JP4558215B2 - 天体探査機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、月や火星等の天体の表面に着陸して探査を行う無人の天体探査機に関し、より詳しくは、大幅な小型化および軽量化を達成できるばかりでなく、天体表面における厳しい温度変化にも耐えることができ、さらには無人探査車を容易に発進させることができるように改良された天体探査機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
月面に着陸した米国の無人探査機サーベイヤー１号には３本の着陸脚が設けられ、搭載機器を着陸時の衝撃から保護するとともに着陸後の観測に備えて所定の着陸姿勢を維持するようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、着陸時の衝撃吸収能力を高めるためには着陸脚を変位させる必要があるが、所定の着陸姿勢を得るためには変位した着陸脚を所定位置まで復元させる必要がある。
このとき、着陸脚を所定位置まで復元させるために衝撃ダンパーやスプリング等を用いたのでは質量の増加が著しく、探査機を軽量化することができない。
【０００４】
また、小型探査機においては着陸脚と降下用エンジンとを接近させて配置せざるを得ないが、着陸時にエンジンの排気熱を受けて着陸脚が溶損するおそれがある。
このとき、着陸脚を断熱材で保護したのでは探査機の質量増加が著しい。
また、着陸脚と降下用エンジンとを離間させて配置すると、探査機を小型化することができない。
【０００５】
一方、月面では昼と夜とが約２０日サイクルで入れ替わるが、月面における温度は昼には摂氏１８０度もの高温となり、夜には摂氏マイナス２００度の極低温となる。
このため、夜間には月面に接触している部分から熱が奪われて搭載機器が作動しなくなるおそれもあり、月面で長期間にわたって探査を続ける場合には低温環境に対する配慮が不可欠である。
【０００６】
他方、探査機本体が着陸脚によって月面から上方に離間していると、無人の探査車を探査機本体から月面に降ろすことが困難となる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、大幅な小型化および軽量化を達成できるばかりでなく、天体表面における厳しい温度変化にも耐えることができ、さらには無人探査車を容易に発進させることができるように改良された天体探査機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する請求項１に記載の手段は、
天体表面に着陸して探査を行う天体探査機であって、
機器類を収納した直方体状の探査機本体と、
その下端が天体表面に当接して着陸時の衝撃を吸収する、前記探査機本体から下方に延設された着陸脚と、を備え、
前記着陸脚は、前記探査機本体の上下方向に延びる中心軸線を含む中央平面内に配設され、
前記探査機本体は、前記中央平面に対して平行にかつ左右対称に配設された、倒伏時に天体表面に接地する左右一対の側面を有し、
前記左右一対の側面には、この天体探査機が天体表面上に倒伏する時の衝撃を吸収する衝撃吸収手段が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の天体探査機は、その探査機本体が天体表面上に倒伏した状態で着陸が完了する。
したがって、着陸脚は着陸時の衝撃を吸収するだけで良く、探査機本体を所定の着陸姿勢に維持するために所定位置に復帰する必要がないから、衝撃ダンパーやスプリング等を不要とし、その質量を大幅に低減することができる。
また、探査機本体を倒伏させれば良いのであるから、着陸脚は１本若しくは２本あれば充分であり、探査機本体に対する配設の自由度が高く、かつ天体探査機を大幅に小型化することができる。
さらには、着陸時の衝撃吸収機能が失われない程度であれば着陸時に降下用エンジンの排気熱を受け着陸脚の一部が溶損しても良いから、着陸脚とエンジンとを接近配置することができ、天体探査機を大幅に小型化することができる。
また、着陸後に探査機本体が左右いずれの方向に横転して天体表面上に倒伏しても、天体表面に対する姿勢が全く同一の状態で天体表面上に着陸することができる。
【００１０】
また請求項２に記載の手段は、請求項１に記載の天体探査機において、前記衝撃吸収手段が、前記左右一対の側面をそれぞれ覆うセラミック製ハニカム材からなることを特徴と
【００１１】
すなわち、請求項２に記載の天体探査機によれば、左右一対の接地面をセラミック製ハニカム材によってそれぞれ覆うので、探査機本体が倒伏するときにハニカム材が圧縮変形することになり、転倒時に探査機本体に作用する衝撃を緩和することができる。
また、セラミック製のハニカム材を用いるので、金属製のハニカム材を用いる場合に比較して天体表面と探査機本体との間の熱伝導を大幅に低減することができる。
これにより、天体表面の温度が極低温となった場合でも、熱伝導によって探査機本体から熱が奪われ、探査機本体の内部に収納した機器類が作動不能となることを防止できる。
なお、セラミック材料としてケイ酸マグネシウムを用いてハニカム材を形成すると、アルミニウム製ハニカム材を用いる場合に対して熱伝導率を１００分の１以下とすることができる。
する。
【００１２】
また請求項３に記載の手段は、請求項１または２に記載の天体探査機において、前記衝撃吸収手段が、前記天体探査機が天体表面上に倒伏する前に展開して倒伏時の衝撃を吸収する、前記左右一対の側面にそれぞれ設けられたエアバッグ装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の天体探査機。
【００１３】
すなわち、請求項３に記載の天体探査機によれば、倒伏時に探査機本体に作用する衝撃をエアバッグ装置によって緩和することができる。
このエアバッグ装置は、自動車において一般的に用いられるものとほぼ同一であり、点火された推進薬が発生する大量の膨張ガスによって、例えばナイロン製の生地から風船状に形成されたエアバッグを膨らませるとともに、探査機本体と天体表面とによって挟持されると徐々にガスが抜けるように構成する。
【００１４】
また請求項４に記載の手段は、請求項１乃至３のいずれかに記載の天体探査機において、前記探査機本体の上面が凸状に形成されることを特徴とする
【００１５】
すなわち、請求項４に記載の天体探査機においては、探査機本体が横転する際に勢い余ってその上面が天体表面に接地する事態となっても、探査機本体の上面が凸状に形成されていて接地姿勢が不安定であるから、探査機本体の上面が接地した状態で倒伏することを確実に防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る天体探査機の一実施形態を、図１乃至図５を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、鉛直方向を上下方向と言い、かつ探査機本体が着陸後に横転する方向を左右方向と言う。
【００１７】
図１乃至図３に示した本実施形態の天体探査機１００は、その内部に機器類を収納する探査機本体１０を備えている。
この探査機本体１０は、略直方体の箱状に形成されるとともに、その上面１１は切妻屋根形に凸状に形成されている。
また、上面１１を形成する左右一対の蓋体１２，１３を開くと、図５に示したように無人探査車６０を天体表面Ｇ上に降ろすための道板となる。
さらに、探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５は、探査機本体１０の上下方向に延びる中心軸Ｃを含む平面Ｐに対して左右対称に配設されている。
【００１８】
探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５には、セラミック製ハニカム材２０がそれぞれ取り付けられている。
これらのセラミック製ハニカム材２０は、例えば（株）常磐電気からＧＲＡＮＤＥＸセラミックハニカムとして入手可能であり、ケイ酸マグネシウムを主成分としたノンアスベストの不燃紙とシリカ系の無機接着材、およびシリカ系の無機含浸剤からなる極めて不燃性、耐久性の高い無機質ハニカムコアである。
さらに、不燃性に優れており、摂氏８００度でのバーナ着火試験においてアルミハニカム材の変形が著しいのに対し、このセラミック製ハニカム材２０はほぼ完全にその形状を維持することができる。
【００１９】
図１に示したように、左右一対の探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５には、左右一対のエアバッグ装置３０が左右一対のセラミック製ハニカム材２０をそれぞれ貫通するように設けられている。
このエアバッグ装置３０は、自動車に用いられているものとほぼ同一の構造を有し、図４に示したように、点火された推進薬が発生する大量の膨張ガスによって例えばナイロン製の生地から風船状に形成されたエアバッグを膨らませるとともに、探査機本体１０と天体表面Ｇとによって挟持されると徐々にガスが抜けるように構成されている。
なお、エアバッグ装置３０は、後述する着陸脚５０が天体表面Ｇに接地したとき、若しくは探査機本体１０の左右方向の傾斜が所定の角度を超えたときに作動させることができる。
また、左右一対のエアバッグ装置３０を同時に作動させたり、探査機本体１０が転倒する側のエアバッグ装置３０のみを作動させたりすることができる。
【００２０】
探査機本体１０の下面には、探査機本体１０の上下方向に延びる中心軸Ｃと同軸に降下用ロケットエンジン４０が設けられ、天体表面に向かって降下するとき
に下方に向かってガスを噴射して探査機本体１０の降下速度を減少させるようになっている。
【００２１】
図１乃至図３に示したように、探査機本体１０からは前後一対の着陸脚５０が下方に延設されている。
これらの着陸脚５０は、探査機本体１０の中心軸Ｃを含む中央平面Ｐ内において前後対称に、かつ下方に向かって末広がりに延びるように配設されている。
また、これらの着陸脚５０は、図２に示したように探査機本体１０の下面に固定された外筒５１内に先端部分５２がスライド自在に嵌挿されるとともに、外筒５１内には着陸時の衝撃を吸収するハニカムコア５３が挿入されている。
なお、ハニカムコア５３に上述したセラミック製ハニカム材を用いることができる。
【００２２】
図５に示した無人探査車６０は、天体表面Ｇ上を走行するための無限軌道６１を一対の駆動輪６２，６３間に巻き回した上下対称な走行装置を有している。
そして、この無限軌道６１の上下の接地部６１ａ，６１ｂ間の上下方向内側に探査用機器６４が配設されている。
なお、この無人探査車６０は、内部にガスを封入したバッグを隙間に詰め込むことによって探査機本体１０の内部に固定されており、着陸後にこのバッグ内のガスを放出することにより固定が解除される構造となっている。
【００２３】
次に、上述した構造を有する本実施形態の天体探査機１００の作用効果について説明する。
【００２４】
本実施形態の天体探査機１００は、図１に示したように降下用エンジン４０を下方に向かって噴射しつつ天体表面Ｇに向かって降下する。
そして、図２に示したように着陸脚５０の接地部分５４が天体表面Ｇに接地すると、先端部分５２が外筒５１内にスライドしつつ没入してハニカムコア５３を圧縮変形させ、着陸時の衝撃を吸収する。
【００２５】
天体探査機１００が天体表面Ｇ上に着陸した直後には、図３に示したように前後一対の着陸脚５０によって天体表面Ｇ上に直立している。
しかながら、前後一対の着陸脚５０が探査機本体１０の中央平面Ｐ内に配置されているので、やがて左右方向のバランスが崩れ、探査機本体１０は図４に示したように天体表面Ｇに接地する部分を回動の支点として左右いずれかの方向に転倒する。
このとき、探査機本体１０の着陸直後に展開したエアバッグ装置３０がクッションとなり、探査機本体１０が天体表面Ｇ上に転倒する際の衝撃を確実に吸収することができる。
【００２６】
天体表面Ｇに向かって転倒した探査機本体１０は、図５に示したように例えば左側のセラミック製ハニカム材２０を下にして天体表面Ｇ上に倒伏する。
このとき、転倒の勢いが余って探査機本体１０の上面１１が天体表面Ｇ上に接地する事態となっても、探査機本体１０の上面が切妻屋根形に凸状に形成されているので、上面１１を下にして天体表面Ｇ上に倒伏することはない。
また、探査機本体１０の下面から延設されている前後一対の着陸脚５０がカウンタウェイトとなるので、探査機本体１０の上面１１が天体表面Ｇに接地することを妨げる。
さらに、前後一対の着陸脚５０が下方に向かって末広がりに延びているので、探査機本体１０の前後一対の側面１６，１７が天体表面Ｇに接地するように転倒することはない。
【００２７】
図５に示したように、探査機本体１０が例えば左側に転倒したときには、探査
機本体１０は左側のセラミック製ハニカム材２０を下にして天体表面Ｇ上に倒伏
する。
このとき、セラミック製ハニカム材２０は、探査機本体１０が天体表面Ｇ上に転倒する際の衝撃を自らの変形によって吸収する。
同時に、セラミック製ハニカム材２０は、探査機本体１０と天体表面Ｇとの間の熱伝動を遮断し、探査機本体１０の内部に収納した機器類が天体表面Ｇの温度の影響を受けて作動不能となることを防止する。
【００２８】
探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５は、中央表面Ｐに対して左右対称に配設されているので、そのいずれが下側となっても探査機本体１０が天体表面Ｇ上に倒伏する姿勢は同一である。
また、探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５は、それぞれ大きな矩形状の平面に形成されているので、図５に示したように探査機本体１０が天体表面Ｇ上に倒伏したときの姿勢は極めて安定している。
【００２９】
さらに、探査機本体１０が天体表面Ｇ上に倒伏した状態では、探査機本体１０の上面１１が天体表面Ｇに極めて接近する。
これにより、探査機本体１０の上面を形成する左右一対の蓋体１２，１３を開いて探査機本体１０の上部開口１８を開くと、これらの蓋体１２，１３のいずれかが道板となるので、探査機本体１０の内部に収納した無人探査車６０を容易に天体表面Ｇ上に降ろすことができる。
【００３０】
また、無人探査車６０は、上下対称に形成されるとともに探査用の機器類が上下の接地部分６１ａ，６１ｂの間に配設されているので、探査機本体１０の左右一対の側面１４，１５のいずれが下側となって天体表面Ｇ上に倒伏しても、天体表面Ｇ上に容易に発進することができる。
【００３１】
以上、本発明に係る天体探査機の一実施形態ついて詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては前後一対の着陸脚を用いているが、複数の降下用エンジンを用いる場合には、探査機本体の中心軸と同軸な一本の着陸脚のみを用いることができる。
この場合、例えばガス噴射によって探査機本体を特定の方向に転倒させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の天体探査機は、その探査機本体が天体表面上に倒伏した状態で着陸が完了する。
したがって、着陸脚は着陸時の衝撃を吸収するだけで良く、探査機本体を所定の着陸姿勢に維持するために所定位置に復帰する必要がないから、衝撃吸収ゴム等を不要とし、その質量を大幅に低減することができる。
また、探査機本体を倒伏させれば良いのであるから、着陸脚は１本若しくは２本あれば充分であり、探査機本体に対する配設の自由度が高く、かつ天体探査機を大幅に小型化することができる。
さらには、着陸時の衝撃吸収機能が失われない程度であれば着陸時に降下用エンジンの排気熱を受け着陸脚の一部が溶損しても良いから、着陸脚とエンジンとを接近配置することができ、天体探査機を大幅に小型化することができる。
加えて、探査機本体が天体表面上に倒伏した後には着陸脚が天体表面から離間するので、着陸脚を介した探査機本体と天体表面との間の熱伝導を防止できる。
【００３３】
また本発明の天体探査機は、着陸後に探査機本体が左右いずれの方向に横転して天体表面上に倒伏しても、天体表面に対する姿勢が全く同一の状態で天体表面上に着陸することができる。
【００３４】
また本発明の天体探査機は、左右一対の接地面をセラミック製ハニカム材によってそれぞれ覆うので、探査機本体が転倒するときにハニカム材が圧縮変形することになり、倒伏時に探査機本体に作用する衝撃を緩和することができる。
また、セラミック製のハニカム材を用いるので、金属製のハニカム材を用いる場合に比較して天体表面と探査機本体との間の熱伝導を大幅に低減することができる。
これにより、天体表面の温度が極低温となった場合でも、熱伝導によって探査機本体から熱が奪われ、探査機本体の内部に収納した機器類が作動不能となることを防止できる。
【００３５】
また本発明の天体探査機は、転倒時に探査機本体に作用する衝撃をエアバッグ装置によって緩和することができる。
【００３６】
また本発明の天体探査機は、探査機本体が横転する際に勢い余ってその上面が天体表面に接地する事態となっても、探査機本体の上面が凸状に形成されていて接地姿勢が不安定であるから、探査機本体の上面が接地した状態で倒伏することを確実に防止できる。
【００３７】
また本発明の天体探査機の着陸脚は、着陸時の衝撃を吸収するだけで良く所定位置に復帰する必要がないから、ハニカムコアを用いることにより極めて軽量で小型な着陸脚を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る一実施形態の天体探査機を示す全体斜視図。
【図２】 図１に示した天体探査機の側面図。
【図３】 図１に示した天体探査機の正面図。
【図４】 図１に示した天体探査機が転倒する状態を示した正面図。
【図５】 図１に示した天体探査機が天体表面上に倒伏した状態を示す正面図。
【符号の説明】
１０ 探査機本体
１１ 上面
１２，１３ 蓋体
１４，１５ 左右一対の側面
１６，１７ 前後一対の側面
１８ 開口
２０ セラミック製ハニカム材
３０ エアバッグ装置
４０ 降下用エンジン
５０ 着陸脚
５１ 外筒
５２ 先端部分
５３ ハニカムコア
５４ 接地部分
６０ 無人探査車
６１ 無限軌道
６２，６３ 駆動輪
６４ 探査用機器
１００ 本発明に係る一実施形態の天体探査機

Claims (4)

1. 天体表面に着陸して探査を行う天体探査機であって、
   機器類を収納した直方体状の探査機本体と、
   その下端が天体表面に当接して着陸時の衝撃を吸収する、前記探査機本体から下方に延設された着陸脚と、を備え、
   前記着陸脚は、前記探査機本体の上下方向に延びる中心軸線を含む中央平面内に配設され、
   前記探査機本体は、前記中央平面に対して平行にかつ左右対称に配設された、倒伏時に天体表面に接地する左右一対の側面を有し、
   前記左右一対の側面には、この天体探査機が天体表面上に倒伏する時の衝撃を吸収する衝撃吸収手段が設けられていることを特徴とする天体探査機。
2. 前記衝撃吸収手段は、前記左右一対の側面をそれぞれ覆うセラミック製ハニカム材からなることを特徴とする請求項１に記載の天体探査機。
3. 前記衝撃吸収手段は、前記天体探査機が天体表面上に倒伏する前に展開して倒伏時の衝撃を吸収する、前記左右一対の側面にそれぞれ設けられたエアバッグ装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の天体探査機。
4. 前記探査機本体は、その上面が凸状に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の天体探査機。

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