JPH03224895A - データ中継追跡衛星 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば、データ中継追跡衛星を所定の静止軌
道へ投入後、ユーザ宇宙機を捕捉追尾する際にデータ中
継アンテナの駆動に対する反作用としてブームに生じる
振動を除去し、衛星本体に加わる姿勢外乱を無くすデー
タ中継追跡衛星に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は従来のデータ中継追跡衛星を示す外観図であり
、第６図は従来のデータ中継アンテナの外観図、第７図
は従来のデータ中継アンテナと衛星本体との取付けを示
す側面図、第８図は従来のデータ中継追跡衛星の捕捉追
尾系機能ブロック図、第９図は従来のデータ中継追跡衛
星のデータ中継アンテナの駆動を示すシュミレーション
図。

第１０図は従来のデータ中継追跡衛星のアンテナ駆動時
の姿勢角変移を示す図、第１１図は従来のデータ中継追
跡衛星のアンテナ駆動時の並進方向変移を示す図であり
９図に於て（１）は衛星構体である地球指向面パネル、
（２）はこのパネル上に設けられたアンテナベース部、
（３）はこのベース部に取付けられた地球指向アンテナ
、（４）は衛星本体とデータ中継アンテナとを機械的に
結合するブーム、（５）は衛星本体と太陽電池パネルと
を機械的に結合するヨーク部、（６）は衛星に所要電力
を供給する太陽電池パネル、（７）は衛星間通信用中継
器を搭載するＲＦコンパートメント、（８）は低軌道を
周回するユーザ宇宙機を捕捉追尾するデータ中継アンテ
ナ、（９）はこのアンテナの副反射鏡、　（１０）はこ
の副反射鏡を支持する支持棒、　（１１）はブームを衛
星本体へ固定するブーム固定部。

（１２）は衛星構体であるアクセスパネル、　（１３）
はデータ中継アンテナなＲＦコンパートメント内のアン
テナ駆動機構で駆動させる際の回転軸、　（１４）は地
球指向方向の衛星座標軸、　（１５）はデータ中継アン
テナの指向主軸、　（１６）はデータ中継アンテナを駆
動するアンテナ駆動機構、　（１７）はこの駆動機構を
受信機からの信号に基づき制御するアンテナ駆動制御回
路、　（１８）は追尾用信号に基づいた制御信号を出力
する追尾受信機、　（１９）はデータ中継アンテナのフ
ィーダ系で分波される追尾用信号、　（２０）は低軌道
を周回するユーザ宇宙機が備えているアンテナ、　（２
１）はこのアンテナから静止軌道上のデータ中継衛星に
出力されるリターン信号、　（２２）はユーザ宇宙機を
捕捉追尾するデータ中継アンテナの駆動方向、　（２３
）はデータ中継アンテナの駆動範囲、　（２４）は衛星
本体、　（２５）はデータ中継アンテナを駆動した反作
用として生じる衛星のアジマス方向姿勢角変移、　（２
６）はデータ中継アンテナを駆動した反作用として生じ
る衛星のエレベーション方向姿勢角変移、　（２７）は
データ中継アンテナを駆動した反作用として生じる衛星
のエレベーション方向並進方向変移、　（２８）はデー
タ中継アンテナを駆動した反作用として生じる衛星のア
ジマス方向並進方向変移、　（２９）は時間Ｔ、　（３
０）は姿勢角変移Ａ、　（３１）は並進方向変移Ｂであ
る。従来のデータ中継追跡衛星は上記のように構成され
、第５図及び第６図に示すように、地球指向面パルス（
１）のアンテナベース部（２）にブーム（４）を介して
取付けられているデータ中継アンテナ（８）を、第７図
に示す回転軸（１３）を中心として駆動し低軌道を周回
するユーザ宇宙機を捕捉追尾していた。追尾系は第８図
に示すよう構成され、ユーザ宇宙機アンテナ（２０）か
ら出力されるリターン信号（２１）をデータ中継アンテ
ナ（８）を介し追尾用信号（１９）として追尾受信機（
１８）で受信、復調し、和信号Σに対する差信号Δをア
ンテナ駆動制御回路（１７）に出力しており、アンテナ
駆動制御回路（１７）はこの差信号Δが小さくなる方向
にアンテナ駆動機構を駆動する。このフィードバックル
ープによりデータ中継アンテナ（８）の指向主軸（１５
）がユーザ宇宙機アンテナ（２０）の中心に位置するよ
う制御していた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のデータ中継追跡衛星では、第９図に示す駆動方向
（２２）と駆動範囲（２３）でデータ中継アンテナ（８
）を駆動させた際に１反作用として生じた振動がブーム
（４）を介し衛星本体（２４）へ伝達し第１Ｏ図及び第
１１図に示す姿勢変動が生じていた。データ中継衛星は
低軌道を高速で周回するユーザ宇宙機を捕捉追尾する必
要があることから高精度な姿勢制御が要求される。従っ
て、データ中継アンテナ駆動時に生じる振動が姿勢制御
系へ与える影響は極めて大きく、データ中継アンテナ駆
動直後の姿勢変動をいかに押さえるかがデータ中継追跡
衛星システム設計上の大きな課題となっていた。

この発明はかかる課題を解決する為になされたものであ
り、コの字形の地球指向面パネルに設けた二枚の圧電性
セラミックスの間にデータ中継アンテナベース部を備え
ることでアンテナ駆動直後にブームに生じる振動を電気
エネルギーに変換し、抵抗によりジュール熱として放出
、除去することを特徴とするデータ中継追跡衛星を得る
ことを目的とする。

［課題を解決する為の手段］ この発明に係るデータ中継追跡衛星は、コの字形をした
地球指向面パネルに設けた二枚の圧電性セラミックスの
間に、データ中継アンテナを支えるアンテナベース部を
備え、アンテナ駆動直後にブームに生じる振動を電気エ
ネルギーに変換し抵抗からジュール熱として放出、除去
することで。

データ中継アンテナ駆動直後の振動が姿勢制御系へ与え
る影響を押さえる。

［作用］ この発明に於ては、データ中継アンテナを駆動した反作
用で生じる振動が、コの字形地球指向面パネルに設けら
れた圧電性セラミックスに応力として加わる。この応力
は圧電性セラミックス内部に電気量（電荷）を誘起し、
セラミックス間に応力に比例する電位差が生じる。この
電位差をもつセラミックスがリード線及び抵抗により接
続されていることから、応力（振動エネルギー）に比例
した電流がリード線を介し抵抗に流れる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例であるデータ中継追跡衛星の
アンテナと衛星本体との取付けを示す側面図であり、第
２図は１本発明の一実施例であるデータ中継追跡衛星の
追尾系機能ブロック図、第３図は圧電性セラミックスダ
ンパーの原理図である。

図に於いて、（１）〜（３１）は上記従来装置と全く同
一のものであり、　（３２）は、ブーム（４）で発生し
た応力を電気エネルギーに変換する圧電性セラミックス
、　（３３）はこのセラミックスに電気的に接続されて
いるリードワイヤ、　（３４）は圧電性セラミックスが
発生した電気エネルギーを検知する電流検知器、　（３
５）は抵抗切換器、　（３６）はコの字形地球指向面パ
ネル、　（３７）は、データ中継アンテナベース部、　
（３８）は地球指向アンテナベース部、　（３９）は電
流検知器が電流を検知した時に切換わるスイッチ、　（
４０）は電気エネルギーに変換された応力エネルギーを
熱として放出する抵抗、　（４１）は抵抗切換器のスイ
ッチを切換えるため電流検知器（３４）が放出する制御
信号、　（４２）は圧電性セラミックス（３２）に応力
を加える振動板である。第４図は。

圧電性セラミックス（３２）に抵抗（４ｏ）を接続せず
ＯＦＦ状態とした場合と抵抗（４０）を接続しＯＮ状態
とした場合の各振動減衰能を示す振動減衰特性図である
。図に於て、　（４３）は圧電性セラミックス（３２）
に抵抗（４０）を接続せずＯＦＦ状態とした場合の振動
減衰能、　（４４）は圧電性セラミックス（３２）に抵
抗（４０）を接続しＯＮ状態とした場合の振動減衰能、
　（４５）は振動振幅を示す振幅Ａである。

本発明の一実施例であるデータ中継追跡衛星は上記のよ
うに構成され、第１図に示すようにコの字形地球指向面
パネル（３６）とデータ中継アンテナベース部（３７）
との間に圧電性セラミックス（３２）がはさまれた構造
となっている。この為、データ中継アンテナ（８）を追
尾時に駆動させる度に反作用としてブーム（４）に生じ
る振動に比例した応力が、データ中継アンテナベース部
（３７）を介し、圧電性セラミックス（３２）に加わる
。

この応力は、圧電性セラミックス（３２）内部に電気量
（電荷）を誘起し２枚のセラミックスに各々逆の電圧が
発生する。この電位差が生じたセラミックスに電気的に
接続されたリードワイヤ（３３）には、応力に比例した
電流が流れることになる。第２図の追尾系機能ブロック
図かられかるように電流検知器（３４）はこの電流を検
知し、制御信号（４１）を抵抗切換器（３５）に出力す
る。抵抗切換器内のスイッチ（３９）はこの制御信号（
４１）により動作し、圧電性セラミックス（３２）に抵
抗（４０）を電気的に接続しＯＮ状態とする。この一連
の動作により、ブーム（４）に生じた振動は第４図に示
すＯＦＦ状態振動減衰能（４３）からＯＮ状態振動減衰
能（４４）へと変化し２機械エネルギーからリード線（
３３）を介し抵抗（４０）を流れる電流、つまり電気エ
ネルギーに変換され、抵抗（４０）に生ずるジュール熱
として放出、除去される。この、圧電性セラミックスを
利用した振動減衰能可変ダンパーの動作原理は、既に大
学等の研究機関により確認されており、第３図に示す構
造の試作品も作られている。これら試作品の動作結果か
らこうした仕組みのダンパーは、振動で発生した機械エ
ネルギーの一部を圧電性セラミックス（３２）で電気エ
ネルギーに変換し。

熱エネルギーとして外部へ放出する為、接続する抵抗（
４０）の抵抗値が大きい場合電流が流れにくくなり、抵
抗値が小さい場合ジュール熱が少な（なり、いづれの場
合も振動の減衰率が上がらないことから、減衰率を最も
高（し振動減衰効果を大きくする為に、振動板（４２）
の固有振動の周期と抵抗（４０）を流れる電流の周期が
合致するよう抵抗値を設定すれば良いことが確められて
いる。この動作特性から１本発明の一実施例であるデー
タ中継追跡衛星では、ブーム（４）に、データ中継アン
テナ（８）を駆動した際生じる振動の周波数をシステム
設計時に構造解析（柔軟構造物結合解析）結果から算出
し、その振動周期（周波数）と抵抗切換器（３５）内の
抵抗（４０）を流れる電流の周期（周波数）が合致する
よう、抵抗（４０）の抵抗値を設定することで、データ
中継アンテナ（８）駆動の反作用としてブーム（４）に
生じる振動を、最も効率良く減衰、除去することが可能
となる。第３図に示す試作品レベルでは、振動振幅がＯ
ＦＦ時の１／１０となる時間が約７０　［ｍ５ｅｃｌで
あり、Ｆｅ−１２ｗｔ％ｃｒ系防振合金とほぼ同一の性
能を実現して（１１） いる。このことから２本発明の一実施例であるデータ中
継追跡衛星では、ＰＺＴ　（ジルコン酸チタン酸鉛）系
セラミックス等の結合係数の高い圧電性セラミックスを
採用することにより、初期捕捉追尾時にブーム（４）に
生じる振動が３〜４回、圧電性セラミックスに加わった
時点で振動振幅を１／１０以下に低減、除去することが
可能になるものと思われる。尚、振動が除去されると、
抵抗（４０）を流れる電流は零となり、電流検知器（３
４）からの制御信号（４１）により、抵抗切換器内のス
イッチ（３９）が振動発生前の状態に復帰する。これに
より圧電性セラミックス（３２）と抵抗（４０）は電気
的に遮断され、ＯＦＦＦＦ状態なり、ブーム（４）の振
動特性が本来の振動特性に戻り、所要のアンテナ指向精
度が確保されることになる。

以上述べたように１本発明の一実施例であるデータ中継
追跡衛星は、低軌道を周回するユーザ宇宙機を捕捉追尾
するデータ中継アンテナが駆動する度に、その反作用と
してブームに生じる振動を、データ中継アンテナベース
部とコの字形地球（１２） 指向面パネルの間に設けた二枚の圧電性セラミックスに
より電気エネルギーに変換し、抵抗からジュール熱とし
て放出、除去することで、衛星本体への振動伝搬を防ぎ
、姿勢外乱要素の発生を押さえることができる。

ところで上記説明は９本発明を三軸姿勢安定型人工衛星
に利用する場合について述べたが、スピン安定型人工衛
星にも利用できることはいうまでもない。

［発明の効果〕 本発明は以上説明したとおり、データ中継アンテナ駆動
直後にブームに生じる振動を除去し、姿勢外乱要素の発
生を押さえる効果がある。従って、データ中継アンテナ
の指向誤差を小さくすることができ、結果的にユーザ宇
宙機の捕捉追尾精度を高める効果がある。また姿勢外乱
要素の発生を押さえることから、姿勢・軌道制御用の二
次推進系推薬の節約をはかる効果があり、延いては衛星
の長寿命化に寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるデータ中継追跡衛星の
アンテナと衛星本体との取付けを示す側面図、第２図は
本発明の一実施例であるデータ中継追跡衛星の追尾系機
能ブロック図、第３図は圧電性セラミックスダンパーの
原理図、第４図は圧電性セラミックスに抵抗を接続せず
ＯＦＦ状態とした場合と、抵抗を接続しＯＮ状態とした
場合の各振動減衰能を示す振動減衰特性図、第５図は従
来のデータ中継追跡衛星を示す外観図、第６図は従来の
データ中継アンテナの外観図、第７図は従来のデータ中
継アンテナと衛星本体との取付けを示す側面図、第８図
は従来のデータ中継追跡衛星の捕捉追尾系機能ブロック
図、第９図は従来のデータ中継追跡衛星のデータ中継ア
ンテナの駆動を示すシュミレーション図、第１０図は従
来のデータ中継追跡衛星のアンテナ駆動時の姿勢角変移
を示す図、第１１図は従来のデータ中継追跡衛星のアン
テナ駆動時の並進方向変移を示す図である。 図に於て（１）は地球指向面パネル、（２）はアンテナ
ベース部、（３）は地球指向アンテナ、（４）はブ−ム
、（５）はヨーク部、（６）は太陽電池パネル。 （７）はＲＦコンパートメント、（８）はデータ中継ア
ンテナ、（９）は副反射鏡、　（１０）は支持棒、　（
１１）はブーム固定部、　（１２）はアクセスパネル、
　（１３）は回転軸、　（１４）は衛星座標軸、　（１
５）はデータ中継アンテナ指向主軸、　（１６）はアン
テナ駆動機構、　（１７）はアンテナ駆動制御回路、　
（１８）は追尾受信機。 （１９）は追尾用信号、　（２０）はユーザ宇宙機アン
テナ、　（２１）はリターン信号、　（２２）はデータ
中継アンテナ駆動方向、　（２３）はデータ中継アンテ
ナ駆動範囲、　（２４）は衛星本体、　（２５）はアジ
マス方向姿勢角変移、　（２６）はエレベーション方向
姿勢角変移。 （２７）はエレベーション方向並進方向変移、　（２８
）はアジマス方向並進方向変移、　（２９）は時間Ｔ、
　（３０）は姿勢角変移Ａ、　（３１）は並進方向変移
Ｂ、　（３２）は圧電性セラミックス、　（３３）はリ
ードワイヤ、　（３４）は電流検知器、　（３５）は抵
抗切換器、　（３６）はコの字形地球指向面パネル、　
（３７１はデータ中継アンテナベース部、　（３８）は
地球指向アンテナベース部。 （３９）はスイッチ、　（４０）は抵抗、　（４１）は
制御信号。 （１５） （４２）は振動板、　（４３）はＯＦＦ状態振動減衰能
。 （４４）はＯＮ状態振動減衰能、　（４５）は振幅Ａを
示している。 尚、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　衛星構体であるコの字形地球指向面パネルと、このパ
   ネルのコの字部分に設けられた二枚の圧電性セラミック
   スと、このセラミックスにはさまれて設けられたデータ
   中継アンテナベース部と、このアンテナベース部にブー
   ム固定部とブームを介し取り付けられたＲＦコンパート
   メントと、このＲＦコンパートメントに固定されたデー
   タ中継アンテナと、このアンテナを駆動する度に圧電性
   セラミックスに加わる応力の為セラミックス間に生じる
   起電力により、リード線を介し流れる電流を検知する電
   流検知器と、この電流検知器からの制御信号に従い内部
   のスイッチを切換える抵抗切換器により構成され、デー
   タ中継アンテナの駆動に対する反作用としてブームに生
   じる振動を圧電性セラミックスにより電気エネルギーに
   変換し、抵抗切換器内部に備えた抵抗によりジュール熱
   として放出、除去することで衛星本体部に加わる姿勢外
   乱を無くすことを特徴とするデータ中継追跡衛星。