宇宙用大型展開アンテナの熱変形補正に関する検討

A Study on Thermal Deformation Compensation of Large Deployable Antenna Reflector in Space

Abstract


 宇宙機が抱える課題の一つに,著しい温度変化への対応が挙げられる.実際,技術試験衛星Ⅷ型(ETS-Ⅷ : Engineering Test Satellite - Ⅷ)でも,日照時と日陰時で大型アンテナの鏡面温度が約200℃推移した.このとき,アンテナからのビーム中心が地球上で約60~100㎞移動する様子が観測された.このビームの移動現象は,大型展開アンテナの熱変形によるものと考えられている.ETS-Ⅷの場合は,ビームが広域な形状のためミッション遂行には問題はなかった.しかし,将来の通信衛星では,高い指向精度を追及していくことが想定されるため,衛星搭載用アンテナの温度変化による熱変形を制御・抑制する手法を構築する必要がある.そこで本研究では,大型展開アンテナに配置されているバネに着目し,バネ力を調整することで打ち上げ後にも能動的に熱変形を補正できるシステムを数値的に検討することを目的とする.本稿では,大型展開アンテナを数値モデル化し,熱変形解析および熱変形補正解析を実施した結果について述べる.


Space structures encounter various severe environments in space. One of these environments is severe thermal condition where the difference of temperature during day-time and night-time is about 200 degrees Celsius. A signal level of radio wave from the Large Deployable Reflector (LDR) mounted on the Engineering Test Satellite -VIII (ETS-VIII) was observed to change during the Earth eclipse. This phenomenon was assumed to be caused by thermal distortion of the LDR. Therefore, a different means to suppress the thermal distortion is proposed and demonstrated, in this study, by focusing into the internal force generated at the spring used to deploy the antenna. From the numerical results, it is confirmed that the thermal deformation can be suppressed by distributing different spring forces in four parts depending on the distances from the constraint point. Moreover, all apices that support antenna reflector were suppressed with high correction rate by controlling the spring forces and by adjusting the coefficients of thermal expansion of structural members.


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