２３、推進モジュール１３１、通信モジュール１４１、
情報処理もジュール１４２、アーム制御モジュール１５
２および２機種３台のアームモジュール１５１を備えて
いる。本例は、比較的近い軌道上におけるサービス対象
機に対して、ロボットサービスを行うためのコンフィギ
ュレーション例である。

【００２８】図４は、宇宙機のコンフィギュレーション
例その２で、前記図１において述べた電力制御モジュー
ル１１３、通信モジュール１４１、情報処理モジュール
１４２、２台のアームモジュール１５１およびアーム制
御モジュール１５２を備えている。このコンフィギュレ
ーションの宇宙機が図３のように推進モジュールを有し
ないのは、基本的にドック部の作業アーム２４に把持さ
れた状態で運用されるためであり、この状態でドック部
の点検および補修作業が行われる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、要求され
る多様なミッションに応じて適合する機能モジュールを
選択し、その選択した機能モジュールを軌道上において
組み合わせて宇宙機のコンフィギュレーションを再構成
可能にしたから、多目的宇宙機でありながら特定のミッ
ション専用の宇宙機と同等の操作性と機能を発揮するこ
とが可能になり、要求されるミッションを容易かつ最適
に遂行することができる効果を奏する。

【００３０】また、上記コンフィギュレーションの再構
成により機体重量が軽減され、姿勢制御性，機動性，操
作性等を向上させるとともに、推薬の消費量を減少させ
られ、さらに、各機能が、各単一の機能ごとにモジュー
ル化され、しかも分離および再構成可能の独立した構成
になっているため、機能モジュールの故障または消耗時
の交換もしくは補充を、他の機能モジュールに影響を与
えることなく行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の宇宙機システムの概略構成の一例を示
す図である。

【図２】本発明のドック部の概略構成例を示す斜視図で
ある。

【図３】本発明の宇宙機のコンフィギュレーション例そ
の１を示す斜視図である。

【図４】本発明の宇宙機のコンフィギュレーション例そ
の２を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１…電源系、１２…位置／姿勢計測系、１３…推進
系、１４…通信／情報処理系、１５…マニピュレーショ
ンアーム系、１６…ドッキング系、２０…ドック部、２
１…管理部、２２…モジュール収納部、２３…作業アー
ム移動トラス、２４…作業アーム、２５…太陽電池パド
ル、２６…姿勢制御スラスター。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多目的宇宙機に要求される各種の機能お
   よびミッションに対応可能に、各単一の機能ごとにモジ
   ュール化された分離および再構成の可能な複数の機能モ
   ジュールからなる機能モジュール群と、該機能モジュー
   ル群を収納し、宇宙機に対してミッション支援作業を行
   う軌道上の無人のドック部とを備え、前記要求されるミ
   ッションに応じて地上からの指令により、適合する所定
   の機能モジュールを前記機能モジュール群の内から選択
   して、宇宙機のコンフィギュレーションを再構成可能に
   したことを特徴とする宇宙機システム。
2. 【請求項２】 前記機能モジュール群が、少なくとも、
   電力の発生，蓄積およびその供給制御を行う電源系と、
   軌道上における自機の位置，姿勢の計測および制御並び
   に軌道上におけるサービス対象に対する自機の相対的な
   位置，姿勢の計測および制御を行う位置／姿勢計測系
   と、前記位置，姿勢の変更および制御に必要な駆動力を
   発生する推進系と、地上の管制局との所定の通信を行う
   通信系と、宇宙機の持つセンサーからの情報および地上
   からの制御情報を処理し宇宙機全体の機能管理および制
   御を行う情報処理系とからなる通信／情報処理系と、複
   数種類のアームモジュールおよびその制御機材から成る
   マニピュレーションアーム系とからなるサブシステムに
   分割され、該分割されたサブシステムの各機能ごとに、
   複数種類の機能モジュールを備えてなる請求項１記載の
   宇宙機システム。
3. 【請求項３】 前記機能モジュールが、同種機能を有
   し、かつ構成の異なる異種の複数のモジュールからなる
   請求項１または２記載の宇宙機システム。
4. 【請求項４】 前記機能モジュールが、６面体に形成さ
   れ、少なくとも１個所以上に電気的に互いに結合する結
   合用ポートを設けられ、該結合用ポートを介して異なる
   機能モジュールが任意に結合可能に構成されてなる請求
   項１または２記載の宇宙機システム。