特開 2019-111936 多層断熱材、宇宙機、損傷診断装置、及び被検出物の検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-111936(P2019-111936A)

(43)【公開日】2019年7月11日

(54)【発明の名称】多層断熱材、宇宙機、損傷診断装置、及び被検出物の検出方法

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/68 20060101AFI20190621BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20190621BHJP

   H01L 41/193 20060101ALI20190621BHJP

   H01L 41/187 20060101ALI20190621BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20190621BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20190621BHJP

【ＦＩ】

   B64G1/68

   H01L41/113

   H01L41/193

   H01L41/187

   G01L5/00 F

   G01N27/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-246925(P2017-246925)

(22)【出願日】2017年12月22日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・ＩＳＡＳニュース、Ｎｏ．４３９、２０１７年１０月号（冊子版） 発行日 平成２９年１０月１日 ・「地球―月ラグランジュ点探査機ＥＱＵＵＬＥＵＳによる深宇宙探査ＣｕｂｅＳａｔ実現への挑戦」 ウェブサイトの掲載日 平成２９年１０月２０日 ウェブサイトのアドレス ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓａｓ．ｊａｘａ．ｊｐ／ｆｅａｔｕｒｅ／ｆｏｒｅｆｒｏｎｔ／１７１０２０．ｈｔｍｌ ・ＩＳＡＳニュース、Ｎｏ．４３９、２０１７年１０月号（ウェブ版） ウェブサイトの掲載日 平成２９年１０月２３日 ウェブサイトのアドレス ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓａｓ．ｊａｘａ．ｊｐ／ｏｕｔｒｅａｃｈ／ｉｓａｓ＿ｎｅｗｓ／ａｌｌ．ｈｔｍｌ ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓａｓ．ｊａｘａ．ｊｐ／ｏｕｔｒｅａｃｈ／ｉｓａｓ＿ｎｅｗｓ／ｆｉｌｅｓ／ＩＳＡＳｎｅｗｓ４３９．ｐｄｆ

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(72)【発明者】

【氏名】平井 隆之

(72)【発明者】

【氏名】矢野 創

【テーマコード（参考）】

2F051

2G060

【Ｆターム（参考）】

2F051AB08

2F051BA07

2G060AA09

2G060AE01

2G060AF15

2G060AG11

2G060EA04

2G060EA08

2G060KA11

(57)【要約】

【課題】搭載する宇宙機の質量の増加を抑え、広いセンサ面積により粒子の分布を計測できる多層断熱材を提供する。
【解決手段】互いに積層された複数の層１７を備える多層断熱材１６であって、複数の層１７の少なくとも１つである検出層１９は、圧電フィルム２５と、圧電フィルム２５の両面にそれぞれ設けられた一対の電極部２６，２７と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに積層された複数の層を備える多層断熱材であって、
前記複数の層の少なくとも１つである検出層は、
圧電フィルムと、
前記圧電フィルムの両面にそれぞれ設けられた一対の電極部と、を有する多層断熱材。

【請求項2】

前記検出層は、前記複数の層のうち、前記複数の層が積層された積層方向の少なくとも一方の端には配置されていない請求項１に記載の多層断熱材。

【請求項3】

前記検出層は、前記複数の層のうち、前記積層方向の端から２番目に配置されている請求項２に記載の多層断熱材。

【請求項4】

本体と、
前記本体の外面を覆う請求項１から３のいずれか一項に記載の多層断熱材と、
を備える宇宙機。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一項に記載の多層断熱材と、
前記一対の電極部間の電位差を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記多層断熱材の損傷を診断する診断部と、
を備える損傷診断装置。

【請求項6】

請求項１から３のいずれか一項に記載の多層断熱材に被検出物が衝突したことを検出する被検出物の検出方法であって、
前記一対の電極部間の電位差が、予め定められた電位差閾値を超えたときに、前記検出層に前記被検出物が衝突したと判断する被検出物の検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層断熱材、宇宙機、損傷診断装置、及び被検出物の検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、宇宙利用の安全確保のため、地球周回における微小なスペースデブリ（宇宙ゴミ）の分布を把握することが求められている。一方で、深宇宙では、太陽系の成り立ちといった惑星科学及び天文学上の重要問題を解明するため、宇宙塵の分布を理解することが重要である。これらスペースデブリ及び宇宙塵等の微粒子を計測する方法には、プラズマ等を測定することにより微粒子の衝突を電気的に検知する方法（例えば、非特許文献１参照）がある。
また、宇宙空間に部材を曝露しておき、その部材を地上に回収して衝突痕を調べることにより、微粒子のサイズ分布を見積もる方法（例えば、非特許文献２参照）がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】G. Drolshagen, H. Svedhem, and E. Gruen, “MEASUREMENTS OF COSMIC DUST AND MICRO-DEBRIS WITH THE GORID IMPACT DETECTOR IN GEO”, The Third European Conference on Space Debris, 19-21 March 2001, Vol. 1, p. 177-184

【非特許文献2】E. A. Taylor, N.R.G. Shrine, N. McBride, S.F. Green, J.A.M. McDonnell, and G. Drolshagen, “IMPACTS ON HST AND EURECA SOLAR ARRAYS COMPARED WITH LDEF USING A NEW GLASS-TO-ALUMINIUM CONVERSION”, Adv. Space Res., 1999, Vol. 23, p. 83-87

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

微粒子の直径の特に重要なサイズレンジは、数十〜数百μｍ（マイクロメートル）である。しかしながら、非特許文献１等の従来のセンサの面積（約０．１ｍ^２）では、直径が最大数μｍ程度までの微粒子の分布を計測することが限界である。センサの面積を大きくするとセンサの質量が増大するため、センサを宇宙機に搭載するのが困難になる。さらに、宇宙機の表面に広い面積の搭載機器を展開することは、熱設計・制御において特別の配慮を要求するため、宇宙機の質量の増大と同様に、汎用的に行うことはできない。
また、非特許文献２に開示された方法では、微粒子のサイズ分布の見積もりを実施する頻度が極めて限られる。このため、地球のあらゆる軌道で継続的に微粒子の分布を計測することは不可能である。

【0005】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、搭載する宇宙機の質量の増加を抑え、広いセンサ面積により微粒子の分布を計測できる多層断熱材、この多層断熱材を備える宇宙機、損傷診断装置、及びこの多層断熱材を用いた被検出物の検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明に係る多層断熱材は、互いに積層された複数の層を備える多層断熱材であって、前記複数の層の少なくとも１つである検出層は、圧電フィルムと、前記圧電フィルムの両面にそれぞれ設けられた一対の電極部と、を有することを特徴としている。
この発明によれば、検出層は圧電フィルム及び一対の電極部を有して、薄く構成されている。このため、例えば多層断熱材を宇宙機に搭載しても、宇宙機の質量が増加するのを抑えられる。すなわち、従来の多層断熱材に代えて本発明の多層断熱材を採用することにより、宇宙機の質量の増加を抑えられる。スペースデブリ、宇宙塵等の微粒子が検出層に衝突すると、微粒子の衝突により検出層の圧電フィルムが圧縮等され、一対の電極部間に電位差が生じる。この電位差を検出することにより微粒子を検出し、さらに宇宙空間の広範囲にわたって微粒子を検出することにより、宇宙空間における微粒子の分布を計測できる。
また、多層断熱材は、宇宙機に断熱材が設けられる範囲にわたって搭載され、宇宙機の外面のほとんどには断熱材が設けられるため、広いセンサ面積により微粒子の分布を計測できる。

【0007】

（２）上記（１）に記載の多層断熱材であって、前記検出層は、前記複数の層のうち、前記複数の層が積層された積層方向の少なくとも一方の端には配置されていなくてもよい。
この発明によれば、例えば、多層断熱材を、検出層が配置されていない積層方向の端が宇宙空間に露出するように宇宙機に搭載する。宇宙機の外面は、太陽の光により例えば１００℃以上という高温になる。しかし、検出層よりも宇宙空間側に少なくとも１つの層が配置されていることにより、検出層の温度が積層方向の端に配置された層よりも低下し、例えば検出層を、キュリー点（結晶構造の変化により圧電性を喪失する温度）を持つ圧電性樹脂により形成しても、検出層が太陽の光による熱に耐えられる。

【0008】

（３）上記（２）に記載の多層断熱材であって、前記検出層は、前記複数の層のうち、前記積層方向の端から２番目に配置されていてもよい。
この発明によれば、例えば、多層断熱材を積層方向の前記端が宇宙空間に露出するように宇宙機に搭載する。検出層は、宇宙空間から多層断熱材に向かって進み、検出層よりも宇宙空間側に配置された全ての層を貫通して検出層に衝突した微粒子を検出する。検出層よりも宇宙空間側に配置された層の数を１つにしたため、１つの層を貫通した微粒子を検出層で検出でき、検出層による微粒子の検出感度を向上させられる。

【0009】

（４）また、本発明に係る宇宙機は、本体と、前記本体の外面を覆う上記（１）から（３）のいずれかに記載の多層断熱材と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、搭載する宇宙機の質量の増加を抑え、広いセンサ面積により微粒子の分布を計測できる多層断熱材を用いて宇宙機を構成できる。

【0010】

（５）また、本発明に係る損傷診断装置は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の多層断熱材と、前記一対の電極部間の電位差を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記多層断熱材の損傷を診断する診断部と、を備えることを特徴としている。
この発明によれば、診断部により、検出部の検出結果に基づいて多層断熱材の損傷を診断できる。

【0011】

（６）また、本発明に係る被検出物の検出方法は、上記（１）から（３）のいずれかに記載の多層断熱材に被検出物が衝突したことを検出する被検出物の検出方法であって、前記一対の電極部間の電位差が、予め定められた電位差閾値を超えたときに、前記検出層に前記被検出物が衝突したと判断することを特徴としている。
この発明によれば、一対の電極部間の電位差が電位差閾値を超えたときに、多層断熱材に被検出物が衝突したと判断できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の多層断熱材、宇宙機、損傷診断装置、及び被検出物の検出方法によれば、搭載する宇宙機の質量の増加を抑え、広いセンサ面積により微粒子の分布を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の宇宙機における要部を模式的に示す断面図である。

【図2】同宇宙機における一部を透過した平面図である。

【図3】図１中のＡ部拡大図である。

【図4】本発明の実施形態の変形例における多層断熱材の検出層の要部を模式的に示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態の変形例における多層断熱材の要部を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の実施形態の変形例における多層断熱材の要部を模式的に示す断面図である。

【図7】球の直径が０．３ｍｍの場合における、球を多層断熱材に衝突させたときの時間に対する検出部が検出した電位差の振幅の変化を表す図である。

【図8】球の直径が１．２ｍｍの場合における、球を多層断熱材に衝突させたときの時間に対する検出部が検出した電位差の振幅の変化を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る宇宙機の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態の宇宙機１は、構体（本体）１１と、構体１１の外面を覆う多層断熱材（Multi Layer Insulation）１６と、検出部４１と、診断部４３と、を備えている。なお、図１では多層断熱材１６を分解して示している。図２では、多層断熱材１６のうち最外層フィルム１８及び間隔保持部材２２を透過して示している。
多層断熱材１６、検出部４１、及び診断部４３で、損傷診断装置２が構成される。損傷診断装置２は、多層断熱材１６のヘルスモニタリングシステムである。
構体１１の形状は、特に限定されない。例えば、構体１１は、金属等により直方体の箱状に形成されている。構体１１の側壁１２には、後述するケーブル３０，３１を挿入するための貫通孔１２ａが形成されている。

【0015】

多層断熱材１６は、互いに積層された複数の層１７を備えている。
複数の層１７は、最外層フィルム１８と、検出層１９と、中間層フィルム２０と、最内層フィルム２１と、を備えている。最外層フィルム１８、検出層１９、中間層フィルム２０、及び最内層フィルム２１は、複数の層１７が積層された積層方向Ｄの一方側から他方側に向かってこの順で並べて配置されている。
最外層フィルム１８は、例えば、ポリイミドフィルムの少なくとも一方の面にアルミニウム蒸着を施すことにより形成されている。最外層フィルム１８の厚さは、２５μｍ（マイクロメートル）以上５０μｍ以下程度である。

【0016】

検出層１９は、複数の層１７の１つである。検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの一方側の端から２番目に配置されている。検出層１９は、積層方向Ｄの一方側の端には配置されない。図３に示すように、検出層１９は、圧電フィルム２５と、一対の電極層（電極部）２６，２７と、を有している。
例えば、圧電フィルム２５は積層方向Ｄに見た平面視で矩形状に形成されている。圧電フィルム２５は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で形成されている。圧電フィルム２５は、圧電性を有し、積層方向Ｄに変形すると、積層方向Ｄの両端部間で電位差を生じる。なお、圧電フィルム２５は、圧電性を有するフィルムで形成されていればこれに限定されず、ポリ乳酸、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等で形成されてもよい。

【0017】

第１電極層（電極部）２６は、圧電フィルム２５の一方の面に配置されている。第１電極層２６は、構体１１等に接地されていて、ＧＮＤ（グラウンド）面となっている。なお、第１電極層２６が２次ＧＮＤを構成し、構体１１が１次ＧＮＤを構成するとして、第１電極層２６と構体１１とを絶縁してもよい。この場合、第１電極層２６上に絶縁性を有する保護フィルムを貼ってもよい。
第２電極層（電極部）２７は、圧電フィルム２５の他方の面に配置されている。第２電極層２７は、構体１１等に接地されていなく、ＨＯＴ（ホット）面となっている。電極層２６，２７は、圧電フィルム２５にアルミニウム蒸着すること等により層状に形成されている。第１電極層２６は、圧電フィルム２５の一方の面の全体にわたって配置されている。第２電極層２７は、圧電フィルム２５の他方の面の全体にわたって配置されている。電極層２６，２７は、平面視で圧電フィルム２５と同形状の矩形状に形成されている。
検出層１９の厚さは、例えば２０μｍ程度である。

【0018】

本実施形態では、第２電極層２７における圧電フィルム２５とは反対側には、第２保護フィルム２８が配置されている。第２保護フィルム２８は、ポリイミド等で形成されている。第２保護フィルム２８の厚さは、例えば１００μｍ程度である。第２電極層２７と第２保護フィルム２８とは、両面に粘着層を有するテープ（不図示）により、貼り付けられている。
ＧＮＤ面は、接地された多層断熱材１６の複数の層１７と同電位とするため、電気的にはＨＯＴ面のみを絶縁すればよい。このため、ＨＯＴ面である第２電極層２７を第２保護フィルム２８で覆っている。

【0019】

第１電極層２６には、図１及び図２に示す第１ケーブル３０の第１電線３０ａが接続されている。第１ケーブル３０は、第１電線３０ａと、第１電線３０ａの外面を覆う第１被覆材（符号省略）と、を有している。第１電線３０ａは、積層方向Ｄに見たときの第１電極層２６における所定の方向に延びる外縁部の中間部に接続されている。
第２電極層２７には、第２ケーブル３１の第２電線３１ａが接続されている。第２ケーブル３１は、第２電線３１ａと、第２電線３１ａの外面を覆う第２被覆材（符号省略）と、を有している。第２電線３１ａは、積層方向Ｄに見たときの第２電極層２７における所定の方向に延びる外縁部の中間部に接続されている。第１被覆材及び第２被覆材は、電気的絶縁性を有している。

【0020】

ケーブル３０，３１は、第２保護フィルム２８、中間層フィルム２０、最内層フィルム２１にそれぞれ形成された貫通孔２８ａ，２０ａ，２１ａ、及び側壁１２の貫通孔１２ａにそれぞれ挿入されている。貫通孔２８ａ，２０ａ，２１ａ，１２ａは、積層方向Ｄに並ぶように配置されている。
ただし、貫通孔２８ａ，２０ａ，２１ａ，１２ａは、最外層フィルム１８の主面に沿う一方側から他方側に向かってこの順に並ぶように配置されていてもよい。

【0021】

中間層フィルム２０は、積層方向Ｄに複数枚積層されている。中間層フィルム２０は、例えば、ポリエステルフィルムの両面にアルミニウム蒸着を施すことにより形成されている。中間層フィルム２０の厚さは、６μｍ以上１２μｍ以下程度である。
最内層フィルム２１は、例えば、ポリイミドフィルムの両面にアルミニウム蒸着を施すことにより形成されている。最内層フィルム２１の厚さは、例えば２５μｍ程度である。

【0022】

なお、検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの少なくとも一方の端には配置されていないことが好ましい。すなわち、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの一方側の端及び他方側の端にそれぞれ検出層１９が配置されていると、多層断熱材１６をどの向きに配置して構体１１の側壁１２に固定しても、複数の層１７のうち最も宇宙空間側に検出層１９が配置されるからである。検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの両端にそれぞれ配置されていなくてもよい。複数の層１７は、積層方向Ｄの２カ所以上で検出層１９を備えてもよい。
最外層フィルム１８と中間層フィルム２０との間には、複数の検出層１９が最外層フィルム１８の主面に沿って並べて配置されていてもよい。以下では、複数の検出層１９のうち、１つを検出層１９Ａと言い、他の１つを検出層１９Ｂと言う。すなわち、図１及び図２では、２チャンネルの検出層１９が示されている。

【0023】

複数の層１７のうち積層方向Ｄに隣り合う層１７の間には、間隔保持部材２２が配置されている。間隔保持部材２２は、電気的絶縁性を有する材料で形成されていることが好ましい。例えば、間隔保持部材２２にはポリエステルネットが用いられている。間隔保持部材２２の厚さは、１４０μｍ以上１９０μｍ以下程度である。
多層断熱材１６は、最外層フィルム１８が宇宙空間に暴露されるように、構体１１に固定されている。
本明細書で言うセンサ面積とは、多層断熱材１６のうち、スペースデブリ及び宇宙塵等の微粒子を検出可能な面積のことを意味する。

【0024】

複数の層１７を束ねて多層断熱材１６を構成し、この多層断熱材１６を構体１１の側壁１２に固定する方法は、特に限定されない。この例では、多層断熱材１６のアース部１６ａに以下に説明する構成が設けられている。
検出層１９Ｂ及び中間層フィルム２０が、折り畳まれたアルミニウム箔３３により積層方向Ｄに挟まれている。多層断熱材１６の最外層フィルム１８及び最内層フィルム２１は、導電性を有する金属板３４で、互いに電気的に連結されている。複数の層１７は、ボルト、リベット等の締結金具３５により、積層方向Ｄに互いに圧着され、導通が取られている。このとき、複数の層１７のうち積層方向Ｄに隣り合う層１７同士が、間隔保持部材２２を介して互いに接触する。

【0025】

金属板３４は、ボンディングワイヤと呼ばれる接地用電線３６により、構体１１の側壁１２に接地されている。
多層断熱材１６は、面ファスナー３８により側壁１２に固定されている。多層断熱材１６は、複数の層１７のうち積層方向Ｄの一方側の端（最外層フィルム１８）が宇宙空間に露出するように、宇宙機１に搭載されている。
なお、複数の層１７の外縁部を、互いに糸により縫合することにより、複数の層１７を互いに固定してもよい。

【0026】

検出部４１は、各検出層１９Ａ，１９Ｂに接続された第１ケーブル３０の第１電線３０ａ、及び第２ケーブル３１の第２電線３１ａにそれぞれ接続されている。検出部４１は、公知の電位差計等であり、検出部４１は、ケーブル３０，３１を介して電極層２６，２７間の電位差を検出する。検出部４１は、検出結果を診断部４３に送信する。
診断部４３は、図示はしないが演算回路、メモリ等を有している。メモリには、演算回路を制御するための制御プログラム、予め定められた電位差閾値、第１回数閾値、第２回数閾値等が記憶されている。電位差閾値、第１回数閾値、第２回数閾値は、予め実験等を行うことにより定められている。第１回数閾値、第２回数閾値は、検出層１９Ａ，１９Ｂに微粒子Ｐが衝突した回数と比較され、第２回数閾値は第１回数閾値よりも大きい。
診断部４３は、検出部４１の検出結果に基づいて、多層断熱材１６の損傷を診断する。

【0027】

次に、以上のように構成された宇宙機１において、多層断熱材１６に微粒子（被検出物）が衝突したことを検出する微粒子の検出方法について説明する。
図１に示すように、太陽の光Ｌが多層断熱材１６に対する積層方向Ｄの一方側から多層断熱材１６に照射する。多層断熱材１６の最外層フィルム１８は、光Ｌにより例えば１００℃以上という高温になる。しかし、検出層１９Ａ，１９Ｂは積層方向Ｄの一方側の端から２番目に配置されているため、検出層１９Ａ，１９Ｂの温度は最外層フィルム１８の温度よりも低下する。

【0028】

宇宙空間から多層断熱材１６に微粒子Ｐが接近する。微粒子Ｐは、多層断熱材１６の最外層フィルム１８を貫通し、検出層１９Ａに衝突する。検出層１９Ａの圧電フィルム２５は積層方向Ｄに圧縮され、圧電フィルム２５に生じた電位差が、ケーブル３０，３１を介して検出部４１で検出される。検出部４１は、検出結果を診断部４３に送信する。

【0029】

診断部４３の演算回路は、制御プログラム及び電位差閾値を読み込む。演算回路は、検出部４１で検出された電極層２６，２７間の電位差が電位差閾値を超えたか否かを判断する。電位差が電位差閾値を超えたときに、演算回路は検出層１９Ａに微粒子Ｐが衝突したと判断する。一方で、電位差が電位差閾値以下のときに、演算回路は検出層１９Ａに微粒子Ｐが衝突していないと判断する。演算回路は、メモリに電位差の振幅を記憶する。演算回路は、メモリに記憶した電位差の振幅から、衝突した微粒子Ｐの運動量を見積もる。
微粒子Ｐが検出層１９Ｂに衝突した場合も、同様である。

【0030】

検出層１９Ａ，１９Ｂに微粒子Ｐが衝突した時刻等は、診断部４３のメモリに記憶される。例えば、演算回路は、検出部４１が検出した微粒子Ｐの衝突回数に基づいて、多層断熱材１６の損傷を診断する。例えば、演算回路は、検出層１９Ａ，１９Ｂに微粒子Ｐが衝突した回数が第１回数閾値よりも小さければ、多層断熱材１６の断熱性能は低下していない（多層断熱材１６は損傷していない）と判断する。演算回路は、同回数が第１回数閾値以上であって第２回数閾値よりも小さければ、多層断熱材１６の断熱性能は所定の割合以上低下している（多層断熱材１６の損傷が一定以上進んでいる）と判断する。演算回路は、同回数が第２回数閾値以上であれば、多層断熱材１６の断熱性能は交換が必要なほど低下（多層断熱材１６は交換が必要なほど損傷）していると判断する。

【0031】

なお、損傷診断装置２が多層断熱材１６の損傷を診断する方法は、これに限定されない。例えば、前記の診断する方法において、検出部４１が検出した微粒子Ｐの衝突回数は、検出部４１が検出した、所定の直径以上の微粒子Ｐの衝突回数としてもよい。この場合、微粒子Ｐの直径は、微粒子Ｐの運動量等から見積もられる。
検出層１９Ａに微粒子Ｐが衝突したときに検出部４１が検出した電位差の振幅で微粒子Ｐが衝突した回数を重み付けした値の合計により、構体１１の損傷を診断してもよい。
損傷診断装置は、多層断熱材１６が外面を覆う構体（被診断物）１１の損傷を診断してもよい。

【0032】

ここで、従来技術を用いた微粒子の衝突検出装置（損傷診断装置）の例を、検出装置の質量とセンサ面積とともに表１に示す。いずれの例も、特定のミッションを目的とした一点ものの検出装置であり、その他のミッションに同一の検出装置を搭載したという事例はほぼない。

【0033】

【表1】

【0034】

表１を作成するのにあたり、引用した文献は下記の通りである。
（文献）
1. E. Gruen, et al., “The Galileo Dust Detector”, Space Science Reviews, 1992, Vol. 60, p. 317-340
2. G. Drolshagen, et al., “In Situ Measurement of Cosmic Dust and Space Debris in the Geostationary Orbit”, 2nd European Conference on Space Debris, ESA-SP 393, 1997, p. 129-134
3. R. Srama, et al., “The Cassini Cosmic Dust Analyzer”, Space Science Reviews, 2004, Vol. 114, p. 465-518
4. A. J. Tuzzolino, et al., “The Space Dust (SPADUS) instrument aboard the Earth-orbiting ARGOS spacecraft: I-instrument description”, Planetary and Space Sciences, 2001, Vol. 49, p. 689-703
5. M. Horanyi, et al., “The Student Dust Counter on the New Horizons Mission”, Space Science Reviews, 2008, Vol. 140, p. 387-402
6. K. Nogami, et al., Development of the Mercury dust monitor (MDM) onboard the BepiColombo mission”, Planetary and Space Sciences, 2010, Vol. 58, p. 108-115

【0035】

また、表１中の計測原理の欄における各用語の意味を、以下に示す。
・衝突電離：衝突電離プラズマ計測のことを意味する。金属製のセンサ面に微粒子が衝突すると、センサ面及び微粒子由来のイオンと電子からなるプラズマが発生する。このプラズマの電荷量を、検出装置の内部に形成した電場を利用して計測することにより、微粒子の衝突速度や質量が推定される。
・圧電素子：圧電信号計測のことを意味する。センサ面を圧電素子で構成することにより、微粒子の衝突で発生する圧電信号が計測され、微粒子の運動量等が推定される。

【0036】

例えば、表１のGalileoのミッションでは、検出装置としてDDSが用いられた。打上げは1989年であった。検出装置の測定原理は、衝突電離である。検出装置について、センサ面積は、０．１ｍ^２であり、質量は、４．２ｋｇである。この場合、質量面積比は、（４．２／０．１）の式から、４２ｋｇ／ｍ^２となる。
表１に示したように、従来技術を用いた検出装置の質量面積比は、少なくとも１０ｋｇ／ｍ^２である。また、センサの面積を広くすると、衛星等の宇宙機の構体の表面積をある程度占有してしまうため、宇宙機の熱設計・制御において特別の配慮が必要になる。そのため、宇宙機の質量だけでなく熱の問題によっても、センサの大面積化が妨げられる。

【0037】

これに対して、本実施形態の多層断熱材１６によれば、検出層１９Ａは圧電フィルム２５及び電極層２６，２７を有して、薄く構成されている。このため、多層断熱材１６を宇宙機１に搭載しても、宇宙機１の質量が増加するのを抑えられる。すなわち、従来の多層断熱材に代えて本発明の多層断熱材１６を採用することにより、宇宙機１の質量の増加を抑えられる。微粒子Ｐが検出層１９に衝突すると、微粒子Ｐの衝突により検出層１９の圧電フィルム２５が圧縮等され、電極層２６，２７間に電位差が生じる。この電位差を検出することにより微粒子Ｐを検出し、さらに宇宙空間の広範囲にわたって微粒子Ｐを検出することにより、宇宙空間における微粒子Ｐの分布を計測できる。
また、多層断熱材１６は、宇宙機１に断熱材が設けられる範囲にわたって搭載され、宇宙機１の外面のほとんどには断熱材が設けられるため、広いセンサ面積により微粒子Ｐの分布を計測できる。

【0038】

本実施形態の多層断熱材１６は、宇宙機１の構体１１に対応させて任意の大きさ、任意の形状、任意のチャンネル数に調節できる。さらに、多層断熱材１６は、例えば質量面積比が０．５ｋｇ／ｍ^２と、従来の検出装置に比べて非常に軽い。なお、この質量面積比には、ケーブル３０，３１、検出部４１、及び診断部４３の質量も含む。質量面積比が軽いため、通信衛星、キューブサット（小型人工衛星）等の種類によらず、多くの宇宙機に搭載可能である。
多層断熱材１６を用いることにより、地球周回においては、あらゆる軌道・時期において、微小スペースデブリ等の微粒子Ｐの分布の同時・多地点計測が可能になる。深宇宙においても、限られた飛翔機会で費用対効果を最大化可能なクルージングサイエンスが可能になる。

【0039】

検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの少なくとも一方の端には配置されていない。多層断熱材１６を、検出層１９が配置されていない積層方向Ｄの一方側の端が宇宙空間に露出するように宇宙機１に搭載する。宇宙機１の外面は、太陽の光Ｌにより例えば１００℃以上という高温になる。しかし、検出層１９よりも宇宙空間側に最外層フィルム１８が配置されていることにより、検出層１９の温度が最外層フィルム１８の温度よりも低下し、例えば検出層１９を、キュリー点を持つ圧電性樹脂により形成しても、検出層１９が光Ｌによる熱に耐えられる。
検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの一方側の端から２番目に配置されている。検出層１９は、宇宙空間から多層断熱材１６に向かって進み、検出層１９よりも宇宙空間側に配置された最外層フィルム１８を貫通して検出層１９に衝突した微粒子Ｐを検出する。検出層１９よりも宇宙空間側に配置された層１７の数を最外層フィルム１８の１つにしたため、最外層フィルム１８を貫通した微粒子Ｐを検出層１９で検出でき、検出層１９による微粒子Ｐの検出感度を向上させられる。

【0040】

多層断熱材１６がケーブル３０，３１を備えるため、検出層１９の電極層２６，２７間に生じた電位差を、電線３０ａ，３１ａを通して多層断熱材１６の外部に容易に取出すことができる。
また、本実施形態の宇宙機１によれば、搭載する宇宙機１の質量の増加を抑え、広いセンサ面積により微粒子Ｐの分布を計測することができる多層断熱材１６を用いて宇宙機１を構成できる。

【0041】

一般的に、微粒子の衝突により、多層断熱材は損傷し断熱性能が劣化する。しかし、この損傷量は、微粒子が衝突した宇宙機の部位・頻度・規模がわからなかったため、従来技術では評価できなかった。これに対して、本実施形態の損傷診断装置２によれば、診断部４３により、検出部４１の検出結果に基づいて構体１１の損傷を診断できる。多層断熱材１６を著しく損傷する微粒子Ｐの衝突した宇宙機の部位・頻度・規模を推定できるため、宇宙機１ごとの多層断熱材１６の断熱性能の経時変化を把握できる。
また、本実施形態の微粒子Ｐの検出方法によれば、電極層２６，２７間の電位差が電位差閾値を超えたときに、多層断熱材１６に微粒子Ｐが衝突したと判断できる。

【0042】

本実施形態の多層断熱材１６及び検出層１９は、以下に説明するようにその構成を様々に変形させることができる。
図４に示す検出層５１のように、検出層１９の各構成に加えて、第１保護フィルム５２を備えてもよい。第１保護フィルム５２は、第２保護フィルム２８と同様に構成され、第２保護フィルム２８と同様に第１電極層２６に貼り付けられている。圧電フィルム２５に対して積層方向Ｄの両側を保護フィルム２８，５２で挟むことにより、検出層５１に微粒子Ｐが衝突したときに、電極層２６，２７が変形しにくくなる。従って、電極層２６，２７間を短絡し難くできる。
この検出層５１の構成は、検出する微粒子Ｐの直径が数百μｍを超える場合等に有効である。

【0043】

図５に示すように、多層断熱材５６を、検出層５７と、連結フィルム５８と、中間層フィルム２０と、を積層して構成してもよい。検出層５７及び連結フィルム５８のそれぞれは、層１７である。
検出層５７は、検出層１９に対して第２保護フィルム２８を備えないように構成されている。
連結フィルム５８は、基材層６０の両面に粘着層６１，６２を配置して構成されている。基材層６０は、ポリイミド等で形成されている。粘着層６１は、検出層５７の第２電極層２７に貼り付けられている。粘着層６２は、中間層フィルム２０に貼り付けられている。
連結フィルム５８を用いて検出層５７を中間層フィルム２０に貼り付けることにより、例えば検出層５７を針で縫うことにより電極層２６，２７が短絡することを防止できる。

【0044】

図６に示す多層断熱材６６のように、本実施形態の多層断熱材１６において、第１電極層２６における前記外縁部の端部に第１ケーブル３０の第１電線３０ａを接続し、第２電極層２７における前記外縁部の端部に第２ケーブル３１の第２電線３１ａを接続してもよい。なお、図６では多層断熱材６６を分解して示している。
このように構成することにより、中間層フィルム２０、最内層フィルム２１に貫通孔２０ａ，２１ａを形成する必要がなくなる。

【0045】

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、電極部である電極層２６，２７は、層状に形成され、圧電フィルム２５の各面の全体にわたって配置されているとした。しかし、電極部は、圧電フィルム２５の各面の一部のみに配置されていてもよい。この場合であっても、電極部は、電極層２６，２７のように薄く形成されていることが好ましい。
検出層１９は、複数の層１７のうち、積層方向Ｄの一方の端に配置されていてもよい。
多層断熱材１６は間隔保持部材２２、ケーブル３０，３１を備えなくてもよい。

【0046】

（実験結果）
次に、多層断熱材を用いた実験結果について説明する。被検出物をアルミナ製の球をとして、二段式軽ガス銃を用いて球を多層断熱材に向かって衝突させた。多層断熱材の大きさは、５００ｍｍ×３００ｍｍである。球を衝突させた速度は、７ｋｍ／ｓｅｃである。
図７に、球の直径が０．３ｍｍの場合の実験結果を示す。図８に、球の直径が１．２ｍｍの場合の実験結果を示す。図７及び図８ともに、横軸は、実験を開始してからの時間（ｍｓｅｃ（ミリ秒））を表わす。縦軸は、検出部が検出した電位差の振幅（Ｖ（ボルト））を表わす。

【0047】

図７に示すように、球を衝突させる前（横軸で約１ｍｓｅｃよりも前）は、電位差の振幅が約０Ｖであった。球が多層断熱材の検出層に衝突すると、検出部が検出する電位差の振幅が急激に増加することが分かった。球が衝突した後で一定時間経過すると、電位差の振幅は約０Ｖに減衰する。この後で、さらに別の球が衝突すると、再び前述のように電位差の振幅が急激に増加して減衰する。
図８に示すように球の直径が１．２ｍｍの場合には、球の直径が０．３ｍｍの場合に比べて、電位差の振幅が急激に増加することが分かった。

【符号の説明】

【0048】

１ 宇宙機
２ 損傷診断装置
１１ 構体（本体）
１６，５６，６６ 多層断熱材
１７ 層
１９，１９Ａ，１９Ｂ，５１，５７ 検出層
２５ 圧電フィルム
２６ 第１電極層（電極部）
２７ 第２電極層（電極部）
４１ 検出部
４３ 診断部
Ｄ 積層方向
Ｐ 微粒子（被検出物）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】