JP3021421B2 - 積み込み時の高さの低いエッジ支持傘形反射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配備可能な衛星反射アン
テナ、特に宇宙空間に発射され維持されるエッジ支持さ
れた折畳み式メッシュタイプのアンテナ反射装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高利得アンテナ反射装置が数十年間宇宙
に配備されている。このような反射装置の構造は、材料
科学の発展と、技術の精巧さおよび科学的必要性の増加
と共に広範囲に変化されている。

【０００３】大きな直径のアンテナ反射装置は全存在期
間にわたって特定の問題、即ち組立て、積込み、発射、
配備および／または使用についての問題を有する。配備
位置にあるとき頑丈である二重に湾曲した剛性の表面は
積込みのために容易に折畳むことができない。多くは、
反射装置は配備される前に一年以上折り畳まれた積込み
状態で保存される。この課されたパラメータの組合わせ
を満たすため、大きな反射装置がペタル（花弁状の素
子）に分割され、それによってこれらのペタルは種々の
オーパーラップした構造で搭載される。しかしながら、
このようなペタルを配備するために必要な構造は複雑で
大きく、このような構造の実用の可能性を減少する。こ
の理由で、ペタルで設計されることができるアンテナの
表面よりも大きなディッシュ型アンテナの反射表面は典
型的に、ある形態の柔軟構造を使用する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような柔軟構造の
必要性に応えて、リブおよびメッシュ設計が与えられ利
用されている。張られている放射状および円周方向のコ
ードのネットワークはメッシュを実質上平らな切り子面
に分割する。これらの平らな切り子面と、真のパラボラ
表面との形状の差によって反射特性に及ぼす影響は切り
子面エラーと呼ばれる。従来技術のメッシュ反射装置の
設計は多数の切り子面の使用を必要とする。その理由は
リブとメッシュ取付け位置との間の円周方向および角度
方向の間隔は切り子面エラーを最少にするように最適化
されないからである。

【０００５】他のアンテナ設計は、雨傘の構造とよく類
似して、典型的に中心ポストを含んでおり、その周囲に
ペタルが配置されている。これは中心部が典型的に最適
な反射点であり、多くは中心ポストにより遮断されるの
で、結果的な表面の反射特性にも影響する。したがっ
て、中心ポストによる遮断の妨害がなく、コンパクトに
保存された状態から、開いたディッシュ型状態へ配備可
能な構造を有することが望まれる。

【０００６】最近、多数の剛性のアンテナ反射装置が、
グラファイトファイバ強化プラスティック材料（ＧＦＲ
Ｐ）から構成されている。このような材料は宇宙技術
と、外形の正確性と、さらに高性能アンテナシステムの
要求を満足している。しかしながら、発射ビークルのペ
イロード空間の大きさのために、剛性のアンテナのパワ
ーおよび性能は限定される。非常に大きく完全に剛性の
アンテナは宇宙に発射するには非常に実用的ではなく、
したがって実際の目的に対する要求はアンテナが折畳み
できる構造であるときのみ満足される。

【０００７】現在、折曲げて折畳むことのできるアンテ
ナ反射装置には２つの設計タイプがある。一方のタイプ
は雨傘のように折り畳まれるグリッドまたはメッシュ型
反射装置である。他方のタイプは折畳み可能な剛性のヒ
ンジ付のペタル部材を含んでいる。第２のタイプのアン
テナは種々の構造で利用可能であり、その幾つかは、特
定の折畳み式および折り曲げ構造のために過剰な数の接
合部と異なった形状および寸法のセグメント片を必要と
する欠点がある。またヒンジおよびセグメント数が多く
なるほど、配備機構とその動作が複雑になる。付加され
た重量はまた衛星システムに関して欠点である。

【０００８】所定のパラボラ反射装置の直径では、使用
されるリブの数は各メッシュの１つの湾曲したゴア（台
形の部材）の幅を決定する。従って、リブが多くなる
程、メッシュのゴアは狭くなり、それぞれの狭いゴアは
理想的なパラボラ型ゴアを良好に近似する。

【０００９】既存のパラボラ反射装置はある程度適切で
あるが、それらは幾つかの固有な欠点を有し、そのため
その利用性を低下する。これらのうち欠点のうち主要な
ものは、過剰な重量と、過剰な積込み量の要求と、値段
の高さおよび過剰な複雑性と、不適切な表面正確性と、
不適切な配備の信頼性である。

【００１０】したがって、本発明の目的は、積込み時の
外形の高さの低い改良された傘形反射装置を提供するこ
とである。また本発明の目的は、既知のメッシュタイプ
の反射装置よりも改良されているメッシュタイプで、デ
ィッシュ型の反射装置を提供することである。

【００１１】本発明の別の目的は、宇宙船のブーム（張
出し部材）により支持された主リブを有するエッジ支持
のメッシュタイプの傘形反射装置を提供することであ
る。本発明のさらに別の目的はオフセットフィード構造
によりフィードされるエッジ支持傘形反射装置を提供す
ることである。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、主リブと、付
加的な中間リブヒンジなしに１つのヒンジによりそれぞ
れハブアセンブリに接続された複数の２次リブを有する
メッシュタイプのエッジ支持傘形反射装置を提供するこ
とである。本発明のさらに別の目的は、リブに取り付け
られたメッシュ部材を有し、反射装置の切り子面エラー
を減少するためにリブ間に不規則な円周方向の間隔を有
するエッジ支持傘形反射装置を提供することである。

【００１３】本発明のさらに別の目的は、反射装置の切
り子面エラーを最少にするため、メッシュの取付け点の
間に不規則な放射方向間隔を有するエッジ支持傘形反射
装置を提供することである。本発明のさらに別の目的
は、積み込んだ外形の高さを低くするためにできる限り
堅密な折畳みを行うように最適にされたリブのヒンジ軸
方向を有するメッシュタイプのエッジ支持傘形反射装置
を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的、
その他の目的および利点を達成することのできる、軌道
中の宇宙船上で使用するメッシュタイプの傘形状反射装
置を提供する。本発明は、軌道上を航行する宇宙船で使
用するための反射装置アンテナシステムにおいて、傘形
反射装置と、配備ブームと、傘形反射装置にフィードす
るフィード構造とを具備し、傘形反射装置は、ハブアセ
ンブリと、それぞれヒンジによりハブアセンブリに接続
されている主リブおよび複数の２次リブとを具備し、ハ
ブアセンブリの付勢によってこの傘形反射装置を折り畳
まれた形態と展開された形態の間で形態を変化させ、傘
形反射装置は、主リブおよび複数の２次リブへ取付けら
れたメッシュ部材を備えており、配備ブームは傘形反射
装置の主リブを宇宙船へ接続しており、傘形反射装置を
宇宙船に近接しているペイロードフェアリング内に配置
された折り畳まれて積み込まれた形態と、展開されて宇
宙船から離れて配備される形態との間で形態を変化させ
るように構成され、フィード構造は宇宙船に取付けら
れ、傘形反射装置が展開されて無線周波数エネルギを受
信および／または送信する配備形態にあるとき傘形反射
装置に対してオフセットフィードとして動作する位置に
配置されていることを特徴とする。

【００１５】本発明はまた、メッシュ反射装置の表面を
形成する反射装置アンテナシステムの形成方法を提供す
る。すなわち、本発明は、ハブアセンブリと、それぞれ
一端がこのハブアセンブリに結合されてこのハブアセン
ブリを中心に放射状に延在する複数のリブと、それらリ
ブに取付けられたメッシュ部材とを有するメッシュ反射
装置の表面を形成する反射装置アンテナシステムの形成
方法において、複数のリブはそれぞれ一端が前記ハブア
センブリに結合されている内部リブ部分と、この内部リ
ブ部分の外側端部にその内側端部が結合されている外部
リブ部分とによって構成されており、複数のリブのそれ
ぞれの外部リブ部分の予め定められた位置が規定された
位置に一致するように光学的計測を使用して整列させ、
ハブアセンブリおよび複数のリブのそれぞれの内部リブ
部分の所定の位置が規定された位置に一致するように光
学的計測を使用して整列させ、整列された複数のリブの
各外部リブ部分の内側端を内部リブ部分) の対応するも
のの外側端部へスプライス接合し、リブの上にメッシュ
部材を設置し、メッシュ部材を複数のリブ上に保持する
ための引っ張られたコードのネットワークをメッシュ部
材上に設置し、メッシュ部材をリブに沿って間隔を有す
る複数の取付け点でリブに取付けるステップによりメッ
シュ反射装置の表面を形成することを特徴とする。

【００１６】本発明は多数の利点を有する。例えば、反
射装置の積込み状態の外形は、市場で入手可能な１以上
の発射ビークルに（２以上の二枚貝の貝殻タイプの配備
可能なクランプにより）宇宙船の大きさ全体に取付けら
れる直径２５ｍまでの反射装置を搭載するのに十分な長
さである。本発明のこれらおよび他の特徴と観点と実施
形態は以下の詳細な説明、添付図面、特許請求の範囲か
ら良好に理解されるであろう。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明のエッ
ジ支持傘形反射装置アセンブリ10が示されている。傘形
反射装置アセンブリ10は、比較的堅牢な配備ブーム16に
より宇宙船14に接続されている反射装置12を含んでい
る。反射装置12は図１では、配備された形態で示され、
ブースタペイロードのフェアリング（流線形にするため
の整形体）15内に積み込まれた形態は破線で示されてい
る。反射装置12は６乃至２５ｍの範囲の直径を有する。
図１は中間サイズのブースタのフェアリングにおける１
５×１２．３ｍの反射装置を示している。

【００１８】図２はブースタペイロードのフェアリング
15内の積み込まれた形態における反射装置12を示してい
る。図２で示されているブースタペイロードのフェアリ
ング15はロングマーチ（Long March） III-Bフェアリン
グである。

【００１９】反射装置12は主リブ18と複数の２次リブ20
を含んでいる。ブーム16は主リブ18を宇宙船14へ接続し
ている。主リブ18はトルクボックス構造と、外形を成形
されたエッジを有し、ブーム16に接続され、反射装置12
の“エッジ支持体”を提供する。以下詳細に説明する２
次リブ20は軽量の平面トラス構造であり、外部エッジ方
向へ外形を形成され先が細くされたテーパー形状にされ
ている。

【００２０】主リブ18と２次リブ20には反射表面として
作用するメッシュ22が取付けられている。反射装置12は
さらにハブアセンブリ24を含んでいる。ハブアセンブリ
24は主リブ18と２次リブ20に接続され、配備された形態
と積み込まれた形態との間でリブを移動するのを助け
る。宇宙船14上のフィード構造26は無線周波数（ＲＦ）
エネルギを送信および／または受信するために反射装置
12とともに動作される。フィード構造26は反射装置12の
エッジからオフセットされ、したがってフィード構造に
よる反射されたアンテナＲＦエネルギの遮断を防止す
る。

【００２１】第１の配備アクチュエイタ28はブーム16の
上端部30を主リブ18へ接続している。第２の配備アクチ
ュエイタ32はブーム16の下端部34を宇宙船14へ接続して
いる。配備アクチュエイタ28、32は好ましくは一般的な
粘性制動スプリングアクチュエイタタイプのものであ
る。

【００２２】搭載された反射装置が１つのエッジ42また
は宇宙船の棚部36とブースタペイロードのフェアリング
15との間を通過する図２の参照符号39で示されている位
置である。宇宙船ペイロードコンパートメントの臨界的
な位置で反射装置12の幅を最小にするため、配備ブーム
は参照符号38で示されているようにその位置でよじれて
いる。

【００２３】通常、主リブ18に対向する１対の２次リブ
20ａ、20ｂは、同一面で主リブに対向して、これらの間
にブーム16が通過し入れ子となることを許容するように
搭載されるとき間隔を隔てられる。図１では、リブ20ａ
は対称的であるために直接リブ20ｂの後部に落ちるが、
図面では特別に示されていない。２次リブ20の数は偶数
であり、それによってリブ18、20の総数（したがって三
角形の反射装置のゴアセグメント数）は奇数である。し
たがって、２次リブ20は主リブ18に直接対向して落ち
ず、ここでブーム16が搭載される。

【００２４】図３は２次リブ20等のリブとハブアセンブ
リ24の接続を示している。各リブ18、20は１つのヒンジ
によりハブアセンブリ24へ接続されている。例えば図３
で示されているように、ヒンジ40は２次リブ20をハブア
センブリ24へ取付けている。ヒンジは隙間ゼロ（予圧）
ヒンジであるように設計されている。示されているヒン
ジ構造の目的は、リブの組立てと解体を可能にしなが
ら、ヒンジ間の中心間隔を小さくして、ハブアセンブリ
24の直径を最小にすることである。小さいハブ直径（反
射装置の直径の約４％）により、ブースタペイロードの
フェアリング15の上部41近くの、通常はあまり使用され
ていない空間に反射装置12を積み込むことを可能にす
る。

【００２５】各リブのヒンジ軸の方向はできる限りきっ
ちりと折畳みを行うように個別的に最適化され、したが
って直交方向における反射装置の幅とあまり妥協しない
で、反射装置12が宇宙船の端42とブースタペイロードの
フェアリング15との間を通過する幅を最小にしている。

【００２６】図４のＡ〜Ｄを参照すると、反射装置12
が、搭載された発射形態から、動作する配備形態へ変換
するために軌道上で行われる配備シーケンスが示されて
いる。図４のＡは積み込まれた形態と発射形態における
反射装置12を示している。複数の搭載クランプ46（ａ〜
ｃ）は反射装置12を宇宙船14に保持している。搭載クラ
ンプ46（ａ〜ｃ）は、図５を参照して後述するように、
搭載クランプを固定し、解除するための火工装置（例え
ばボルトカッターまたは分割ナット）を含んでいる。

【００２７】図４のＢで示されている配備の第１の動作
中、搭載クランプ46（ａ〜ｃ）上の火工装置が解除さ
れ、主リブ18をブーム16へ接続する第１の配備アクチュ
エイタ28の付勢を許容する。第１の配備アクチュエイタ
28は図４のＢで示されているように反射装置12を宇宙船
14から離れるように移動させる。

【００２８】図４のＣで示されている配備の第２の動作
中、ブーム16のよじれ位置38近くの点を下部搭載クラン
プ46ｃへ取付けている発射ロック48が解除される。した
がって、ブーム16の下端部34を宇宙船14へ接続する第２
の配備アクチュエイタ32が付勢される。第２の配備アク
チュエイタ32は反射装置12を図４のＣで示されているよ
うに宇宙船の周囲で上方向に回動させる。この動作は上
部配備クランプ46ａを通過してブーム16を移動させ、こ
れは図５との関係で説明するクランプの特定の設計によ
って行われる。

【００２９】図４のＤは動作する配備された形態におけ
る反射装置12を示している。図４のＣで示されている配
備の第２の動作からの配備された形態を実現するため、
図６を参照して詳細に説明するように、ハブアセンブリ
24はリブ18と20をハブアセンブリ24に関して開くように
付勢される。したがって、配備された形態では、反射装
置12はＲＦエネルギを送信および／または受信するよう
にオフセットフィード構造26により動作する。所望なら
ば、宇宙船14上の第２の反射装置アセンブリ50が反射装
置12に加えて異なった周波数帯域で使用されてもよい。

【００３０】図５は搭載装置46の１例を示している。搭
載装置46は配備可能な前半部52と後半部54との両者で二
重動作しており、したがって前述の配備の第２の動作中
に、ブーム16が搭載装置を通過することを可能にする。
前半部52と後半部54はそれぞれのアーム56（ａ−ｂ）と
58（ａ−ｂ）を含んでいる。アーム56（ａ−ｂ）と58
（ａ−ｂ）は、関連する砕壊可能／キャッチャー固定ア
センブリ60、62によりそれぞれのヒンジアセンブリ51
（ａ−ｄ）を中心に回転可能である。アーム56ａと58ａ
はボルトカッター64とボルトキャッチャー66を有する分
離ボルトにより接続されている。分離ボルトはアーム56
ａと58ａが開くことを可能にするように解除可能に結合
されている。解除は、地上で指令されたとき分離ボルト
を切断するように小さい爆発装填を使用して火工的に動
作されるボルトカッター64により実現される。分離ナッ
トのような他の火工装置がこの機能を行うために代わり
に使用されてもよい。アーム56ｂと58ｂは同様に配置さ
れる。

【００３１】アーム56と58は半球ヘッドを有する調節可
能な捩子53を含んでおり、その半球ヘッドは乾式潤滑剤
を使用する金属座金を、それぞれ２次リブ20と主リブ18
に結合（または他の方法で取付けられている）された球
面の刻み目55へ結合する。付加的に、搭載装置の位置
で、リブ18と20は、雄型球形突出部57と乾式潤滑剤を使
用する雌型座金の対を使用して、軽量のスタンドオフ
（61ａ、ｂ）を介してリブに取付けられている球面上の
刻み目59により相互に球面上で回転可能に結合される。
ある位置では、（これらの位置の搭載装置が移動しない
ため）取付けが配備を妨害するリブ20ｃと20ｄとを有す
る場合のように、搭載装置とリブ20との間に直接接続を
有することは実際的（または所望）ではない。このよう
なリブでは、リブ20（ｃ−ｄ）を63で示されている位置
で隣接するリブへ接続する付加的な球面取付け装置57、
59のセットが、搭載装置への接続の代わりに使用され
る。

【００３２】図６のＡ乃至Ｃを参照すると、反射装置12
を配備形態へ移動するためのハブアセンブリ24の配備段
階が示されている。ハブアセンブリ24はハブ部材67を含
んでいる。シャフト68と２つのステッパモータ70（ａ−
ｂ）がハブ部材67に接続されている。ハブアセンブリ24
はさらにベースプレート72を含んでいる。モータストラ
ップ74は、ベースプレート72に接続されている滑車76
（ａ−ｂ）と結合され、その２つの端部でそれぞれのス
テッパモータ70（ａ−ｂ）に取付けられている滑車へ接
続する。図６のＡで示されている積み込んだ形態では、
ベースプレート72は図６のＤで詳細に示しているシアコ
ーン77を経て２次リブを結合することによって２次リブ
20を配備のための展開に対して拘束している。

【００３３】２次リブ20はヒンジ40によりハブ部材67に
接続されている。下部の重量を有するＧＦＲＰストラッ
プ78は２次リブ20をベースプレート72に接続する。比較
的フレキシブルな上部ストラップ80は２次リブ20をハブ
67の上方のシャフト68へ接続する。反射装置12の配備
は、モータストラップ74、滑車76（ａ−ｂ）、ベースプ
レート72と共に動作するステッパモータ70（ａ−ｂ）の
一方または両者を付勢することによって行われ、それに
より冗長的に低速度でシャフト68をハブ67を経て上方向
に駆動する。シャフト68は上方向に移動し、上部ストラ
ップ80は２次リブ20の上方で引張られ、図６のＢで示さ
れているようにハブアセンブリ24から離れるように延在
する。シャフト68がハブ67の上方に十分に突出して配備
された位置にあるとき、ベースプレート72は完全に論理
的な反射装置の表面の後方にあり、反射装置12は図１お
よび６のＣで示されている配備形態にある。

【００３４】反射装置12とハブアセンブリ24の配備は２
つの冗長スプリング負荷戻り止めの少なくとも１つを、
シャフト68中に位置する穴へ結合し、それによって反射
装置12が配備形態にあるとき戻り止めと一直線になるこ
とにより終了する（特に図示しない）。図６のＡ−６の
Ｃおよび前述の説明で、ハブ部材67はそれに関して可動
のリブ20とシャフト68と静止状態であるものと表されて
いることに留意すべきである。実際、ハブ部材67は図４
のＣおよび４のＤと比較して分かるように配備動作中に
約９０度回転する。この低速度の回転は剛性の本体の動
作であり、配備の運動にも前述の種々の素子間の相対的
動作にも影響しない。

【００３５】ハブアセンブリ24はゆっくりと制御（非ダ
イナミック）されることができ、（主リブ18を除いて）
無負荷ではない１−Ｇ環境の可逆配備は不可逆的な火工
事象なしに開始される。ハブアセンブリ24は全ての可動
部分をコンパクトで別々にテスト可能なアセンブリに構
成し、したがって配備の信頼性とテスト能力を最大にす
る。

【００３６】図７は反射装置12上のメッシュ部材22のレ
イアウトを示している。メッシュ部材22は予め引っ張ら
れたケブラ（Kevler）またはベクトラン（Vectran ）放
射コード84と円周方向コード86のネットワークによって
複数の台形型の切り子面82に分割されている。コード8
4、86はメッシュ部材22の焦点側（フィード構造26の方
向）上に構成されている。メッシュ22はしたがって実質
上平坦な切り子面82に分割される。メッシュ22は切り子
面82の角部88でのみリブ18と20に取付けられている。簡
単に言えば、メッシュ22はリブ18と20に沿って走る放射
状の取付け点で取付けられている。平坦な面82と真のパ
ラボラ表面との形状の差によって反射装置12の性能に及
ぼす影響は切り子面のエラーと呼ばれる。

【００３７】所定の直径の反射装置12では、反射装置の
リブの数は切り子面エラーを許容可能な値に限定するよ
うに選択される。本発明では、所定数のリブから生じる
切り子面エラーまたは、反対に切り子面エラーを所定の
レベルに限定するために必要とされるリブ数はさらに３
つの特性によって最適にされる。

【００３８】第１に、隣接するリブ18と20間の円周方向
の間隔は反射装置12を横切って変化される。オフセット
フィード構造26により供給される反射装置12では、反射
装置の頂点は主リブ18の外端部近辺であり、ここで、第
１の配備アクチュエイタ28に接続している。反射装置12
の曲率は頂点に最も近いところで最高である。したがっ
て主リブ18と、それに隣接する２次リブ20は、頂点から
最も離れた２次リブ20よりも高い曲率を有する。主リブ
18と反対の２次リブ20（ａ−ｂ）対は最低の曲率を有す
る。リブのチップ間の円周方向の間隔は頂点に最も近い
リブで減少され、リブ20（ａ、ｂ）に近い反対の端部に
延在するリブ程、漸進的に増加する。したがって、２次
リブ20（ａ、ｂ）は最大の角間隔を有し、主リブ18の各
側に隣接する２次リブ20は最小の円周方向の間隔によっ
て主リブから隔てられている。リブ18と20間の不規則な
間隔を使用する目的は、最も外部の円周方向のコードと
パラボラ表面間の通常の距離をほぼ等しくすることであ
る。

【００３９】第２に、リブ18と20に沿ったメッシュ部材
22の放射状の取付け点の数は近似的に選択される。例え
ば、目的が放射状の取付け点の総数を最少にすることで
あるならば、放射状の取付け点の最適な数は次式により
除算されるリブ数に等しくなる（πは２の平方根により
乗算）ことが示される。

【００４０】Ｎ_R ／π（２）^1/2 しかしながら、放射状の取付け点の数はリブの数よりも
反射装置12の価格と重量に対する影響ははるかに少な
く、放射状の取付け点の数は少なくともπにより除算さ
れるリブ数に等しくなるように選択される。

【００４１】第３に、リブ18と20に沿った放射状の取付
け点間の放射状の間隔は反射装置12の円周が増加する程
減少する。切り子面エラーが、切り子面からパラボラ表
面までの最大距離の２乗と、フィード照射（Ｂ）のパワ
ー密度により乗算される切り子面の面積に比例するの
で、放射状の取付け点間の最適の間隔は量（Ｗ＊Ｌ＊
（Ｗ² ＋Ｌ² ）² ＊Ｂ）が全ての切り子面でほぼ等しい
ときに実現される。ＷとＬはそれぞれ切り子面の平均幅
と長さである。フィード構造26の種々の放射フィード素
子間の位相関係もまた切り子面エラーを最少にするため
最適化される。

【００４２】図８乃至１３を参照すると、主リブ18の構
造が示されている。主リブ18は２つの部分からなる。即
ちハブアセンブリ24の一部分として開始する内部主リブ
90と、外部主リブ92である。リブ90と92はそれぞれ結合
された組み立てボックスビーム断面を有し、主としてＧ
ＦＲＰプレートとアングル部材、チャンネル部材から製
造される。一体の端部固定部94を含む外部主リブ92は２
つの異なった厚さのプレート95、96と、１つのチャンネ
ル部材97と、４つの異なった寸法のアングル部材98（ａ
−ｄ）だけから主として製造される。外部主リブ90の湾
曲した反射装置の外形は、側部プレートを必要なプロフ
ィールに数値制御された（Ｎ／Ｃ）機械加工により与え
られる。ツール穴99は各チャンネルおよびアングルの端
部で主リブ18の組立てを容易にするためにサイドプレー
トに設けられる。

【００４３】図１４および１５を参照すると、２次リブ
20のうちの１つの構造が示されている。２次リブ20は、
ハブアセンブリ24の一部である内部２次リブ110 と、外
部２次リブ112 からなる。比較的多数の２次リブが存在
するので、これらは反射装置12の中で１つの重量が最大
のアイテムとして考慮される。それ故、廉価で軽量の構
造の２次リブを設計することが重要である。特に、２次
リブ20は大きなハニカムサンドウィッチプレートからＮ
／Ｃ機械加工された（またはウォータージェットで切
断）された平面トラス（フレーム）形状を有する。サン
ドウィッチプレートは薄いＧＦＲＰフェースシートと、
ノメックス（Nomex ）、コレックス（Corex ）またはケ
ブラ（Kevlar）から作られる非金属コアを有する。反射
装置12の大きさと利用可能な機械加工装置に応じて、外
部２次リブ112 は、インデックス用のツーリング穴／ピ
ンによる簡単は平面ツーリングによって小さい結合ＧＦ
ＲＰ二重プレートを使用して共にスプライスされた１乃
至３のセグメントから作られている。この方法は製造時
間と加工価格を減少し、リブ重量の最適化に対する最大
のフレキシブル性を許容し、正確な外形をもたらす。
（１リブ当り１個の予荷重されたヒンジを除いて）機械
的結合部がないことと最小数の結合部は反射装置12の予
測性が高い構造と熱構造動作を実現する。

【００４４】非常に適切な特定の強度および堅牢特性
と、それらの低い熱膨脹係数（ＣＴＥ）のために、合成
材料は反射装置12の容積の９８％以上を構成する。ステ
ッパモータ70（ａ−ｂ）は少量の使用される金属材料の
重量の半分以上を占め、残りの重量はファスナー、モノ
ボール、ブッシング等の小さい部品に限定され、これは
熱の歪みに悪影響しない。

【００４５】重量と材料価格の効率性のために、２次リ
ブ20に使用されるグラファイトファイバのタイプの選択
が重要である。設計は通常堅牢で安定して駆動されるの
で、１単位スチフネス当りの価格は価格を最小にするた
めの最も重要なパラメータである。特定の圧縮スチフネ
スは堅牢と安定性効率に対する好ましい尺度である。To
ray 工業株式会社のM55Jとして販売されている非常に高
い係数のグラファイトファイバは１単位スチフネス当り
のコストが廉価である。日本グラファイトファイバ社の
XN70として販売されている非常に高い係数のグラファイ
トファイバは特定の高い圧縮スチフネスを有する。した
がってM55Jは、XN70よりも１ポンド当り半分以下の価格
でその８５％の圧縮スチフネスと非常に高い強度を有す
るので、２次リブ20の構成に使用されることが好まし
い。

【００４６】本発明は最小の価格で信頼性と性能が最大
の配備を有する反射装置構造を提供する。反射装置で高
い性能を生む高い正確性の表面は２つの一般的な特徴、
即ち第１に、強化された配備の反復能力と、第２に、最
小の熱歪みにより強化される。

【００４７】配備の反復能力は２つの特定の特徴により
強化される。第１に、予荷重されたモノボールまたはボ
ールベアリング41はリブ／ハブヒンジ40を形成するため
に使用される。ヒンジ40は２組の配備ストラップ78と80
の使用によりさらに予荷重され、これはどちらか一方の
ストラップの張力の大きさにかかわらず、反復可能なヒ
ンジ接触点を与える。これは配備された形態でヒンジの
スロップ（sloppiness）の効果を減少することにより反
復能力を強化する。

【００４８】第２に、機械的接触タイプの配備停止部が
除去される。代わりに、永久的にリブ18、20をベースプ
レート72に接続する重量のあるＧＦＲＤストラップ78が
停止部として使用される。ストラップ78は非常に高い軸
方向スチフネスと非常に低いＣＴＥを有する。対照的
に、一般的な機械停止部は多くは金属（高いＣＴＥ）で
あり、局部的に柔軟性を有し（したがって明白に堅牢さ
が低い）、連続的な配備の僅かに異なった点で接触する
ため形状の変化（配備において反復能力がない）が生じ
る。

【００４９】熱歪みは３つの特定の技術により最小にさ
れる。第１に、複合レイアップの選択は使用されるグラ
ファイトファイバのタイプと両立して選択される。結果
は＋．０５〜−．２０ｐｐｍ／Ｆ度の範囲の非常に低い
ＣＴＥを生じる。少量の接着剤、発泡充填剤および／ま
たは金属ファスナー／挿入体の付加は＋．１〜−．２ｐ
ｐｍ／Ｆ度の範囲で実効的なＣＴＥを結果として生じ、
これは熱歪みを最小にする。

【００５０】第２に、熱ブランケットがリブ18、20とブ
ーム16周辺に位置されている。熱ブランケットはリブお
よびブームの厚さおよび深さを通じて勾配を減少し、さ
らに熱歪みを減少する。ベルクロテープではなく圧力感
知性の接着剤を使用して製造されるように設計されたブ
ランケットは、露出されたハニカムコアエッジまたはフ
ァスナーヘッド上の可能性のある引掛かり（snagging）
からメッシュ部材32を保護する付加的な機能を行う。

【００５１】第３に、比較的高いメッシュＣＴＥの効果
は非常に低いスチフネスのトリコットニットを使用する
ことにより無視できるようにされる。ケブラーメッシュ
保持コードの適度に低いＣＴＥと、湿度の感度は、これ
らの各コードと直列するソフトなスプリングを使用する
ことによって無視できる。

【００５２】配備の高い信頼性と低いコストは他の一般
的特徴によって達成される。第１に反射装置12は積降ろ
し地上支持装置（ＧＳＥ）を必要とせずに１Ｇで配備可
能である。主リブ18のみが、クレーンから吊られた死重
量および滑車を使用して、またはヘリウム充填バルーン
を使用して降ろされる。これによって装置の制限、およ
び大きなマルチトラックの積み降ろしシステムにより発
生するエラーと不確定が避けられる。１−Ｇの目的を実
現するために必要とされる高い能力の配備システムは０
−Ｇで高い配備マージンを与える。配備システムの能力
の増加に加えて、１−Ｇの配備能力は高効率のリブ構造
設計（高いスチフネスで、超軽量のトラスグラファイト
ハニカム）と、利用される超軽量のメッシュおよびメッ
シュ制限コードにより可能にされる。

【００５３】第２に、火工を開始せずにハブアセンブリ
24により監視される低速度（非動的）の可逆配備のよ
り、大きな信頼性および価格に関する利点が実現され
る。これらはある距離でモータをバックアップし再度配
備することにより配備の遅れを克服する能力を与える。
これは高価なダイナミックな配備解析の必要性とそれに
関係する不確定を最小にし、または除去する。本発明は
また、発火衝撃、発火改修またはそれ関連する信頼性の
インパクトなしに、（地上のテスト中に空気吸引の影響
または重力／積降ろしは吸引エラーを誘発しない）周囲
の１−Ｇ環境で配備される。

【００５４】第３に、ソフトツーリング集積概念は廉価
で高い表面正確度を生成する。ソフトツーリング集積概
念は従来技術の典型的な宇宙船反射装置に必要な大きな
ツーリングに関係する装置の価格と、必要性を除去す
る。ソフトツーリング集積概念は以下の段落でＡ−Ｇと
分類されている幾つかのステップを含んでいる。

【００５５】Ａ）各外部リブは（全体で６度の自由度
で）２つの位置における運動方法で支持され、その論理
位置に光学的に整列される。各リブに対する２つの支持
点の位置はリブツーリング点の偏向と、１−Ｇ負荷のた
めに内部リブへ結果的にスプライスされる外部リブの内
端部の回転を最小にするように選択される。

【００５６】Ｂ）外部リブの外形を限定するため、プロ
フィールは、内部リブと外部リブとの間の境界点でリブ
が固定される場合に公称上のメッシュおよびメッシュ維
持コードの予荷重によって生じると予測される偏向によ
って、論理的パラボラ型に関して切込まれる。このプロ
セスの不確定さに関連するエラーは、リブの固有の平面
を特に堅牢にするように設計することにより小さくされ
る（１−Ｇ配備および発射負荷を管理するためにも必要
とされる）。

【００５７】Ｃ）ハブ／内部リブ構造は堅牢で調節可能
なスタンドに支持されながらその論理的位置に光学的に
整列される。

【００５８】Ｄ）内部リブの外部エッジには１組の予め
更正された引張りスプリングとモーメントアームによっ
て負荷されている。これらの負荷は公称のメッシュおよ
びメッシュ維持コードの予荷重により生じると予測され
る力とモーメントを表す。

【００５９】Ｅ）整列後、外部リブは接着剤とシンタク
チックフォームを注入されるフィールドスプライス結合
部を経て内部リブへスプライスされ、接着剤およびシン
タクチックフォームはそれ程応力を加えずに、内部リブ
と外部リブのエッジ間の結合部のギャップを充填するた
めの液体シムとして作用する。

【００６０】Ｆ）メッシュおよびメッシュ保持コードが
設置され、所望のレベルまで引っ張られる。

【００６１】Ｇ）（１−Ｇ補償／積降ろしを含む）反射
装置の外形が測定され、必要ならば最終的な外形の調節
が行われる。調節はメッシュ保持コードの張力および／
またはハブストラップの張力の僅かな変化により行われ
る。外形の測定は外形の形状が適切になるまで反復され
る。

【００６２】本発明を利用して４０' ×５０' （１２．
３メートルの突出した穴）のエンジニアリング開発モデ
ル反射装置が設計され、組み立てられ、試験された。プ
ログラムされた表面測定が行われ、反射装置は組立てら
れた時のＲＭＳの目標である１ｍｍを満たすことを示し
ている。３つの適切な配備の実証が行われた（２つが振
動テストに先立ち、１つが振動テスト後に行われた）。
さらに、プロトフライト（初期飛行）レベルの正弦波振
動テストが、宇宙船のシミュレーション固定装置上に支
持される反射装置に関して行われ、テスト後の機能上の
配備および表面測定のデモンストレーションにより示さ
れているように適切に終了された。

【００６３】本発明は、当業者に明白な多数の代替、変
更、変形を含む種々の種類の異なった構造で使用できる
ことに留意されるべきである。したがって、本発明は特
許請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲範囲内に
入るこのような全ての代替、変更、変形を含むことを意
図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメッシュタイプのエッジ支持傘形反射
装置の好ましい実施形態を示した全体図。

【図２】宇宙船のブースタペイロードのフェアリング内
に積み込んだ形態のエッジ支持傘形反射装置の概略図。

【図３】リブをハブアセンブリに接続するヒンジの断面
図。

【図４】エッジ支持傘形反射装置の配備シーケンスの説
明図。

【図５】発射制限クランプの１例の概略図。

【図６】ハブアセンブリの配備シーケンスの説明図およ
び配備に対して２次リブを抑制するハブアセンブリの概
略図。

【図７】エッジ支持傘形反射装置のメッシュレイアウト
の概略説明図。

【図８】主リブの構造の一部の拡大図。

【図９】主リブの構造の一部の拡大図。

【図１０】主リブの構造の一部の拡大図。

【図１１】主リブの構造の一部の拡大図。

【図１２】主リブの構造の一部の拡大図。

【図１３】主リブの構造の一部の拡大図。

【図１４】２次リブの１つの構造の概略図。

【図１５】２次リブの１つの構造の部分的拡大図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−276905（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−226620（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−267924（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−30006（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 15/00 - 15/24 H01Q 1/08

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道上を航行する宇宙船(14)で使用する
   ための反射装置アンテナシステムにおいて、傘形反射装置(12)と、 配備ブーム(16)と、 前記傘形反射装置(12)にフィードするフィード構造(26)
   とを具備し、 前記傘形反射装置(12)は、ハブアセンブリ(24)と、それ
   ぞれヒンジ(40)によりハブアセンブリ(24)に接続されて
   いる 主リブ(18)および複数の２次リブ(20)とを具備し、
   ハブアセンブリ(24)の付勢によってこの傘形反射装置(1
   2)を折り畳まれた形態と展開された形態の間で形態を変
   化させ、前記傘形反射装置(12)は、前記主リブ(18)およ
   び前記複数の２次リブ(20)へ取付けられたメッシュ部材
   (22)を備えており、配備ブーム(16)は前記傘形 反射装置(12)の主リブ(18)を
   宇宙船(14)へ接続しており、前記傘形反射装置(12)を宇
   宙船(14)に近接しているペイロードフェアリング(15)内
   に配置された折り畳まれて積み込まれた形態と、展開さ
   れて宇宙船(14)から離れて配備される形態との間で形態
   を変化させるように構成され、前記フィード構造(26)は 宇宙船(14)に取付けられ、前記
   傘形反射装置(12)が展開されて無線周波数エネルギを受
   信および／または送信する配備形態にあるとき前記傘形
   反射装置(12)に対してオフセットフィードとして動作す
   る位置に配置されていることを特徴とする反射装置アン
   テナシステム。
2. 【請求項２】 ２次リブ(20)の総数は奇数であり、ブー
   ム(16)は、前記傘形反射装置(12)が折り畳まれ積み込ま
   れた形態にあるとき、主リブ(18)と対向して位置する１
   対の２次リブ(20a, 20b)間に少なくとも部分的に位置さ
   れる請求項１記載の反射装置アンテナシステム。
3. 【請求項３】 前記リブ(18, 20)をそれぞれ前記ハブア
   センブリ(24)へ接続する２つの対向するヒンジストラッ
   プ(78, 80)をさらに具備している請求項１記載の反射装
   置アンテナシステム。
4. 【請求項４】 前記配備ブーム(16)は、折り畳まれ折曲
   げられ積み込まれた反射装置の積込みの高さを低くする
   ようによじられている請求項１記載の反射装置アンテナ
   システム。
5. 【請求項５】 主リブ(18)が内部主リブ(90)と、この内
   部主リブ部分(90)へスプライス接合されている外部主リ
   ブ部分(92)とから構成されている請求項１記載の反射装
   置アンテナシステム。
6. 【請求項６】 前記メッシュ部材(22)に関して予め張力
   を加えられ放射方向および円周方向の保持コード(84, 8
   6)のネットワークをさらに具備して前記メッシュ部材(2
   2)がリブ(18, 20)に接触して受けられることを阻止して
   いる請求項１記載の反射装置アンテナシステム。
7. 【請求項７】 リブ(18, 20)の円周方向の間隔はメッシ
   ュ切り子面エラーを最小にするためにリブにより異なっ
   ている請求項６記載の反射装置アンテナシステム。
8. 【請求項８】 ハブアセンブリ(24)と、それぞれ一端が
   このハブアセンブリ(24)に結合されてこのハブアセンブ
   リ(24)を中心に放射状に延在する複数のリブ(18, 20)
   と、それらリブ(18, 20)に取付けられたメッシュ部材(2
   2)とを有するメッシュ反射装置(12)の表面を形成する反
   射装置アンテナシステムの形成方法において、前記複数のリブ(18, 20)はそれぞれ一端が前記ハブアセ
   ンブリに結合されている内部リブ部分(90, 110) と、こ
   の内部リブ部分の外側端部にその内側端部が結合されて
   いる外部リブ部分(92, 112) とによって構成されてお
   り、 前記複数のリブ(18, 20)のそれぞれの外部リブ部分(92,
   112) の予め定められた位置が規定された位置に一致す
   るように光学的計測を使用して整列させ、 ハブアセンブリ(24)および複数のリブ(18, 20)のそれぞ
   れの内部リブ部分(90,110) の所定の位置が規定された
   位置に一致するように光学的計測を使用して整列させ、整列された 複数の前記リブの各外部リブ部分(92, 112)
   の内側端部を内部リブ部分(90, 110) の対応するものの
   外側端部へスプライス接合し、 前記リブ(18, 20)の上にメッシュ部材(22)を設置し、メッシュ部材(22)を前記複数のリブ(18, 20)上に保持す
   るための 引っ張られたコードのネットワーク(84, 86)を
   前記メッシュ部材(22)上に設置し、 前記メッシュ部材(22)を前記リブ(18, 20)に沿って間隔
   を有する複数の取付け点(88)で前記リブ(18, 20)に取付
   けるステップによりメッシュ反射装置(12)の表面を形成
   することを特徴とする反射装置アンテナシステムの形成
   方法。
9. 【請求項９】 メッシュ反射装置(12)の表面を光学的に
   測定するステップをさらに有する請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 メッシュ反射装置(12)の表面が満足で
    きる状態になるまで前記メッシュ部材を調節するステッ
    プをさらに有する請求項８記載の方法。