7725697 協力物体化システム及び協力物体化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-08-08

(45)【発行日】2025-08-19

(54)【発明の名称】協力物体化システム及び協力物体化方法

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/10 20060101AFI20250812BHJP

   B64G 1/64 20060101ALI20250812BHJP

   B64G 4/00 20060101ALI20250812BHJP

【ＦＩ】

B64G1/10 500

B64G1/64 600

B64G4/00 105

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024501451

(86)(22)【出願日】2023-02-17

(86)【国際出願番号】 JP2023005769

(87)【国際公開番号】W WO2023157951

(87)【国際公開日】2023-08-24

【審査請求日】2024-05-10

(31)【優先権主張番号】P 2022022593

(32)【優先日】2022-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2022022598

(32)【優先日】2022-02-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】516041276

【氏名又は名称】株式会社アストロスケール

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100139066

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100140648

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】岩井 隆

(72)【発明者】

【氏名】西田 信一郎

(72)【発明者】

【氏名】リンゼイ，マイケル

(72)【発明者】

【氏名】藤田 勝

【審査官】諸星 圭祐

(56)【参考文献】

【文献】特許第５１３８６７１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１７－２１０２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２２６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２６２５８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－００２８１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｇ １／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化するシステムであって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体と、
前記宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に取り付けられる協力インターフェースと、を備え、
前記協力インターフェースは、光を反射するように構成された光学マーカを有する板状体である、協力物体化システム。

【請求項2】

前記板状体の表面は、吸着力を具備しており、
前記宇宙航行体は、前記板状体を把持する把持部を有しており、
前記把持部で把持された前記板状体の前記表面が前記宇宙非協力物体の前記表面に押し付けられることにより、前記板状体の前記表面が前記宇宙非協力物体の前記表面に吸着されて、前記板状体が前記宇宙非協力物体に取り付けられる、請求項１に記載の協力物体化システム。

【請求項3】

前記板状体の前記表面は、Adhesive Textile、Gecko、Belcro、及び／又は、Coldweldingを利用することにより前記吸着力を具備している、請求項２に記載の協力物体化システム。

【請求項4】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化するシステムであって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体と、
前記宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に取り付けられる協力インターフェースと、を備え、
前記宇宙航行体は、前記宇宙非協力物体の前記表面に前記協力インターフェースとしての接近マーカを塗布する塗布部を有している、協力物体化システム。

【請求項5】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化するシステムであって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体と、
前記宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に取り付けられる協力インターフェースと、を備え、
前記宇宙航行体は、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられた把持機構と、を有しており、
前記把持機構は、前記協力インターフェースが取り付けられるように、前記宇宙非協力物体を把持するように、かつ、前記ロボットアームから前記協力インターフェースとともに切り離されるように、構成されている、協力物体化システム。

【請求項6】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化する方法であって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に協力インターフェースを取り付ける工程を含み、
前記協力インターフェースは、光を反射するように構成された光学マーカを有する板状体である、協力物体化方法。

【請求項7】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化する方法であって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に協力インターフェースを取り付ける工程を含み、
前記宇宙航行体は、前記宇宙非協力物体の前記表面に前記協力インターフェースとしての接近マーカを塗布する塗布部を有している、協力物体化方法。

【請求項8】

宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化する方法であって、
宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体によって前記宇宙非協力物体の表面に協力インターフェースを取り付ける工程を含み、
前記宇宙航行体は、ロボットアームと、前記ロボットアームの先端に設けられた把持機構と、を有しており、
前記把持機構は、前記協力インターフェースが取り付けられるように、前記宇宙非協力物体を把持するように、かつ、前記ロボットアームから前記協力インターフェースとともに切り離されるように、構成されている、協力物体化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、協力物体化システム及び協力物体化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、マーカ等のインターフェースを持たない宇宙非協力物体（燃料が尽きた人工衛星やスペースデブリ等）に接近して軌道上サービスの提供やデブリ除去を行うように構成されたサービス衛星に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるサービス衛星は、形状や熱光学特性等が不定形の物体への接近や接続を行うために必要な、高度なセンシング機能や相対的な位置・姿勢の制御機能を具備している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－６５６８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、そのようなサービス衛星は、以下のような問題を抱えている。すなわち、宇宙非協力物体に接近して軌道上サービスの提供やデブリ除去を行うために必要なセンシング機能や位置・姿勢の制御機能は往々にして複雑となることが多く、また、センシングや位置・姿勢制御を高精度で実施することが困難である、という問題がある。

【0005】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、軌道上サービスの提供やデブリ除去のためにサービス衛星が宇宙非協力物体に接近等する際に必要な複雑な機能や高精度な制御を省くことができるシステム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】

前記目的を達成するため、本発明に係る協力物体化システムは、宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化するものであって、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体と、宇宙航行体によって宇宙非協力物体の表面に取り付けられる協力インターフェースと、を備えるものである。

【0007】

また、本発明に係る協力物体化方法は、宇宙空間に存在する宇宙非協力物体を協力物体化する方法であって、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体によって宇宙非協力物体の表面に協力インターフェースを取り付ける工程を含むものである。

【0008】

かかる構成及び方法を採用すると、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体によって協力インターフェースを宇宙非協力物体（燃料が尽きた人工衛星やスペースデブリ等）の表面に取り付けることができる。従って、軌道上サービスの提供やデブリ除去を行うように構成されたサービス衛星は、協力インターフェースを利用して宇宙非協力物体に容易に接近することができ、接近した後のモニタリングやドッキングを容易に行うことができる。よって、軌道上サービスの提供やデブリ除去のためにサービス衛星が宇宙非協力物体に接近等する際に必要な複雑な機能や高精度な制御を省くことができ、ランデブー、近接作業及び軌道上サービスの提供等が容易となる。この結果、デブリ除去や軌道上サービスの提供に要するコスト削減が実現されるとともに、より安全にデブリ除去や軌道上サービスを提供できる。また、安全を確保するために必要な各種の設計マージンを必要最低限にとどめられるため、デブリ除去や軌道上サービスの提供に要するコスト削減をも実現することができる。

【0009】

本発明に係る協力物体化システムにおいて、光を反射するように構成された光学マーカを有する板状体を協力インターフェースとして採用することができる。かかる場合において、板状体の表面に吸着力を具備させ、板状体を把持する把持部を宇宙航行体に設け、この把持部で把持した板状体の表面を宇宙非協力物体の表面に押し付けることにより板状体の表面を宇宙非協力物体の表面に吸着させて板状体を宇宙非協力物体に取り付けることができる。板状体の表面は、Adhesive Textile、Gecko、Belcro、及び／又は、Coldweldingを利用することにより吸着力を具備することができる。

【0010】

また、本発明に係る協力物体化システムにおいて、宇宙非協力物体の表面に協力インターフェースとしての接近マーカを塗布する塗布部を宇宙航行体に設けることができる。

【0011】

また、本発明に係る協力物体化システムにおいて、ロボットアームと、ロボットアームの先端に設けられた把持機構と、を有する宇宙航行体を採用することができる。かかる場合において、協力インターフェースが取り付けられるように、宇宙非協力物体を把持するように、かつ、ロボットアームから協力インターフェースとともに切り離されるように、構成された把持機構を採用することができる。

【0012】

かかる構成を採用すると、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体のロボットアームの把持機構に協力インターフェースを取り付け、把持機構で宇宙非協力物体を把持し、ロボットアームから把持機構を協力インターフェースとともに切り離すことにより、協力インターフェースと宇宙非協力物体とを一体とすることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、軌道上サービスの提供やデブリ除去のためにサービス衛星が宇宙非協力物体に接近等する際に必要な複雑な機能や高精度な制御を省くことができるシステムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一実施形態に係る協力物体化システムの概要を示す図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る協力物体化システムの他の適用例（単体の宇宙航行体で複数の宇宙非協力物体を処理する態様）を示す図である。

【図3】本発明の第二実施形態に係る協力物体化システムの概要を示すものであって、（Ａ）は宇宙航行体のロボットアームの把持機構で宇宙非協力物体を把持した状態を示す図、（Ｂ）は宇宙航行体の把持機構をロボットアームから切り離した状態を示す図、である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の各実施形態について、図面を用いて説明する。

【0016】

＜第一実施形態＞
まず、図１を用いて、本発明の第一実施形態に係る協力物体化システム（以下、「本システム」と称する）１の構成を説明する。本システム１は、宇宙空間に存在する宇宙非協力物体（燃料が尽きた人工衛星やスペースデブリ等）Ｃを協力物体化するものであって、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体Ｓと、宇宙航行体Ｓによって宇宙非協力物体Ｃの表面に取り付けられる協力インターフェースＭと、を備えている。

【0017】

本実施形態においては、協力インターフェースＭとして、光学マーカを有する板状体を採用している。光学マーカは、板状体の一方の表面に取り付けられており、光を反射するように構成されている。光学マーカとしては、例えば、光の出射方向を入射方向と一致させることができる再帰性反射材を有することができる。光学マーカが取り付けられる表面に断熱膜が形成される場合は、この断熱膜で吸収されるような所定波長域の光（例えば３００～４００ｎｍの波長域を有する近紫外域の光）を反射させるような光学マーカを採用することもできる。また、本実施形態における板状体の他方の表面は、Adhesive Textile、Gecko、Belcro、及び／又は、Coldweldingを利用することにより、吸着力を具備している。

【0018】

本実施形態における宇宙航行体Ｓは、協力インターフェースＭとしての板状体を把持する把持部（ロボットアーム等）を有している。宇宙航行体Ｓの把持部で板状体を把持し、板状体の表面（光学マーカと反対側にある吸着力を具備する表面）を宇宙非協力物体Ｃの表面に押し付けることにより、板状体の表面を宇宙非協力物体Ｃの表面に吸着させて板状体を宇宙非協力物体Ｃに取り付けることができる。

【0019】

本システム１を用いて宇宙非協力物体Ｃを協力物体化する方法（協力物体化方法）は、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体Ｓによって宇宙非協力物体Ｃの表面に協力インターフェースＭを取り付ける工程を含むものである。かかる工程では、例えば既に説明したように、宇宙航行体Ｓの把持部で協力インターフェースＭとしての板状体を把持し、板状体の表面（光学マーカと反対側にある吸着力を具備する表面）を宇宙非協力物体Ｃの表面に押し付けることにより、板状体の表面を宇宙非協力物体Ｃの表面に吸着させて板状体を宇宙非協力物体Ｃに取り付けることができる。

【0020】

以上の実施形態に係る協力物体化システム１においては、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体Ｓによって協力インターフェースＭを宇宙非協力物体Ｃの表面に取り付けることができる。従って、軌道上サービスの提供やデブリ除去を行うように構成されたサービス衛星Ｒ（図１参照）は、協力インターフェースＭを利用して宇宙非協力物体Ｃに容易に接近することができ、接近した後のモニタリングやドッキングを容易に行うことができる。よって、軌道上サービスの提供やデブリ除去のためにサービス衛星Ｒが宇宙非協力物体Ｃに接近等する際に必要な複雑な機能や高精度な制御を省くことができ、ランデブー、近接作業及び軌道上サービスの提供等が容易となる。この結果、デブリ除去や軌道上サービスの提供に要するコスト削減が実現されるとともに、より安全にデブリ除去や軌道上サービスを提供することができる。また、安全を確保するために必要な各種の設計マージンを必要最低限にとどめられるため、デブリ除去や軌道上サービスの提供に要するコスト削減をも実現することができる。

【0021】

なお、宇宙航行体及び協力インターフェースの構成は、本実施形態で説明した構成に限られるものではない。例えば、協力インターフェースとして、宇宙非協力物体Ｃの表面に塗布される接近マーカを採用するとともに、この接近マーカを宇宙非協力物体Ｃの表面に塗布する塗布部を有する宇宙航行体を採用することもできる。

【0022】

また、図１の実施形態においては、単体の宇宙航行体Ｓを用いて、「単体」の宇宙非協力物体Ｃに協力インターフェースＭを取り付け、当該宇宙非協力物体Ｃに対して各種サービス（軌道上サービスの提供やデブリ除去）を行った例を示したが、単体の宇宙航行体Ｓで「複数」の宇宙非協力物体Ｃに対応することもできる。

【0023】

すなわち、図２に示すように、例えば高度４００ｋｍの地球低軌道上を航行している単体のＳｅｒｖｉｃｅｒ（宇宙航行体Ｓ）を、例えば高度８００ｋｍの軌道上にあるＴａｒｇｅｔ－Ａ（第一の宇宙非協力物体Ｃ）に対して接近させ、協力インターフェースＭをＴａｒｇｅｔ－Ａに取り付ける。その後、別軌道上又は同一軌道上にあるＴａｒｇｅｔ－Ｂ（第二の宇宙非協力物体Ｃ）に対して接近させ、協力インターフェースＭをＴａｒｇｅｔ－Ｂに取り付ける。その後再び、別軌道上又は同一軌道上にあるＴａｒｇｅｔ－Ｃ（第三の宇宙非協力物体Ｃ）に対して接近させ、協力インターフェースＭをＴａｒｇｅｔ－Ｃに取り付ける。

【0024】

このように単体の宇宙航行体Ｓ（Ｓｅｒｖｉｃｅｒ）によって協力インターフェースＭが取り付けられた「複数」の宇宙非協力物体Ｃ（Ｔａｒｇｅｔ－Ａ、Ｔａｒｇｅｔ－Ｂ、Ｔａｒｇｅｔ－Ｃ）は、別々の又は同一のサービス衛星によって処理可能となる。例えば、これら「複数」の宇宙非協力物体Ｃがスペースデブリである場合には、図２に示すように、「複数」のデブリ除去用のサービス衛星Ｒが協力インターフェースＭを利用してこれら宇宙非協力物体Ｃに各々接近することができる。そして、これらデブリ除去用のサービス衛星Ｒは、これら宇宙非協力物体Ｃを各々捕獲し、これら宇宙非協力物体Ｃとともに大気圏に突入（Ｒｅ－ｅｎｔｒｙ）して（又は低高度でスペースデブリＣを放出して）デブリ除去を行うことができる。

【0025】

＜第二実施形態＞
次に、図３を用いて、本発明の第二実施形態に係る協力物体化システム１Ａの構成を説明する。本システム１Ａは、第一実施形態と同様に、宇宙空間に存在する宇宙非協力物体Ｃを協力物体化するものであって、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体Ｓと、宇宙航行体Ｓによって宇宙非協力物体Ｃの表面に取り付けられる協力インターフェースＭと、を備えている。

【0026】

本実施形態における宇宙航行体Ｓは、ロボットアームＳ_Ａと、ロボットアームＳ_Ａの先端に設けられた把持機構Ｓ_Ｇと、を有している。この把持機構Ｓ_Ｇは、協力インターフェースＭが取り付けられるように、宇宙非協力物体Ｃを把持するように、かつ、ロボットアームＳ_Ａから協力インターフェースＭとともに切り離されるように、構成されている。把持機構Ｓ_Ｇの構成は、かかる機能を果たすことができるものであればよく、特に限定されるものではない。

【0027】

なお、協力インターフェースＭとともに、ドッキングインターフェース、角速度detumblingデバイス、ドラッグセイルデバイス、軌道降下用テザーデバイス、等の各種デバイスを把持機構Ｓ_Ｇに取り付けておくこともできる。このようにすると、把持機構Ｓ_Ｇで宇宙非協力物体Ｃを把持し、ロボットアームＳ_Ａから把持機構Ｓ_Ｇをデバイスとともに切り離すことにより、デバイスと宇宙非協力物体Ｃとを一体とすることができる。

【0028】

本システム１Ａを用いて宇宙非協力物体Ｃを協力物体化する方法（協力物体化方法）は、宇宙空間を移動するように構成された宇宙航行体Ｓによって宇宙非協力物体Ｃの表面に協力インターフェースＭを取り付ける工程を含むものである。本実施形態においては、宇宙航行体ＳのロボットアームＳ_Ａの把持機構Ｓ_Ｇに協力インターフェースＭを取り付け、把持機構Ｓ_Ｇで宇宙非協力物体Ｃを把持し、ロボットアームＳ_Ａから把持機構Ｓ_Ｇを協力インターフェースＭとともに切り離すことにより、協力インターフェースＭを宇宙非協力物体Ｃに取り付けることができる。

【0029】

以上の実施形態に係る協力物体化システム１Ａにおいても、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0030】

本発明は、以上の各実施形態に限定されるものではなく、これら実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0031】

１・１Ａ…協力物体化システム
Ｃ…宇宙非協力物体
Ｍ…協力インターフェース
Ｓ…宇宙航行体
Ｓ_Ａ…ロボットアーム
Ｓ_Ｇ…把持機構

【図1】

【図2】

【図3】