JPS61502740A - 章動制御サブシステムを有する回転安定化衛星 - 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】 発明の名称 吊動制御サブシステムを有する回転安定化衛星発明の背理 本発明は吊動制御サブシステムを有する回転安定化衛星に関づる。゛回転安定化 ″はロークー、すなわち回転部、およびプラットフォーム、すなわち逆回転（ｄ ｅｓｐｉｎ）部を有する安定化装置を特徴とする。その２つの部分は逆回転モー ターとベアリングアッセンブリによって結合されている。

回転安定化衛星は°ぐらｐき″、゛歳差運動°°、あるいは゛単動″と呼ばれる 厄介な動きを示す。そのような動きによって、衛星の幾何学的軸は、意図された 方向、すなわち方位から変位する。衛星の単動は、すなわち全体の角運ｖＪ量ベ クトルに関するベアリング、すなわち回転軸の歳差運動は、以下のような悪い結 果をもたらす。（１）ブースターの最終段階の角運動、（２）分ｉ機器の動作、 く３）流星塵の衝突、（４）ペロードが補償されない運動量を有する動きをする 、および（５）重量除去装置が回転安定化装置上で動作する。

一般に、単動を減衰させるための、１つあるいは両方の横軸上で動作可能なエネ ルギ吸収装置、すなわち運動量転送装置によって単動は減少される。エネルギ吸 収システムにより、しばしば衛星の重量はかなり重くなる。これらの受身の制動 器のいくつかは、吊動周波数に同調されなければならず、その回転速度と重量変 化に敏感である。

いくつかのシステムは単動を押えるために逆回転モータを使用している。例えば 、ローゼン（Ｒｏｓｅｎ）らによる米国特許４，０９６，４２７では、加速度計 に基づいた吊動検出器と相対回転速度検出器の出力が、単動を制動するためのモ ータに適当なトルクを掛けるようにするために、逆回転モータ制御信号を供給す るように処理される。米国特許４，２７２，０４５に開示される他の単動システ ムでは、水平検出器が使用されている。

他の単動制御システムが、米国特許３，６９５，５５４と３，８３０，４４７に 、およびスラブＦ　−（Ｌ、Ｉ　、　５ｌａｒｅｒ　）とマーバー（）」。

Ｄ、　１ｙｌａｒｂａｃｈ）による１９７５年５月の゛宇宙ｍｌとロケットのジ ャーナル″（Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓ　ｐａｃｅｃｒａｒｔ　ａｎｄ　Ｒｏ ｃｋｅｔｓ）の第１２巻ページ２８７−２９３の゛°２重回転宇宙船の動作の活 発な制ｎ’　（Ａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　［）ｙｎａｍｉｃ ｓ　ｏｆ　ａ　［）ｕａｌ−３Ｄｉｎ　５ｐａｃｅｃｒａｆｔ　）に開示されて いる。

逆回転吊動制止装置″（Ｄｅｓｐｉｎ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｎｕｔａ口Ｏｎ［）　ａ ｍｐｉｎｇ　Ｅ　１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）　（Ｄ　Ａ　Ｎ　Ｄ　Ｅ　）と言う題 の吊動制御技術が、スメ−１’　（Ｊ、　Ｗ、　ＳｌＭａｙ　）とスラブ７−（ Ｌ、ｒ。

３１ａｆｅｒ　）による、１９７６年１１月の゛宇宙船とロケットのジャーナル ”　（Ｊ　ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　５ｐａｃｅｃｒａｆｔ　ａｎｄ　Ｒｏｃｋｅｔ ｓ）の第１３巻ベージ６５０−６５９の゛単動フイ：ドバツクと慣性接続を使用 した２重回転宇宙船の安定化”　（［）　ｕａｌ−３１ａｉｎＳｐａｃｅｃｒａ ｆｔ　５ｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｏ　Ｎｕｔａ口０ｎＦｅｅｄｂａ ｃｋ　ａｎｄ　Ｉ　ｎｅｒｔｉａ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　）　ｋ、述べられティる 。

ＤＡＮＤＥシステムは、逆回転モータによって大きな単動を直接制動させ、位置 制御と吊動制動システムを独立に設計できるように、吊動角速度を検出する別々 の吊動検出器を使用している。このようにして、位’７３　（ｐｏｉｎｔｉｎａ ）制御機構の単動フィードバックによるゲインと位相は独立して調整されること ができる。

そのような単動制御システムを備えた衛星では、全ての場合に対して十分良好に 単動の問題を解決できなかった。例えば、高い指向性を必要とする通信のために 設計された衛星では、小さい単動さえも検出され、直ぐに補正されなければなら ない。加えて、さらに有効な単動制御システムは、比較的複雑である。より正確 に素早く単動を制御できる衛星システムが必要とされていた。

発明の概要 衛星通信システムは、地上局からのリモート無線周波数送信を受信するための指 向性を有するｒｆ受信器を備えた衛星を含む。衛星の回転は安定化され、その衛 星は僅かに回転するロータ、僅かに逆回転（ｄｅｓｐｕｎ）するプラットフォー ム、およびロータとプラットフォームの間の相対的な回転動作を制御するための 逆回転モータとを有する。衛星は地上局がある地球のような本体の回りの軌道に ある。

地上局からの送信は衛星のｒｆ受信器によって受信される。

送信経路と指向性を有する受信器とのアライメントの変位を示ず位置エラー信号 を発生するための手段が提供される。工に処理される。

本発明の一実施例では、位置エラーは、南北方向の成分と東西方向の成分に分け られる。そ分うち１つの成分だけが、たとえば南北方向成分だけが、吊動制御の ために必要とされる。これにより、位置制御サブシステムから吊動制御サブシス テムが外されることができる。

従って、高い指向性を必要°とするｗＴ星通信システムに適する正確で速い吊動 制御が提供される。位置制御サブシステムと結合しないですむことにより、装置 は簡略化される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による吊動制御サブシステムを備えた衛星通信システムを示す 。第２図は、単動サイクルのある一点における本発明によるＷＩ星通信システム の斜視図である。第３図は、単動サイクルの他の一点における第２図のｌ’ｌＴ 星通信システムの斜視図である。第４図は、本発明による衛星の上面図である。

第５図は第４図の衛星の平面図である。第６図は第４図の衛星のための、位置と 単動の制御サブシステムを示す。

実施例の説明 、第１図、第２図、および第３図に示されるように、衛星通信システム１００の ための吊動制御サブシステム１０３は、ｒｆ送信を行なうことができる地上局１ ０１、地上局からのリモート送信信号を受信することができる受信アンテナ１１ ３　、ｒ　ｆビーフ２位置エラー検出器１１５および逆回転モータ１１９を有す る。逆回転モータ１１９は、第１図で１２１で示されるように、ｔ！ＩＴ星の動 作を制御するように動作される。地上局１０１は、第２図と第３図に示されるよ うに地球９９、あるいは他の球体上にある。Ｗ１甲１１１の小邑分イｌｉは、ブ ラン１ヘフオーム１２５のアレイ１２４として示される慣性乗積が、少なくとも 横軸Ｙと縦軸Ｚの間にあるように配置される。（第２図と第３図の他の横軸は、 ページに垂直方向である。）このようにして、縦軸Ｚは、衛星のどんな主軸とも 同じ線上にはない。主軸は慣性乗積が存在しない軸を定義するとして理解される 。

各慣性乗積の大きさと極性は、吊動を示す信号に応答してロータ１２３のトルク とそれによる速度の変化が、縦軸Ｚの吊動を生じさせる紡ぎを減衰させるために 、非回転軸と反対方向の１−ルクを誘起するように選択される。縦軸Ｚはロータ １２３の回転軸と同じ線上にはない。

プラットフォーム１２５は第４図と第５図に示されるような前方向アンテナ１２ ９と同様に、受信アンテナ１１３と送信アンテナ１２７を支持する。実施例では 、３つのアンテナ１１３．１２７、および１２９は全てＣバンドで動作（“る。

受信アンテナ１１３は高指向性反則器１３１とフィードホーン（ｒｅｅｄｈｏｒ ｎ　）を有する。図示された送信用アンテナの反射器１３１の直径は２ｍであり 、送信用アンテナの反射器１３５の直径は３．２ｍである。

この高い指向性を有するシステム１００は、ｒｆ通信の高い効率と高い安全性と を有する。小さな吊動でさえも、そのような指向性を有するＷＩ星通信システム の効率を非常に低下させる。幸運にも、本発明による高い指向性を有する構成部 は正゛確で速い吊動制御を提供することができる。

エラー検出器１１５は、ある瞬間に、受信アンテナ１１３が地上局送信器１０１ からの信号を受信でるだめのアライメントから外れた程度を測定する。実施例で は、エラー検出器１１５は。

変位の南北成分から東西成分を切離すことができる２＠ｂのｒｆ検出器ｒある。

図示されないが、同様の検出器が送信アンテナ１２１の位置制建口のために使用 される。連続的な吊動制御には南北成分のエラー信号だけを利用づる。しかしな がら、南北成分と東西成分の組合わせか、あるいは東西成分だけが使用されるこ ともできる。

衛星１１１が軌道で適当に回転しているとき、主軸Ｚは、第２図と第３図で示さ れる回転軸Ｈ方向に存在する。しかしながら、摂動のために主軸Ｚは回転軸から の角変位を生じる。

そのような場合、主軸Ｚは予期できる吊動速度で回転軸１」に近付く。

受信アンテナ１１３が地上局１０１からの送信を受信するとき、ｒｆビーコン位 置エラ・−検出器１１５は吊動周波数に対応する周期的成分を持つエラー信号を 生じる。予め決められた予想される吊動周波数を中心とするバンドパス・フィル タを介してこのエラー信号を通すことによって、吊動を制動するように、衛星の 動作に影響を与える他の方向に逆回転モータ１１９を活性化する制御信号が作ら れる。

実施例では、新しい吊動制御サブシステム１０３には、第６図に示されるような 位置制御サブシステム１０５が組込まれている。受信アンテナ１１３は地上局１ ０１からのｒｆ送信信号を受信し、位置エラー検出器１１５の位置エラー信号は 各々東西軸１４１と南北軸１４３の直交成分に分解される。

東西成分と南北成分のエラー信号は各方向の位置を補正するために使用される。

エラー検出器１１５の東西軸１４１は比較的高いバンド幅の連続ループによって プラットフォームの東西方向の位置を制御するためのリファレンスとして使用さ れる。ローパスフィルタ１４５は、周期的成分をなくすために使用され、フィル ターを通されたエラー信号は東西方向のエラー信号が無くなるまで、逆回転モー タ１１９を活性化する。

受信アンテナ１１３の南北位置はプラットフォーム１２５に関して受信反射器１ ３１を動かすことにより補正される。この動きは、検出器１１５の南北軸１４３ からの南北成分エラー信号に応答してステッピングモータ１４９によって駆動さ れる。ローパスフィルタ１４７はステッピングモータの動作に影響を与えないよ うに南北成分のエラー信号の周期的吊動成分を除去するために使用される。ロー パスフィルタ１４７の出力はスレッシュホールドスイッヂ１３９を制御し、それ はステッピングモータ１４９を動作させる。

南北位置エラー信号の成分は吊動制御サブシステムのために保持される。南北エ ラー信号は地上局からの送信を受信するための理想的南北座標からの角度を表わ す。

吊動が起きたとき、信号は周期的成分を持ち、それは吊動周波数ど対応覆る。吊 動補償バンドパスフィルタ１１７は吊動の周波数成分を分離する。バンドパスフ ィルタ１１７は南北位置のオフセット定数を東西位置のオフセット定数に結びつ けるブロックとＡＣ的にカップリングされている。バンドパスフィルタ１１７は 望ましくない雑音信号を取除くために吊動周波数以上では実際と同じくらい速く その大きさを減少させる。

位相の、すなわち吊動制御システムの成分によって入込む遅延による既知のシス テムのエラーを補償するための位相シフタ１５１が含まれることができる。プラ ットフォームの吊動周波数は標準では約０．２５Ｈｚであり、位相シフタは吊動 制御ループの自己同調性と妥協しない。位相シフタ１５１の適当なキャリブレー ションは、経験的に、あるいは既知のアルゴリズムによって判断されることがで きる。

バンドパスフィルタ１１７と位相シフタ１５１の周期的出力はハイブリッド１５ ３で東西出力信号と共に合計される。合計された信号は逆回転モータ１１９のた めの制御信号である。逆回転モータ１１９は、東西方向の位置を補正するように 、あるいは吊動を制動するように、あるいは必要により協同して、衛星の動きに 影響を与えることができる。ハイブリッド１５３への信号の直交成分は、簡単な 組合わせを提供する。

プラットフォーム吊動周波数はフィルタの出力と同じなのと関連する横方向の角 速度を減少させる横方向反作用トルクを発生する。このようにして、フィルタ出 力、すなわち位相シフタ１１５によって適当に調整された位相が、吊動を制動す るように逆回転モータ１１９を制御するために使用される。

本発明の単動制御ザブシステムの動作は第２図と第３図に示される。これらの図 は回転安定化された衛星１１１が地球９９の回りの軌道上にあるような本発明の 実施例を示している。

ＷＩ星１１１は地上局の送信器１０１に向かってアンテナを指向づることが望ま しい。以上示されたように、プラットフォーム１２５は動的な不平衡を有する。

単動があるとき、回転軸Ｚは慣性吊動周波数において角運動ＲベクトルＨの回り で円錐形をしている。その周波数は、プラットフォーム１２５は逆回転されるの で、プラットフォーム吊動周波数に等しい。回転軸７と角運動伍ベクトルは、各 々衛星１１１の重力中心を通る。

第２図において、アンテナが後ろ方向に傾いている場合、プラットフォーム回転 トルク２１が、地球から離れるラインに沿って横方向のトルク２２を発生するこ とによって、その動きに反作用するようなプラットフォームの慣性乗積を生じる 。

横方向の角速度２３はこのとき地球に向いているので、そのような反作用は単動 角を減少させようとする。

アンテナ１１３が第３図に示されるように吊動サイクルで１８０°横方向に傾い ているとぎは逆回転トルク３１が必要である。この場合、横方向の角速度３３は 地球から離れる方向であり、プラットフォーム逆回転トルク３１は地球９９に向 かって横方向のトルク３２を発生することにより、その動きに反作用する慣性乗 積を生じる。アンテナ１１３が東西方向に傾いているときには、反作用のトルク は横方向の速度といつでも直交している。またトルクはこのとき望ましくない。

このようにして、単動を制動するために、プラットフォーム吊動周波数で正弦の 回転トルクは、示される例に対して、横方向の速度がアンテナ１１３の凹みに沿 っているとき回転のピークトルクが生じるように位相合せがなされなければなら ない。

検出器とアクチュエータの両方がプラットフォームの座標システムに基づいてい るので、上述のシステムはＤＡＮＤＥシステムより簡単で直接的である。さらに 、南北エラー信号は非富に感度がよく、単動の測定に雑音がない。本システムの 他の特徴は主に、東西方向のエラー信号に基づく位置制御サブシステム１０５が 、南北方向エラー信号に基づいて、吊動制御システムから切離されるということ である。少なくとも固定されたプラットフォームの場合には、吊動制動バスによ って結合された宇宙船の動揺（ロータの不均衡による）の効果は無視できる。

不完全さ、検出器近接接続、および柔軟構造による効果にかかわらず吊動安定性 の大きなマージンを確保するために、南北方向の信号を受信するアンテナは補償 され、単動を制動するための逆回転トルクを命令するために使用される。横方向 面の吊動速度の制動は、逆回転の慣性乗積によって供給される近接接続によって 達成される。

上述のように、回転安定化衛星システムは改良された吊動制御を組込んでいる。

図示された実施例に関する多くの変形例や改造例は以下のクレームによって定義 されるように本発明の範囲にある。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）僅かに回転する部分と、僅かに逆回転（ｄｅｓｐｕｎ）する部分と、およ び前記回転部と前記逆回転部との間の相対的な回転動作を制御するための逆回転 モータとを有する２重回転安定化衛星と、 前記衛星に無線周波数信号を送信するための送信器と、前記信号を受信し、その 信号に応答して位置エラー信号を発生するために、前記逆回転部に設けられた指 向性を有する無線周波数受信器と、および 章動を減少させるために前記モータをしてトルクを加えさせるために、制御信号 を前記逆回転モータに供給するように前記エラー信号を処理するための手段とか ら構成されることを特徴とする物体の回りを回転する衛星を有する衛星システム 。
2. （２）前記送信器は前記物体にあることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の 衛星システム。
3. （３）前記物体は地球であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の衛星シ ステム。
4. （４）前記受信器は直交する位置（Ｐｏｉｎｔｉｎｇ）信号を発生するように適 合され、前記制御信号は前記直交する位置エラー信号のうちの１つの正確に関数 であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の衛星システム。
5. （５）前記制御信号は南北位置エラー信号の関数であることを特徴とする請求の 範囲第４項に記載の衛星システム。
6. （６）僅かに回転する部分と、僅かに逆回転する部分と、および前記回転部と前 記逆回転部との間の相対的な回転動作を制御するための逆回転モータとを有する ２重回転安定化衛星と、 前記衛星に無線周波数信号を送信するためのリモート送信器と、 第１の信号を受信し、その信号に応答して第１と第２の直交する位置エラー信号 を発生するために、前記逆回転部に設けられ、その位置は前記プラットフォーム に関連して変化させられる指向性を有する無線周波数受信器と、前記第１の位置 エラー信号の関数として前記逆回転モータの動作によって前記指向性を有する受 信器の直交方向の大きさに沿って位置を制御し、前記第２の位置エラー信号の関 数として前記プラットフォームに関連して前記指向性を有する受信器の位置を調 整することによって、前記指向性を有する受信器の第２の直交方向の大きさに沿 って位置を制御するための位置制御サブシステムと、および前記第２の位置エラ ー信号の関数として前記逆回転モータの動作によって章動を制動するための章動 制御サブシステムとを具備することを特徴とする物体の回りを回転する衛星を含 む衛星システム。