JPS59143799A - 人工衛星の姿勢制御装置 - Google Patents
人工衛星の姿勢制御装置Info
- Publication number
- JPS59143799A JPS59143799A JP58018323A JP1832383A JPS59143799A JP S59143799 A JPS59143799 A JP S59143799A JP 58018323 A JP58018323 A JP 58018323A JP 1832383 A JP1832383 A JP 1832383A JP S59143799 A JPS59143799 A JP S59143799A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- momentum
- wheel
- satellite
- attitude
- gimbal
- Prior art date
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- Pending
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、定常運用時の人工衛星の姿勢を。
高い精度で保持するための、軽量で信頼性の高い姿勢制
御装置に関するものである。− 従来のこの樵装置として、第１図＋ａ）に示すようなも
のがあった。図において山は「こま」の原理で人工衛星
の姿勢を保持するモーメンタムホイール、（２）はこれ
に直交する第１のリアンションホイール、（３）はホイ
ール（１）および（２）と直交する第２のリアク゛ジョ
ンホイールである。
御装置に関するものである。− 従来のこの樵装置として、第１図＋ａ）に示すようなも
のがあった。図において山は「こま」の原理で人工衛星
の姿勢を保持するモーメンタムホイール、（２）はこれ
に直交する第１のリアンションホイール、（３）はホイ
ール（１）および（２）と直交する第２のリアク゛ジョ
ンホイールである。
今一つの例は、第１図（ｂ）に示すようなものである。
（１）はモーメンタムホイールで、（４）は第１のメン
タ（ル、（５ｊは第２のジンバルである。ホイール（１
）は。
タ（ル、（５ｊは第２のジンバルである。ホイール（１
）は。
第１９ジンバル１４１．７２ジンバル（５）の矢印方向
の回転によシ、自由に方向を変えることができる。
の回転によシ、自由に方向を変えることができる。
次に動作について説明する。第２図（ａｌｂ）（Ｃ）ａ
。
。
動作原理を示す図である。第１図（ａ）Ｋ示すホイール
（１）はある一定速度で回転しており、ホイール（２）
と１３）は停止しているとすれば、その結果、それらの
角運動量が合成されて、第２図（ａ）に示す一定の角運
動量（６）を発生することになる。
（１）はある一定速度で回転しており、ホイール（２）
と１３）は停止しているとすれば、その結果、それらの
角運動量が合成されて、第２図（ａ）に示す一定の角運
動量（６）を発生することになる。
角運動量（モーメンタム］は保存される性質があるので
、上記ホイールｉｌ＋ ＋２１ ＋３１をとシつけらｈ
た衛星（７）の姿勢は、一定方向に保持される。
、上記ホイールｉｌ＋ ＋２１ ＋３１をとシつけらｈ
た衛星（７）の姿勢は、一定方向に保持される。
−万第２図（ｂ）では衛星に一定方向の外乱トルクが働
きつづけた結果（８）のようなモーメンタムが蓄積され
、モーメンタムが保存されず傾いた状態を示す。衛星の
合成モーメンタムは（６）と（８）が合成されて、（９
）のようになり、衛星（７）の姿勢は傾く。
きつづけた結果（８）のようなモーメンタムが蓄積され
、モーメンタムが保存されず傾いた状態を示す。衛星の
合成モーメンタムは（６）と（８）が合成されて、（９
）のようになり、衛星（７）の姿勢は傾く。
第２図（Ｃ）は、リアクションホイール（２）また′Ｆ
ｉ＋３１゜あるいは両方を、適切に回転させて、（８）
と同じモーメンタム（ＩＩｆ：もたせた結果１合成され
たモーメンタム（１υは傾いているにも拘らず、衛星（
７）の姿勢は、第２図（０）と同じように復元される。
ｉ＋３１゜あるいは両方を、適切に回転させて、（８）
と同じモーメンタム（ＩＩｆ：もたせた結果１合成され
たモーメンタム（１υは傾いているにも拘らず、衛星（
７）の姿勢は、第２図（０）と同じように復元される。
人工衛星の姿勢ｔ−精度よく保持するためには。
外乱トルクによる蓄積モーメンタムを、９アクシヨンホ
イール１２）１３１が適切に吸収することが必要である
。
イール１２）１３１が適切に吸収することが必要である
。
第３図［ａ）（ｂ）（ＣＪ／Ｉｉ、、 ジンハルツ上
ニモーメンタムホイールを装着した場合の列を示し第３
因１りは。
ニモーメンタムホイールを装着した場合の列を示し第３
因１りは。
最初の状態、第３図（ｂ）は、外乱トルクか働きつソけ
た結果、蓄積モーメンタム（８）を生じ、そのため合成
モーメンタム＋９１が傾きそれＫつれて衛星の姿勢が傾
いた状態、第３図ｔｃＪは、ジンバルを回転させた結果
、ｏｎ星の姿勢かもとに復元された状態を示す。
た結果、蓄積モーメンタム（８）を生じ、そのため合成
モーメンタム＋９１が傾きそれＫつれて衛星の姿勢が傾
いた状態、第３図ｔｃＪは、ジンバルを回転させた結果
、ｏｎ星の姿勢かもとに復元された状態を示す。
ところで、従来の事例のうち、第１図ｔａ）の装置では
、ホイールが３ケ必要であル、とくに故障を考慮して、
冗長系を構成すると６ケにもなち１重量が増えることに
訛る。
、ホイールが３ケ必要であル、とくに故障を考慮して、
冗長系を構成すると６ケにもなち１重量が増えることに
訛る。
一方、第１図（ｂ）の装置では１重量は大きくなること
はなｈが、ジンバルめ軸受の摩擦によ汎精度のよい回転
が難しい結果、衛星の精度を高くすることは困難であっ
た。
はなｈが、ジンバルめ軸受の摩擦によ汎精度のよい回転
が難しい結果、衛星の精度を高くすることは困難であっ
た。
第１図（ｂ） Ｋ示すものの改良形として、ジンバル軸
受を機械式でなく摩擦のない磁気軸受にするものが提案
されているが、その方法では、磁気軸受の信頼度を十分
高くしようとすると、冗長系を十分に組みこまねばなら
ないため１重量がどうしても大きくなる欠点があった。
受を機械式でなく摩擦のない磁気軸受にするものが提案
されているが、その方法では、磁気軸受の信頼度を十分
高くしようとすると、冗長系を十分に組みこまねばなら
ないため１重量がどうしても大きくなる欠点があった。
この発明は、これらの欠点を改善するためになされたも
ので、軽量で信頼性が高く、精度の良い。
ので、軽量で信頼性が高く、精度の良い。
人工衛星の姿勢制御装置を提供するものである。
以下、２４図に示すこの発明の一実施例について説明す
る。第４図において、 ［１２１は人工衛星、 １１３
１ｕｉｍ式軸受をもったモーメンタムホイール、 （１
４１は通常は停止しているが、上記ホイール（１３１の
故障時には、これを回転させて、その機能をうけつがせ
るための冗長系のモーメンタムホイールである。
る。第４図において、 ［１２１は人工衛星、 １１３
１ｕｉｍ式軸受をもったモーメンタムホイール、 （１
４１は通常は停止しているが、上記ホイール（１３１の
故障時には、これを回転させて、その機能をうけつがせ
るための冗長系のモーメンタムホイールである。
（１５１ハ磁ｆｉＭ受を備えたモーメンタムホイールで
あるが、磁気軸受に対する制御電流を副部することによ
汎第１図（ｂ）のジンバル＋４１ ＋５１と同等の機能
を果すことができ、ジンバル形磁気軸受付モーメンタム
ホイールと呼ばれる。
あるが、磁気軸受に対する制御電流を副部することによ
汎第１図（ｂ）のジンバル＋４１ ＋５１と同等の機能
を果すことができ、ジンバル形磁気軸受付モーメンタム
ホイールと呼ばれる。
つぎに動作を順を追って説明する。今ホイール（１３１
と（１５１が作動状態で、ホイール圓が停止状態とする
。初期状態では、衛星のモーメンタムはモーメンタムホ
イールＵと同じ向きにあるものとする。
と（１５１が作動状態で、ホイール圓が停止状態とする
。初期状態では、衛星のモーメンタムはモーメンタムホ
イールＵと同じ向きにあるものとする。
すなわちモーメンタムは、第５図＜８）の叫のようにな
っている。このモーメンタムは９機械軸受式モーメンタ
ムホイールのモーメンタムＣ１ηとメンタくル形磁気軸
受付モーメンタムホイールのモーメンタム叫よ多構成さ
れている。
っている。このモーメンタムは９機械軸受式モーメンタ
ムホイールのモーメンタムＣ１ηとメンタくル形磁気軸
受付モーメンタムホイールのモーメンタム叫よ多構成さ
れている。
外乱トルクが働き続けると第５図（ｂ）の＠）のような
モーメンタムが加わる結果、全モーメンタムＩ２１１は
１１６１と鴎の合成されたものＫな夛、その結果、衛星
ａ９の姿勢は傾く。ここでジンバル形磁気軸受付モーメ
ンタムホイールのジンバル角とモーメンタムを適切に一
節すれば、ａａよりｃ１２ＪＫ変化させることが可能で
あ）、その結果１合成モーメンタム＋２１１は衛星に対
して、第５図（Ｃ）のように傾くことＫなる。そして衛
星の姿勢は、もとの状態に復元されることになる。
モーメンタムが加わる結果、全モーメンタムＩ２１１は
１１６１と鴎の合成されたものＫな夛、その結果、衛星
ａ９の姿勢は傾く。ここでジンバル形磁気軸受付モーメ
ンタムホイールのジンバル角とモーメンタムを適切に一
節すれば、ａａよりｃ１２ＪＫ変化させることが可能で
あ）、その結果１合成モーメンタム＋２１１は衛星に対
して、第５図（Ｃ）のように傾くことＫなる。そして衛
星の姿勢は、もとの状態に復元されることになる。
従って、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホイールは
、オ真図（ａ）のリアクションホイール、あるいは、第
１図（ｂ）のジンバルと同じ働きをする。
、オ真図（ａ）のリアクションホイール、あるいは、第
１図（ｂ）のジンバルと同じ働きをする。
また、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホイールでは
１機械的接触がないので１機械部分の冗長に不要である
。電気部分だけ冗長度をもたせる設計とすれば、１ケの
ホイールで冗長性を持たせうるので、リアクションホイ
ールでは、冗長を含め４ケ必要なることに比べれば、ホ
イール数が少〈なシ軽量化がはかられ条。
１機械的接触がないので１機械部分の冗長に不要である
。電気部分だけ冗長度をもたせる設計とすれば、１ケの
ホイールで冗長性を持たせうるので、リアクションホイ
ールでは、冗長を含め４ケ必要なることに比べれば、ホ
イール数が少〈なシ軽量化がはかられ条。
さらに第１図（ｂ）の機械式ジンバルにモーメンタムホ
イールを塩９付ける方式に比較すれば１機械的接触がな
く、＊擦の影響をうけない結果、精度のよい姿勢保持が
可能である。
イールを塩９付ける方式に比較すれば１機械的接触がな
く、＊擦の影響をうけない結果、精度のよい姿勢保持が
可能である。
オ１ａ（ｂ）の変形として、ジンバル形磁気軸受付モー
メイタムホイールを用いる方法もある。これは、第３図
で、モーメンタムホイール（１３■心を省略した形であ
る。このときは、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホ
イールが故障したときＩＩ′ｉ、衛星は、完全に姿勢保
持の機ｎ１を失ってしまう。
メイタムホイールを用いる方法もある。これは、第３図
で、モーメンタムホイール（１３■心を省略した形であ
る。このときは、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホ
イールが故障したときＩＩ′ｉ、衛星は、完全に姿勢保
持の機ｎ１を失ってしまう。
これに対して、この発明によれば別個にモーメンタムホ
イールをもっているので、ある程度の精度劣化を許せば
、引き続き姿勢保持機能を維持できる。そのため、ジン
バル形磁気軸受付モーメンタムホイールに組込む、電気
的冗長回路はよシ単純なもので良く１重量が軽減できる
。
イールをもっているので、ある程度の精度劣化を許せば
、引き続き姿勢保持機能を維持できる。そのため、ジン
バル形磁気軸受付モーメンタムホイールに組込む、電気
的冗長回路はよシ単純なもので良く１重量が軽減できる
。
しかも機械軸受式モーメンタムホイールのモーメンタム
を、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホイールのモー
メンタムよシ大きく選べば、ジンバル角の変化に対して
１合成モーメンタムの角度変化を小さくすることができ
るので、微小な調節ヲ′ｎ１度艮（行うのが容易になる
。
を、ジンバル形磁気軸受付モーメンタムホイールのモー
メンタムよシ大きく選べば、ジンバル角の変化に対して
１合成モーメンタムの角度変化を小さくすることができ
るので、微小な調節ヲ′ｎ１度艮（行うのが容易になる
。
以上のように、仁の発明においては９通常の機械軸受式
モーメンタムホイールと、小形のジンバル形磁気軸受付
モーメンタムホイールを備えているため、前者には信頼
性ｍ待の機能を、後者には精度保持の機能を、それぞれ
分担させることができる。すなわち各々が得意とする機
能を分担しているため、全体として軽量であるにもか＼
わらず。
モーメンタムホイールと、小形のジンバル形磁気軸受付
モーメンタムホイールを備えているため、前者には信頼
性ｍ待の機能を、後者には精度保持の機能を、それぞれ
分担させることができる。すなわち各々が得意とする機
能を分担しているため、全体として軽量であるにもか＼
わらず。
高い精度と信頼性を備えた姿勢制御装置が実現できる。
第１図（ａ）は３ケのホイールを用いた従来の姿勢制御
装置を示す図、第１図（ｂｊは、２軸ジン／くルと１ケ
のホイールを用いた従来の姿勢制御装＃を示す図、第２
図（ａバｂ）ＩＣ）は、第１図（ａ）の機能を説明する
ための図、第３図（−１Ｊ（ｂ）（Ｃ）は、第１図（ｂ
）の機Ｄｋ説明する図、第４図は、この発明の一構成例
を示す図、第５図は、第４図の機能を説明するための図
である。 心中ｉｌ＋はモーメンタムホイール、 ＋２１ｔｌｉ第
１のリアクションホイール、（３）は第２のリアクショ
ンホイール、 ＋４１１５１はそれぞれオｌ、第２のジ
ンバル。 １６１ Ｆｉ衛星のモーメンタム、 ＋７）ＩＩ′ｉ衛
星、（８）は衛星に働ぐ外乱トルクのモーメンタム、（
９）は外乱トルクの影響をうけた後での衛星のモーメン
タム、 ［１Ｇ！はリアクションホイールが吸収したモ
ーノ〉タム。 （１υはモーメンタムホイールとリアクションホイール
の合成モーメンタム、 ｕ２１は衛星、 （１３１は機
械軸受式モーメンタムホイール、圓は冗長の機械軸受式
モーメンタムホイール、 （１５１はジンバル形磁気軸
受付モーメンタムホイール、 （＋６１は衛星のモーメ
ンタム、Ｃ１ηは機械軸受式モーメンタムホイールのモ
ーメンタム、０秒はジンバル形磁気軸受付モーメンタム
ホイールのモーメンタム、 （１９は姿勢が変化した衛
星、（イ）は外乱のモーメンタム、 １２１１は外乱の
影９！’ｌけた衛星のモーメンタム、Ｑ２／ｒｉ衛星の
姿勢をもとにもどすように、ジンバルが作動したジンバ
ル形磁気軸受付モーメンタムホイールのモーメンタムで
ある。 代理人 葛 野 信 − 第１図 （ｃＬ） （ｂン 第２図 第 ３ 図 第４図 第５図
装置を示す図、第１図（ｂｊは、２軸ジン／くルと１ケ
のホイールを用いた従来の姿勢制御装＃を示す図、第２
図（ａバｂ）ＩＣ）は、第１図（ａ）の機能を説明する
ための図、第３図（−１Ｊ（ｂ）（Ｃ）は、第１図（ｂ
）の機Ｄｋ説明する図、第４図は、この発明の一構成例
を示す図、第５図は、第４図の機能を説明するための図
である。 心中ｉｌ＋はモーメンタムホイール、 ＋２１ｔｌｉ第
１のリアクションホイール、（３）は第２のリアクショ
ンホイール、 ＋４１１５１はそれぞれオｌ、第２のジ
ンバル。 １６１ Ｆｉ衛星のモーメンタム、 ＋７）ＩＩ′ｉ衛
星、（８）は衛星に働ぐ外乱トルクのモーメンタム、（
９）は外乱トルクの影響をうけた後での衛星のモーメン
タム、 ［１Ｇ！はリアクションホイールが吸収したモ
ーノ〉タム。 （１υはモーメンタムホイールとリアクションホイール
の合成モーメンタム、 ｕ２１は衛星、 （１３１は機
械軸受式モーメンタムホイール、圓は冗長の機械軸受式
モーメンタムホイール、 （１５１はジンバル形磁気軸
受付モーメンタムホイール、 （＋６１は衛星のモーメ
ンタム、Ｃ１ηは機械軸受式モーメンタムホイールのモ
ーメンタム、０秒はジンバル形磁気軸受付モーメンタム
ホイールのモーメンタム、 （１９は姿勢が変化した衛
星、（イ）は外乱のモーメンタム、 １２１１は外乱の
影９！’ｌけた衛星のモーメンタム、Ｑ２／ｒｉ衛星の
姿勢をもとにもどすように、ジンバルが作動したジンバ
ル形磁気軸受付モーメンタムホイールのモーメンタムで
ある。 代理人 葛 野 信 − 第１図 （ｃＬ） （ｂン 第２図 第 ３ 図 第４図 第５図
Claims (1)
- 機械軸受式モーメンタムホイールと、小形のジンバル形
磁気軸受付モーメンタムホイールとを備え、前者のホイ
ールには信頼性維持の機能ヲ、後者のホイールには精度
保持の機能を、それぞれ分担させるようにしたことを特
徴とする人工衛星の姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58018323A JPS59143799A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58018323A JPS59143799A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59143799A true JPS59143799A (ja) | 1984-08-17 |
Family
ID=11968397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58018323A Pending JPS59143799A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | 人工衛星の姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59143799A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63173800A (ja) * | 1987-01-12 | 1988-07-18 | 日本電気株式会社 | デユアルスピンタ−ン方式 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55132400A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-15 | Aerospatiale | Temporary restricting device for inertia wheel |
-
1983
- 1983-02-07 JP JP58018323A patent/JPS59143799A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55132400A (en) * | 1979-03-30 | 1980-10-15 | Aerospatiale | Temporary restricting device for inertia wheel |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63173800A (ja) * | 1987-01-12 | 1988-07-18 | 日本電気株式会社 | デユアルスピンタ−ン方式 |
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