第４章 VC-OHP を適用した熱設計フ ー衛星
4.7 熱設計フ ー衛星への適用可能性
147
たA5とB5の温度 低下する代わ に発熱密度 増したA9, B9の温度 そ 15 [℃], 5 [℃]程度 昇している．同 発熱密度の増加にも関わ A9 B9よ も温度変化 10 [℃]大
い とか ，MG-5の実験 A面のうちA9の部分について OHPの熱輸送性能 低いと 考え る．しかし 1[G]環境下 起 ている と あ ，Fig.4-23(c)か 微小重力実験中 に温度の変化 見 い とか ，微小重力状態の影響 ほぼ いと考え る．
4.6.5.4 微小重力実験結果のまとめ
微小重力実験の結果か ，微小重力環境下 cube OHPについて以下の点 実証 たと言え る．1) 加熱面 ザーバ温度と等しく る，2) ラ エータ面に熱入力 ある場合 も加熱面温 度 変化せ ザーバ温度に保た る，2) 発熱分布 ある場合 も加熱面 一様 温度に保た
る．た し2) について 述のようにラ エータ面への熱入力 過小 あるため変化 見 か た可能性 あ ，熱入力条件を変化させた実験による実証 必要 ある．また，3)に関 しても，発熱部分の一部 他の部分よ 10 [℃]以 高く る実験結果と てお ，理由 OHP 動作限界にあるためと考え るため，加熱面への熱入力量を小さくした条件 の実証 必要 ある．微小重力実験開始後にわ かに温度変化 見 た箇所も微小重力実験終了ま に熱平 衡に達していると見 るため，20秒間の微小重力期間 cube OHPの熱的 応答よ 長いと考 え る ，慣性の範囲内に ま ているため変化 小さい可能性も考え る．
148
状態 両隣にC面とE面という2面のラ エータ 配置さ ているため，重力環境下 ップヒー 状態にあるE-A面よ もC-B-E面間 OHP 動作しやすいの いかと考え る．
熱設計フ ー衛星に ，軌道 機能する け く地 も軌道 と同 ように機能する と 求め る．開発段階において地 にて性能試験を実施するため ある．重力環境下 の大 気中と熱真空試験の結果か ，重力の影響によ OHPの起動のしやすさに違い 生 る と ある ，OHP 自 的に機能するために加熱面の温度 ザーバ温度に保た るという温度制 御性に影響 及ぼさ いと言える．た し， OHPの大 さ 長さ やOHPを のように 熱設計フ ー衛星に配置するかに依存すると考え るため，特に今回のcube OHPよ も大型 の熱設計フ ー衛星に応用する際 重力の影響をよく検討する必要 ある．
大気中の試験と熱真空中の試験か ，加熱面に熱入力を与えても， ザーバ温度を 回るほ 加熱面の温度 い低熱入力条件 OHP 起動し い と わか た． 3.6.1 項 も示さ た現象 ある．熱設計フ ー衛星に応用する際 ，搭載機器の最低発熱量に注意す る必要 ある．搭載面の合計発熱量 小さけ OHP 起動し い，或い OHP 起動してい る際に機器発熱量 減少した場合 OHP 動作停止する懸念 ある．た し のよう 場合 も， ザーバ温度を加熱面温度以下に低く設定す OHP 起動すると熱真空試験の結果か 考え る．
OHP 起動するに ザーバ温度を 回る必要 ある ，そのオーバー ュー 分 A面と B面 異 B面 ザーバ温度を2 [℃]程度超える け 起動するのに対し，A面 10 [℃]以 超え け OHP 起動し い と 大気中試験と熱真空試験の結果か 示さ た．
の温度差 A面の2体のOHP ち も ップヒー 状態にあるのに対しB面 2体ともボ ムヒー 状態にあるため あると考え る．微小重力試験 起動を確認する試験を行 て い いためオーバー ュー 起 るか うか，加熱面の位置によ その違い あるか うか 定か い ，ボ ムヒー 状態の B 面 もオーバー ュー 見 るため，同程度のオ ーバー ュー 軌道 も起 る可能性 あ ，搭載機器の許容温度 限に対し問題 無いか を注意し け い．また，地 試験の際 特に ップヒー 状態に る面に搭載さ て いる機器 他の面よ もオーバー ュー 分 大 い可能性を考慮する必要 ある．
発熱 加熱面の9枚のヒータに均等にある場合 け く，9枚のうちの3枚や2枚，1枚 局所的にしか い場合 もOHP 動作し加熱面全体 一様 温度に保た る と 熱真空試 験と微小重力試験の結果か 示さ た．発熱 一様に るように衛星 ネル に機器を配置する 必要 く，自由 機器配置 行える可能性 示唆さ る．た し，発熱 2枚や1枚の部分に 集中する場合 温度 他の部分よ も高く ，その傾向 発熱密度最大の1枚のみに発熱 あ る場合に顕著 ある．OHP 動作限界に達してい い限 発熱 一部分に集中していても OHP 動作すると考え る ，機器の合計発熱量 同 も，多くの機器に発熱 分散さ ている場合よ も 1 つの機器に発熱 集中している場合の方 機器直下の ネルの温度 高く
る とに注意し け い．
ザーバ一定温度条件下 ラ エータ面に熱入力 あ ても加熱面の温度 一定に保た る と 熱真空試験と微小重力試験か 示さ た．熱真空試験 ，C 面に熱入力を与えた場合，
動作限界に近いC-B-E-A面間の OHP 通る C面 く，排熱能力に余裕のあるA-D面間の OHP 通るD面の温度 昇する結果 得 た．軌道 衛星の姿勢の変更 によ ラ エータ面に急 熱入力 あ ても， ザーバ付 OHPの自 的 熱輸送機能によ 加熱面温度 に影響する と く排熱 行わ る と 期待さ る．た し3章 述 たように加熱面への熱 入力 増大するとラ エータ面の温度 昇し，ラ エータ面 加熱面温度ま た時点 さ に熱入力を加えるとOHP ドライアウ する．同様にラ エータ面への軌道熱入力に関し ても，ラ エータ面の温度 加熱面温度を超えるほ に軌道熱入力 あ た場合 OHP ドラ
149 イアウ し動作停止すると考え る．
ラ エータ面への熱入力の実験結果か ，今回機器搭載面と定義したA面 B面 け く 他の面に自由に機器を配置しても，同 ように機器搭載面の温度 ザーバ温度に制御さ る可 能性 考え る．その場合 よ 機器配置設計の自由度 高く る．
熱真空試験中の ザーバの温度制御用のヒータの発熱量 最大 も 0.01 [W]以下 あ た とか ，機器発熱に比 て非常に小さい ソース 宇宙環境下 も ザーバの温度制御 可能 あると考え る．
以 のように，4.3節~ 4.6節の試験にてcube OHPの熱輸送特性を取得し， ザーバ付 OHP による熱設計フ ー衛星の実現可能性 示す と 出来た．同時に，軌道 あるい 地 にて ザーバ付 OHPによる熱設計フ ー衛星を用いる際に必要 知見 得 た．
4.8 結論
本章の研究の結論を以下にまとめる．
1. ザーバ付 OHP の熱制御機能を宇宙機に応用した例として ザーバの温度を制御す る け ，機器配置や機器発熱量の変化やラ エータ面に軌道熱入力 あ ても機器搭載面 一 定温度に保つ と る という熱設計フ ー 衛星を提案した．
2. 熱設計フ ー衛星の試作モ ルとして3体のOHPを全面に張 巡 せた30 [cm]立方の正 六面体構体モ ルを製作し，試作モ ルを使 た大気中および熱真空中の試験にて，機器発熱量 の変化やラ エータ面への熱入力 あ ても加熱面温度 ザーバの温度 一様 温度に制御 さ る とを示した．
3. 加熱面に一様に発熱 ある場合 け く，発熱 局所的にしか い場合 も ザーバ付 OHP 動作し，加熱面温度 ザーバ温度 一様 温度に保た る とを示した．た し発 熱密度 大 く る部分について 周囲の加熱面温度よ 高く る．
4. 微小重力実験よ ，微小重力環境下 も ザーバによる温度制御機能 失わ い と 示さ た．
5. 3体のOHPの起動のしやすさに 違い あ 熱入力や ザーバ温度の条件によ て OHP 起動し か た 動作を停止した する ，加熱面の温度に影響する と くOHP 自 的 に動作する と 明 かと た．
6. 加熱 面の 温 度 ザ ー バ温 度を 超 える ま 加熱面 に 熱入 力 を与 えて も ザ ーバ 付 OHP 起動せ ，また重力環境下 OHP 起動する際の加熱面温度と ザーバ温度の差 加熱 面の位置や位置によ よ 違い ある と 明 かに た．
7. 熱真空環境下において機器発熱に比 て非常に小さい ソース 宇宙環境下 も ザー バの温度制御 可能 ある と 示さ た．
150
Table 4-1 Cube OHP展開状態 の大気中試験条件
Case HTR (A) HTR (B) Re. C/E Re.D Re.F Fan
No. (W) (W) (℃) (℃) (℃) (V)
A-D-1 50
A-D-2 0, 40, 60, 40 40 50
A-D-3 40 40, 45, 50, 40, 35, 30 50
10, 20, 30, 40 , 50, 60,
70, 80, 70, 60, 50, 40 40
40
HTR(A), (B) そ A面，B面の9枚/面のヒータの発熱量(ヒータ9枚合計の発熱量)を示す．
Re. C/E, Re. D, Re. F そ C面，D面，F面に接続さ た ザーバの制御温度を示す．以降
のTable 4-2, 4-3, 4-5も同様 ある．試験 ース A(Air)-D(Developed)-数字としている．
Table 4-2 Cube OHP組立状態 の大気中試験条件
Case HTR (A) HTR (B) Re. C/E Re.D Re.F Fan
No. (W) (W) (℃) (℃) (℃) (V)
A-A-1 50
A-A-2 60 40, 60 50
A-A-3 50
40, 50, 60 40
40
50 30, 40, 50
試験 ース A(Air)-A(Assembled)-数字としている．
Table 4-3 Cube OHP熱真空試験1の実験条件 Case HTR (A) HTR (B) Re. C/E Re.D Re.F
No. (W) (W) (℃) (℃) (℃)
TV-H-1 TV-H-2
TV-H-3 0, 40, 50 70
TV-H-4 70 40, 30
A1, A4, A7 B3,B6,B9
60 60
A7,A8,A9 B7,B8,B9
60 60
A3,A7 B3,B7
60 60
A3,A4,A9 B3,B4,B9
60 60
A5 B5
60 60
30 30 30 TV-H-5
TV-H-6 TV-H-7 TV-H-8 TV-H-9
40 30 30 30 30, 40, 50, 60
60 30, 40, 50
40
試験 ース TV(Thermal vacuum)-H(Heater)-数字としている．
TV-H-5か TV-H-9ま のHTR(A)とHTR(B)に ，発熱させたヒータID (Fig.4-4 (b)参照)と，A 面また B面の1面あた の発熱量の合計を示している．TV-H-5 ~ 9のヒータ発熱位置模式図
をFig.4-12に示す．
151
Table 4-4 Cube OHP熱真空試験1の実験結果
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A 33.30 31.40 32.30 33.70 32.40 32.30 35.60 N/A 31.70 B 31.70 31.90 33.40 31.80 31.70 33.70 31.50 33.00 33.90 A 31.80 31.90 32.80 32.20 33.10 33.00 35.00 N/A 34.80 B 32.40 32.40 31.90 32.60 33.00 32.40 35.10 36.00 34.50 A 31.50 31.80 34.90 33.00 32.60 33.20 37.90 N/A 32.00 B 32.20 32.30 34.30 31.50 32.50 31.90 36.40 32.90 31.90 A 32.30 32.60 36.00 34.30 33.90 35.20 33.00 N/A 35.70 B 33.20 32.80 33.60 32.60 34.90 32.70 33.40 33.80 34.10 A 34.60 39.30 40.60 36.10 47.10 39.60 33.80 N/A 33.40 B 32.20 32.50 29.40 39.40 34.40 30.70 31.30 32.20 29.90 TV-H-6
TV-H-7 TV-H-8 TV-H-9
temperature [℃] case panel
TV-H-5
各試験 ースにおける熱平衡時の温度を示す．1~9 A面，B面のヒータ直下に貼 つけている 熱電対の時間平均温度を示している．A8 熱真空試験開始後に測定値 表示さ く てし
ま たためN/Aとしている．
Table 4-5 Cube OHP熱真空試験2の実験条件
Case HTR (A) HTR (B) Re. C/E Re.D Re.F HTR (C) HTR (D) HTR (E) HTR (F)
No. (W) (W) (℃) (℃) (℃) (W) (W) (W) (W)
TV-R-1 0 0, 5.1, 5.5 0 4.6, 5.1, 4.6
TV-R-2 4.5, 6.5, 9.1, 10.0 0 0 0
40 40
40 40
試験 ース TV(Thermal Vacuum)-R(Radiator)-数字としている．
Table 4-6 Cube OHP微小重力実験条件
Case Flight HTR (A) HTR (B) Re. C/E Re.D Re.F HTR (C) HTR (D) HTR (E) HTR (F)
No. No. (W) (W) (℃) (℃) (℃) (W) (W) (W) (W)
A1~ A9 (all) B1~ B9 (all)
60 60
A1~ A9 (all) B1~ B9 (all)
60 60
A1~ A9 (all) B1~ B9 (all)
60 60
A1, A5, A9 B1, B5, B9
60 60
A1, A9 B1, B9
60 60 0 0
3
MG-5 40 0 0
MG-2 45 0 0
1
MG-1 40
MG-3 2 45 0 0 3.2, 5.1
0
0 0 0 0
0
0 0
MG-4 40 0 0 0
試験 ース MG(Micro-Gravity)-数字としている．HTR(A)とHTR(B)に ，発熱させたヒータ
ID (Fig.4-4 (b)参照)と，A面また B面の1面あた の発熱量の合計を示している．MG-4, 5の ヒータ発熱位置模式図をFig.4-20に示す．HTR(D) ~ HTR(F)に ラ エータ面のヒータの発熱量
を示している．
152
Table 4-7 Cube OHPの各試験内容まとめ
節番号 4.5
試験ケー 名 A-D-1 A-D-2 A-D-3 A-A-1 A-A-2 A-A-3 TV-H-1 TV-H-2 TV-H-3, TV-H-4
Test-H-5
~ TV-H-9 Test-R-1, Test-R-2
MG-1,
MG-2 MG-3 MG-4, MG-5
試験 目的
エー タ面 排 熱条件
変化 試験環境
cube OHP 状態
ーバ制御 温度
40℃
一定
40℃ 一 定
30℃～
50℃ 間 5通
温度 変化
40℃
一定 40℃
一定 30℃, 40℃, 50℃
変化 30℃
一定 30℃, 40℃, 50℃
変化 40℃
一定
30℃ 一 定
40℃ 一 定
40℃, 45℃
45℃
一定 40℃
一定
加熱面1面あ た ヒ ータ発
熱量
A面，B 面共 10Wか
80W 10W 刻 増加後
40W 10W 刻
減少 A面
0か 40W 10W刻
増 加，B面 40W 固定
A面，B 面共 40W 一定
A面，B 面共 40Wか 60W
10W刻 増 加
B面 40Wか
60W 増加，A
面 60W
固定 A面，B 面共 50W 一定
A面，B 面共 30Wか 60W
10W刻 増 加
A面，B 面共 60W 一定
片面を 70W 固定し た も う片面
増加 A面，B面 共 60W 一定
A面，B 面共 40W 一
定
加熱面ヒ ータ 発熱分布
9枚/面 ヒ ータ う ち発熱 るヒ ータを
1, 2, 3枚 限定
一様 発熱分 布9枚/
面全 ヒ ータ
発熱 量
9枚/面 ヒ ータ うち発熱
るヒ ー タを2, 3 枚 限 定 エータ面
冷却方法
エータ面 へ 熱入力
D面 E
面(TV-R-1) C面 (TV-R-2) ヒ ータon
E面 ヒ ータon
OHP る熱
輸送
10W~40 W
熱輸 送 し．
40W熱 入力以 降熱輸
○
ーバ 温度 35℃以
B 面 熱 輸送 し
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
加熱面温度 OHP起 動
温度 昇，
OHP起 動後
ーバ 温度 一様 保た る
A面熱入 力負荷 直後
ーバ 温度か 10℃高い 温度
昇 る そ 後 ー バ温度
一定 A面
ーバ 温度 追従，B 面 OHP起 動以降 ーバ 温度 追従
ーバ 温度 一様 保た る
ーバ 温度 一様 保た る
A面，B 面共 30℃
ー バ温度 高く 40℃，
50℃ ー バ温度 低い
ーバ 温度 一様 保た る
ーバ 温度 一様 保た ， る ー
温度 追従し
変化 ーバ 温度 一様 保た る
ーバ 温度 一 様 保た る ， ヒ ータ 発熱 1 枚 場合
発熱部 分 温度 最大 10℃以 高い
ーバ 温度 一様 保た る
ーバ 温度 一様 保た る
ー バ温度 一様 保た る
ーバ 温度 一様 保た る
3体 OHP 動作
B-F面間 OHP
起動 3体 も起
動
B-F面間 OHP
起動 C-B-E-A
面間 OHP
起動 3体 も 起動 条
件 る
B-F面間 OHP
起動 3体 も 起動条
件 る
3体 も 起動条
件 る
3体 も 起動条
件 る
3体 も起 動 条件 る
TV-H-5 B-F 面間 OHP
起動
，TV-H-6 3
体 も起 動
3体 も起 動条件 る
3体 も 起動
条件 る
3体 も 起動 条
件 る 試験
結果
-173℃ ュ ウド 輻射熱結合 自然対流
A面，B面共 60W 一定
し 微小重力環境 ， 大気中
4.3 4.4
一様 発熱分布9枚/面全
ヒ ータ 発熱量
熱真空環境 cube OHP 動作確 認 基本的 ーバ る温度制御 機能 確認， 加熱面 発熱量や発熱
分布 変化 影響評価
し
重力環境 ， 熱真空中 組立
4.6
微小重力環境 ける cube OHP 熱輸送性能 評価 微小重力 OHP 動
作 及ぼ 影響 調査
組立
9枚/面 ヒ ータ うち発熱 るヒ ー タを1~3枚 限定 重力環境 ， 大気中
ファン
し
一様 発熱分布9枚/面全 ヒ ータ 発熱量
組立前 展開状態 ける cube OHP 動作確認 基本 的 ーバ る温度制御
機能 確認
熱真空試験実施前 展開 状態 けるcube OHP 動
作確認 基本的 ーバ る温度制御機能 確認
試験 条件
組立 展開