JP6433129B2 - 開放側面を有する宇宙機 - Google Patents

Description

本開示は一般に、構造配置に関し、より詳細には、宇宙機のための支持構造に関する。

従来の３軸安定式宇宙機は通常、閉じた箱様の構造配列内に複数の平坦な側面を有する。箱様の構造配列は、宇宙機で一般に使用される全体的に平坦なコンポーネントを支持する助けとなる。そのようなコンポーネントには、熱放射パネル、太陽電池、およびアンテナが含まれうる。

残念なことに、従来の宇宙機の箱様の配列は、リダンダント構造を含む場合がある。例えば、従来の宇宙機は、宇宙機の荷重を打上げ用ロケットとの接合部分において人工衛星の基部に伝達するための構造を含む場合がある。それに加えて、従来の宇宙機は、通信などのための宇宙機コンポーネントを取り付けるための外側パネルを含む場合があり、また、外側パネルもやはり、余分な荷重担持能力を宇宙機に提供する場合がある。

余分な外側パネルは、宇宙機の全体的な質量を不必要に増大させる場合があり、それにより、宇宙機を軌道に投入するのにかかる費用が高くなる可能性がある。それに加えて、増大した宇宙機の質量により、結果的に、軌道投入および／または軌道保持のために宇宙機が担持することのできる推進剤の量が減少する可能性がある。したがって、そのような増大した質量は、宇宙機の運用寿命を短くする可能性がある。

以上のように、リダンダント構造を最小限に抑えるかまたは排除する、宇宙機のための構造配列が、当技術分野において必要とされている。

宇宙機の構造に関連した上述の必要性は、複数のモジュール側面を含んだモジュール構造を有する宇宙機を提供する本開示により、特に対処されかつ緩和される。宇宙機は、宇宙機の中心を貫いて延在する中央シリンダを含むことができる。中央シリンダは、宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面を含むことができる。

さらなる実施形態では、複数のモジュール側面を含んだモジュール構造を有する３軸安定式宇宙機が開示される。宇宙機は、宇宙機の中心を貫いて延在する中央シリンダを含むことができる。中央シリンダは、宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面とすることができる。中央シリンダの内部に、推進剤タンクを収納することができる。

宇宙機を組み立てる方法も開示される。この方法は、複数のモジュール側面を有する宇宙機のモジュール構造を用意することを含むことができる。方法はさらに、宇宙機の中心を貫いて中央シリンダを延在させることを含むことができ、中央シリンダは、宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面を含む。

さらに、本開示は、以下の各節による実施形態を含む。

節１ 複数のモジュール側面を有する宇宙機のモジュール構造と、
前記宇宙機の中心を貫いて延在する中央シリンダとを備え、
前記中央シリンダが、前記宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面である、宇宙機。

節２ 前記中央シリンダ内に収納された推進剤タンクをさらに備える、節１に記載の宇宙機。

節３ 前記モジュール構造が、前記中央シリンダの両側上に位置決めされて前記モジュール側面の向かい合った対を閉塞する離間した１対の剛体パネルを含む、節１に記載の宇宙機。

節４ 前記モジュール構造が、開放側面を含み、前記開放側面を横切って延在する１つまたは複数の剛体部材がない、節３に記載の宇宙機。

節５ 開放側面の少なくとも一部を覆う少なくとも１つの非剛体クローズアウトをさらに備える、節４に記載の宇宙機。

節６ 前記非剛体クローズアウトがサーマルブランケットを含む、節５に記載の宇宙機。

節７ 前記モジュール構造が、剛体パネルを前記中央シリンダに接続する垂直せん断パネルを含む、節１に記載の宇宙機。

節８ 前記モジュール構造が、前記モジュール構造の両端に取り付けられた上端パネルおよび下端パネルを含み、
前記剛体パネルのそれぞれが、前記上端パネルと前記下端パネルとの間に延在してそれらを相互接続している、節７に記載の宇宙機。

節９ 前記モジュール側面のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つのアンテナをさらに備える、節１に記載の宇宙機。

節１０ 前記モジュール側面のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つの太陽電池パネルをさらに備える、節１に記載の宇宙機。

節１１ 前記モジュール側面のうちの少なくとも１つに含まれた全体的に平面状の熱放射パネルをさらに備える、節１に記載の宇宙機。

節１２ 複数のモジュール側面を有する３軸安定式宇宙機のモジュール構造と、
前記宇宙機の中心を貫いて延在する中央シリンダと、
前記中央シリンダの内部に収納された推進剤タンクとを備え、
前記中央シリンダが、前記宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面である、宇宙機。

節１３ 宇宙機を組み立てる方法であって、
複数のモジュール側面を有する宇宙機のモジュール構造を用意するステップと、
前記宇宙機の中心を貫いて中央シリンダを延在させるステップとを含み、
前記中央シリンダが、前記宇宙機の長手軸に沿って延在する唯一の閉断面である、方法。

節１４ 前記中央シリンダの内部に推進剤タンクを収納するステップをさらに含む、節１３に記載の方法。

節１５ 前記中央シリンダの両側に離間した１対の剛体パネルを位置決めするステップと、
前記剛体パネルを用いて前記モジュール側面の向かい合った対を閉塞するステップとをさらに含む、節１３に記載の方法。

節１６ 前記モジュール側面から剛体部材を除外するステップをさらに含む、節１３に記載の方法。

節１７ 少なくとも１つの非剛体クローズアウトを用いて開側面の少なくとも一部を覆うステップをさらに含む、節１６に記載の方法。

節１８ 前記非剛体クローズアウトがサーマルブランケットを含む、節１７に記載の方法。

節１９ 垂直せん断パネルを使用して剛体パネルを前記中央シリンダに接続するステップをさらに含む、節１３に記載の方法。

節２０ 前記モジュール構造の両端に上端パネルおよび下端パネルを取り付けるステップと、
前記上端パネルおよび前記下端パネルを少なくとも１つの剛体パネルと相互接続するステップとをさらに含む、節１３に記載の方法。

論述された特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態において独立して実現することができ、または、さらに他の実施形態に組み合わせられてもよく、そのさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照することで理解することができる。

本開示の上記その他の特徴は、図面を参照することでより明らかになるであろう。各図面を通して、同じ番号は同じ部品を示している。

打上げ用ロケットの内部に封入された宇宙機の断面図である。 図１の宇宙機の一実施形態の斜視図である。 太陽電池パネルおよびアンテナが展開位置にある、図２の宇宙機の斜視図である。 複数の接合位置において前記中央シリンダに接続された電子モジュールのモジュール構造の斜視図である。 モジュール構造、および複数の接合位置における中央シリンダとモジュール構造との相互接続を示す分解斜視図である。 モジュール構造を中央シリンダ上の接合位置に接続する複数のブレースを示している、モジュール構造の側面図である。 モジュール構造を中央シリンダ上の接合位置に接続する複数のブレースを示している、図６の線７に沿ったモジュール構造の断面図である。 ペイロード機器パネルを中央シリンダに接続する垂直せん断パネルを示している、図６の線８に沿った宇宙機の断面図である。 ペイロード機器パネルを中央シリンダに接続するペイロード機器パネルブレースを示している、図６の線９に沿った宇宙機のさらなる断面図である。 モジュール構造を中央シリンダに付着するために接合位置に位置決めされた複数の内部リングを示している、中央シリンダの斜視図である。 中央シリンダに取り付けられた内部リング、および中央シリンダの内部に収納された推進剤タンクを示している、図１０の線１１に沿った中央シリンダの側断面図である。 宇宙機を組み立てる方法の流れ図である。

次に、本開示の好ましい様々な実施形態を例示のために示している各図を参照すると、打上げ用ロケット１００の内部に封入された宇宙機１４６の断面図が図１に示されている。宇宙機１４６は、通信衛星として構成されたものであってもよく、また、中央シリンダ１５０を有するコア構造１４８上に支持することができる。中央シリンダ１５０は、宇宙機１４６の上端から、分離面１１０において打上げ用ロケット１００とインターフェイスをとることができるペイロード付着取付具１１２に至るまで、宇宙機１４６を貫いて垂直に延在することができる。

図２は、３軸安定式宇宙機またはスピン安定式宇宙機として構成することができる宇宙機１４６の斜視図である。宇宙機１４６は、中央シリンダ１５０上に支持された電子モジュール３００を含むことができる。電子モジュール３００は、複数のモジュール側面３０４を有する荷重担持モジュール構造３０２を含むことができる。モジュール側面３０４のうちの１つまたは複数は、宇宙機機器を取り付けかつ宇宙機１４６の閉塞側面３０６を形成するための剛体パネル３１４を含むことができる。本開示では、電子モジュール３００の定義には、アンテナ３７０、太陽電池パネル３５４、熱放射パネル３２０、姿勢制御ロケット３８０、および宇宙機外側接合部分においてモジュール構造３０２に接続することができる他のコンポーネントなどの、運用コンポーネントが含められる。中央シリンダ１５０は、軸方向荷重１０４、曲げ荷重１０６、およびねじり荷重１０８を含む宇宙機１４６に作用する荷重を支持するように構成することができる。

有利には、中央シリンダ１５０は、宇宙機１４６の長手軸１１６に沿って延在する唯一の閉断面１２０とすることができる。その際、中央シリンダ１５０は、軸方向、曲げ、およびねじりに対する強度ならびに剛性の大部分を宇宙機１４６に提供することができる。例えば打上げ時には、モジュール構造３０２からの荷重を中央シリンダ１５０に伝達することができ、中央シリンダ１５０は、その荷重を打上げ用ロケット１００内に伝達することができる。打上げ用ロケット１００から宇宙機１４６を切り離した後で、姿勢制御ロケット３８０の燃焼および／または太陽電池パネル３５４の操作に起因してモジュール構造３０２に作用する荷重は、宇宙機１４６に曲げ、ねじり、および軸方向の剛性を提供することが可能な中央シリンダ１５０に伝達することができる。宇宙機の荷重の大部分（例えば、全部）を中央シリンダ１５０で支持することにより、モジュール側面３０４のうちの１つまたは複数に剛体パネル３１４を設ける必要性を排除することができる。このようにして、モジュール構造３０２は、向かい合った１対の開放側面３０８を含むことができ、この開放側面３０８からは剛体部材または荷重担持部材をなくすことができ、また、開放側面３０８は、サーマルブランケット３１２、または他の柔軟でかつ／もしくは取り外し可能な被覆などの非剛体クローズアウト３１０によって覆うことができる。

開放側面３０８を有する電子モジュール３００を形成することにより、宇宙機１４６は、従来の宇宙機１４６に関連する部品点数と比較して、部品点数を大幅に削減することができる。それに加えて、開放側面３０８を有する電子モジュール３００を支持する中央シリンダ１５０を使用することにより、従来の宇宙機と比較して、宇宙機１４６の構造質量を大幅に減らすことができる。さらに、電子モジュール３００の開放側面３０８は、ペイロード組付け中の宇宙機１４６内部へのアクセスを大幅に改善することができる。その際、宇宙機１４６の内部にある様々なコンポーネントには、組付けの全ての段階を通じて容易にアクセスすることができ、それにより試験中の１つまたは複数のコンポーネントに関連する再加工時間を大幅に短縮することができる。

図３は、太陽電池パネル３５４およびアンテナ３７０が展開位置にある宇宙機１４６の実施形態を示している。太陽電池パネル３５４のそれぞれは、モジュール構造３０２に接続することができる太陽電池パネルマスト３５８に取り付けられうる。例えば、宇宙機１４６は、シリンダ１５０の両側上のペイロード機器パネル３１６に接続することができる１対の展開可能な太陽電池パネル３５４を含んでいてもよい。太陽電池パネルマスト３５８のそれぞれは、ペイロード機器パネル３１６のそれぞれの太陽電池パネルマスト接合部分３６０において太陽電池パネル取付具３６２に接続することができる。

図３で、宇宙機１４６は、モジュール構造３０２のモジュール側面３０４に接続することが可能な１つまたは複数のアンテナ３７０を含むことができる。例えば、図３は、下端パネル３３０の両側上のアンテナマスト接合部分３７６において下端パネル３３０に接続することができるアンテナブーム３７４に取り付けられた展開可能なアンテナ３７０を有する宇宙機１４６を示している。各アンテナマスト３７２が、１つまたは複数のアンテナ３７０を支持するために、アンテナマスト３７２から外方に延在する１つまたは複数のアンテナブーム３７４を含んでいてもよい。宇宙機１４６はさらに、固定されたまたは展開可能な１対の熱放射パネル３２０を含むことができる。例えば、図３は、シリンダ１５０の各側に配置されたペイロード機器パネル３１６にしっかりと接続されたまたは一体化された、全体的に平面状の熱放射パネル３２０を示している。熱放射パネル３２０は、宇宙機の様々なコンポーネントのための熱管理を提供することができる。

図４は、中央シリンダ１５０に接続された電子モジュール３００のモジュール構造３０２の斜視図である。モジュール構造３０２は、中央シリンダ１５０の両側上に位置決めされて箱様のモジュール構造３０２の閉塞側面３０６を形成する、１対の剛体パネル３１４を含むことができる。剛体パネル３１４は、全体的に互いに平行に配向することができ、また、全体的に平面的な形状にすることができるが、平面的ではない形状も意図される。剛体パネル３１４は、全体的に長手軸１１６に合わせることができ、また、ペイロード機器パネル３１６として構成することができる。モジュール構造３０２はさらに、ペイロード機器パネル３１６を１つまたは複数の接合位置３５２において中央シリンダ１５０に接続するために、垂直せん断パネル３４０、ならびに上端および下端のパネル３２６、３３０を含むことができる。図４はさらに、モジュール構造３０２の開放側面３０８を示しており、この開放側面３０８からは、開放側面３０８を横切って延在する剛体部材（例えば、剛体パネル３１４、またはペイロード機器パネル３１６）をなくすことができる。各開放側面３０８は、剛体パネル３１４間に開放側面３０８を横切るねじれ荷重経路が存在しないという意味で、開放している。例えば、各開放側面３０８に対して、中央シリンダ１５０の片側上の剛体パネル３１４（ペイロード機器パネル３１６）と中央シリンダ１５０の反対側上の剛体パネル３１４（ペイロード機器パネル３１６）との間には、荷重担持構造斜め要素は延在していない。それに加えて、開放側面３０８は、各開放側面３０８に対して、開放側面３０８からの宇宙機１４６内部へのアクセスを妨害または制限する可能性がある、開放側面３０８を横切って延在するねじり荷重担持構造要素が存在しないという意味で、開放している。

図２に示されるように、開放側面３０８のうちの少なくとも１つは、開放側面３０８の少なくとも一部を覆う非剛体クローズアウト３１０を有することができる。一実施形態では、非剛体クローズアウト３１０は、モジュール構造３０２の開放側面３０８を覆って取り外し可能に固着することが可能なファブリック材料などの柔軟でかつ／または取り外し可能な被覆を含むことができる。一実施形態では、非剛体クローズアウト３１０は、機械的ファスナ、マジックテープ（例えば、Ｖｅｌｃｒｏ（商標））、または他の締結手段などを用いて、開放側面３０８を覆って所定の位置に取り外し可能に固着されうる。図２で、非剛体クローズアウト３１０は、開放側面３０８を少なくとも部分的に覆いかつ宇宙機内部にあるコンポーネントに対して熱遮蔽、放射線遮蔽、および／または電磁気干渉（ＥＭＩ）遮蔽を提供する、サーマルブランケット３１２を含みうる。

図５は、複数の接合位置３５２における電子モジュール３００の構造コンポーネントと中央シリンダ１５０との相互接続性（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）を示しているモジュール構造３０２の分解図である。一実施形態では、モジュール構造３０２は、剛体パネル３１４（例えば、ペイロード機器パネル３１６）を中央シリンダ１５０に接続するために、垂直せん断パネル３４０、ならびに上端および下端のパネル３２６、３３０を含みうる。垂直せん断パネル３４０は、中央シリンダ１５０の側面に沿って延在していてもよく、また、中央シリンダ１５０の長手軸１１６に合わせられていてもよい。垂直せん断パネル３４０は、ペイロード機器パネル３１６の軸方向荷重を中央シリンダ１５０に伝達することができ、中央シリンダ１５０は、電子モジュール３００の軸方向荷重を打上げ用ロケット１００内に伝達することができる。

図５において、一実施形態では、垂直せん断パネル３４０は、中央シリンダ１５０の両側から全体的に径方向外方に延在することができ、また、ペイロード機器パネル３１６を中央シリンダ１５０に接続することができる。垂直せん断パネル３４０は、ブラケット（図示せず）および機械的ファスナ（図示せず）を使用して、かつ／または接着結合によって、中央シリンダ１５０に接続することができる。図５は、ペイロード機器パネル３１６のそれぞれを中央シリンダ１５０の側面に接続する単一の垂直せん断パネル３４０を示しているが、モジュール構造３０２は、各ペイロード機器パネル３１６を中央シリンダ１５０に接続するための、任意の向きに配向された任意の数の垂直せん断パネル３４０を含むことができる。各垂直せん断パネル３４０は、太陽電池パネル取付具３６２によって相互接続することが可能なせん断パネル上方部分３４２およびせん断パネル下方部分３４４で構成することができる。しかし、各垂直せん断パネル３４０は、単体構造として形成されていてもよい。

図５で、ペイロード機器パネル３１６は、ペイロード機器パネル３１６の剛性および強度を高めるために、側端に沿って垂直方向に延在する隅部梁３２２を含むことができる。それに加えて、各ペイロード機器パネル３１６は、ペイロード機器パネル３１６の上方縁部および／または下方縁部に沿った端部梁３２４を含むことができる。宇宙機１４６の下端では、端部梁３２４は、向かい合ったペイロード機器パネル３１６の対の間に延在することができる。一実施形態では、各ペイロード機器パネル３１６はまた、ペイロード機器パネル３１６のそれぞれの内側に取り付けられた、１つまたは複数のパネル内側補剛材３３４を含むことができる。図５に示されるように、１対のパネル内側補剛材３３４が、太陽電池パネル取付具３６２によって相互接続されうる。しかし、パネル内側補剛材３３４のそれぞれは、ペイロード機器パネル３１６の剛性を高めるために、単体構造として形成されてもよい。

一実施形態では、ペイロード機器パネル３１６のそれぞれは、中央シリンダ１５０から延在する１つまたは複数のブレースによって支持されうる。例えば、各ペイロード機器パネル３１６は、中央シリンダ１５０の内部リング２０６において接合位置３５２から延在する１対のペイロード機器パネルブレース３１８によって支持されていてもよい。ペイロード機器パネルブレース３１８は、面外曲げに対してペイロード機器パネル３１６を支持することができる。ペイロード機器パネル３１６は、ペイロード機器パネル３１６の内側などに複数の様々なコンポーネントまたは機器（図示せず）を搭載するように構成することができる。図示されていないが、そのようなコンポーネントまたは機器には、遠隔測定および宇宙機制御用のコンポーネント、受信機、送信機、および応答機などの通信コンポーネント、ならびに他のコンポーネントが含まれうる。

図５で、モジュール構造３０２は、モジュール構造３０２の両端に位置決めされうる上端パネル３２６および下端パネル３３０を含むことができる。例えば、上端パネル３２６および下端パネル３３０は、シリンダ上端１５２に位置する前端リング２０２に機械的に接続することができる。下端パネル３３０は、シリンダ下端１５４に近接した外部リング２０８か、またはシリンダ下端１５４に位置する後端リング２０４に、機械的に接続することができる（図示せず）。中央シリンダ１５０の各側上のペイロード機器パネル３１６は、上端パネル３２６と下端パネル３３０との間に延在しかつそれらと相互接続することができる。図示された実施形態では、上端パネル３２６および下端パネル３３０は、全体的に平面的な形状とすることができ、また、互いに平行でかつ宇宙機１４６の長手軸１１６に垂直に配向することができる。しかし、上端パネル３２６および下端パネル３３０は、代替の（例えば、平面的ではない）形状および構成で設けられてもよく、図に示された構成に限定されるものではない。

図５において、一実施形態では、剛体パネル３１４、上端パネル３２６、下端パネル３３０、および垂直せん断パネル３４０のうちの１つまたは複数は、繊維強化ポリマーマトリクス材料１８０などの複合材料で形成されうる。例えば、剛体パネル３１４、上端パネル３２６および下端パネル３３０、ならびに垂直せん断パネル３４０は、軽量でかつ剛性のある複合サンドイッチ１８４の構造で設けることができる。複合サンドイッチ１８４の構造は、繊維強化表面板（図示せず）間に挟まれたコア層（図示せず）を含みうる。コア層は、フォーム、またはアルミニウム、アラミド、もしくは繊維ガラスで形成されたハニカムなどの、マルチセル材料を含んでいてもよく、あるいはコア層は、他のコア材料で形成されていてもよい。表面板は、積層黒鉛複合材表面板などの複合材料の積層プライとして形成されていてもよい。しかし、モジュール構造３０２の構造コンポーネントのうちの１つまたは複数は、金属材料もしくは他の材料、またはそれらの組合せで形成されていてもよい。

図５において、図示された実施形態では、モジュール構造３０２は、モジュール構造３０２の開放側面３０８上の上端および下端のパネル３２６、３３０の縁部に沿った軸方向の支持のために、上端パネル３２６および下端パネル３３０を中央シリンダ１５０に接続する、１つまたは複数のブレースを含みうる。例えば、モジュール構造３０２の開放側面３０８上の上端パネル３２６の縁部は、中央シリンダ１５０上の内部リング２０６または外部リング（図示せず）の位置において中央シリンダ１５０の各側から延在する１つまたは複数の上部パネルブレース３２８により、中央シリンダ１５０に接続されうる。同様に、下端パネル３３０の縁部は、内部リング２０６または外部リング２０８の位置において下端パネル３３０の縁部から中央シリンダ１５０の各側まで延在する１つまたは複数のアンテナブレース３３２より、中央シリンダ１５０に接続されうる（図示せず）。上部パネルブレース３２８およびアンテナブレース３３２は、上端パネル３２６および下端パネル３３０に、軸方向荷重１０４に対する支持を提供することができる。

図６は、シリンダ下端１５４が下端パネル３３０で終わり、円錐形のペイロード付着取付具１１２がシリンダ下端１５４から下方に延在する、一実施形態における宇宙機１４６の側面図である。ペイロード付着取付具１１２は、打上げ用ロケット１００（図１）と解放可能に接続するような寸法および構成とすることができる。図６はまた、複数の接合位置３５２においてモジュール構造３０２を中央シリンダ１５０に接続する、複数のブレースを示している。上端パネル３２６および下端パネル３３０は、全体的に互いに平行に配向されかつ中央シリンダ１５０の両端に取り付けられて、示されている。しかし、モジュール構造３０２は、長手軸１１６に垂直に配向されかつ中央シリンダ１５０の長さに沿って様々な位置に位置決めされた、追加のパネル（図示せず）を備えることができる。その際に、モジュール構造３０２は、単一の上端パネル３２６および単一の下端パネル３３０に限定されるものではなく、ペイロード機器パネル３１６を中央シリンダ１５０に接続するための１つまたは複数の中間パネル（図示せず）を含んでいてもよい。

図９は、図６の宇宙機１４６のさらなる側面図であり、上端パネル３２６をシリンダ上端１５２に接続する１対の上部パネルブレース３２８を示している。上部パネルブレース３２８は、上端パネル３２６（例えば、上端パネル３２６の外側縁部）から、補強リング（例えば、内部リング２０６）の位置における中央シリンダ１５０の側面上の接合位置３５２まで延在することができる。同様に、１つまたは複数のアンテナブレース３３２は、下端パネル３３０をシリンダ下端１５４に接続することができる。アンテナブレース３３２は、下端パネル３３０（例えば、下端パネル３３０の外側縁部）から、補強リング（例えば、内部リング２０６）の位置における中央シリンダ１５０の側面上の接合位置３５２まで延在することができる。アンテナブレース３３２は、下端パネル３３０に、また下端パネル３３０の両側に配置されたアンテナマスト接合部分３７６に、軸方向に沿った支持を提供することができる。

図７および図８は、２つの開放側面３０８と２つの閉塞側面３０６とを含む４つのモジュール側面３０４を有する一実施形態における宇宙機１４６の断面図である。閉塞側面３０６は、上記のペイロード機器パネル３１６によって閉塞することができる。開放側面３０８からは上記のような剛体部材をなくすことができ、それにより、組立て中、試験中、および組付け中などの宇宙機１４６内部のコンポーネントへのアクセスを有利に可能とすることができる。打上げに先立って、開放側面３０８は、柔軟なサーマルブランケット３１２などの非剛体クローズアウト３１０（図３）によって覆うことができる。図８には、ペイロード機器パネル３１６を中央シリンダ１５０に接続する垂直せん断パネル３４０も示されている。上記のように、中央シリンダ１５０は、宇宙機１４６の上部から打上げ用ロケット１００（図１）との接合部分（図１）まで、宇宙機１４６の長手軸１１６（図７）に沿った唯一の閉断面１２０を提供し、それにより、従来の宇宙機と比較して宇宙機１４６の質量を有利には最小限に抑える。

図９を再度参照すると、ペイロード機器パネルブレース３１８は、中央シリンダ１５０上の接合位置３５２からペイロード機器パネル３１６の垂直縁部上の隅部梁３２２まで延在して、ペイロード機器パネル３１６を面外曲げに対して支持し、かつペイロード機器パネル３１６をねじり運動に対して安定させることができる。ペイロード機器パネル３１６は、それぞれのペイロード機器パネル３１６の内側に１つまたは複数のパネル内側補剛材３３４を含んで、太陽電池パネル取付具３６２の位置におけるペイロード機器パネル３１６の剛性および硬さを高めることができる。その際に、パネル内側補剛材３３４は、太陽電池パネル取付具３６２を安定させるのに役立つこともできる。

図１０は、中央シリンダ１５０の一実施形態の斜視図である。中央シリンダ１５０は、中央シリンダ１５０を上端パネル３２６に接続するための前端リング２０２を含むことができる。中央シリンダ１５０は、中央シリンダ１５０を下端パネル３３０に接続するための外部リング２０８を含むことができる。シリンダ下端１５４は、下端パネル３３０を通過して下方に突出して、後端リング２０４で終わることができる。図６〜図７に示されかつ上記された一代替実施形態では、シリンダ下端１５４は、下端パネル３３０で終わることができる。中央シリンダ１５０は、接着結合および／または機械的締結具により中央シリンダ１５０にしっかりと接続することが可能な、内部リング２０６および／または外部リング２０８のなどの複数の補強リング２００を含むことができる。補強リング２００は、中央シリンダ１５０の強度を高めるため、および／または中央シリンダ１５０に作用する局部荷重に対応するために、中央シリンダ１５０の長さに沿った１つまたは複数の位置に位置決めすることができる。

一実施形態では、中央シリンダ１５０は、繊維強化ポリマーマトリクス材料１８０で形成されうる。例えば、中央シリンダ１５０は、複数の積層複合材プライによる固体積層板１８２として形成されうる。固体積層板１８２は、軸方向、曲げ、およびねじれの荷重１０４、１０６、１０８（図１）を担持するための所望の厚さで設けることができる。中央シリンダ１５０は、未硬化のまたは予硬化された複合材料でマンドレル上に形成されてもよい。未硬化のまたは予硬化された複合材料は、予め含浸させた繊維強化材料（例えば、プリプレグ）、および／または樹脂注入された複合材料ポリマーマトリクスを含みうる。複合材料は、一方向性とするか、織るか、刻むか、または他の繊維配列で提供することが可能な、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、または他のタイプの繊維を含むことができる。複合材料は、ポリマーマトリクス材料、またはエポキシ樹脂もしくは他の樹脂などの樹脂マトリクス材料を含むことができる。マトリクス材料は、熱硬化性樹脂を含むことができ、または、樹脂マトリクスは、熱可塑性樹脂を含むことができる。

図示されていない一代替形態では、中央シリンダ１５０は、剛体パネル３１４および／または垂直せん断パネル３４０の複合サンドイッチ１８４の構造と同様の複合サンドイッチ１８４の構造で形成されうる。例えば、積層表面板１８８は、上記の固体積層板１８２のための強化ポリマーマトリクス材料と同様の繊維強化ポリマーマトリクス材料１８０で形成されうる。一実施形態では、積層表面板１８８は、炭素繊維複合材料で形成された複数の積層複合材プライで形成される場合があるが、複合材は他のタイプの繊維で形成されてもよく、炭素繊維に限定されない。コア層１８６は、フォームやハニカムなどのマルチセル材料、または積層表面板１８８に対してほぼ垂直に配向されたセルを有する他のコア材料で形成されうる。一実施形態では、コア層１８６は、アルミニウム、アラミド、繊維ガラス、または他の材料で形成されたハニカムコアを含みうる。

図１１は、図１０の中央シリンダ１５０の断面図であり、中央シリンダ１５０に取り付けられた前端リング２０２、後端リング２０４、内部リング２０６、および外部リング２０８を示している。中央シリンダ１５０の内部に取り付けられた推進剤タンク２２０も示されている。有利には、推進剤タンク２２０を中央シリンダ１５０の外側ではなく中央シリンダ１５０の内側に取り付けることにより、試験および組付けの際により頻繁なアクセスを必要とする可能性がある宇宙機コンポーネントの取付けに使用することができる体積を確保することが可能になる。それに加えて、推進剤タンク２２０を中央シリンダ１５０の外側ではなく中央シリンダ１５０の内側に取り付けることにより、そのような宇宙機コンポーネントへのアクセスが妨害されるのを回避することができる。一実施形態では、推進剤タンク２２０の上端部は、内部リング２０６に接続されたタンク上方支持体２２２によって支持されうる。推進剤タンク２２０の下端部は、シリンダ下端１５４において後端リング２０４に接続することができる円錐形タンク下方支持体２２４によって支持されうる。推進剤タンク２２０は、宇宙機１４６の軌道投入および／もしくは軌道保持、ならびに／または宇宙機１４６の姿勢制御のための推進システム（図示せず）用の推進剤を内蔵することができる。

図１２は、宇宙機１４６を組み立てる方法４００の流れ図である。方法は、複数のモジュール側面３０４を有するモジュール構造３０２を用意するステップ４０２を含むことができる。一実施形態では、宇宙機１４６は、３軸安定式宇宙機として構成されうる。しかし、宇宙機１４６は、スピン安定式宇宙機として構成されてもよい。一実施形態では、宇宙機１４６は、開放側面３０８および閉塞側面３０６を有する電子モジュール３００を含みうる。閉塞側面３０６は、ペイロード機器パネル３１６として構成することができる剛体パネル３１４によって閉塞されるかまたは覆われうる。

図１２の方法４００のステップ４０４は、宇宙機１４６の中心を貫いて中央シリンダ１５０を延在させることを含むことができる。中央シリンダ１５０は、宇宙機１４６の長手軸１１６に沿って延在する唯一の閉断面１２０を含むことができ、また、軸方向、曲げ、およびねじりに対する強度ならびに剛性の大部分（例えば、全部）を宇宙機１４６に提供することができる。中央シリンダ１５０は、宇宙機１４６の設計、解析、製造、および試験を簡単にするために、実質的に一定の肉厚を持った実質的に一定の断面を有することができる。一実施形態では、中央シリンダ１５０は、繊維強化ポリマーマトリクス材料１８０で形成される場合があるが、中央シリンダ１５０は、金属材料か、または複合材料と金属材料の組合せで形成されてもよい。

図１２の方法４００のステップ４０６は、モジュール構造３０２の開放側面３０８から剛体部材を除外することを含むことができる。開放側面３０８上の剛体部材を排除することにより、組立て中、試験中、および組付け中などに、宇宙機１４６の内部に自由にアクセスすることが可能になる。宇宙機１４６内部へのアクセスにより、試験中にコンポーネントを再加工または交換するのに必要とされる時間を大幅に短縮することができる。宇宙機１４６の閉塞面３０６は、剛体パネル３１４で覆うことができ、剛体パネル３１４は、中央シリンダ１５０の両側から径方向外方に延在する垂直せん断パネル３４０を用いて中央シリンダ１５０に接続することができる。上端パネル３２６および下端パネル３３０もまた、剛体パネル３１４を中央シリンダ１５０に接続することができる。

図１２の方法４００のステップ４０８は、開放側面３０８の少なくとも一部を少なくとも１つの非剛体クローズアウト３１０で覆うことを含むことができる。開放側面３０８は、打上げに先立って、サーマルブランケット３１２などの非剛体クローズアウト３１０（図３）によって覆うことができる。サーマルブランケット３１２は、隅部梁３２２に沿うような形で、また上端パネル３２６および下端パネル３３０に沿うような形で、モジュール構造３０２に取り外し可能に固着することができる。

図１２の方法４００のステップ４１０は、中央シリンダ１５０の内部に推進剤タンク２２０を収納することを含むことができる。上記のように、中央シリンダ１５０は、タンク上方支持体２２２を中央シリンダ１５０に接続するための内部リング２０６を含むことができる。推進剤タンク２２０の下端部が、円錐形タンク下方支持体２２４により中央シリンダ１５０に接続されうる。円錐形タンク下方支持体２２４は、中央シリンダ１５０の後端リング２０４にしっかりと接続することができる。

本開示のさらなる修正および改善が当業者には明らかになるであろう。したがって、本明細書において説明されかつ図示された部品の具体的な組合せは、本開示の特定の実施形態のみを表すように意図されたものであって、本開示の精神および範囲内の代替的な実施形態またはデバイスを限定するものとして機能するように意図されたものではない。
下記の条項は、本開示のさらなる態様を記載する。
条項１．
複数のモジュール側面（３０４）を有する宇宙機（１４６）のモジュール構造（３０２）と、
前記宇宙機（１４６）の中心を貫いて延在する中央シリンダ（１５０）とを備え、
前記中央シリンダ（１５０）が、前記宇宙機（１４６）の長手軸（１１６）に沿って延在する唯一の閉断面（１２０）である、宇宙機（１４６）。
条項２．
前記中央シリンダ（１５０）内に収納された推進剤タンク（２２０）をさらに備える、条項１に記載の宇宙機（１４６）。
条項３．
前記モジュール構造（３０２）が、前記中央シリンダ（１５０）の両側上に位置決めされて前記モジュール側面（３０４）の向かい合った対を閉塞する離間した１対の剛体パネル（３１４）を含む、条項１または２に記載の宇宙機。
条項４．
前記モジュール構造（３０２）が、開放側面（３０８）を含み、前記開放側面（３０８）を横切って延在する１つまたは複数の剛体部材がない、条項１から３のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項５．
開放側面（３０８）の少なくとも一部を覆う少なくとも１つの非剛体クローズアウト（３１０）をさらに備える、条項４に記載の宇宙機（１４６）。
条項６．
前記モジュール構造（３０２）が、剛体パネル（３１４）を前記中央シリンダ（１５０）に接続する垂直せん断パネル（３４０）を含む、条項１から５のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項７．
前記モジュール構造（３０２）が、前記モジュール構造（３０２）の両端に取り付けられた上端パネル（３２６）および下端パネル（３３０）を含み、
前記剛体パネル（３１４）のそれぞれが、前記上端パネル（３２６）と前記下端パネル（３３０）との間に延在してそれらを相互接続している、条項１から６のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項８．
前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つのアンテナ（３７０）をさらに備える、条項１から７のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項９．
前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つの太陽電池パネル（３５４）をさらに備える、条項１から８のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項１０．
前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに含まれた全体的に平面状の熱放射パネル（３２０）をさらに備える、条項１から９のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
条項１１．
宇宙機（１４６）を組み立てる方法であって、
複数のモジュール側面（３０４）を有する宇宙機（１４６）のモジュール構造（３０２）を用意するステップと、
前記宇宙機（１４６）の中心を貫いて中央シリンダ（１５０）を延在させるステップとを含み、
前記中央シリンダ（１５０）が、前記宇宙機（１４６）の長手軸（１１６）に沿って延在する唯一の閉断面（１２０）である、方法。
条項１２．
前記中央シリンダ（１５０）の両側に離間した１対の剛体パネル（３１４）を位置決めするステップと、
前記剛体パネル（３１４）を用いて前記モジュール側面（３０４）の向かい合った対を閉塞するステップとをさらに含む、条項１１に記載の方法。
条項１３．
垂直せん断パネル（３４０）を使用して剛体パネル（３１４）を前記中央シリンダ（１５０）に接続するステップと、
前記モジュール構造（３０２）の両端に上端パネル（３２６）および下端パネル（３３０）を取り付けるステップと、
前記上端パネル（３２６）および前記下端パネル（３３０）を少なくとも１つの剛体パネル（３１４）と相互接続するステップとをさらに含む、条項１１または１２に記載の方法。

１００ 打上げ用ロケット
１０４ 軸方向荷重
１０６ 曲げ荷重
１０８ ねじり荷重
１１０ 分離面
１１２ ペイロード付着取付具
１１６ 長手軸
１２０ 唯一の閉断面
１４６ 宇宙機
１４８ コア構造
１５０ 中央シリンダ
１５２ シリンダ上端
１５４ シリンダ下端
１８０ 繊維強化ポリマーマトリクス材料
１８２ 固体積層板
１８４ 複合サンドイッチ
１８６ コア層
１８８ 積層表面板
２００ 補強リング
２０２ 前端リング
２０４ 後端リング
２０６ 内部リング
２０８ 外部リング
２２０ 推進剤タンク
２２２ タンク上方支持体
２２４ 円錐形タンク下方支持体
３００ 電子モジュール
３０２ モジュール構造
３０４ モジュール側面
３０６ 閉塞側面
３０８ 開放側面
３１０ 非剛体クローズアウト
３１２ サーマルブランケット
３１４ 剛体パネル
３１６ ペイロード機器パネル
３１８ ペイロード機器パネルブレース
３２０ 熱放射パネル
３２２ 隅部梁
３２４ 端部梁
３２６ 上端パネル
３２８ 上部パネルブレース
３３０ 下端パネル
３３２ アンテナブレース
３３４ パネル内側補剛材
３４０ 垂直せん断パネル
３４２ せん断パネル上方部分
３４４ せん断パネル下方部分
３５２ 接合位置
３５４ 太陽電池パネル
３５８ 太陽電池パネルマスト
３６０ 太陽電池パネルマスト接合部分
３６２ 太陽電池パネル取付具
３７０ アンテナ
３７２ アンテナマスト
３７４ アンテナブーム
３７６ アンテナマスト接合部分
３８０ 姿勢制御ロケット
４００ 方法
４０２、４０４、４０６、４０８、４１０ ステップ

Claims (11)

1. 複数のモジュール側面（３０４）を有する宇宙機（１４６）のモジュール構造（３０２）と、
   前記宇宙機（１４６）の中心を上端から下端へ貫いて延在する、前記宇宙機（１４６）の長手軸（１１６）に沿って延在する唯一の閉断面（１２０）である、中央シリンダ（１５０）であって、前記上端及び下端の両方が開放している中央シリンダ（１５０）と、
   同一平面上になく、互いに離間し、前記中央シリンダ（１５０）の向かい合う側面と接続され、その長手軸が前記宇宙機（１４６）の前記長手軸（１１６）と平行である、１対の剛体パネル（３１４）と、
   を備える、宇宙機（１４６）。
2. 前記中央シリンダ（１５０）内に収納された推進剤タンク（２２０）をさらに備える、請求項１に記載の宇宙機（１４６）。
3. 前記モジュール構造（３０２）が、開放側面（３０８）を含み、前記開放側面（３０８）にわたって延在する１つまたは複数の剛体部材がない、請求項１または２に記載の宇宙機（１４６）。
4. 開放側面（３０８）の少なくとも一部を覆う少なくとも１つの非剛体クローズアウト（３１０）をさらに備える、請求項３に記載の宇宙機（１４６）。
5. 前記モジュール構造（３０２）が、少なくとも１つの前記剛体パネル（３１４）を前記中央シリンダ（１５０）に接続する垂直せん断パネル（３４０）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
6. 前記モジュール構造（３０２）が、前記モジュール構造（３０２）の両端に取り付けられた上端パネル（３２６）および下端パネル（３３０）を含み、
   前記剛体パネル（３１４）のそれぞれが、前記上端パネル（３２６）と前記下端パネル（３３０）との間に延在してそれらを相互に接続している、請求項１から５のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
7. 前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つのアンテナ（３７０）をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
8. 前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つの太陽電池パネル（３５４）をさらに備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
9. 前記モジュール側面（３０４）のうちの少なくとも１つに含まれた略平面状の熱放射パネル（３２０）をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の宇宙機（１４６）。
10. 宇宙機（１４６）を組み立てる方法であって、
    複数のモジュール側面（３０４）を有する宇宙機（１４６）のモジュール構造（３０２）を用意するステップと、
    前記宇宙機（１４６）の中心を上端から下端へ貫いて、前記宇宙機（１４６）の長手軸（１１６）に沿って延在する唯一の閉断面（１２０）である中央シリンダ（１５０）であって、前記上端及び下端の両方が開放している中央シリンダ（１５０）を延在させるステップと、
    同一平面上になく、互いに離間し、その長手軸が前記宇宙機（１４６）の前記長手軸（１１６）と平行である１対の剛体パネル（３１４）を、前記中央シリンダ（１５０）の向かい合う側面と接続するステップと、
    を含む、方法。
11. 垂直せん断パネル（３４０）を使用して少なくとも１つの前記剛体パネル（３１４）を前記中央シリンダ（１５０）に接続するステップと、
    前記モジュール構造（３０２）の両端に上端パネル（３２６）および下端パネル（３３０）を取り付けるステップと、
    前記上端パネル（３２６）および前記下端パネル（３３０）を少なくとも１つの前記剛体パネル（３１４）と相互に接続するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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