大型かつ堅牢な展開可能構造物およびそのような構造物の展開および係止方法
【課題】衛星に搭載可能な、大型且つ堅牢な展開可能構造物およびそのような構造物の展開および係止方法を提供する。
【解決手段】展開可能構造物１２は、・一次パネル１２１〜１２３一式と、・二次パネル１２４〜１２９一式と、・一次関節系（但し、各一次関節系は一次パネルを別の一次パネルに相対的に、一次軸の周りに、旋回可能にし、一次軸は一次パネルにほぼ平行である）と、・二次関節系（但し、各二次関節系は二次パネルに関連付けられていて、パネルを別の一次パネルに相対的にパネルにほぼ平行な二次軸の周りに旋回可能にする）とを含んでいて、展開可能構造物は、展開状態において一次および二次パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成するように構成されている。
【解決手段】展開可能構造物１２は、・一次パネル１２１〜１２３一式と、・二次パネル１２４〜１２９一式と、・一次関節系（但し、各一次関節系は一次パネルを別の一次パネルに相対的に、一次軸の周りに、旋回可能にし、一次軸は一次パネルにほぼ平行である）と、・二次関節系（但し、各二次関節系は二次パネルに関連付けられていて、パネルを別の一次パネルに相対的にパネルにほぼ平行な二次軸の周りに旋回可能にする）とを含んでいて、展開可能構造物は、展開状態において一次および二次パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の展開可能構造物の分野に関し、より具体的には通信衛星に搭載可能な無線周波アンテナ反射器の分野に関する。本発明は、剛性フレームまたはパネルで構成された大型の展開可能構造物および当該構造物を展開および係止する方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
剛性フレームまたはパネルで構成された大型の展開可能構造物は、以前に増してあらゆる衛星に搭載されている。衛星の任務は、益々多くの荷重を運搬するため、益々「貪欲に」エネルギーを費消する。このため、益々大型の太陽光発電機およびアンテナが必要になっている。これらの構造物のうち、宇宙船に電気エネルギーを供給する太陽光発電機、無線周波数（ＲＦ）を反射するファセットアンテナ反射器、鏡等のファセット光学反射器、特定の高感度機器（例えば光学機器）の保護を目的とする太陽光または熱シールドが挙げられ得る。これらの構造物は、任務遂行のため構造物の能動要素の位置を衛星に相対的に合わせるという要求に応じて、エクステンダーアームを備えていても、いなくてもよい。実際には、これらの構造物の寸法は、衛星を軌道に乗せる打ち上げロケットのノーズコーンの下の空き容積により制約される。無論、そのような構造物は、打ち上げロケットのノーズコーンの下では動作状態にはできない。従って、大型の構造物の体積を極力最小にすべく発射時は収納状態に折りたたんでおき、動作フェーズで寸法がより大きい展開状態にできなければならない。この展開状態において、宇宙船の制御を可能にすべく、大型の構造物が展開された際に極力堅牢且つ安定であることが一般に求められる。更に、この種の構造物は、任務に関連付けられた特定の機能を実現することが意図されている。太陽光発電機の場合、通常は能動面に太陽電池が備えられていなければならない。熱および太陽光シールドの場合、太陽と向き合う領域に置かれた機器を保護して容易な熱調節を可能にすべく能動面は温度に関してなるべく均一でなければならない。アンテナの場合、最適ＲＦ性能を得るために能動面には一切の金属面または付属物が存在してはならない。いずれの場合も、能動面上に機械式要素を極力搭載しないようにすることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、上述の要件の全てまたは一部を満たすことを可能にする展開可能構造物を提供することを目的とする。特に、収納状態から一定の剛性および良好な安定性を保証する展開状態に移行できる展開可能構造物を提供することを目的とする。このため、本発明は宇宙船に搭載可能な展開可能構造物であって、
・一次パネル一式と、
・二次パネル一式（但し、一次および二次パネルの各々がほぼ平坦な前面を含んでいる）と
・一次関節系（但し、各一次関節系は一次パネルを別の一次パネルに相対的に、一次軸の周りに、旋回可能にし、一次軸は一次パネルの前面にほぼ平行である）と、
・二次関節系（但し、各二次関節系は二次パネルに関連付けられていて、前記二次パネルを一次パネルまたは二次パネルに相対的に前記パネルの前面にほぼ平行な二次軸の周りに旋回可能にする）とを含み、
展開可能構造物は、展開状態において一次および二次パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成するように構成されている。
【発明の効果】
【０００４】
本発明の利点は、特に以下の通りである。
・任意の形状の能動面がフラットパネルから得られ、
・能動面が、例えば関節等の金属要素無しで得られ、
・位置決めの高い安定性が保証される。
【０００５】
展開可能構造物の特定の一実施形態において、一次および二次パネルは、前面を形成している少なくとも１つの可撓性基板またはパネルで覆われた剛性フレームを含んでいる。
【０００６】
本発明はまた、宇宙船に搭載可能な、
・一次パネル一式と、
・二次パネル一式（但し一次および二次パネルの各々がほぼ平坦な前面および前記パネルの前面に平行でほぼ平坦な背面を含んでいる）とを含む展開可能構造物を展開する方法からなり、
展開可能構造物は、各一次パネルの背面が別の一次パネルの背面に対向し、各二次パネルの背面が他の一次または二次パネルの背面対向する収納状態を仮定することが可能である。
本展開方法は、収納状態から展開可能構造物を展開すべく、
・各一次パネルを、背面同士が対向している一次パネルに相対的な一次軸であって、一次パネルの前面にほぼ平行な一次軸の周りに旋回させ、
・各二次パネルを、背面同士が対向している二次パネルに相対的な二次軸であって、関係するパネルの前面にほぼ平行な二次軸の周りに旋回させるステップを含んでいて、
一次および二次パネルが回転させられて、パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成する展開状態になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面を参照しながら以下の説明を精査することにより、本発明への理解が深まると共に、他の利点も明らかになるであろう。
【０００８】
【図１】本発明のパラボラ反射器の第１の例が搭載された通信衛星を模式的に展開状態で示す。
【図２】本発明のパラボラ反射器の第２の例を展開状態で示す。
【図３】一次パネル間に一次関節系を有する図１の反射器の一次パネルを模式的に示す。
【図４Ａ−４Ｄ】異なる位置にある一次関節系の例を示す。
【図５Ａ−５Ｄ】第１の一次パネル展開の動作を示す。
【図６Ａ−６Ｄ】第２の一次パネル展開の動作を示す。
【図７】二次関節系により接続されたパネルの例を模式的に示す。
【図８Ａ−８Ｈ】図１の反射器における一次および二次パネル展開の動作の例を示す。
【図９】反射器のパネルが周縁係止システムにより接続された、図１の衛星を模式的に示す。
【図１０Ａ−１０Ｂ】展開終了時点における２つの二次パネル間の周縁係止システムの例を、各々展開状態および係止状態で示す。
【図１１】本発明の熱シールドが搭載された通信衛星を展開状態で模式的に示す。
【図１２Ａ−１２Ｆ】図１１の熱シールドの一次および二次パネル展開動作の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、パラボラ反射器の第１例が展開状態で搭載された通信衛星を模式的に示す。一般に、反射器等の展開可能構造物の展開状態は、当該展開可能構造物が動作中の構成であると考えられる。逆に、展開可能構造物の収納状態は、衛星を軌道に乗せることが可能な打ち上げロケットのノーズコーンの下に設置できる構成であると考えられる。通信衛星１０は本体１１、実質的にパラボラ状の反射器１２、および反射器１２を本体１１に接続する例えば管状のアーム１３を含んでいる。アーム１３は特に、展開中の反射器１２を本体１１から遠ざけることを可能にする。このアーム１３は同様に、アンテナ反射器１２に用いたものと同様のパネルから構成されていてよい。反射器１２は、３つの一次パネル１２１、１２２、１２３、および６つの二次パネル１２４〜１２９を含んでいる。パネル１２１〜１２９は各々、ほぼ平坦な反射面および反射面と平行且つほぼ平坦な背面を有している。反射面は、対象アプリケーションに応じて選択された所定の周波数帯域における電磁放射を反映可能にすべく扱われる。展開状態において、一次パネル１２１〜１２３および二次パネル１２４〜１２９は、それらの反射面が基準パラボラ面の近傍にほぼ連続的な全反射面を形成するように配置されている。当該反射面は、全反射面１２Ａと呼ばれる。ほぼ連続な面という表現は、反射面が互いに隣接していることを意味する。換言すれば、パネル１２１〜１２９の間に隙間が無い。パネル１２１〜１２９の反射面は平面であるため、全反射面１２Ａは厳密にはパラボラではなく、ファセット面である。図１の実施形態において、各一次パネル１２１〜１２３の反射面は矩形である。一次パネル１２２は、一方の側面が一次パネル１２１に、反対側の面が一次パネル１２３当接する。二次パネル１２５および１２８は、一次パネル１２１および１２３が当接する側面に垂直な自由な側面が一次パネル１２２に当接する。二次パネル１２４、１２７、１２６および１２９は、一次パネル１２２が当接する側面に垂直な一次パネル１２１および１２３の２つの対向する側面で各々一次パネル１２１および１２３に当接する。二次パネル１２４〜１２９の反射面は、全反射面１２Ａが要求された形状を有するように整形されている。例えば、反射器１２は、直径６メートルおよび焦点距離４．５メートルのパラボラを形成するものと考えられる。各パネル１２１〜１２９は次いで、隣接するパネルに対して約１１°の角度だけ傾けられる。図１は、本発明の反射器の一実施形態を示すに過ぎない。一次パネル１２１〜１２３は必ずしも矩形とは限らず、反射器１２はより多くのパネルを含んでいてもよい。より一般的には、反射器１２は、互いに当接する一次パネルの側面が互いにほぼ平行であってよい。二次パネルは、一次パネルの自由な側面に当接する。これらは同様に互いに、例えばこれらの二次パネルが一次パネルに当接する側面に垂直な側面に当接していてもよい。
【００１０】
図２に、本発明の極めて大型のパラボラ反射器の展開状態の例を模式的に示す。反射器１５０は、５つの一次パネル１５１〜１５５および１０個の二次パネル１６０〜１６９を含む点で図１の反射器と異なる。パネル１５１〜１５５および１６０〜１６９は展開状態において、反射面が基準パラボラ面の近傍でほぼ連続的な全反射面を形成するように配置されている。一次パネル１５１〜１５５は互いに平行な側面で互いに当接している。二次パネル１６０、１６１は、一次パネル１５１が一次パネル１５２に当接する側面に垂直な、当該パネルの自由側面で一次パネル１５１に当接している。二次パネル１６２、１６３は、パネルの自由側面で一次パネル１５２に当接している。同様に、二次パネル１６４および１６５、１６６および１６７、１６８および１６９は各々、各側面で一次パネル１５３〜１５５の自由側面に当接している。二次パネル１６０〜１６９の反射面は、一次パネル１５１〜１５５の反射面を含む全反射面が求められた形状を有するように形成されている。反射器１５０は、図示しないアーム１３により衛星の本体に接続されていてよい。
【００１１】
通信衛星に搭載されるアンテナ反射器は、収納状態から展開状態に移行可能でなければならない。収納状態において、一次および二次パネルは互いに積層されている。展開状態において、パネルは所望の反射面を形成するように展開されている。パネルの展開を可能にするため、反射器はパネル同士の間、特に一次パネル同士の間に関節系を含んでいる。図３に、図１の反射器の一次パネルを関節系と共に模式的に示す。「一次」という用語は、２つの一次パネルを接続する関節系を指す。図３において、一次パネル１２１〜１２３の反射面を各々１２１Ａ、１２２Ａおよび１２３Ａと表記する。背面を各々１２１Ｂ、１２２Ｂおよび１２３Ｂと表記する。反射器１２は、２つの一次関節系を含んでいる。第１の一次関節系２１は、一次パネル１２１と１２２を接続する。第２の一次関節系２２は、一次パネル１２２と１２３を接続する。各一次関節系２１または２２は、一次パネル１２１〜１２３を、別の一次パネルに相対的に一次パネル１２１〜１２３の面１２１Ａ〜１２３Ａにほぼ平行な軸の周りに旋回させることが可能でなければならない。一次パネル１２１〜１２３は従って、収納状態で互いに積層されていてもよい。パネルの長さに応じて、特に２つの一次パネル１２１、１２３が一次パネル１２２の半分の長さである場合に、２つの一次パネル１２１、１２３を同じ厚さの範囲内で積層することが可能である。従って、この構成で反射器が占める体積は制約される。一次関節系２１、２２の回転軸は更に、互いに平行であってよい。しかし、この平行性は本発明にとって必要ではない。特定の一実施形態において、関節系２１、２２は、背面１２１Ｂ〜１２３Ｂで一次パネル１２１〜１２３に固定されている。展開状態において、この特定の実施形態は、関節系２１、２２をアンテナが受発信した電磁放射からマスキング可能にして、連続的な全反射面を形成する。この特定の実施形態はまた、背面１２１Ｂ、１２３Ｂが背面１２２Ｂに対向できるようにする。
【００１２】
図４Ａ〜４Ｄに、２つの一次パネルの接続を可能にする一次関節系の例を示す。一例として一次関節系２１を考慮する。図３Ａに、一次パネル１２１、１２２の収納状態に対応する位置にある一次関節系２１を示す。図３Ｂ、３Ｃに、一次パネル１２１、１２２が互いに相対的に展開されている位置にある関節系２１を示す。図３Ｄに、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置にある一次関節系２１を示す。一次関節系２１は、一次パネル１２１が搭載される第１の部分２１１、一次パネル１２２が搭載される第２の部分２１２、および関節２１を展開状態に係止するのに適した第３の部分２１３を含んでいる。第２の部分２１２は、第１の軸２１４の周りに、第１の部分２１１に、旋回接続されている。第３の部分は、第１の軸２１４にほぼ平行な第２の軸２１５の周りに、第１の部分２１１に、旋回接続されている。第２の部分２１２は、図３Ｄに示すように、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置において第１の部分２１１のベアリング面２１７を圧迫すべく適合された固定留め具２１６を含んでいる。止め具２１６およびベアリング面２１７は、一旦展開状態に対応する位置に達すると、第１および第２の部分２１１、２１２の間の回転運動を制限できるようにする。第３の部分２１３は、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置において第２の部分２１２のベアリング面２１９を圧迫すべく適合された非可逆止め具２１８を含んでいる。非可逆止め具２１８およびベアリング面２１９は、一旦展開位置に達すると、収納位置へ向かう第１および第２の部分２１１、２１２の間の回転運動の防止を可能にする。従って、一次関節系は、回転誘導機能および一次パネル係止機能の両方を有している。これらは同様に一次パネルを収納状態から展開状態へ移行することからなる駆動機能を有してもよい。駆動トルクは、例えば、らせんバネにより与えられる。一次パネルの展開は、公知の従来技術による発火装置により起動してもよい。
【００１３】
パネル、特に一次パネルは、異なる動作に従い展開してもよい。図５Ａ〜５Ｄに、第一のいわゆるシーケンス動作を示す。図５Ａは反射器１２が収納状態にある場合の衛星１０を示す。ここで、一次パネル１２１〜１２３に互いに折り重ねられている。図５Ｂに示す第１のステップにおいて、図５Ｃに示すように、一次関節系２１は一次パネル１２２を、互いに相対的に展開された状態になるまで軸２１４の周りに、一次パネル１２１に相対的に、回転させる。図３に示す一次関節系２１の場合、この展開状態は、止め具２１６がベアリング面２１７を圧迫して非可逆止め具２１８およびベアリング面２１９が一次パネル１２１、１２２の相対的な位置を係止する位置に対応している。一次パネル１２２に相対的な一次パネル１２１の展開状態に到達したことで、第２のステップにおける一次パネル１２３の展開が起動される。一次関節系２２は、図５Ｄに示すように、一次パネル１２３を、互いに相対的に展開された状態になるまで、軸２２４の周りに、一次パネル１２２に相対的に、回転させる。一次関節系２２の場合、この展開状態は、一次関節系２２の止め具が対応するベアリング面を圧迫する位置に対応している。一次パネル１２３は次いで、展開状態で係止される。
【００１４】
図６Ａ〜６Ｄに、第２のいわゆる同期的動作を示す。図６Ｂ、６Ｃは、反射器１２が展開中の衛星１０を示す。同期的動作の場合、一次パネル１２１〜１２３は、各種の関節を相互接続させるケーブルおよびプーリーの列により同時に展開される。異なる形状および直径を有するプーリーの配置により、各種の速度および展開角が得られる。一次関節系２２は、一次パネル１２１に相対的な一次パネル１２２の位置とは独立に、一次パネル１２３を一次パネル１２２に相対的に、軸２２４の周りに、回転させる。シーケンス動作の場合と同様に、各一次パネル１２１〜１２３は展開の終了時点で展開状態に到達した際に係止される。一次パネル１２１〜１２３は、例えば上述のように、一次関節系２１、２２により、あるいは一次関節系から独立した他の係止装置により係止することができる。
【００１５】
反射器１２を収納状態から展開状態に移行させるために二次パネルを展開することも同様に可能でなければならない。このため、反射器１２は、各二次パネルを一次パネルに接続するいわゆる二次関節系を含んでいる。図７に、二次パネルのシーケンス展開を可能にする二次関節系により接続されたパネルの例を模式的に示す。パネルは互いに積層されているため、実際には干渉を防止すべく各二次パネルの展開を独立に制御可能なことが必要である。例えば図１を参照しながら記述したようにパネル１２１、１２４および１２７の問題であると考えられる。パネル１２４、１２７の反射面を各々１２４Ａ、１２７Ａと表記する。背面を各々１２４Ｂ、１２７Ｂと表記する。第１の二次関節系６１は、一次パネル１２１を二次パネル１２４に接続する。これにより、二次パネル１２４を、パネル１２１、１２４の表面１２１Ａ、１２４Ａにほぼ平行な軸の周りに、一次パネル１２１に相対的に、旋回させることが可能になる。第２の二次関節系６２は、一次パネル１２１を二次パネル１２７に接続する。これにより、二次パネル１２７を、パネル１２１、１２７の表面１２１Ａ、１２７Ａにほぼ平行な軸の周りに、一次パネル１２１に相対的に、旋回させることが可能になる。二次関節系６１、６２の軸が表面１２１Ａ、１２４Ａまたは１２１Ａ、１２７Ａにほぼ平行であるという事実により、これらのパネルを収納状態において互いに平行に積層することが可能になる。従って、その状態で反射器１２が占める体積は制限される。二次関節系の軸は、一次関節系の軸にほぼ垂直であってもよい。二次関節系６１、６２は、図７に示すように、それらの背面１２１Ｂ、１２４Ｂおよび１２７Ｂでパネル１２１、１２４および１２７に固定されていることが好都合である。この特定の実施形態は、展開状態において、二次関節系６１、６２をアンテナが受発信した電磁放射からマスキング可能にして、連続的な全反射面を形成する。この特定の実施形態はまた、二次パネル１２４、１２７の背面１２４Ｂ、１２７Ｂが一次パネル１２１の背面１２１Ｂに対向できるようにする。二次パネル１２４、１２７は、共通の平面、または図７の例のように異なる平面上で積層されていてもよい。次いで、二次パネル１２４、１２７各々、収納状態において積層された一次パネル１２１同様の寸法を有していてもよい。このため、反射器１２は、二次パネル１２４、１２７が二つの異なる平行面内で積層されるように、これらのうち１つをずらすアームを含んでいてもよい。図７の例において、反射器１２は、一端が一次パネル１２１に固定され、他端が二次関節系６１に固定された第１のアーム６３、および一端が二次関節系６１に固定され、他端が二次パネル１２４に固定された第２のアーム６４を含んでいる。この例において、二次パネル１２４の展開により二次パネル１２７の展開が起動し得るように、二次関節系６１が二次パネル１２７の近傍にあってもよい。特に、第１のトリガー装置６５が一次パネル１２１に、より具体的には非可逆止め具２１８に固定されていて、命令により一次パネル１２１に相対的な二次パネル１２４の回転を解除するように設けられていてもよい。二次パネル１２４の展開に伴い、一次パネル１２１に相対的な二次パネル１２７の回転を解除できるように、第２のトリガー装置６６が二次パネル１２４に固定されていてもよい。図７を参照しながら記述したものと同じ関節系を用いて、一次パネル１２２に相対的に二次パネル１２５、１２８を、および一次パネル１２３に相対的に二次パネル１２６、１２９を関節結合させてもよい。構造物的条件において、二次関節系は一次関節系に類似していてもよい。更に、本発明の反射器は、一次パネル毎により多くの二次パネルを含んでいてもよい。特に、反射器は、一次パネルの１つ以上の面に直列に関節結合された二次パネルを含んでいてもよい。いくつかの第２の関節系はその結果、二次パネルを他の二次パネルに接続する。二次関節系は、隣接する２つの二次パネルの背面が収納状態において互いに対向するように二次パネルに固定されていてもよい。
【００１６】
図８Ａ〜８Ｈに、図１の反射器１２の一次および二次パネルの展開動作の例を示す。図８Ａにおいて、反射器１２は収納状態にあり、一次パネル１２２の反射面１２２Ａは衛星１０の本体１１の表面を圧迫している。図８Ｂに、管状アーム１３の展開中に、衛星１０が反射器１２を本体１１から遠ざける様子を示す。図８Ｃにおいて、一次パネル１２１、１２２および１２３は展開中である。図８Ｄにおいて、一次パネル１２１〜１２３は、展開状態にある。図８Ｅにおいて、二次パネル１２５、１２８は、一次パネル１２２に相対的に展開中である。図８Ｆにおいて、一次パネル１２１〜１２３および二次パネル１２５、１２８は展開状態にある。図８Ｇにおいて、二次パネル１２４、１２６は展開中である。図８Ｈにおいて、反射器１２は展開状態にある。どのパネルも展開中に別のパネルにぶつからない限り、他の反射器展開動作を用いてもよい。
【００１７】
特定の一実施形態において、本発明の反射器は、全反射面の周辺に係止装置を含んでいる。これらの係止装置により、反射器の全般的な安定性を向上させることが可能になる。図９に、アンテナ反射材１２の周辺で隣接する二次パネルの各ペアのパネル間に配置された係止装置１３０、１３１、１３２および１３３を含む図１の衛星１０およびアンテナ反射器１２を示す。係止装置１３０〜１３３は、反射器を展開状態で固定するように、２つの隣接パネル間で自由度を少なくとも１段下げるべく適合されている。各二次パネル１２４〜１２９が一次パネル１２１〜１２３のうち１つに関節結合されているが、別の二次パネルには関節結合されていない限り、各係止装置１３０〜１３３は互いに関節結合されていない２つの隣接パネル間で自由度を１段下げる。係止装置１３０〜１３３は従って、一次および二次関節系から独立している。一次および二次パネル間の関節結合されたパネル結合部の場合、係止装置の数を制限するために、パネルの外側の角に位置している関節により後者の装置を好都合に代替してもよく、これらの関節結合は展開状態において負荷吸収機能を有している。
【００１８】
図１０Ａ、１０Ｂに、永久磁石概念に基づく係止装置の一実施形態を示す。例えば、図１０Ａは、展開終了時点における二次パネル１２４、１２５を示し、図１０Ｂは展開および係止状態にある二次パネル１２４、１２５を示す。二次パネル１２４にはオス側円錐状端部１３５を有する嵌合具が備えられていて、二次パネル１２５にメス側円錐状端部１３６を有する嵌合具が備えられている。２つの嵌合具自体の各々に、各嵌合具に固定された永久磁石１３７、１３８が備えられている。展開終了時点において、関節系により、オス側円錐状端部１３５を有する嵌合具がメス側円錐状端部１３６を有する嵌合具内に入れ子になるように、パネル１２４、１２５の縁が互いに対向する位置に合わせることができる。磁石１３７、１３８の作用、およびその結果生じる磁力により、２つの嵌合具１３５、１３６は接触し、その後は互いに支え合う状態で維持される。
【００１９】
図１１に、展開状態にある本発明の展開可能構造物により形成された熱シールドが搭載された通信衛星を模式的に示す。衛星１００は、本体１０１および熱シールド１０２を含んでいる。本体１０１は、熱シールド１０２の中央パネル１１０が固定された面を有している。中央パネル１１０は図１１では正方形の形状を有しているが、矩形の形状を有していてもよい。一次パネル１１１、１１２、１１３および１１４は、中央パネル１１０の各側面で中央パネル１１０に当接している。一次パネル１１５、１１６、１１７、１１８は各々、関係する一次パネル１１１〜１１４が中央パネル１１０に当接する側面とは反対側の側面で一次パネル１１１〜１１４の各々に当接している。従ってパネル１１０〜１１４は十字形を形成する。二次パネル３０１〜３１６は、ほぼ連続的な全表面を形成するように一次パネル１１１〜１１４の各々に、これらのパネルの自由側面側の各側面で当接している。関節系３２０は、異なるパネルを相互に接続する。ここで、二次パネル３０１〜３１６の各々は、一次パネル１１１〜１１４のうち１つと関節結合されている。関節系３２０は、例えば上述の一次または二次関節系と同じ種類である。係止装置３３０は、隣接する二次パネルの各ペアのパネル間に設けられていてもよい。図９に示すアンテナ反射器の場合、二次パネル３０１〜３１６は互いに関節結合されていない。係止装置３３０はこのように、互いに関節結合されていないパネル間で自由度を１段下げることを可能にする。
【００２０】
図１２Ａ〜１２Ｈに、図１１に示す熱シールド１０２の部分の展開動作の例を示す。図１２Ａにおいて、一次パネル１１１、１１５および二次パネル３０１〜３０４は、衛星１００の本体１０１のある面に対して互いに平行に積層されている。図１２Ｂにおいて、第１の関節系３２０は、一次パネル１１１を本体１０１に相対的に回転させる。図１３Ｂにおいて、一次パネル１１１は、展開状態に対応する位置に到達している。二次関節系３２０は、図１２Ｄに示す展開状態に達するまで、一次パネル１１２を一次パネル１１１に相対的に回転させる。図１２Ｅにおいて、図示しない関節系は、第２のパネル３０１〜３０４を、図１２Ｆに示す展開状態に達するまで、それらが当接する一次パネル１１１または１１５に相対的に回転させる。パネルの展開に際して干渉を防止する目的で、本体１０１の一方に側に直接または間接的に接続されている全てのパネルは、本体１０１の他の側に接続されたパネルを展開する前に展開してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１０ 宇宙船
１１ 本体
１２ 展開可能構造物
１２Ａ 全表面
１３ アーム
２１、２２ 一次関節系
６１、６２ 二次関節系
６３ 第１のアーム
６４ 第２のアーム
６５ 第１のトリガー装置
６６ 第２のトリガー装置
１００ 衛星
１０１ 本体
１０２ 熱シールド
１１０ 中央パネル
１１１〜１１８ 一次パネル
１２１〜１２３ 一次パネル
１２１Ａ〜１２９Ａ 前面
１２１Ｂ〜１２９Ｂ 背面
１２４〜１２９ 二次パネル
１３０〜１３３ 係止装置
１３５ オス側円錐状端部
１３６ メス側円錐状端部
１３７、１３８ 永久磁石
１５０ 反射器
１５１〜１５５ 一次パネル
１６０〜１６９ 二次パネル
２１１ 第１の部分
２１２ 第２の部分
２１３ 第３の部分
２１４ 一次軸
２１５ 第２の軸
２１６ 止め具
２１７ ベアリング面
２１８ 非可逆止め具
２１９ ベアリング面
２２４ 一次軸
３０１〜３１６ 二次パネル
３２０ 関節系
３３０ 係止装置
６１１，６２１ 二次軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の展開可能構造物の分野に関し、より具体的には通信衛星に搭載可能な無線周波アンテナ反射器の分野に関する。本発明は、剛性フレームまたはパネルで構成された大型の展開可能構造物および当該構造物を展開および係止する方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
剛性フレームまたはパネルで構成された大型の展開可能構造物は、以前に増してあらゆる衛星に搭載されている。衛星の任務は、益々多くの荷重を運搬するため、益々「貪欲に」エネルギーを費消する。このため、益々大型の太陽光発電機およびアンテナが必要になっている。これらの構造物のうち、宇宙船に電気エネルギーを供給する太陽光発電機、無線周波数（ＲＦ）を反射するファセットアンテナ反射器、鏡等のファセット光学反射器、特定の高感度機器（例えば光学機器）の保護を目的とする太陽光または熱シールドが挙げられ得る。これらの構造物は、任務遂行のため構造物の能動要素の位置を衛星に相対的に合わせるという要求に応じて、エクステンダーアームを備えていても、いなくてもよい。実際には、これらの構造物の寸法は、衛星を軌道に乗せる打ち上げロケットのノーズコーンの下の空き容積により制約される。無論、そのような構造物は、打ち上げロケットのノーズコーンの下では動作状態にはできない。従って、大型の構造物の体積を極力最小にすべく発射時は収納状態に折りたたんでおき、動作フェーズで寸法がより大きい展開状態にできなければならない。この展開状態において、宇宙船の制御を可能にすべく、大型の構造物が展開された際に極力堅牢且つ安定であることが一般に求められる。更に、この種の構造物は、任務に関連付けられた特定の機能を実現することが意図されている。太陽光発電機の場合、通常は能動面に太陽電池が備えられていなければならない。熱および太陽光シールドの場合、太陽と向き合う領域に置かれた機器を保護して容易な熱調節を可能にすべく能動面は温度に関してなるべく均一でなければならない。アンテナの場合、最適ＲＦ性能を得るために能動面には一切の金属面または付属物が存在してはならない。いずれの場合も、能動面上に機械式要素を極力搭載しないようにすることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、上述の要件の全てまたは一部を満たすことを可能にする展開可能構造物を提供することを目的とする。特に、収納状態から一定の剛性および良好な安定性を保証する展開状態に移行できる展開可能構造物を提供することを目的とする。このため、本発明は宇宙船に搭載可能な展開可能構造物であって、
・一次パネル一式と、
・二次パネル一式（但し、一次および二次パネルの各々がほぼ平坦な前面を含んでいる）と
・一次関節系（但し、各一次関節系は一次パネルを別の一次パネルに相対的に、一次軸の周りに、旋回可能にし、一次軸は一次パネルの前面にほぼ平行である）と、
・二次関節系（但し、各二次関節系は二次パネルに関連付けられていて、前記二次パネルを一次パネルまたは二次パネルに相対的に前記パネルの前面にほぼ平行な二次軸の周りに旋回可能にする）とを含み、
展開可能構造物は、展開状態において一次および二次パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成するように構成されている。
【発明の効果】
【０００４】
本発明の利点は、特に以下の通りである。
・任意の形状の能動面がフラットパネルから得られ、
・能動面が、例えば関節等の金属要素無しで得られ、
・位置決めの高い安定性が保証される。
【０００５】
展開可能構造物の特定の一実施形態において、一次および二次パネルは、前面を形成している少なくとも１つの可撓性基板またはパネルで覆われた剛性フレームを含んでいる。
【０００６】
本発明はまた、宇宙船に搭載可能な、
・一次パネル一式と、
・二次パネル一式（但し一次および二次パネルの各々がほぼ平坦な前面および前記パネルの前面に平行でほぼ平坦な背面を含んでいる）とを含む展開可能構造物を展開する方法からなり、
展開可能構造物は、各一次パネルの背面が別の一次パネルの背面に対向し、各二次パネルの背面が他の一次または二次パネルの背面対向する収納状態を仮定することが可能である。
本展開方法は、収納状態から展開可能構造物を展開すべく、
・各一次パネルを、背面同士が対向している一次パネルに相対的な一次軸であって、一次パネルの前面にほぼ平行な一次軸の周りに旋回させ、
・各二次パネルを、背面同士が対向している二次パネルに相対的な二次軸であって、関係するパネルの前面にほぼ平行な二次軸の周りに旋回させるステップを含んでいて、
一次および二次パネルが回転させられて、パネルの前面がほぼ連続的な全表面を形成する展開状態になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面を参照しながら以下の説明を精査することにより、本発明への理解が深まると共に、他の利点も明らかになるであろう。
【０００８】
【図１】本発明のパラボラ反射器の第１の例が搭載された通信衛星を模式的に展開状態で示す。
【図２】本発明のパラボラ反射器の第２の例を展開状態で示す。
【図３】一次パネル間に一次関節系を有する図１の反射器の一次パネルを模式的に示す。
【図４Ａ−４Ｄ】異なる位置にある一次関節系の例を示す。
【図５Ａ−５Ｄ】第１の一次パネル展開の動作を示す。
【図６Ａ−６Ｄ】第２の一次パネル展開の動作を示す。
【図７】二次関節系により接続されたパネルの例を模式的に示す。
【図８Ａ−８Ｈ】図１の反射器における一次および二次パネル展開の動作の例を示す。
【図９】反射器のパネルが周縁係止システムにより接続された、図１の衛星を模式的に示す。
【図１０Ａ−１０Ｂ】展開終了時点における２つの二次パネル間の周縁係止システムの例を、各々展開状態および係止状態で示す。
【図１１】本発明の熱シールドが搭載された通信衛星を展開状態で模式的に示す。
【図１２Ａ−１２Ｆ】図１１の熱シールドの一次および二次パネル展開動作の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、パラボラ反射器の第１例が展開状態で搭載された通信衛星を模式的に示す。一般に、反射器等の展開可能構造物の展開状態は、当該展開可能構造物が動作中の構成であると考えられる。逆に、展開可能構造物の収納状態は、衛星を軌道に乗せることが可能な打ち上げロケットのノーズコーンの下に設置できる構成であると考えられる。通信衛星１０は本体１１、実質的にパラボラ状の反射器１２、および反射器１２を本体１１に接続する例えば管状のアーム１３を含んでいる。アーム１３は特に、展開中の反射器１２を本体１１から遠ざけることを可能にする。このアーム１３は同様に、アンテナ反射器１２に用いたものと同様のパネルから構成されていてよい。反射器１２は、３つの一次パネル１２１、１２２、１２３、および６つの二次パネル１２４〜１２９を含んでいる。パネル１２１〜１２９は各々、ほぼ平坦な反射面および反射面と平行且つほぼ平坦な背面を有している。反射面は、対象アプリケーションに応じて選択された所定の周波数帯域における電磁放射を反映可能にすべく扱われる。展開状態において、一次パネル１２１〜１２３および二次パネル１２４〜１２９は、それらの反射面が基準パラボラ面の近傍にほぼ連続的な全反射面を形成するように配置されている。当該反射面は、全反射面１２Ａと呼ばれる。ほぼ連続な面という表現は、反射面が互いに隣接していることを意味する。換言すれば、パネル１２１〜１２９の間に隙間が無い。パネル１２１〜１２９の反射面は平面であるため、全反射面１２Ａは厳密にはパラボラではなく、ファセット面である。図１の実施形態において、各一次パネル１２１〜１２３の反射面は矩形である。一次パネル１２２は、一方の側面が一次パネル１２１に、反対側の面が一次パネル１２３当接する。二次パネル１２５および１２８は、一次パネル１２１および１２３が当接する側面に垂直な自由な側面が一次パネル１２２に当接する。二次パネル１２４、１２７、１２６および１２９は、一次パネル１２２が当接する側面に垂直な一次パネル１２１および１２３の２つの対向する側面で各々一次パネル１２１および１２３に当接する。二次パネル１２４〜１２９の反射面は、全反射面１２Ａが要求された形状を有するように整形されている。例えば、反射器１２は、直径６メートルおよび焦点距離４．５メートルのパラボラを形成するものと考えられる。各パネル１２１〜１２９は次いで、隣接するパネルに対して約１１°の角度だけ傾けられる。図１は、本発明の反射器の一実施形態を示すに過ぎない。一次パネル１２１〜１２３は必ずしも矩形とは限らず、反射器１２はより多くのパネルを含んでいてもよい。より一般的には、反射器１２は、互いに当接する一次パネルの側面が互いにほぼ平行であってよい。二次パネルは、一次パネルの自由な側面に当接する。これらは同様に互いに、例えばこれらの二次パネルが一次パネルに当接する側面に垂直な側面に当接していてもよい。
【００１０】
図２に、本発明の極めて大型のパラボラ反射器の展開状態の例を模式的に示す。反射器１５０は、５つの一次パネル１５１〜１５５および１０個の二次パネル１６０〜１６９を含む点で図１の反射器と異なる。パネル１５１〜１５５および１６０〜１６９は展開状態において、反射面が基準パラボラ面の近傍でほぼ連続的な全反射面を形成するように配置されている。一次パネル１５１〜１５５は互いに平行な側面で互いに当接している。二次パネル１６０、１６１は、一次パネル１５１が一次パネル１５２に当接する側面に垂直な、当該パネルの自由側面で一次パネル１５１に当接している。二次パネル１６２、１６３は、パネルの自由側面で一次パネル１５２に当接している。同様に、二次パネル１６４および１６５、１６６および１６７、１６８および１６９は各々、各側面で一次パネル１５３〜１５５の自由側面に当接している。二次パネル１６０〜１６９の反射面は、一次パネル１５１〜１５５の反射面を含む全反射面が求められた形状を有するように形成されている。反射器１５０は、図示しないアーム１３により衛星の本体に接続されていてよい。
【００１１】
通信衛星に搭載されるアンテナ反射器は、収納状態から展開状態に移行可能でなければならない。収納状態において、一次および二次パネルは互いに積層されている。展開状態において、パネルは所望の反射面を形成するように展開されている。パネルの展開を可能にするため、反射器はパネル同士の間、特に一次パネル同士の間に関節系を含んでいる。図３に、図１の反射器の一次パネルを関節系と共に模式的に示す。「一次」という用語は、２つの一次パネルを接続する関節系を指す。図３において、一次パネル１２１〜１２３の反射面を各々１２１Ａ、１２２Ａおよび１２３Ａと表記する。背面を各々１２１Ｂ、１２２Ｂおよび１２３Ｂと表記する。反射器１２は、２つの一次関節系を含んでいる。第１の一次関節系２１は、一次パネル１２１と１２２を接続する。第２の一次関節系２２は、一次パネル１２２と１２３を接続する。各一次関節系２１または２２は、一次パネル１２１〜１２３を、別の一次パネルに相対的に一次パネル１２１〜１２３の面１２１Ａ〜１２３Ａにほぼ平行な軸の周りに旋回させることが可能でなければならない。一次パネル１２１〜１２３は従って、収納状態で互いに積層されていてもよい。パネルの長さに応じて、特に２つの一次パネル１２１、１２３が一次パネル１２２の半分の長さである場合に、２つの一次パネル１２１、１２３を同じ厚さの範囲内で積層することが可能である。従って、この構成で反射器が占める体積は制約される。一次関節系２１、２２の回転軸は更に、互いに平行であってよい。しかし、この平行性は本発明にとって必要ではない。特定の一実施形態において、関節系２１、２２は、背面１２１Ｂ〜１２３Ｂで一次パネル１２１〜１２３に固定されている。展開状態において、この特定の実施形態は、関節系２１、２２をアンテナが受発信した電磁放射からマスキング可能にして、連続的な全反射面を形成する。この特定の実施形態はまた、背面１２１Ｂ、１２３Ｂが背面１２２Ｂに対向できるようにする。
【００１２】
図４Ａ〜４Ｄに、２つの一次パネルの接続を可能にする一次関節系の例を示す。一例として一次関節系２１を考慮する。図３Ａに、一次パネル１２１、１２２の収納状態に対応する位置にある一次関節系２１を示す。図３Ｂ、３Ｃに、一次パネル１２１、１２２が互いに相対的に展開されている位置にある関節系２１を示す。図３Ｄに、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置にある一次関節系２１を示す。一次関節系２１は、一次パネル１２１が搭載される第１の部分２１１、一次パネル１２２が搭載される第２の部分２１２、および関節２１を展開状態に係止するのに適した第３の部分２１３を含んでいる。第２の部分２１２は、第１の軸２１４の周りに、第１の部分２１１に、旋回接続されている。第３の部分は、第１の軸２１４にほぼ平行な第２の軸２１５の周りに、第１の部分２１１に、旋回接続されている。第２の部分２１２は、図３Ｄに示すように、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置において第１の部分２１１のベアリング面２１７を圧迫すべく適合された固定留め具２１６を含んでいる。止め具２１６およびベアリング面２１７は、一旦展開状態に対応する位置に達すると、第１および第２の部分２１１、２１２の間の回転運動を制限できるようにする。第３の部分２１３は、一次パネル１２１、１２２の展開状態に対応する位置において第２の部分２１２のベアリング面２１９を圧迫すべく適合された非可逆止め具２１８を含んでいる。非可逆止め具２１８およびベアリング面２１９は、一旦展開位置に達すると、収納位置へ向かう第１および第２の部分２１１、２１２の間の回転運動の防止を可能にする。従って、一次関節系は、回転誘導機能および一次パネル係止機能の両方を有している。これらは同様に一次パネルを収納状態から展開状態へ移行することからなる駆動機能を有してもよい。駆動トルクは、例えば、らせんバネにより与えられる。一次パネルの展開は、公知の従来技術による発火装置により起動してもよい。
【００１３】
パネル、特に一次パネルは、異なる動作に従い展開してもよい。図５Ａ〜５Ｄに、第一のいわゆるシーケンス動作を示す。図５Ａは反射器１２が収納状態にある場合の衛星１０を示す。ここで、一次パネル１２１〜１２３に互いに折り重ねられている。図５Ｂに示す第１のステップにおいて、図５Ｃに示すように、一次関節系２１は一次パネル１２２を、互いに相対的に展開された状態になるまで軸２１４の周りに、一次パネル１２１に相対的に、回転させる。図３に示す一次関節系２１の場合、この展開状態は、止め具２１６がベアリング面２１７を圧迫して非可逆止め具２１８およびベアリング面２１９が一次パネル１２１、１２２の相対的な位置を係止する位置に対応している。一次パネル１２２に相対的な一次パネル１２１の展開状態に到達したことで、第２のステップにおける一次パネル１２３の展開が起動される。一次関節系２２は、図５Ｄに示すように、一次パネル１２３を、互いに相対的に展開された状態になるまで、軸２２４の周りに、一次パネル１２２に相対的に、回転させる。一次関節系２２の場合、この展開状態は、一次関節系２２の止め具が対応するベアリング面を圧迫する位置に対応している。一次パネル１２３は次いで、展開状態で係止される。
【００１４】
図６Ａ〜６Ｄに、第２のいわゆる同期的動作を示す。図６Ｂ、６Ｃは、反射器１２が展開中の衛星１０を示す。同期的動作の場合、一次パネル１２１〜１２３は、各種の関節を相互接続させるケーブルおよびプーリーの列により同時に展開される。異なる形状および直径を有するプーリーの配置により、各種の速度および展開角が得られる。一次関節系２２は、一次パネル１２１に相対的な一次パネル１２２の位置とは独立に、一次パネル１２３を一次パネル１２２に相対的に、軸２２４の周りに、回転させる。シーケンス動作の場合と同様に、各一次パネル１２１〜１２３は展開の終了時点で展開状態に到達した際に係止される。一次パネル１２１〜１２３は、例えば上述のように、一次関節系２１、２２により、あるいは一次関節系から独立した他の係止装置により係止することができる。
【００１５】
反射器１２を収納状態から展開状態に移行させるために二次パネルを展開することも同様に可能でなければならない。このため、反射器１２は、各二次パネルを一次パネルに接続するいわゆる二次関節系を含んでいる。図７に、二次パネルのシーケンス展開を可能にする二次関節系により接続されたパネルの例を模式的に示す。パネルは互いに積層されているため、実際には干渉を防止すべく各二次パネルの展開を独立に制御可能なことが必要である。例えば図１を参照しながら記述したようにパネル１２１、１２４および１２７の問題であると考えられる。パネル１２４、１２７の反射面を各々１２４Ａ、１２７Ａと表記する。背面を各々１２４Ｂ、１２７Ｂと表記する。第１の二次関節系６１は、一次パネル１２１を二次パネル１２４に接続する。これにより、二次パネル１２４を、パネル１２１、１２４の表面１２１Ａ、１２４Ａにほぼ平行な軸の周りに、一次パネル１２１に相対的に、旋回させることが可能になる。第２の二次関節系６２は、一次パネル１２１を二次パネル１２７に接続する。これにより、二次パネル１２７を、パネル１２１、１２７の表面１２１Ａ、１２７Ａにほぼ平行な軸の周りに、一次パネル１２１に相対的に、旋回させることが可能になる。二次関節系６１、６２の軸が表面１２１Ａ、１２４Ａまたは１２１Ａ、１２７Ａにほぼ平行であるという事実により、これらのパネルを収納状態において互いに平行に積層することが可能になる。従って、その状態で反射器１２が占める体積は制限される。二次関節系の軸は、一次関節系の軸にほぼ垂直であってもよい。二次関節系６１、６２は、図７に示すように、それらの背面１２１Ｂ、１２４Ｂおよび１２７Ｂでパネル１２１、１２４および１２７に固定されていることが好都合である。この特定の実施形態は、展開状態において、二次関節系６１、６２をアンテナが受発信した電磁放射からマスキング可能にして、連続的な全反射面を形成する。この特定の実施形態はまた、二次パネル１２４、１２７の背面１２４Ｂ、１２７Ｂが一次パネル１２１の背面１２１Ｂに対向できるようにする。二次パネル１２４、１２７は、共通の平面、または図７の例のように異なる平面上で積層されていてもよい。次いで、二次パネル１２４、１２７各々、収納状態において積層された一次パネル１２１同様の寸法を有していてもよい。このため、反射器１２は、二次パネル１２４、１２７が二つの異なる平行面内で積層されるように、これらのうち１つをずらすアームを含んでいてもよい。図７の例において、反射器１２は、一端が一次パネル１２１に固定され、他端が二次関節系６１に固定された第１のアーム６３、および一端が二次関節系６１に固定され、他端が二次パネル１２４に固定された第２のアーム６４を含んでいる。この例において、二次パネル１２４の展開により二次パネル１２７の展開が起動し得るように、二次関節系６１が二次パネル１２７の近傍にあってもよい。特に、第１のトリガー装置６５が一次パネル１２１に、より具体的には非可逆止め具２１８に固定されていて、命令により一次パネル１２１に相対的な二次パネル１２４の回転を解除するように設けられていてもよい。二次パネル１２４の展開に伴い、一次パネル１２１に相対的な二次パネル１２７の回転を解除できるように、第２のトリガー装置６６が二次パネル１２４に固定されていてもよい。図７を参照しながら記述したものと同じ関節系を用いて、一次パネル１２２に相対的に二次パネル１２５、１２８を、および一次パネル１２３に相対的に二次パネル１２６、１２９を関節結合させてもよい。構造物的条件において、二次関節系は一次関節系に類似していてもよい。更に、本発明の反射器は、一次パネル毎により多くの二次パネルを含んでいてもよい。特に、反射器は、一次パネルの１つ以上の面に直列に関節結合された二次パネルを含んでいてもよい。いくつかの第２の関節系はその結果、二次パネルを他の二次パネルに接続する。二次関節系は、隣接する２つの二次パネルの背面が収納状態において互いに対向するように二次パネルに固定されていてもよい。
【００１６】
図８Ａ〜８Ｈに、図１の反射器１２の一次および二次パネルの展開動作の例を示す。図８Ａにおいて、反射器１２は収納状態にあり、一次パネル１２２の反射面１２２Ａは衛星１０の本体１１の表面を圧迫している。図８Ｂに、管状アーム１３の展開中に、衛星１０が反射器１２を本体１１から遠ざける様子を示す。図８Ｃにおいて、一次パネル１２１、１２２および１２３は展開中である。図８Ｄにおいて、一次パネル１２１〜１２３は、展開状態にある。図８Ｅにおいて、二次パネル１２５、１２８は、一次パネル１２２に相対的に展開中である。図８Ｆにおいて、一次パネル１２１〜１２３および二次パネル１２５、１２８は展開状態にある。図８Ｇにおいて、二次パネル１２４、１２６は展開中である。図８Ｈにおいて、反射器１２は展開状態にある。どのパネルも展開中に別のパネルにぶつからない限り、他の反射器展開動作を用いてもよい。
【００１７】
特定の一実施形態において、本発明の反射器は、全反射面の周辺に係止装置を含んでいる。これらの係止装置により、反射器の全般的な安定性を向上させることが可能になる。図９に、アンテナ反射材１２の周辺で隣接する二次パネルの各ペアのパネル間に配置された係止装置１３０、１３１、１３２および１３３を含む図１の衛星１０およびアンテナ反射器１２を示す。係止装置１３０〜１３３は、反射器を展開状態で固定するように、２つの隣接パネル間で自由度を少なくとも１段下げるべく適合されている。各二次パネル１２４〜１２９が一次パネル１２１〜１２３のうち１つに関節結合されているが、別の二次パネルには関節結合されていない限り、各係止装置１３０〜１３３は互いに関節結合されていない２つの隣接パネル間で自由度を１段下げる。係止装置１３０〜１３３は従って、一次および二次関節系から独立している。一次および二次パネル間の関節結合されたパネル結合部の場合、係止装置の数を制限するために、パネルの外側の角に位置している関節により後者の装置を好都合に代替してもよく、これらの関節結合は展開状態において負荷吸収機能を有している。
【００１８】
図１０Ａ、１０Ｂに、永久磁石概念に基づく係止装置の一実施形態を示す。例えば、図１０Ａは、展開終了時点における二次パネル１２４、１２５を示し、図１０Ｂは展開および係止状態にある二次パネル１２４、１２５を示す。二次パネル１２４にはオス側円錐状端部１３５を有する嵌合具が備えられていて、二次パネル１２５にメス側円錐状端部１３６を有する嵌合具が備えられている。２つの嵌合具自体の各々に、各嵌合具に固定された永久磁石１３７、１３８が備えられている。展開終了時点において、関節系により、オス側円錐状端部１３５を有する嵌合具がメス側円錐状端部１３６を有する嵌合具内に入れ子になるように、パネル１２４、１２５の縁が互いに対向する位置に合わせることができる。磁石１３７、１３８の作用、およびその結果生じる磁力により、２つの嵌合具１３５、１３６は接触し、その後は互いに支え合う状態で維持される。
【００１９】
図１１に、展開状態にある本発明の展開可能構造物により形成された熱シールドが搭載された通信衛星を模式的に示す。衛星１００は、本体１０１および熱シールド１０２を含んでいる。本体１０１は、熱シールド１０２の中央パネル１１０が固定された面を有している。中央パネル１１０は図１１では正方形の形状を有しているが、矩形の形状を有していてもよい。一次パネル１１１、１１２、１１３および１１４は、中央パネル１１０の各側面で中央パネル１１０に当接している。一次パネル１１５、１１６、１１７、１１８は各々、関係する一次パネル１１１〜１１４が中央パネル１１０に当接する側面とは反対側の側面で一次パネル１１１〜１１４の各々に当接している。従ってパネル１１０〜１１４は十字形を形成する。二次パネル３０１〜３１６は、ほぼ連続的な全表面を形成するように一次パネル１１１〜１１４の各々に、これらのパネルの自由側面側の各側面で当接している。関節系３２０は、異なるパネルを相互に接続する。ここで、二次パネル３０１〜３１６の各々は、一次パネル１１１〜１１４のうち１つと関節結合されている。関節系３２０は、例えば上述の一次または二次関節系と同じ種類である。係止装置３３０は、隣接する二次パネルの各ペアのパネル間に設けられていてもよい。図９に示すアンテナ反射器の場合、二次パネル３０１〜３１６は互いに関節結合されていない。係止装置３３０はこのように、互いに関節結合されていないパネル間で自由度を１段下げることを可能にする。
【００２０】
図１２Ａ〜１２Ｈに、図１１に示す熱シールド１０２の部分の展開動作の例を示す。図１２Ａにおいて、一次パネル１１１、１１５および二次パネル３０１〜３０４は、衛星１００の本体１０１のある面に対して互いに平行に積層されている。図１２Ｂにおいて、第１の関節系３２０は、一次パネル１１１を本体１０１に相対的に回転させる。図１３Ｂにおいて、一次パネル１１１は、展開状態に対応する位置に到達している。二次関節系３２０は、図１２Ｄに示す展開状態に達するまで、一次パネル１１２を一次パネル１１１に相対的に回転させる。図１２Ｅにおいて、図示しない関節系は、第２のパネル３０１〜３０４を、図１２Ｆに示す展開状態に達するまで、それらが当接する一次パネル１１１または１１５に相対的に回転させる。パネルの展開に際して干渉を防止する目的で、本体１０１の一方に側に直接または間接的に接続されている全てのパネルは、本体１０１の他の側に接続されたパネルを展開する前に展開してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１０ 宇宙船
１１ 本体
１２ 展開可能構造物
１２Ａ 全表面
１３ アーム
２１、２２ 一次関節系
６１、６２ 二次関節系
６３ 第１のアーム
６４ 第２のアーム
６５ 第１のトリガー装置
６６ 第２のトリガー装置
１００ 衛星
１０１ 本体
１０２ 熱シールド
１１０ 中央パネル
１１１〜１１８ 一次パネル
１２１〜１２３ 一次パネル
１２１Ａ〜１２９Ａ 前面
１２１Ｂ〜１２９Ｂ 背面
１２４〜１２９ 二次パネル
１３０〜１３３ 係止装置
１３５ オス側円錐状端部
１３６ メス側円錐状端部
１３７、１３８ 永久磁石
１５０ 反射器
１５１〜１５５ 一次パネル
１６０〜１６９ 二次パネル
２１１ 第１の部分
２１２ 第２の部分
２１３ 第３の部分
２１４ 一次軸
２１５ 第２の軸
２１６ 止め具
２１７ ベアリング面
２１８ 非可逆止め具
２１９ ベアリング面
２２４ 一次軸
３０１〜３１６ 二次パネル
３２０ 関節系
３３０ 係止装置
６１１，６２１ 二次軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙船（１０）に搭載可能な展開可能構造物であって、
・一次パネル（１２１〜１２３）一式と、
・二次パネル（１２４〜１２９）一式（但し、一次および二次パネル（１２１〜１２９）の各々がほぼ平坦な前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）を含んでいる）と、
・一次関節系（２１、２２）（但し、各一次関節系は一次パネル（１２１〜１２３）を別の一次パネルに相対的に、一次軸（２１４、２２４）の周りに、旋回可能にし、前記一次軸は前記一次パネル（１２１〜１２３）の前記前面（１２１Ａ〜１２３Ａ）にほぼ平行である）と、
・二次関節系（６１、６２）（但し、各二次関節系は二次パネル（１２４〜１２９）に関連付けられていて、前記二次パネルを一次パネル（１２１〜１２３）または二次パネル（１２４〜１２９）に相対的に前記パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）にほぼ平行な二次軸（６１１、６２１）の周りに旋回可能にする）とを含み、
前記展開可能構造物（１２）は、展開状態において前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）がほぼ連続的な全表面（１２Ａ）を形成するように構成されていて、
前記展開可能構造物が更に、前記全表面（１２Ａ）の周辺に係止装置（１３０〜１３３）を含んでいて、各係止装置は、展開状態において前記反射器（１２）を固定するように、二次関節系により互いに関節結合されていない２つの隣接する二次パネル（１２４〜１２９）の間の自由度を少なくとも１段下げるべく適合されている展開可能構造物。
【請求項２】
前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）が、前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）を形成している少なくとも１つの可撓性基板またはパネルで覆われた剛性フレームを含んでいる、請求項１に記載の展開可能構造物。
【請求項３】
前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）が反射面である、請求項１〜２のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項４】
各一次関節系（２１、２２）が前記一次パネル（１２１〜１２３）のうち１つを隣接する一次パネルに接続する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項５】
前記関節系（２１、２２、６１、６２）が、前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）を前記展開状態に移行させる手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項６】
各一次および二次パネル（１２１〜１２９）が前記パネルの前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）に平行でほぼ平坦な背面（１２１Ｂ〜１２９Ｂ）を含んでいて、前記関節系（２１、２２、６１、６２）が前記パネル（１２１〜１２９）の前記背面（１２１Ｂ〜１２９Ｂ）に固定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項７】
収納状態において、前記一次パネル（１２１〜１２３）が自身に巻き付けられ、各一次パネル（１２１〜１２３）の前記背面（１２１Ｂ〜１２３Ｂ）が隣接する一次パネルの背面に対向するように構成されている、請求項６に記載の展開可能構造物。
【請求項８】
収納状態において、各二次パネル（１２４〜１２９）の前記背面（１２４Ｂ〜１２９Ｂ）が、自身がその上で旋回可能である前記一次または二次パネル（１２１〜１２９）の前記背面に対向するように構成されている、請求項６または７に記載の展開可能構造物。
【請求項１】
宇宙船（１０）に搭載可能な展開可能構造物であって、
・一次パネル（１２１〜１２３）一式と、
・二次パネル（１２４〜１２９）一式（但し、一次および二次パネル（１２１〜１２９）の各々がほぼ平坦な前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）を含んでいる）と、
・一次関節系（２１、２２）（但し、各一次関節系は一次パネル（１２１〜１２３）を別の一次パネルに相対的に、一次軸（２１４、２２４）の周りに、旋回可能にし、前記一次軸は前記一次パネル（１２１〜１２３）の前記前面（１２１Ａ〜１２３Ａ）にほぼ平行である）と、
・二次関節系（６１、６２）（但し、各二次関節系は二次パネル（１２４〜１２９）に関連付けられていて、前記二次パネルを一次パネル（１２１〜１２３）または二次パネル（１２４〜１２９）に相対的に前記パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）にほぼ平行な二次軸（６１１、６２１）の周りに旋回可能にする）とを含み、
前記展開可能構造物（１２）は、展開状態において前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）がほぼ連続的な全表面（１２Ａ）を形成するように構成されていて、
前記展開可能構造物が更に、前記全表面（１２Ａ）の周辺に係止装置（１３０〜１３３）を含んでいて、各係止装置は、展開状態において前記反射器（１２）を固定するように、二次関節系により互いに関節結合されていない２つの隣接する二次パネル（１２４〜１２９）の間の自由度を少なくとも１段下げるべく適合されている展開可能構造物。
【請求項２】
前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）が、前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）を形成している少なくとも１つの可撓性基板またはパネルで覆われた剛性フレームを含んでいる、請求項１に記載の展開可能構造物。
【請求項３】
前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）の前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）が反射面である、請求項１〜２のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項４】
各一次関節系（２１、２２）が前記一次パネル（１２１〜１２３）のうち１つを隣接する一次パネルに接続する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項５】
前記関節系（２１、２２、６１、６２）が、前記一次および二次パネル（１２１〜１２９）を前記展開状態に移行させる手段を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項６】
各一次および二次パネル（１２１〜１２９）が前記パネルの前記前面（１２１Ａ〜１２９Ａ）に平行でほぼ平坦な背面（１２１Ｂ〜１２９Ｂ）を含んでいて、前記関節系（２１、２２、６１、６２）が前記パネル（１２１〜１２９）の前記背面（１２１Ｂ〜１２９Ｂ）に固定されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の展開可能構造物。
【請求項７】
収納状態において、前記一次パネル（１２１〜１２３）が自身に巻き付けられ、各一次パネル（１２１〜１２３）の前記背面（１２１Ｂ〜１２３Ｂ）が隣接する一次パネルの背面に対向するように構成されている、請求項６に記載の展開可能構造物。
【請求項８】
収納状態において、各二次パネル（１２４〜１２９）の前記背面（１２４Ｂ〜１２９Ｂ）が、自身がその上で旋回可能である前記一次または二次パネル（１２１〜１２９）の前記背面に対向するように構成されている、請求項６または７に記載の展開可能構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【公開番号】特開２０１２−１３１４９２（Ｐ２０１２−１３１４９２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２８４１６１（Ｐ２０１１−２８４１６１）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（５０５１５７４８５）テールズ (231)
【出願人】（５１１３１４８０９）ソントレ ナショナル デチュド スパシアル（セエヌウエス） (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４１６１（Ｐ２０１１−２８４１６１）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（５０５１５７４８５）テールズ (231)
【出願人】（５１１３１４８０９）ソントレ ナショナル デチュド スパシアル（セエヌウエス） (1)
【Ｆターム（参考）】
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