JPS5946840B2 - 宇宙船用の安全回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 静止衛星が、使い棄て打上船（１ａｕｎｃｈｖｅｈｉｃ
ｌｅｓ）により打ち上げられると、多くの通信上、気象
上及び科学上の使命を果す能力を有することが立証され
てきた。

米国宇宙局（以下、ＮＡＳＡという）の宇宙運輸システ
ム（５ｐａｃｅＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓ
ｔｅｍ１以下、ＳＴＳとイウ）であるスペースシャトル
は、人工衛星の性能を著しく向上させかつその費用をも
大幅に下げ、その能力を上手に利用しようとするもので
ある。

従って、スペースシャトルは、現在の利用の仕方をより
有用にすることが出来るし、新らしい用途をより経済的
に魅力のあるものとすることが出来る。

人工衛星システムは、すべて、打上船を必要とし、そし
て現在あるすべての打上船は、宇宙船のペイロードを軌
道に乗せた後は使い棄てられるようになっている。

これとは対照的に、ＮＡＳＡスペーペシャトルは、回収
可能かつ再使用可能であるという新らしい技術思想を導
入している。

試験により、スペースシャトルは、宇宙から大気圏への
再突入後航空機のように操縦できることが証明された。

今迄は、すべての静止衛星は、ツアーデルタ（Ｔｈｏｒ
Ｄｅｌｔａ）、アトラスアジエナ（ＡｔｌａｓＡｇ
ｅ ｎ ａ ）、アトラスセントーア（Ａ ｔ Ｉ ａ
５Ｃｅｎｔａｕｅｒ）又はタイタンＩＣ（Ｔｉｔａｎ
ＩＣ）のような打上船（打上ロケット）によって打ち
上げられていた。

しかし、今では、宇宙船の設計者は、ツアーデルタ（２
９１４，３９１４，３９０ＩＰＡＭ）、Ｎロケット（Ｎ
−Ｒｏｃｋｅｔ）、アトラスセントーア、アリアン（Ａ
ｒｉａｎｅ）、タイタンＩｃ及びＳＴＳの６種の打上船
から選択できる。

Ｎロケットは、日本国の宇宙開発事業団 （ＮＡＳＤＡ）によって開発中のものであり、アリアン
は欧州宇宙局（Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＳｐａｃｅＡｇｅｎ
ｓｙ（ＥＳＡ））によって開発中のものである。

米国は、ＳＴＳが１９８０年に運転可能になるので、ド
アーデルタ、アトラスセントーア及びタイタンＩＩｃを
漸次廃止する予定である。

スペースシャトルは回収が出来かつ再使用出来るために
、静止宇宙船の設計者はこれを最も良く使うことに挑戦
できるし又その機会がある。

スペースシャトルは、フロリダから真東に打ち上げられ
ると、２８．６°の軌道傾斜角で公称１６０海里（２９
６ｍ）の地球の軌道に乗る。

静止衛星は赤道の真上的１９，３００海里（３５，８０
０ｋＩｒ１）の軌道を回らなければならない。

従って、ＳＴＳは、静止衛星を打ち出すために上段（ｕ
ｐｐｅｒｓｔａｇｅ）を必要とする。

上段の必要十分条件は、２種類の推力インパルスを発生
することである。

すなわち、赤道を横切る時点で、一方の推力インパルス
が上段に約８０００ｆｐｓ（約２４４０ｍ／秒）の速度
増分を与えてＳＴＳをここを近地点とする楕円形の遷移
軌道に乗せる。

この遷移軌道のほぼ遠地点で他方の推力インパルスが６
０００ｆｐｓ（約２．０９０ｍ／秒）の速度増分を与え
て、軌道を円形にすると共に軌道傾斜角をなくする。

静止衛星打ち上げにＳＴＳを使用する中心的な目的は、
上段と静止衛星とをどのように組み合わせるか、全体の
コストを最小限に抑えるためにはどのようにすればよい
かということを知ることである。

最初のＳＴＳ用上段は、前者の軌道修正機能を有するも
のを考えており、後者の軌道修正を行なうものではなか
った。

この上段は、単機能のもので、大形であり高価なために
、ＳＴＳの基本的利点である経済性を薄めてしまうもの
であった。

間もなく、ＳＴＳは、１９６４年の歴史的なデルタ打上
げの際シムコムＩ（Ｓｙｍｃｏｍｌ）によって行なわれ
た静止衛星打上計画を利用できることが明らかをこなっ
た。

この初期段階では、近地点でデルタから発射分離される
衛星の中に遠地点ブーストが組み込まれていた。

近地点ブースト自体は、デルタの上段に設けられており
、この上段はスピンしており、誘導されるものではなか
った。

遠地点ブーストは、近地点ブーストに平行でなかったた
めに、遠地点ブーストの点火前に宇宙船のスピン軸を再
調整する必要があった。

このことをシムコム■の操作に必要であった制御装置及
び姿勢感知装置で行なった。

衛星の遠隔測定法（ｔｅ ｌｅｍｅｔ ｒｙ） 、指令
装置（ｃｏｍｍａｎｄｓｙｓｔｅｍ）及び通信中継装置
（ｃＯｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｐｅａｔｅｒｓ）を
用いて地上追跡（ｇｒｏｕｎａｔｒａｃｋｉｎｇ）によ
る遷移軌道のパラメータを決定すると、遠地点モータ（
遠地点ブースト）の点火時間と姿勢を選択して、遷移軌
道発射誤差を最小にできた。

其後、デルタ及びセントーアのブースタを用いて静止衛
星を５０個はど打ち上げて改善を行なったが、この技術
に基本的変更がなかった。

ＮＡＳＡは、以前に、使い棄て打上船用に設計されたＳ
ＴＳ静止宇宙船によって打上げをする望ましい方法とし
て、スピニングソリッドアッパステージ（Ｓｐｉｎｎｉ
ｎｇ ５ｏｌｉｄ Ｕｐｐｅｒ Ｓｔａｇｅ。

以下５ＳＵＳという）を採用した。

この５ＳＵＳは、今では、デルタ用に改造したものが５
ＳＵＳ−Ｄとして、アトラスセントーア用に改造したも
のが５ＳＵＳ−Ａとして知られている。

米国空車（ＵＳＡＦ）は、宇宙船を高エネルギ軌道へＳ
ＴＳ打上げするためにタイクンＩＣに用いられる別の上
段を選択した。

これは、■Ｕｓ（インチリムアッパステージ、 Ｉｎ
ｔｅｒｉｍ Ｕｐｐｅｒ Ｓｔａｇｅ）として知られ
ており一対の誘導制御形の固体燃料ロケットステージを
用いる。

スペースシャトルを用いたくないか用いることが出来な
い機関がＳＴＳ又は５ＳＵＳを採用すると、使い棄て打
上船よりも打上げ費用が安くなる。

トランジツションスペースクラフト（ｔｒａｎｓ ｉ
ｔ １ｏｎｓｐａｃｅｃ ｒａ ｆ ｔ 、以下、Ｔ宇
宙船という）を、それを使い棄て打上船から打上げるこ
とができるようにしたまま、スペースシャトル内に設置
できることが判った。

この場合、スペースシャトル内に設置することと使い棄
て打上船から打上げることの二重性の問題は、最初の設
計の段階で容易に考慮できることである。

Ｔ宇宙船に対してもＳＴＳを用いると打上げ費用が著し
く減少する。

明らかに、ＳＴＳは経済的であるから、Ｔ宇宙船に上記
の二重性の能力を与えること、すなわち、使い棄て打上
船を用いることが出来るようにして置いてスペースシャ
トル内に設置することが望ましい。

Ｔ宇宙船を用いることは魅力的であるが、この場合、２
つの理由でスペースシャトルが最適条件で設計されるも
のではない。

まず、使い棄て打上船を用いることによって直径上の制
約があり、これがスペースシャトルの長さを大きくして
しまう。

例えば、５ＳＵＳ−Ｄ及び５ＳＵＳ−Ａの場合は、それ
ぞれ、スペースシャトルのベイロードベイヴオリュム（
ｐａｙｌｏａｄ ｂａｙ ｖｏｌｕｍ、ｅ）の１／４及
び１／２を必要とするが、用いることができる重量はも
つと少なくなる。

従って、二重性を両立させるとなると、スペースシャト
ルを用いるだけの場合の費用よりも打−上コストが高く
なるという不利な点がある。

又、もう一つの不利な点として、このような二重性を持
った打上船は、スペースシャトル打上げ用のみに設計さ
れた場合に比較してアンテナ、カメラ及び科学器具を収
容する空間が少なくなることがある。

事故により、宇宙船内のロケットモータがスペースシャ
トル内にある間に点火することがあると、大変な結果に
なるから、これらのロケットモータが早まって点火され
るのを防止する危険防止回路を設けなければならない。

本発明は、宇宙船が打上スペースシャトルから安全な距
離だけ離れる迄宇宙船の、ロケットモータのような危険
な装置に不注意に電力を供給しないようにする安全回路
に関する。

本発明の目的は、宇宙船がスペースシャトルから安全な
距離だけ離れる迄宇宙船のロケットモータの点火を防止
する安全回路を提供することにある。

本発明の一実施例によれば、一連の分離スイッチ（５ｅ
ｐａｒａｔｉｏｎ ５ｗ１ｔｃｈ）が宇宙船とこれをス
ペースシャトル内に保持するクレードルとの間の間隔を
検知し、電気通路電路がこれらのスイッチを通じて形成
されると、電力がタイマーに供給され、これらタイマー
は、宇宙船に回転速度を与えるスピンアップジェット（
５ｐｉｎ ｕｐ ｊｅｔ）の点火を含む種々の宇宙船の
機能を生じさせる。

所定の回転速度に達した時だけ２個の回転加速度スイッ
チが閉成して、電力をロケットモータ点火回路に供給す
る。

この時より前に誤動作があって点火指令が出されてもこ
れらの指令は無視される。

打上げ（発射）の間に宇宙船が作動しなくなった場合、
電気的な事故によるロケットモータの点火やスペースシ
ャトルのベイ（ｂａｙ）内のシーケンサ−（、５ｅｑｕ
ｅｎＣｅｒ ）による点火が共に積極的に避けられる。

２つの回転速度スイッチの感知軸を反対方向に向けて、
スペースシャトルの線形が速度によって両スイッチが同
時に閉じることがないようにしている。

以下、図面を参照して、本発明を実強例に基づいて説明
する。

第１図に、米国宇宙局（ＮＡＳＡ、すなわち、Ｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ｓｐａｃ
ｅＡｄｍ ｉｎ ｉ ｓ ｔ ｒａ ｔ １ｏｎ）が開
発したスペースシャトル５０を示す。

第１図では、スペースシャトル５０のペイロードベイの
ドアは開かれており、一部が破断されて、クレードル５
２によってペイロードベイ内に設置された宇宙船５１が
示されている。

スペースシャトル５０のペイロードベイは直径が１５フ
イート（４，５メートル）、長さが６０フイート（１８
メートル）であり、積載重量は６５．０００ボンド（約
２９０００ｋｇ）である。

これは鉄道有蓋貨車をぺ′イロードベイ内に積み込み、
ドアを閉じることができるように計算されたものである
。

宇宙船５１は、スペースシャトル５０に適合するように
設計されたものであり、最適のものは長さが公称１０フ
イー）（３，０５ｍ）であり、直径は出来るだけ大きく
されており、１４フイート（４，２メートル）である。

クレードル５２はスペースシャトル５０のペイロードベ
イ内に設けられ、地上作業を簡単にすると共に宇宙船５
１をスペースシャトル５０に機械的に取りつける作業を
単純にする。

加えて、クレードル５２は、必要な固定機構及び発射機
構を有する。

宇宙船５１は、そのスピン軸がスペースシャトル５０の
ロール軸（ｒｏｌｌ ａｘｉｓ ）に平行になるよう
にスペースシャトル５０のペイロードベイ内に収容され
る。

従って、宇宙船５１の姿勢は、スペースシャトル５０の
姿勢によって設定され、宇宙船５１に線形運動量と角運
動量の双方を同時に与えることによって発射（打上げ）
の間中維持される。

スピンはジャイロスコープ的な安定性を与える。

第２ａ図は発射前の宇宙船５１を示す。クレードル５２
は宇宙船５１の片側にある枢支点５３と宇宙船５２の他
方の側にある発射はね５４をそなえている。

ばね５４と枢支点５３との双方はスピン軸に直角で理想
的には宇宙船５１の質量中心を通る平面内にある。

発射ばね５４が外れると、宇宙船５１が枢支点５３の回
りに回転し、移動と宇宙船５１の質量中心のまわりの回
転を生じさせる。

発射力がかからなくなった後も、宇宙船５１は回転運動
をしながら点線で示した道（ｒａｌ）５５を上昇するか
ら、与えられた線形運動量及び角運動量を維持すること
になる。

分離速度及び回転速度は、宇宙船５１の慣性と直径によ
ると共に発射力及び発射ストロークによって決まる。

第２ｂ図は、発射しつつある宇宙船５１を示し、一連の
線５６は宇宙船５１の運動を表わしている。

宇宙船５１の発射運動は第３図からより明瞭に理解され
る。

第３ａ図は発射前の宇宙船５１を、第３ｂ図は発射中の
宇宙船５１を、第３ｃ図は発射後の宇宙船５１を示す。

矢印は、それぞれ宇宙船５１の運動を示し、直進運動に
ついては毎分２フイート（毎分約６０ｃｒｒＬ）、回転
運動については１分間当り２回転である。

第４図を参照して、スペースシャトル５０は、フロリダ
州ケープカナベラのケネディ宇宙センターから真東に打
ち上げられる時に軌道傾斜角２８．６°、公称１６０海
里（２９６ｍ）で地球を囲るように設計されている。

この軌道を待機軌道（ｐａｒｋｉｎｇ ｏｒｂｉｔ）
５７と称する。

遷移軌道６０の近地点５８で近地点噴射モータが点火さ
れ、遷移軌道６０の遠地点６１で遠地点噴射モータが点
火され、宇宙船５１を１９，３００海里（３５８００／
ｃＩｎ）の同期軌道（静止軌道）６２にのせる。

この形式の発射法の利点は、近地点の段階での点火に先
立ち、宇宙船５１を積極的に制御する必要がないことで
ある。

又、発射は後述の簡単な機械化によって行なわれる。

宇宙船５１のスピン（宇宙船５１が発射された後スピン
・アップ・ジェット（５ｐｉｎ−ｕｐ ｊｅｔ’）によ
って宇宙船に追加のスピンが与えられはするが）はジャ
イロスコープ的な安定性を与える。

このジャイロスコープ的な安定性は、宇宙船５１がスペ
ースシャトル５０のペイロードベイを離れる時に適当な
余裕ないしはクリアランスをを保つ役目をする。

宇宙船５１のスピンによって、これに続く追加のスピン
・アップをするのに用いられる推進装置（ｔｈｒｕｓｔ
ｅｒｓ）での推進剤の供給が確実に行なわれる。

Ｕ字形のクレードル５２は、宇宙船５１発射後スペース
シャトル５０に残って次の打上の際に再使用される。

第５図は、スペースシャトル５０のカーゴ−ベイ（ｃａ
ｒｇｏ ｂａｙ）内に設けられたクレードル５２を示す
。

クレードル５２は３個のトラニオン６５゜６６．６７を
有し、そのうちの６５．６７は各々の側面に、６６は底
部又はキールにある。

これらのトラニオン６５，６６．６７は、スペースシャ
トル５０に位置する取付具７０，７１，７２に係合して
いる。

２個のトラニオン６５．６７は、スペースシャトル５０
の各側の縦通材に接続されており、底部のトラニオン６
６はスペースシャトル５０のキールに接続されている。

取付具７０゜７１．７２はモーメントを受けないアタッ
チメント（モーメント・フリーアタッチメント）になっ
ていると共に、半径方向のすべり継手になっている。

この結果、半径方向の負荷が縦通材の位置に作用した時
にＵ字形クレードル５２は非常な柔軟性をもって対応で
きる。

第６図は、取付具の１つである７０によってスペースシ
ャトル５０に固定されたトラニオンの１つである６５を
詳細に示す。

３取付点アタッチメントがクレードル５２とシャトル５
０との間に設けられ、余分な部分がない静定結合（ｓｔ
ａｔｉｃａｌｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ ｃｏｎｎｅ
ｃｔｉｏｎ）を行ない、それによって、取付公差及びス
ペースシャトル５０にかかる機械的又は熱的応力で生じ
るスペースシャトル５０のひずみに起因する応力を除去
することができる。

この３取付点アタッチメントの３つの取付点は、宇宙船
５１用の取付点と同一平面内にある。

第５図に示すように、宇宙船５１を取り付けるためグレ
ードル５２内にスロット７５，７６゜７７を設けている
。

宇宙船５１とグレードル５２との間の３取付点アタッチ
メントは、最少数の解放点から成り、従って、発射が起
り得る前に操作されなければならない最少数の解放装置
を示すものである。

取付点によって形成される面は、宇宙船５１のほぼ質量
中心の位置で宇宙船５１の長手方向の軸線すなわちロー
ル軸を通る。

このために宇宙船の負荷、従つて宇宙船構造の重量が可
成り減少することになる。

この配置は、片持ばり効果を除去することによって打上
げ荷重を減少させかつクレードル５２を押出機構（ｐｕ
ｓｈ−ｏｆｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）用のリアクショ
ンプラットフォームにするように選ばれる。

宇宙船５１の質量中心から長手方向にずれずにばね力が
かかる発射はね５４によって押出（ｐｕｓｈ ｏｆｆ）
が行なイっれる。

所望の剛性を得るために、クレードル５２は宇宙船５１
の構造体を利用する。

こうすれば、細いＵ字形クレードル５２を使用して大径
の宇宙船５１を保持することが可能である。

宇宙船５１を用いてクレードル５２の剛性を増大させる
ことによって、クレードル５２を宇宙船５１と１５フイ
ート（４，６ｍ）のペイロードベイエンベローフ間の空
間に嵌入できる程度に細くすることができる。

従って、クレードル５２の重量が独立のものでなければ
ならない場合より非常に少なくなり、従って、打上重量
が同じ場合に、更に多くの重量を宇宙船５１に割り当て
ることができる。

宇宙船５１の構造は、Ｕ字形のクレードル５２の両端と
キールとの間を結合するように構成されており、このこ
とが組み合わせられたものの全剛性を大いに高める。

所望の剛性を与えるために、宇宙船５１の構造は、連続
的に荷重がかかるようにトラス構造のものとして設計さ
れている。

この構造は、宇宙船５１の基本的構造を成すものであっ
て、近地点モータ、推進剤タンク及び残りのペイロード
等のすべての主要部品を支持している。

スペースシャトル５２の打上げ又は着陸の間に生じる負
荷はこの構造体を通してクレードル５２に、次いでスペ
ースシャトル５０へ伝達される。

従って、宇宙船５１の構造は、クレードル５２を頑丈に
すると共に宇宙船５１自体の主ロードパース（１ｏａｄ
ｐａｔｈ）になるという点で２つの目的を持つものであ
る。

クレードル５２は、スペースシャトル５０のベイ中とこ
へでもペイロードを取り付けるために最大限の能力を有
し、スピナー（５ｐｉｎｎｅｒ）、ジャイロスタット（
ｇｙｒｏｓｔａｔ）及び３軸宇宙船（ｔｈｒｅｅ＝ａｘ
ｉｓ ５ｐａｃｅｃｒａｆ ｔ ）のようなあらゆる形
式の人工衛星に良く適合する。

所望の強度を得るためにクレードル５２は宇宙船５１の
構造を利用するから、このクレードル５２の重量も容積
も少なく、従って、宇宙船５１に利用できる空間を増大
させる。

第７図及び第８図に示すように、クレードル５２は比較
的薄肉壁状の多数の金属部材から成る。

第７図は、クレードル５２の一方側を２つの部分にわけ
たものの斜視図であって、隔壁（ｂ ｕｌ ｋｈｅａｄ
）、外板（ｓｋｉｎ）及び側板（ｓｉｄｅｓ）を示す。

第８図はクレードル５２の隔壁７３の一つの拡大斜視図
である。

実際、クレードル５２は、一連の独立した中空セル又は
コンパートメントから成っていて、これらがすべて結合
され外板で覆われている。

側板７８に中空部７９が形成され、重量を軽減している
。

この構造のものは、軽く丈夫で容量が少ない。

トラニオン６５，６６．６７の取付点では、より重量の
ある金属ブロックをクレードルに設ける。

第９図において、宇宙船５１は、３つの取付点で３個の
トラニオン球８０を有している。

これら球８０のうちの、枢支点５３及びキールにある２
個に旋回ブロック８１，８２が設けられており、これら
は回転自在に球８０を囲繞している。

この構造は玉継手を形成している。

旋回ブロック８１゜８２はクレードル５２中のスロット
７６．７７の内へ滑入している。

後で詳述するように、枢支点５３にある球８０とキール
の所にある球８０とに穴が形成されており、これらの穴
を通して固定機構が球８０をクレードル５２に固定する
。

発射はね５４の所にある球８０は旋回ブロックを持たず
、発射ばね５４に関連する固定機構内に設けられる。

この球８０は、発射ばね５４から出る押棒の端を受ける
ために凹部が設けられている。

発射ばね５４としては、押棒を付勢するためヘリカルコ
イルばねを用いる。

第１０図は、宇宙船のトラニオン球８０とそれの旋回ブ
ロック８１と球８０のクレードル５２内への組込み方を
示す。

球８０から宇宙船５１へ延びる固定部材９６が破断して
示されている。

球８０に、固定ボルト８５が通過する穴が形成されてい
る。

クレードル５２と宇宙船５２の間を不整合にするため弾
丸形のノーズを固定ボルト８５に設けている。

従って、たとえ、熱膨張の差により熱ひずみや基本的な
機械的欠陥があっても、固定ボルト８５は宇宙船５１を
クレードル５２に固定することができる。

固定ボルト８５を受けるためにクレードル５２内に１対
のブッシングが設けられている。

これらのブッシングは、クレードル５２内のスロット１
７の中に突出するテーパ伏又はくさび伏ヘッドを有して
いる。

これらに対応するテーパ又はくさび形が旋回ブロック８
１に形成されている。

ブッシングの開口は、固定ボルト８５に締りばめする寸
法になっているが、球８０中の開口は、旋回ブロック８
１が球８０のまわりを旋回できるように寸法が大きくな
っている。

このように構成された固定装置は枢支点５３ではスロッ
ト７７内に、キールの位置ではス田ノド７６内に設けら
れる。

発射の際、宇宙船５１に枢支点５３で大きな下向きの力
を作用する。

このことは第１１図に示されている。

底部取付点（キール取付点）における球８０は約４５°
の角度でクレードル５２から離れる。

第１２図は、固定ボルト８５を操作する固定装置の斜視
図である。

１対の歯車付直流電動機１００．１０１が、差動歯車箱
１０２を介して、固定ボルト８５の下部にこれに沿って
形成したラック９９に係合するピニオン１０３を駆動す
る。

固定ボルト８５に突起１０４が設けられており、これが
リミットスイッチ１０５，１０６，１０７゜１０８に係
合して固定ボルト８５の移動量を制御する。

リミットスイッチ１０５，１０６，１０７゜１０８は、
対になっており、その数は信頼性を高めるために余分に
なっている。

固定ボルト８５の上部にこれに沿うスロット９７が形成
されており、これに固定装置に固定された部材が係合し
ている。

この部材とスロット９７が固定ボルト８５を回転させな
いようにし、従って、ピニオン１０３がラック９９から
外れるのを防止する。

この装置は、又、固定ボルト８５の移動量を制限する。

差動歯車箱１０２によって電動機ｉｏｏ、ｉｏｉの一方
又は双方に固定ボルト８５を前進させたり後退させたり
する。

電動機１００，１０１の一方が故障した場合、高動力伝
達系路伝導装置（ｈｉｇｈｄｒｉｖｅｔｒａｉｎ ｇｅ
ａｒｉｎｇ）が他方の電動機と共働して固定ボルト８５
を両電動ｐｉｏｏ。

１０１の速度の半分であるが軸方向の力は同じ力で駆動
する。

開放装置（ｒｅｌｅａｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ）の
一つが操作しなかったために発射が不成功になった場合
、固定装置は宇宙船の装置を再固定することができる。

永久磁石を用いた２台の直流電動機１００゜１０１は可
逆性があるから、固定ボルト８５を前進させたり後退さ
せたりする。

宇宙船５１をスペースシャトル５０に再固定する能力を
持つということの目的は、発射が不成功であった場合、
宇宙船５１を持ち帰ったスペースシャトル５０を安全に
着陸させることである。

この装置の一つの利点は、遠隔制御による再固定が可能
なために余分の船内での活動を必要としないことである
。

そうでないと、発射が不成功であった場合宇宙飛行士が
シャトルベイに入って、（１）宇宙船５１がそっくりそ
のまま安全に戻るようにするため宇宙船５１をスペース
シャトル５０に手動で再固定すること、（２）宇宙船５
１を通常発射させ又はスペースシャトル５０が安全に帰
還できるように投棄をするために手動で解錠することの
いずれかの作業をしなければならない。

発射作業の際は、最後の宇宙船取付点を除くすべての取
付点で固定ボルト８５を後退させる。

次いで、点火装置が点火され、宇宙船５１が分離される
。

この過程で、いずれかの分離点（これには点火分離点も
含む）で何らかの事故があると、すべての前のラッチが
再施錠され、この結果、宇宙船５１をスペースシャトル
５０に固定する。

第１３図乃至第１６図は、発射ばね５４が力を作用する
点で利用される施錠装置を示す。

第１３図及び第１４図は斜視図であり、第１５図及び第
１６図は互いに９０°異った位置で見た側面図である。

第１３図では、施錠装置は癩錠位置にあるが、第１４図
では解錠位置にある。

第１５図及び第１６図では施錠装置は殉錠位置にある。

トラニオン球８０は固定部材９６によって宇宙船５１に
固定されている。

第１６図に最も良く示されているように、球８０はクレ
ードル５２内に設けた半球状塵１１２に着座している。

固定レバー１１３に半球状凹部１１４が設けられており
、これが上方から球８０を押さえて半球状塵１１２に固
定している。

半球状凹部１１４、半球伏座１１２及び球８０の組み合
せが玉継手を形成している。

固定レバー１１３はラッチ部材１１５を有し、このラッ
チ部材１１５が固定レバー１１３から延びるか突出し、
施錠装置が殉錠位置にある場合、ベルクランク１１６に
よって係合されている。

ベルクランク１１６は、分離ナツト１１８によって保持
されるポルＮ１７で施錠位置に保たれる。

発射ばね５４からの押棒１２２は球８０の底に係合する
。

すなわち、球８０の底に形成されたしぼみ又は凹部に押
棒１２２の端が係合している。

発射ばね５４が球８０の底に力を作用している。

爆発によって作動する分離ナツト１１８は公知又は慣用
のものであって、３部分から成るナツトが導火爆管（ス
キブ）１２３，１２４を電気点火して離れる機構によっ
て結合されている。

導火爆管（スキブ）１２３．１２４は、信頼性を高める
ため一つ多い一対になっている。

導火爆管（スキブ）１２３゜１２４が点火すると、分離
ナツト１１８が３部分に分離し、ボルト１１７を分離ナ
ツト１１８から飛ばす。

ボルト１１７は、中空のボルトキャッチャ（ｂｏｌｔ
ｃａｔｃｈｅｒ）１２５内に捕捉される。

このボルトキャッチャ１２５はボルト１１７のヘッドに
係合するスプリングフィンガを含んでいてボルト１１７
を保持する。

ボルト１１７が離れると、ベルクランク１１６が自由に
なって回転し、もはや、固定レバー１１３のラッチ部材
１１５を固定しなくなる。

発射ばね５４の力は、押棒１２２を球８０に抗して上方
に動かし、宇宙船５１を枢動させ、その発射を行なう。

第１７図は、発射はね５４用の固定装置を示す。

これはクレードル５２の端部内に設けられ、宇宙船のト
ランニオン球８０用に設けられたスロット１５内に突き
出ているものである。

押棒１２２は、クレードル５２の内側に設けられ本図で
は示されていない発射はね５４から上方に延びている。

第１８図に、宇宙船５１の基本的な骨格構造が示されて
いる。

すでに述べた通り、宇宙船５１とクレードル５２を一つ
に組み合わせたものは、薄いＵ字形クレードル５２を使
用して大径の宇宙船５１を支持するのに必要な剛性を持
つ。

宇宙船５１の構造は、Ｕ字形クレードル５２の両端とキ
ールとを結合したものであって、キールはこの組み合せ
た構造全体にわたって太いに剛性を増加させる。

宇宙船５１の構造は、ロードパース（ｌｏａｄ ｐａｔ
ｈ）に連続性を与えるトラス構造である。

この基本的構造の要素はすべての主要な部品を保持する
。

スペースシャトル５０の打上げ又は着陸の間に生じる負
荷はこの構造を通じてクレードル５２へ、次いでスペー
スシャトル５０へト伝達される。

従って、宇宙船５１の構造は、それがクレードル５２を
丈夫にし、宇宙船５１自体の主ロードパースを与えると
いう点で２重の目的を持つ０ 第１８図に示すように、トラス構造は、大四角形フレー
ム１３１内に固定された小四角形フレーム１３０から成
る。

これとは別のフレーム部材１３２は小四角形フレーム１
３０の隅を宇宙船５１の中心部で結合させるものである
。

第１９図に示すように、第１８図と別な側からみた宇宙
船５１のトラス構造は、三角形フレーム構造又はＡ字形
フレーム構造を形成するフレーム部材１３４によって結
合された長方形フレームの形状をしている。

この全構造は非常に強くかつ剛性が高いこと及び宇宙船
５１用のトラニオンを形成する３個の球８０は剛性をも
って相互に接続されることが判る。

第２０図に、宇宙船５１の外周を形成する円筒形太陽電
池板（５ｏｌａｒ ｐａｎｅｌ） １３７が示されて
いる。

これのフレーム構造は４つの遠地点モータ・タンク１３
８を支持している。

このフレーム構造は、衛星すなわち宇宙船５１のリアク
ション制御装置用の４つのヒドラジンタンク１４０をも
支持している。

加えて、２つのヘリウムタンク１４１もある。

アンテナリフレクタ１４２が折り畳まれた状態ないしは
格納状態で示されている。

第１９図及び第２０図に示すように、宇宙船５１は、そ
のエンベロープの中に、遠地点モータのエンジン及びノ
ズル１４４によって囲繞された固体燃料用近地点ブース
トモータ１４３が設けられている。

近地点ブーストモータ１４３は、点火後宇宙船５１から
切り離される。

宇宙船５１の中心内に設けられ液体燃料用の遠地点モー
タのエンジン及びノズル１４４により囲繞された近地点
ブーストモータ１４３を設置することはスペースシャト
ル５０のペイロードベイの直径が太きいために可能であ
る。

内部の遠地点推進ステージと近地点推進ステージを用い
ることによって衛星すなわち宇宙船５１を収納するのに
必要な長さが最小限になる。

このことによって、宇宙船５１の通常のエンベロープ内
にある遠地点推進ステージと近地点推進ステージと協働
するコンパクトな宇宙船５１が得られるし、収納長さと
打上げ費用が最小になる。

従って、多数のペイロードをスペースシャトル５０のペ
イロードベイ内に容易に収容できることになる。

このような衛星すなわち宇宙船５１の幾何学的特性及び
質量特性があるために、宇宙船５１は近地点ブースト及
び遠地点ブーストの段階（ｐｈａｓｅ）では、安定して
スピン運動をする宇宙船になるから積極釣車動制御を必
要としない。

従来の宇宙船では、近地点ブーストステージを宇宙船の
外部に縦に一列に取り付けているために、形状が非常に
長くなり、近似点ブーストステージが宇宙船から切り離
される迄はロール対ピッチ慣性比（ｒａｔｉｏ ｏｆ
ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｐｉｔｃｈ １ｎｅｒｔｉａ）が１よ
りも小になることから本質的に不安定である。

基本的宇宙船５１は、直径が１４フイート（約４．３ｍ
）で、長さ１０フイート（約３ｍ）の円筒状太陽電池板
１３７を有し、これが宇宙船５１の外側寸法を表わして
いる。

近地点ブーストモータ１４３は宇宙船５１内に設けられ
て、そのスラスト軸は宇宙船５１のスピン軸に沿ってい
る。

近地点キックモータ１４３の船尾側端は太陽電池板１３
７の船尾側端のある同じ位置迄延びているために、近地
点キックモータ１４３によって宇宙船５１が長くなるこ
とがない。

近似点キックモータ１４３は円錐形構造体によって主宇
宙船フレームに固定されている。

近似点キックモータ１４３を８つの燃料タンク１３８．
１４０，１４１（このうち４つは液体燃料用遠地点モー
タ用、他の４つはスピンアップ、リオリエンテーション
及び姿勢制御をするリアクション制御装置（ｒｅａｃｔ
ｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）用である）が囲
繞している。

液体燃料用遠地点モータタンク１３８は寸法が大きくリ
アクション制狽１装置用のヒドラジンタンク１４０と交
互に配置されている。

液体遠地点モータ装置は、近地点キックモータ１４３の
船尾側端の両側面に設けられた２台のエンジンを有する
。

２台のエンジンは、推進している宇宙船５１のコーニン
グ（ｃｏｎｉｎｇ ）を最小限にするために使用される
。

宇宙船５１の通信ペイロードは、同期軌道（静止軌道）
に到る迄機械的に固定される非回転プラットホーム（ｄ
ｅｓｐｕｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ）に設置される。

非回転軸受装置（ｄｅｓｐｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ ａｓ
ｓｅｍｂｌｙ）が近地点キックモータ１４３の先端前方
に設けられる。

安定してスピンをする宇宙船５１を得るために、基本的
には、ロール対ピッチ慣性比を１よりも犬きくなるよう
に設計する。

近地点ブーストモータ１４３を埋め込むということはこ
の目的を達成するのに主要なファクタになる。

何故ならば、その重量は全重量の約２／３だからである
。

この装置においては、近地点ブーストモータ１４３の重
心は全重心にほぼ一致した位置にあり、従って、ピッチ
慣性への影響が最小になる。

宇宙船５１は、近地点ブーストモータ１４３の燃焼が終
った時にこの近地声ブーストモータ１４３とその支持構
造体を分離するように設計される。

この分離は主構造体との境界にある点火装置によって行
なわれる。

燃え尽きた近地点ブーストモータを分離できるために、
液体燃料用モータ推進装置（ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓ
ｙｓｔｅｍ）によって同期軌道にのせることができるペ
イロードの重量をそれだけ増加させられる。

。第２１図及び第２２図は、宇宙船５１用のスピン安
全回路を示す。

宇宙船５１がスペースシャトル５０のペイ内にある間に
偶然に爆発的又は災害のおそれのある点火装置が点火さ
れることがあると、その結果は破局的なものとなるであ
ろう。

従って、宇宙船５１がスペースシャトル５０から離され
て正規の近地点モータの点火速度にスピンアップする迄
これらの点火装置の点火を防止する安全装置が設けられ
る。

従来、宇宙船は、近地点ブーストモータを点火する回路
を働らかすために分離スイッチを用いていた。

宇宙船がスペースシャトル５０から一部分だけ出てから
動かなくなるようなことが起きても、多分、これらの分
離スイッチが閉じて回路を働らかし近地点ブーストモー
タを点火することになるであろう。

第２２図を参照して、宇宙船５１の主パワーバス（ｐｏ
ｗｅｒ ｂｕｓ） １５０に、宇宙船５１をスペースシ
ャトル５２内に保持するグレードル５２と宇宙船５０と
の間のクリアランスを検出する３個の分離スイッチ１５
１，１５２，１５３が設けられている。

これらの分離スイッチ１５１．１５２゜１５３を通して
電路が通じると、電力がバス（ｂｕｓ）１５４に供給さ
れる。

バス１５４は、宇宙船５１に回転速度を与えるためにす
るスピンアップジェットの点火を含む宇宙船の種々の機
能を行なうタイマーに接続されている。

ｇスイッチとして知られている２個の回転加速度センサ
が宇宙船５１の両側に設けられており、宇宙船５１が本
当にスピンアップされ、それ故に、スペースシャトル５
０から分離されなければならなかったか否かを検知する
。

所望の回転速度に達した時だけ、２個のｇスイッチ１５
５，１５６が閉じて、臨界モータ点火装置（ｃｒｉｔｉ
ｃａｌｍｏｔｏｒ ａｒｍ ａｎｄ ｆｉｒｅ ｃｉｒ
ｃｕｉｔｒｙ）に接続されるバス１５７に電力を供給す
る。

この時間の前に何らかの誤動作が起きて点火信号が発せ
られても、これらは無視される。

かくして、電子的故障によって近地点キックモータ１４
３が偶然に不適時に点火することと宇宙船が発射途中で
停止した場合スペースシャトル内のシーケンサ （５ｅｑｕｅｎｃｅｒ）によって点火が起ることの両方
が積極的に防止される。

ｇスイッチ１５５，１５６の検知軸の向きは互いに逆に
なっているから、線形加速度によって両ｇスイッチ１５
５，１５６が同時に閉じる恐れがなくなる。

打上げを準備するに当り、クレードル５２内のスロット
７５．７６．７７に宇宙船の対応のトラニオン球８０を
係合させて宇宙船５１をクレードル５２内に設置する。

枢支点５３の所の１個とキール点の所にある１個の都合
２個の球８０は、直流電動機１００，１０１によって駆
動される固定ボルト８５によって所定位置に固定される
。

発射ばね５４の所にあるもう１個の球８０は固定レバー
１１３とラッチ部材１１５をベルクランク１１６に係合
させることによって所定位置に固定され、次いで、ボル
ト１１７が分離ナツト１１８内に固定される。

球８０が強固に所定位置に固定された後で、発射はね５
４が取り付けられる。

宇宙船５１をしっかりとクレードル５２内に固定してか
らスペースシャトル５０内に設置し、クレードルトラニ
オン６５，６６．６７を取付具７０，７１゜７２で固定
し、クレードル５２及び宇宙船５１をスペースシャトル
５０にしっかりと取付ける。

第４図に示すようにスペースシャトル５０が待機軌道５
７に到達し、宇宙船５１を発射する必要がある場合、ま
ず、直流電動機１００，１０１を操作して枢支点５３に
於ける固定ボルト８５を後退させ、次いで、キール点に
おける固定ボルト８５を後退させ、最後に、分離ナツト
１１８を点火し、発射はね５４が宇宙船５１に打上げの
ための移動と回転とを同時に与える。

点火による分離点も含みいずれかの分離点で何らかの事
故が生じだ場合、それ以前に操作した固定ボルト８５が
再固定され、宇宙船５１をスペースシャトル５０に固定
する。

以上、ＮＡＳＡスペースシャトルのペイロードベイから
の打上げがうまくできるように宇宙船及び取付機構を設
計することについて述べた。

この構造は、スピン運動と移動運動にジャイロ効果を与
え、スペースシャトルへの３取付点アタッチメントと宇
宙船及びクレードル間の３取付点アタッチメントとを有
し、宇宙船とクレードルとが組み合わされて宇宙船がク
レードルに強度を与え小形で軽量のクレードルを使える
ように構成し必要な場合に再固定される所の、クレード
ルへの宇宙船固定装置を有する。

宇宙船は、液体燃料用の遠地点モータによって囲まれ宇
宙船内に設けられた固形燃料用近地点キックモータを利
用して収容長さを最小にしかつロール対ピッチ慣性比を
１より少なくすることで大きな安全性を得るようにし、
又、危険を招く恐れのある回路を点火する前に宇宙船の
スピンアップ、従って、スペースシャトルからの分離を
検知するスピン用安全装置を有している。

上記の説明は、本発明のいくつかの実姉例を説明したも
のに過ぎず、本発明の要旨の範囲のものはすべて本発明
の技術範囲に属するものである。

例えば、ばね５４をピストン又はタンジエンシャルケー
ブル装置に変えることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスペースシャトルの側面図で、ペイロードベイ
のドアを開き一部を破断して宇宙船がスペースシャトル
中に設けたクレードルに支持されている状態を示すもの
、第２ａ図及び第２ｂ図は宇宙船をスペースシャトルか
ら発射する仕方を示す図、第３ａ図、第３ｂ図及び第３
ｃ図はスペースシャトルから発射されつつある宇宙船の
運動を示す説明図、第４図はスペースシャトルの待機軌
道と宇宙船の遷移軌道及び同期軌道との関係を示す図、
第５図は内部にクレードルを設けたスペースシャトルの
ペイロードベイの部分の斜視図、第６図はクレードルを
スペースシャトルのペイロードベイに取り付ける取付具
のうちの１個の側面図、第７図はクレードルを２部分に
分は一部を破断し隔壁と外板と側板を示したクレードル
の斜視図、第８図はクレードルの隔壁の１つの拡大斜視
図、第９図は宇宙船とクレードルの係合状態を示す正面
図、第１０図は旋回ブロック内にある宇宙船用トラニオ
ン球を示し、この球が固定ボルトによってクレードル内
に固定される方法を示すもの、第１１図は発射時に宇宙
船の３個のトラニオン球にかかる力を示す図、第１２図
は宇宙船の２個のトラニオン球を固定する固定ボルトを
動かす固定装置の斜視図、第１３図乃至第１５図は発射
ばねが力を作用する点で使用されるラッチ装置を示し、
第１３図及び第１４図はそれぞれ９０°別の側から見た
斜視図、第１５図及び第１６図はそれぞれ９０°別の側
から見た側面図であり、更に第１３図、第１５図及び第
１６図ではラッチ装置は閉成位置にあり、第１４図では
開放位置にある図、第１７図はクレードルの端内に設け
られ宇宙船用トラニオン球を設置するためのスロット内
に突出する発射ばね用固定装置の斜視図、第１８図は宇
宙船のトラス構造がクレードルの両端とキール点との間
をどのように構造的に結合するかを示す宇宙船の基本的
な骨格構造の正面図、第１９図は宇宙船のトラスフレー
ム構造を上面からみた図、第２０図はフレーム構造体、
太陽電池板、燃料タンク及び近地点モータを有する宇宙
船の平面図、第２１図は宇宙船の斜視図で加速度検知用
ｇスイッチの軸の向きを示し、第２２図は分離スイッチ
とｇスイッチの接続回路図である。 ５０・・・・・・スペースシャトル、５１・・・・・・
宇宙船、５２・・・・・・クレードル、５３・・・・・
・枢支点、５４・・・・・・発射ばね、５５・・・・・
・道、５６・・・・・・線、５７・・・・・・待機軌道
、５８・・・・・・近地点、６０・・・・・・遷移軌道
、６１・・・・・・遠地点、６２・・・・・・同期軌道
（静止軌道）、６５．６６．６７・・・・・・トラニオ
ン、７０，７１゜７２・・・・・・取付具、７３・・・
・・・隔壁、７５，７６゜７７・・・・・・スロット、
７８・・・・・・側板、７９・・・・・・中空部、８０
・・・・・・トラニオン球、８１，８２・・・・・・旋
回ブロック、８５・・・・・・固定ボルト、９６・・・
・・・固定部材、９７・・・・・・スロット、９９・・
・・・・ラック、１００゜１０１直流電動機、１０２・
・・・・・差動歯車箱、１０３・・・・・・ピニオン、
１０４・・・・・・突起、１０５゜１０６．１０７・・
・・・・リミットスイッチ、１１２・・・・・・半球状
床、１１３・・・・・・固定レバー、１１４・・・・・
・半球状凹部、１１５・・・・・・ラッチ部材、１１６
・・・・・・ベルクランク、１１１・・・・・・ボルト
、１１８・・・・・・分離ナツト、１２２・・・・・・
押棒、１２３，１２４・・・・・・導火爆管（スキブ）
、１２５・・・・・・ボルトキャッチャ、１３０・・・
・・・小四角形フレーム、１３１・・・・・・大四角形
フレーム、１３２・・・・・・フレーム部材、１３４・
・・・・・フレーム部材、１３７・・・・・・太陽電池
板、１３８・・・・・・遠地点モータタンク、１４０・
・・・・・ヒドラジンタンク、１４１・・・・・・ヘリ
ウムタンク、１４２・・・・・・アンテナリフレクタ、
１４３・・・・・・近地点キックモータ、１４４・・・
・・・遠地点モータのエンジン及びノズル、１５０・・
・・・・主パワーバス、１５１，１５２゜１５３・・・
・・・分離スイッチ、１５４・・・・・・バス、１５５
゜１５６・・・・・・ｇスイッチ、１５７・・・・・・
バス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 宇宙船の電路内にあって前記宇宙船のモータ点火回
   路に接続され前記宇宙船とスペースシャトルとの間に分
   離が生じた時に操作して前記電路を閉回路とする少なく
   とも１つの分離スイッチを有し、スピン軸のまわりの回
   転運動及び進行運動を前記宇宙船に与えられ、前記スペ
   ースシャトルからの打上げに適した宇宙船用の安全回路
   であって、それぞれが前記スピン軸のまわりの回転速度
   が所定回転速度を超えた時に双方が閉成し線形加速度が
   生じた時は一回につき一方のみが閉成する方向に向いた
   加速度検知軸を有する少なくとも２個の直列の回転加速
   度スイッチを前記電路内で前記モータ点火回路に接続す
   ると共にこれら回転加速度スイッチそれぞれを前記宇宙
   船の反対側に配設したことを特徴とする宇宙船用の安全
   回路。 ２ 前記回転加速度スイッチをそれぞれの加速度検知軸
   が互いに反対向きにかつ前記スピン軸に対し実質的に直
   角になるように設けたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の宇宙船用の安全装置。