JPH0655600B2 - 酸素粒子照射方法、粒子ビーム照射方法、汚染物質フィルムクリーニング方法、及び人工衛星及び宇宙船の寿命を長くする方法 - Google Patents

酸素粒子照射方法、粒子ビーム照射方法、汚染物質フィルムクリーニング方法、及び人工衛星及び宇宙船の寿命を長くする方法

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JPH0655600B2
JPH0655600B2 JP61505184A JP50518486A JPH0655600B2 JP H0655600 B2 JPH0655600 B2 JP H0655600B2 JP 61505184 A JP61505184 A JP 61505184A JP 50518486 A JP50518486 A JP 50518486A JP H0655600 B2 JPH0655600 B2 JP H0655600B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、宇宙船表面から不所望のフィルムを自動的に
除去するためのシステムに関する。特に、この発明は、
宇宙で宇宙船の非常に重要の表面に対する太陽の紫外線
の重合活動によって堅く結合した有機物質層を除去する
ための方法及び手段に関する。
2.背景情報 宇宙船は一度、地球の大気圏の上層を越えて敵性環境に
さらされると、その宇宙船自身から遊離された粒子に加
えて宇宙にある微細物質が、その宇宙船中へ及び外へ放
射線を通過させるためのインターフェースとして供され
る感受面上に、閉塞層を形成する。これらの不所望の物
質は宇宙船が宇宙でその進路に沿って移動するにつれ
て、ランダムな衝突の結果として静電力によって表面に
誘引され、あるいは宇宙船外面上に堆積される。宇宙船
に付着するこれらの粒子が太陽の紫外線によって照らさ
れた結果として、それらは互いに結合し、人工衛星の外
面上の放射線インターフェース表面に結合する。太陽の
エネルギは、それらの重要なセンサ及び宇宙船の通信領
域から除去するの難しい重合体と呼ばれる有機分子の長
いチェーンを形成することを助ける。
センサあるいは放射線開口が一度、部分的に不透明な被
覆で覆われると、全体の宇宙システムの効率及び効力
は、非常に低下する。極めて重大な無線信号、赤外線信
号、光信号、又はレーザ信号の送信が、損われあるいは
妨げられてしまう。科学的者が調査を行うことを助ける
ために、地球の表面又は大気圏から放射線を集め、蓄積
し、あるいは分析する軌道センサプラットフォームの能
力が、非常に減少させられてしまう。進路上に及び適当
な姿勢に残るための最高のナビゲーションテクニックに
依存する人工衛星が、若しその星センサの対物レンズが
宇宙の有機堆積物の遮光スケールによって覆い隠される
ならば、完全に役に立たなくなってしまう。
宇宙に於けるほとんどあらゆる宇宙船は、これらの汚染
物質被覆の形成に起因する操作有効性の必然的な減少に
よって損害を受ける。科学的,軍事的,商業的努力の増
加は、我々の大気圏上の領域の活用の利益を獲得し始め
ている。宇宙ベースの望遠鏡は、地上にのみ限られてい
た天文学的観測を広げている。軌道からの遠距離検知
は、軍事的監視及び天気予報の最新の方法の基となって
いる。軌道検出システムは、地震検出、農業収穫量、世
界の海洋の変化、及び石油及び他の希な鉱物資源のため
の開発に関する研究に於いて重大な役割を演じている。
これらの高価なシステムの事実上全ての有用性は、これ
らの歓迎されない薄板の徐々の増進によって、ゆっくり
とであるが、不可避的に減ぜられている。
軌道にある宇宙船からこれらの有害な有機フィルムを除
去することによって、放射線開口表面を自動的にクリー
ニングするために使用されることができる、発明者に知
られた従来の方法及び装置は存在しない。若し、外部セ
ンサ及び送信アンテナに粘着する粒子が紫外線に決して
さらされないなららば、上記粒子は堅い、非常に粘着性
の重合体には変換されず、若し被覆された基表面が十分
に熱せられることができるならば、単純昇華作用によっ
て分散されることができる。軌道にある宇宙船の全ての
外部エリアが、太陽によって結局照射される故に、加熱
による汚染物質の昇華作用は、幾らかの実際的な効果を
提供する解法である。
低軌道にある宇宙船のためには、若し重要な表面が、宇
宙船の動きの方向に向かうように配置されるならば、幾
分クリーニングされることができる。この場合、100
マイル以上に60ある大気酸素の跡は、有機フィルムに
衝突し、酸化反応によってそれらを消してしまう。この
テクニックはほんの僅かしか有効ではなく、低高度の非
常に狭い範囲内で動作するように強いられるスペースシ
ャトルのような宇宙船に制限される。センサ及び電力表
面のクリーニングを必要とする大多数の宇宙船は、遥か
に高い軌道で世界を周航し、それらは地表上23000
マイルを越えて地球を回る静止衛星を含む。
地球環境中で、同様の有機物質が実験室状況の下に特別
なランプを使用して分散されている。大気中の酸素が、
紫外線ランプによる刺激によって、同素体の一方、即ち
オゾン、及び酸素原子に変換されている。重合層及び紫
外線エネルギとこれらのガスの相互作用の結合された効
果は、汚染物質の最も上の数層の除去である。非常に広
大な有機被覆は、多くの層が付加放射線によって簡単に
再重合される故に、紫外線・オゾン処理のこの方法を受
けにくい。
高エネルギビームが表面に衝撃を与えるため及び動力学
的相互作用を通して閉塞フィルムを解放するために使用
されることができるが、附随して、そのビームは復帰さ
せるつもりの感受面に損害を与え、それららを破壊す
る。これらのテクニックは暴力によって問題を解決する
が、傷付きやすい保護光学被覆によってしばしば囲まれ
る宇宙を運ばれる表面上に使用するのに十分だけ選択的
でない。
前述された方法及び装置は、それらの極めて重大な放射
線開口の有機フィルム不明瞭化による宇宙船の低下の問
題に対する効果的な解法は提供しない。この問題に対す
る有効な解法は、25年以上もの間、航空宇宙界に経験
された、長く感ぜられていた要求を満足させるだろう。
不所望のフィルムを除去するための真に実用的な信頼性
のある手段は、ほとんど全ての未来の宇宙システムの有
用性を増加させ且つ宇宙に於ける科学的,軍事的,商業
的計画のための機械を拡大するでろうスペーステクノロ
ジィに於いて主要進歩を表わすであろう。そのような装
置は、宇宙システムの広い変化と協同して動作するの
に、及び基礎を成すハードウェアを害することなしに、
無数の重要な人工衛星部品のために確実にクリーニング
タスクを行うのに、理想的に適当であるだろう。
発明の要約 本発明は、極めて重大な宇宙を運ばれる放射線インター
フェース表面の有機掩蔽の問題に対する有効な、実際的
な、安価な、直接の解法を提供する。この発明は、粒子
を単量体に分解する流れの中に形成されることが可能な
クリーニング剤の積載供給を利用する。これらの粒子
は、太陽の紫外線の活動によって宇宙船に堅く結合した
不所望の被覆を帯びる標的面に照準される。この分子ビ
ーム、原子ビーム、イオンビーム、あるいは励起された
プラズマビームは、標的面が過度の動力学的相互作用に
よって損害を与えられないように、特定範囲内のビーム
エネルギで発生される。クリーニング剤粒子は、酸化反
応に於いて、中性電位に保持されている標的上の有機フ
ィルムと化学的に相互作用する。次に、これらの反応物
は、遊離させられた揮発性ガスとして宇宙船から運び去
られる。あるいはまた、クリーニング剤は、激しい太陽
活動の期間の間、標的の付近に分子ガスとして宇宙船内
のチェンバから分散させられることができる。次に、分
子ガスの放出の結果として形成された正イオンが、平均
で、宇宙船が軌道のほぼ15%を進む間に1回生じる激
しい太陽活動の結果として、正味の負電荷を累積した宇
宙船に加速して戻される。このイオンの戻って来る流れ
は、同様の結果を有する同様の酸化反応を成し遂げる。
よって、放射線収集の低落の問題を解決する効果的な手
段を提供すること、及び不透明になる層の形成で損害を
受けてしまう宇宙船の他の部品と同様に表面を交換する
ことが、本発明の目的である。
レンズ、センサ、レーザ及びレーダ開口、窓、反射鏡、
太陽電池、熱制御面、放射線測定装置、鏡、望遠鏡、サ
ーマルイメージングアレィ、スキャニングアレィ、ステ
アイングアレィ、検出器、指示ランプ、及び照明装置
を、それらの最初の傷のない状態に自動的に復帰するこ
と及び再生することが、本発明のさらなる目的である。
トランポンダ、アンテナ、アクチュエータ、バルブ、ノ
ズル、ロケット部品、ドッキングアセンブリ、ロボット
腕、ハウジング、極低温装置のような軌道中の他の内部
及び外部部品もまた、等しい成功を有して修理されるこ
とができる。非透過性の汚染物質被覆によって損われた
発電池は、本発明の方法及び装置を適応することによっ
て回復させられることができる。これは、供給電力を発
生するこれらの手段がそれらの集光面の失透によって危
険にさらされないということを保証することによって、
非常に高価な通信,軍事,及び科学衛星の寿命がより延
ばされることができるということを意味する。
本発明のなお別の目的は、広い種類の設計及び宇宙シス
テム任務とコンパチブルである人工衛星保守の問題に対
する解法を供給することである。本発明は、ほとんどど
のような人工衛星設計にも容易に組込まれることができ
る頑丈な小型の信頼性のあるサブシステムとして構成さ
れることができる。
本発明の他の目的は、太陽嵐の活動を活用することによ
って、粒子ビーム装置の付加的な重量及び複雑さなし
に、宇宙船クリーニングの所望の結果を達成することで
ある。
本発明のさらに別の目的は、感受面を損うことなしに、
且つ宇宙光学機器及び外部表面を保護する特別な被覆を
破壊することなしに、宇宙船及び他の軌道を回る装置を
クリーニングすることである。
本発明の他の目的は、詳細に後述される方法及び装置を
使用して周期的に復帰させられることができる人工衛星
を設計して組立てることの自由を有する宇宙船設計者を
提供することである。それらの製造時の性能能力に対す
る熱制御のために使用される第2の面,石英/銀鏡のよ
うな軌道を回る部品を復帰するための能力は、それが重
量要求を減じ且つシステム束縛を最小にするだろう故
に、宇宙船設計に多大な有益な影響を有するだろう。
本発明の他の目標及び目的の認識及びこの発明のより完
全且つ包括的な理解は、以下の実施例の説明を熟読する
ことによって、及び添附の図面を参照することによって
成し遂げられることができるであろう。
図面の簡単な説明 第1図は、化学反応によって揮発させられる汚染物質層
を帯びる光学表面に向けられる酸素イオンあるいは励起
されたプラズマのビームを発生するための装置を示す本
発明の概略図である。
第2図は、酸素分子を分散させることによって、及び太
陽の障害により形成される正酸素イオンに、静電力の作
用の下に負帯電された宇宙船に向かって加速して戻すこ
とを許すことによって、宇宙船表面をクリーニングする
機会を与える太陽嵐のエネルギにさらされた人工衛星の
斜視図である。この代替の方法は、第1図に示されたビ
ーム発生装置のための要求を不必要にする。
実施例の説明 第1図には、原子ビーム照射用装置10が示されてお
り、これはバルブ16によって制御される供給源14か
ら酸素分子が供給される粒子ビーム発生器12を含んで
いる。制御ユニット18は、電気的に開閉されるバルブ
16へケーブル17を通して電気信号を送出することに
よって、ビーム発生器12への酸素の流れを調整する。
酸素ガスは、導管20を通って粒子ビーム発生器12の
真空の加速チェンバ22中に供給源4から流れる。電源
26から電流が流されることによって熱せられたフィラ
メント24は、高電位に保持されたプレート28に向か
って加速する電子を遊離させる熱電子プロセスを引起こ
す。高温になったフィラメント24から放出されてプレ
ート28に向かって移動する電子は、酸素二量体と衝突
して酸素イオンを形成する。制御グリッド30のような
酸素イオンの経路中の種々の帯電面が、正帯電酸素イオ
ン40を誘引して、発生器チェンバ22を横切ってビー
ムノズル38から外へ加速するために使用される。
酸素イオン40は、基板外層42として参照されるだろ
う汚染物質有機被覆及び放射線開口面を含む標的に注が
れる。この基板外層42の下の面は、46として概略的
に示された宇宙船の一部に取付けられたレンズ基板44
として第1図に示されている。レンズ44は、レンズ4
4を保護する光学被覆43を傷付けることなしに、不所
望の有機層42に衝撃を与える正帯電イオン40の十分
な効果を得るために電気的に接地されている。イオン4
0が層42に衝突した時、酸化反応が生じて、層42中
の有機物質は分解され、酸素40と結合して、宇宙船4
6から揮発性ガス50として分散される。この化学的相
互作用によって形成される化合物は、通例、一酸化炭
素,アンモニア,メタン,及び水を含む。ビーム発生器
12は、それがレンズ44のような重要な放射線開口面
に永久的に照準するように宇宙船上に取付けられること
ができ、あるいはその範囲を拡大して、宇宙船の一つ以
上の固定エリアをクリーニングするために、ヒンジ又は
ジンバルを遠隔制御によって動かすように適合されるこ
とができる。
第2図は、第1図に示されたビーム発生器12の使用を
無効にする本発明の他の実施例を示している。衛星52
は、(第1図に示された)制御ユニット18からケーブ
ル19上に発せられた電気信号によって動作されるバル
ブ15によって接続された酸素のチェンバ14を含んで
いる。上記チェンバは、酸素噴出口58に接続されてい
る。激しい太陽活動の期間の間は、(−印56によって
示された)その宇宙船体上に負電荷を押付ける光子54
によって衝撃を与えられている。酸素分子がバルブ15
を通って噴出口58に放出された時、同一太陽放射線は
周囲の空間に放出された酸素二量体の大部分をイオン化
し、衛星52から離れる正常帯電酸素イオン60及び負
帯電酸素イオン62の両方を作り出す。デバイ効果のた
めに、負電荷56が宇宙船体上に押付けられる。正イオ
ン60は、静電的に誘引されて、宇宙船に向かって加速
して戻される。それらが衛星の外面と衝突する故に、そ
れらは前述され且つ第1図に概略的に示されたビーム発
生器12によって使用されたテクニックによく似てい
る。このテクニックは、地球上の人員が太陽嵐を検出し
た時に、彼等からの無線信号によってバルブ15を開け
ることを、制御ユニット18に指令することによって成
し遂げられることができる。あるいは、制御ユニット1
8に結合されたセンサ(図示せず)が、太陽放射線54
を監視して、放射線の閾値レベルが検出された時に自動
的に上記クリーニング動作を行うように、宇宙船52上
に永久的に取付けられることができる。
酸素が好ましいクリーニング剤であるとはいえ、ハロゲ
ン族のどのような物もフィルム除去タスクを成し遂げる
だろう。低圧力環境中の面から不所望の錆びを分散させ
る化学反応によって有機フィルムを除去するだろう分子
のどのようなビームも、この発明のためのクリーニング
剤として適当である。発明者が現在、酸素イオンを要求
することが本発明の最良の態様であると考えているとは
いえ、本革新的な方法及び装置によって具現化された本
質的なアイデアを実行することの可能などのような分
子、原子、イオン、原子より小さい粒子、光子、あるい
はプズマが使用されることができる。
同様に、広範囲のエネルギを示す粒子が本発明を実行す
るために選択されることができるとはいえ、それぞれの
個々の適応は、不所望の汚染物質層の真下の基板を傷付
けるだろうスパッタリング反応を始めることを妨げるた
めに、特定のエネルギ範囲を要求することができる。最
近行なわれた実験室試験によれば、このタスクのための
ビームエネルギの最良の範囲は、酸素が利用される時に
は、1乃至10エレクトロンボルト(eV)である。本
発明のクリーニング活動の幾らかは、ビームとフィルム
の動力学的相互作用によって成し遂げられる。若し特定
のフィルムが精密に制御されたエネルギレベルを有する
粒子流との選択的衝突によって分散できることが知られ
ているならば、そのフィルムは化学的相互作用の誘導の
必要性なしに表面から剥がされることができる。
詳細に前述されたように、粒子は、所望の物理反応ある
いは化学反応のための機会を作り出すだろういずれかの
手段を使用してターゲットに運ばれる。上記実施例が、
積載された供給源から供給された酸素分子を熱イオン的
に裂くことによってクリーニング剤束を発達させるイオ
ン銃を組込んでいるとはいえ、発明者の概念を達成に導
くだろう粒子即ちエネルギ場の分散を実現するためのど
のような手段も好結果で開発されることができる。イオ
ンビームは、周知の電子銃テクニックを使用して発生さ
れることができ、あるいはプラズマジェットを作り出す
あまり普通でないマイクロ波あるいは無線周波数励起回
路を使用して形成されることができる。レーザビーム
は、汚染物質を動力学的に遊離させることの可能な正確
な量のエネルギを帯びる光子で、表面に衝撃を与えるこ
とによって、不所望のフィルムを選択的に除去するため
に使用されることができる。
本発明の要求は、酸素又は他のクリーニング剤の限定さ
れた排気可能な供給源の束縛によって制限されない。宇
宙船上に取付けられた採集手段は、宇宙船がそのコース
を進むにつれ、周囲の空間から適当な粒子を集めるだろ
う前述の実施例の一つと協力して働くように採用される
ことができる。これらの集められた粒子は、規則的な間
隔で自動クリーニングのために蓄積されることができ、
あるいは要求に費やされることができる。
上記ビーム発生手段は、地球上の地表制御局からの無線
命令によって、あるいは近くの宇宙船内の宇宙飛行士に
よって付勢されることができ、あるいは規則的に予定さ
れたメインテナンスのように周期的に感受面をクリーニ
ングするように、電子回路技術の当業者に周知の回路を
使用してプログラムされることができる。本発明はま
た、宇宙船の非常に重要な領域又は部品上に汚染物質層
が築かれるのを監視するために宇宙船上に又は中に取付
けられるセンサからの信号に応じて動作するように適合
されることができる。光伝導センサが、太陽電池又はデ
テクタアレィの対物レンズに隣接して取付けられた小さ
な半導体レンズからのレーザビームの散乱又は吸収の程
度を測定するように、適当な位置に置かれることができ
る。この情報は、動作を開始した時に、ビーム発生器あ
るいは他のクリーニング剤配置手段に順次に命令するこ
とができるマイクロプロセッサに対する入力を含むこと
ができる。
この出願に述べられた方法及び装置は、宇宙船の外表面
をクリーニングすることに限定されるものではない。こ
の発明の主要な使用が、放射線交換開口として概して参
照されることができる宇宙船の外側上の光学素子、セン
サ、及び太陽電池をクリーニングすることであると、発
明者が現在考えているとはいえ、衛星の内部部品もま
た、不所望の残余層の形成で損害を被ることができる。
軌道から複雑な熱イメージング動作を行うことを放射線
デテクタに可能にする宇宙船内の極低温の冷却システム
もまた、これらの方法及び装置を使用してクリーニング
され再び磨かれることができる。同じ汚染物質フィルム
除去目標を要求するどのような地球上の環境も、本発明
の方法及び装置の応用から利益を得ることができる。十
分に真空にされたチェンバ内の物質及び装置の製造又は
変更修正を当てにする製造プロセスは、この特許出願に
於いて請求された重要な発明によって与えられた機会か
ら利益を得ることができる。
本発明が特定の実施例に関して詳細に述べられたとはい
え、種々の変更修正及び改良が本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなしに成されることができるということ
が、当業者には認識されるだろう。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−79579(JP,A) 特開 昭53−51142(JP,A) 米国特許3233137(US,A) 仏国発明特許2368308(FR,A) 欧州特許機構42053(EP,A) Journal of Spacecr aft and Rockets,vol ume 7,no.3,March 1970,(New York,US),W. C.Gibson:”A system for removing contam inants from spacecr aft optical system s”,pages 353−354 Applied Optics,vol ume 10,no.3,March 1971,(New York,US),R. B.Gillette:”Proton− induced contaminant film effects on ul traviolet reflectin g mirrors”,pages 545 −551

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の酸素粒子で低酸素環境中のターゲッ
    トを照射するための方法であって、 粒子供給源から、1乃至10エレクトロンボルトのエネ
    ルギーと、第1の所定電位とを持つ複数の酸素粒子イオ
    ンを形成するステップと、 フィルム部を持つターゲットを第2の所定電位で帯電す
    るステップと、 前記酸素粒子イオンと上記ターゲットのフィルム部との
    間に化学的な相互作用を生じさせるために、上記ターゲ
    ットを前記酸素粒子イオンで衝撃するステップと、 その後、 前記酸素粒子イオンとの化学的相互作用の結果として、
    上記ターゲットのフィルム部を取り除くステップと、 を具備することを特徴とする酸素粒子照射方法。
  2. 【請求項2】粒子ビームを使用して低酸素環境中のター
    ゲットを照射するための方法であって、 粒子ビーム手段中に、粒子供給源から、1乃至10エレ
    クトロンボルトのエネルギーと、第1の所定電位とを持
    つ複数の酸素粒子イオンを形成するステップと、 ターゲットを第2の所定電位で帯電するステップと、 基板及びそれに隣接する基板外層を有する上記ターゲッ
    トへ、上記粒子ビーム手段から前記酸素粒子イオンを向
    けるステップと、 前記酸素粒子イオンを上記ターゲットに向けて加速する
    ステップと、 前記基板外層の組成物が前記酸素粒子イオンの誘導体と
    結合する化学的な相互作用を前記酸素粒子イオンと前記
    基板外層との間で引き起こすステップと、 前記基板外層の大部分を前記基板から解離するテップ
    と、 を具備することを特徴とする粒子ビーム照射方法。
  3. 【請求項3】宇宙空間中の物体の表面から汚染物質有機
    フィルムをクリーニングするための方法であって、 有機汚染物質の隣接するフィルムを帯びている表面を第
    1の所定電位で帯電するステップと、 1乃至10エレクトロンボルトのエネルギーと、第2の
    所定電位とを持つ酸素粒子のクリーニング剤を前記表面
    に衝突させるステップと、 前記クリーニング剤で、化学的な酸化反応でそれらを揮
    発させることによって前記汚染物質を遊離させるステッ
    プと、 前記表面にダメージを与えることなく、前記フィルムを
    ほぼ取り除くステップと、 を具備することを特徴とする汚染物質有機フィルムクリ
    ーニング方法。
  4. 【請求項4】前記酸素粒子が分子粒子であることを特徴
    とする請求の範囲第3項に記載の汚染物質有機フィルム
    クリーニング方法。
  5. 【請求項5】前記酸素粒子が原子粒子であることを特徴
    とする請求の範囲第3項に記載の汚染物質有機フィルム
    クリーニング方法。
  6. 【請求項6】前記酸素粒子が酸素分子であることを特徴
    とする請求の範囲第3項に記載の汚染物質有機フィルム
    クリーニング方法。
  7. 【請求項7】有機汚染物質の隣接するフィルムを帯びて
    いる前記表面に衝突する前記クリーニング剤は、 前記クリーニング剤の部分をイオン化するために、太陽
    が激しく活動する期間中に、前記クリーニング剤を積載
    供給源から周囲空間中に放出し、 前記太陽の激しい活動に起因する静電力によって、前記
    放出されたクリーニング剤を誘引して前記表面に向けて
    加速し戻す、 ことによって分散させられることを特徴とする請求の範
    囲第3項に記載の汚染物質有機フィルムクリーニング方
    法。
  8. 【請求項8】人工衛星及び宇宙船の太陽電池の効率を回
    復することによって人工衛星及び宇宙船の効力を復帰さ
    せ寿命を長くするための方法であって、 第1の所定電位で上記太陽電池を充電するステップと、 1乃至10エレクトロンボルトのエネルギーと、第2の
    所定電位とを持つ酸素粒子のクリーニング剤を、粒子ビ
    ーム手段から上記太陽電池の表面に噴射するステップ
    と、 電力を発生する上記太陽電池の初期の最大能力を復帰さ
    せるために、前記クリーニング剤と上記太陽電池をおお
    っている不所望の不透明有機フィルムとの間の化学的な
    相互作用によって、上記不所望の不透明有機フィルムを
    取り除くステップと、 を具備することを特徴とする人工衛星及び宇宙船の寿命
    を長くする方法。
JP61505184A 1985-10-29 1986-09-22 酸素粒子照射方法、粒子ビーム照射方法、汚染物質フィルムクリーニング方法、及び人工衛星及び宇宙船の寿命を長くする方法 Expired - Lifetime JPH0655600B2 (ja)

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