JPH10512517A - 衛星燃料供給システムおよびそのための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自己充足型の燃料供給モジュール（１０）は打ち上げの前に衛星（５０）に燃料供給するのに必要な正確な量のヒドラジンを提供する。該燃料供給モジュール（１０）は推進剤タンク（１４）、真空タンク（１２）および加圧剤タンク（１６）を含む。ヒドラジンで充填された、推進剤タンクは打ち上げサイトに輸送され、そこで前記燃料供給モジュールに据え付けられる。打ち上げの前に、前記燃料供給モジュールは衛星に接続されかつヒドラジンがヘリウム加圧剤によって衛星の燃料タンクに駆動注入される。ヘリウムはまた衛星の燃料タンクを飛行圧力まで加圧する。いずれの残留する燃料も真空タンクによって接続部（４５）および燃料移送ライン（４２）から排気される。作業員はヒドラジンに露出する危険がないため自己充足型の大気圧環境（ＳＣＡＰＥ）服を着用する必要はない。

Description

【発明の詳細な説明】 衛星燃料供給システムおよびそのための方法 発明の分野 本発明は一般的には衛星の燃料供給操作に関する。より特定的には、本発明は ヒドラジン（ｈｙｄｒａｚｉｎｅ）のような燃料を打上げサイトにおいて衛星に 積載することに関する。 発明の背景 すべての衛星はそれらのロケットエンジンおよび反動推進エンジン（ｔｈｒｕ ｓｔｅｒｓ）のために燃料を必要とする。典型的な推進システムはヒドラジン（ Ｎ₂Ｈ₄）およびヒドラジンの混合物を使用する。ヒドラジンおよびヒドラジン混 合物はそれらの腐食性の、焼灼性の、爆発性のかつ有毒な特性のため危険な材料 である。これらの推進燃料の輸送および取扱いにおいては特別の注意を行わなけ ればならない。政府機関によって特別の手続きも要求されている。 推進燃料は打上げに先立ち衛星の中に積載されなければならない。ヒドラジン は例えば一般的には標準的な５５ガロンのドラムかんで打上げサイトへと輸送さ れる。蒸気の状態では、ヒドラジンは触媒作用または電気的スパークか ら爆発を引き起こすような早い速度で自己分解（ａｕｔｏ−ｄｅｃｏｍｐｏｓｅ ）する可能性がある。ヒドラジンは有毒でありかつ皮膚を通して容易に吸収され または摂取される。職業安全および健康のための国家機関（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎ ｄ Ｈｅａｌｔｈ：ＮＩＯＳＨ）はヒドラジンにさらされることによって引き起 こされる癌の危険性を低減するためにヒドラジンを取り扱う上で厳格な注意を勧 告している。ＮＩＯＳＨが提示する標準は作業環境の空気濃度は従業員が任意の １５分のサンプル期間の間に０．０４ｍｇ／ｍ³（０．０３ｐｐｍ）より大きな 濃度にさらされないように制御すべきことを述べている。ヒドラジンに関する付 加的な情報は米国商務省、ＡＤ−Ａ０６４ ６７５の「ヒドラジンの蒸発および 少しのもれの浄化のための手順の研究（Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｅｖａｐｏｒａ ｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎｕｐ ｏｆ Ｓｍａｌｌ Ｓｐｉｌｌｓ）」に見ることができる。 ヒドラジンの危険な特性は容器および輸送モードの特別の検定または証明なら びに特別の取り扱いを必要とする。もれは危険な事故と考えられかつヒドラジン の取り扱いの間のもれの可能性のため特別の取り扱い手順を要求している。もれ が有り得る取扱い操作の間に、従業員は自己充足型の大気圧環境（ｓｅｌｆ−ｃ ｏｎｔａｉｎｅｄ ａｔｍ ｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ：ＳＣＡ ＰＥ）服を着ることを要求される。すべての必須でない人はヒドラジンにさらさ れる可能性のある領域から排除されなければならない。 伝統的な衛星燃料供給操作は燃料供給カート、ヒドラジンの５５ガロンのドラ ムかん、液体窒素（ＬＮ₂）のタンク、ヘリウムまたは気体窒素（ＧＮ₂）のタン ク、イソプロピルアルコールおよび廃棄用タンクを使用して行われてきた。ＳＣ ＡＰＥ服を着用したほぼ６人の人間が衛星の燃料供給のために４時間から８時間 の間必要とされる。衛星のための伝統的なセットアップおよび燃料供給手順は複 雑でありかつ危険である。 当業者はこれらの伝統的な衛星燃料供給操作に関連して数多くの不都合および 困難があることに気がつくであろう。 これらの不都合はもれの高い確率を有しＳＣＡＰＥ服を多くの燃料供給操作の間 に着用しなければならない。これらの服のかさばる性質のため、それらを含むす べての操作は効率が悪くかつ例えば機器の衝突のために不測のもれを生じる可能 性を増大する。さらに、ＳＣＡＰＥ服は非常に高価でありかつ衛星の燃料供給操 作のコストを大幅に増大させる。 伝統的な衛星の燃料供給操作に対する他の不都合は衛星と燃料カートの間に形 成される接続部から残留する燃料を除去する方法がないことである。残留燃料は 健康にとって 重大でありかつ環境的に危険である。その結果、ヒドラジンの滴下は阻止されか つ処置されなければならない。 伝統的な衛星の燃料供給操作に対する他の不都合は燃料（通常、ヒドラジンま たはヒドラジン混合物）が供給者から５５ガロンのドラムかんで輸送されること である。５５ガロンのドラムかんはかさばりかつ作業が困難でありもれの危険性 を増大する。ドラムかんは打上げサイトにおいて開かれかつ燃料蒸気が大気中に 放出される。大気への露出は燃料の汚染の可能性の危険を増大する。汚染された 燃料はもはや使用することができずかつ廃棄されなければならない。燃料を廃棄 することは燃料が危険な材料であるため特別の手順を必要とする。 伝統的な衛星の燃料供給操作の他の不都合は５５ガロンのドラムかんの燃料の 量は典型的には衛星が必要とするものを超えることである。適切な量の燃料を受 け渡すために伝統的な衛星の燃料供給操作は典型的には燃料供給サイトにおいて 燃料の検量を必要とする。検量プロセスは時間を浪費しかつ人間のエラーの可能 性のため衛星の燃料タンクを適切に充填しない危険を増大する。５５ガロンのド ラムかんは完全に空にすることはできずかつ余分の燃料は廃棄されなければなら ない。５５ガロンのドラムかんを使用することに伴う他の問題は米国運輸省（Ｄ ＯＴ）が最近５５ガロンのドラムかんでのヒドラジンの輸送を禁止したことであ る。 伝統的な衛星の燃料供給操作に対する他の不都合は典型的な燃料カートは５５ ガロンの燃料ドラム、廃棄ドラム、イソプロピルアルコール用ドラム、廃棄蒸気 排出口（ｗａｓｔｅ ｖａｐｏｒ ｖｅｎｔｓ）およびヘリウムまたは気体窒素 （ＧＮ₂）のボトルを取り付けることを必要とすることである。それはまた衛星 への多数のアタッチメントまたは連結装置（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｓ）を必要と する。これらの接続部の各々はもれおよび露出の機会があることを示す。さらに 、各々の接続は時間を浪費するものである。打上げ設備はヒドラジンを取り扱う ことができる廃棄蒸気排出口をもつかあるいは有害な蒸気の洗浄器（ｓｃｒｕｂ ｂｅｒ）を提供しなければならない。 伝統的な衛星の燃料供給操作の他の不都合は燃料供給用カートが複雑であり平 均障害間隔（ＭＴＢＦ）が短い結果となることである。短いＭＴＢＦの結果とし て、スペア部品が貯蔵されかつ燃料供給用カートの修理のために燃料供給サイト における作業員の特別の訓練が必要とされる。さらに、伝統的な燃料供給用カー トの複雑な操作は専門家でない技術者が燃料供給操作を行うことを許容しない。 特別に訓練された作業員が必要なことは伝統的な衛星の燃料供給操作のコストを 大幅に増大する。他の不都合は伝統的な燃料供給用カートは真空ポンプおよび制 御システムに給電するために電気を必要とすることである。電気を使用すること はスパークおよび爆発の危険性を大幅に増大する。 明らかに、伝統的な衛星の燃料供給操作は危険であり、時間を浪費しかつ高価 であり、そして重大な有害廃棄物の処分を必要とする。伝統的な衛星の燃料供給 操作によれば、典型的には１つの衛星のみが打上げのために準備される。しかし ながら、数多くの衛星が単一のプラットホームで打上げられるとき、伝統的な燃 料供給手法は非常に時間がかかりかつ高価である。伝統的な手法はまた数多くの 衛星を規則的なベースで打上げる必要がある場合に実用的ではない。 従って、必要なことは有害な廃棄物の量を低減する一方で、安全に、迅速かつ コスト効率のよい方法で衛星に燃料を供給する方法および装置である。さらに必 要なことは、総合的にそれ自体で完全な（ｓｅｌｆ−ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）か つ外部の設備を必要としない衛星に燃料を供給するための方法および装置である 。また、ＳＣＡＰＥ服を着用することを作業員に要求しない衛星に燃料を供給す るための方法および装置も必要である。さらに、残留燃料を大気中に露出するこ となく衛星への接続部から残留燃料を除去する衛星に燃料を供給するための方法 および装置も必要である。また、５５ガロンのドラムかんを使用する必要をなく し、燃料の廃棄および燃料の汚染を防止し何らの燃料も処分される必要がないよ うにする衛星に燃料を供給するための方法および装置も必要である。 さらに必要なことは打上げサイトにおいて燃料を検量す ることを必要とせずかつ廃棄物ドラムかん、イソプロピルアルコール用ドラムか んおよび廃棄蒸気排出口を除去する衛星に燃料を供給するための方法および装置 も必要である。従って、さらに必要なことは衛星に燃料を供給する操作の間に形 成される接続部の数を低減しかつ打上げ設備が廃棄蒸気排出口またはヒドラジン を取り扱うことができる有害な蒸気の洗浄器を持つ必要性を除去する方法および 装置である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星および一 体化された燃料供給モジュールのブロック図を示す。 図２は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星燃料供給 手順のフローチャートを示す。 図面の詳細な説明 本発明は、とりわけ、総合的にそれ自体で完全なかつ外部設備を必要としない 自己充足衛星燃料供給システムを提供する。それは必要な量の精製された推進剤 （ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）、与圧または加圧剤（ｐｒｅｓｓｕｒａｎｔ）、真空 タンクおよび打上げ前に衛星に燃料を供給するための移送ライン（ｔｒａｎｓｆ ｅｒ ｌｉｎｅｓ）を含む。本発明はまた衛星に推進剤を積載する改善された方 法を提 供する。 「衛星（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）」はここでは地球の軌道を周回しあるいは地球 の大気圏を去るよう意図されかつその軌道または飛行経路を維持するために推進 剤を必要とする任意の人工的な物体または車両を意味するものとして定義される 。用語「衛星」は低高度地球軌道周回（ＬＥＯ）衛星を含めて、静止衛星および 軌道周回衛星の双方および／またはそれらの組合わせを含むことを意図している 。 典型的な衛星に燃料を供給するための伝統的な手順は燃料供給用カート、５５ ガロンのヒドラジンのドラムかん、液体窒素（ＬＮ₂）のタンク、ヘリウムまた は気体窒素（ＧＮ₂）のような加圧剤のタンク、イソプロピルアルコールおよび 廃棄用タンクを必要とする。伝統的な燃料供給用カートは推進剤および加圧剤の ための充填ツールを含む。移送ラインは衛星に接続され、排出口が設けられかつ もれが試験される。イソプロピルアルコールおよび廃棄用タンクがセットアップ されかつ排出または抽出装置（ｅｄｕｃｔｏｒｓ）が挿入される。ヒドラジンの ドラムかんがスケーリング用プラットホームの上に置かれかつ検量される。抽出 装置アセンブリがヒドラジンのドラムに挿入され、燃料供給カートに接続されか つもれが試験される。ヒドラジンのドラムは次に燃料供給用カートを使用してほ ぼ１５ｐｓｉに加圧剤によって圧力がかけられる。この操作の間に、すべての作 業員はヒドラジンへの露出の危険のため、高価 な、自己充足式の大気圧環境（ＳＣＡＰＥ）服を着用することを要求される。 伝統的な燃料供給操作においては、燃料供給用カートは真空ポンプおよび温度 および圧力を監視する制御システムのために１１５ＶのＡＣ電力設備に接続され る。ＬＮ₂のコールドトラップ（ｃｏｌｄ ｔｒａｐ）が充填され、それによっ て水蒸気または有害な材料が真空ポンプに入らないようにされる。推進システム および移送ラインが燃料供給用カートの真空ポンプを使用してほぼ１トール（ｔ ｏｒｒ）まで排気される。ヒドラジンの排出装置バルブおよび燃料供給用カート の流量制御バルブが開かれ、それによってヒドラジンが１５ｐｓｉの圧力の下で 衛星の燃料タンクに移送される。 伝統的な燃料供給操作においては、衛星の燃料タンクが次に圧縮剤または加圧 剤によってほぼ５０ｐｓｉまで加圧され、一方衛星の燃料タンクの圧力および温 度は非両立性（ｉｎｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）またはリーケージの何らかの 指示に対して監視される。加圧剤充填バルブが開かれかつ衛星の燃料タンクが次 にほぼ３００および６００ｐｓｉの間である飛行（ｆｌｉｇｈｔ）圧力まで加圧 される。燃料移送ラインは次にイソプロピルアルコールによって洗い流され（ｆ ｌｕｓｈｅｄ）かつ加圧剤によって一掃または清浄され（ｐｕｒｇｅｄ）いずれ の残っている残留ヒドラジンをも希釈する。 伝統的な燃料供給操作においては、充填用ツールが衛星から切り離される。作 業員はこの操作のためにもＳＣＡＰＥ服を着用しなければならない。衛星の燃料 タンクの圧力および温度が非両立性またはリーケージの徴候に対し絶えず監視さ れる。ヒドラジンのドラムかんが切り離されかつもし必要であればイソプロピル アルコールおよび廃棄用ドラムかんはタンク排出（ｄｅｔａｎｋｉｎｇ）操作の ために取り付けられたままにされる。タンク排出操作は推進剤を衛星の燃料タン クから廃棄用ドラムかんへと降ろし、それをイソプロピルアルコールによって洗 い流しかつそれをヘリウムによって一掃する。 本発明の好ましい実施形態では、衛星のために一体化された燃料供給モジュー ルが提供され、あるいはいくつかの衛星に燃料供給が行われる場合は、各々の衛 星に対し１つの一体化された燃料供給モジュールが設けられる。オペレータは適 切なバルブを回して燃料を加圧しかつ衛星の燃料タンクを加圧するのみでよく、 それは推進剤および加圧剤の量はあらかじめ検量されておりかつあらかじめ測定 されているからである。この動作の単純さは以下の説明を読んだ後には当業者に は明らかであろう。 図１は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した一体化燃料供 給用モジュールおよび衛星のブロック図を示す。衛星５０は、とりわけ、高圧ラ イン５６によって結合された衛星燃料タンク５２およびバルブ５４を含 む。一体化燃料供給用モジュール１０は真空タンク１２、燃料移送タンク１４、 加圧剤（ｐｒｅｓｓｕｒａｎｔ）タンク１６および調整可能な圧力調節器または レギュレータ（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）４６を含む。調整可能な圧力調節器は好ま しくは少なくとも１００から５００ｐｓｉの調整範囲を有する。バルブ２６は加 圧剤タンク１６および圧力調節器４６の入力または入力部を結合する。圧力調節 器４６の出力または出力部は３方向Ｔ字管４３に結合され、該Ｔ字管４３はバル ブ２８および２５に接続している。バルブ２５は燃料移送タンク１４の入力に結 合され、かつバルブ２８は図示のごとく４方向コネクタ４１の第１のポートに結 合されている。バルブ２４は燃料移送タンク１４および４方向コネクタ４１の第 ２のポートの間に結合されている。バルブ２７は真空タンク１２と４方向コネク タ４１の第３のポートの間に結合されている。 一体化燃料供給用モジュール１０の出力は４方向コネクタ４１の第４のポート である。低圧ライン３２が真空タンク１２に結合され、一方高圧ライン３３，３ ４，３５，３６および３８が他の要素の間に図示のごとく結合されている。当業 者は図１に示されたもの以外に付加的なライン、バルブおよび他の構成要素が必 要とされる場合があることを理解するであろう。 一体化燃料供給用モジュール１０はまた腐食に耐えかつ推進剤と両立する軽量 の（ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ）フレ ーム（図示せず）を含む。アルミニウムが使用できる材料の１つである。該フレ ームは好ましくは取り付けられたキャスタまたは車輪に結合され、それによって モジュール１０が容易に移動できるようにされる。前記フレームは望ましくは一 体化されたフォークリフト用ポケット、クレーン操作のための持上げ用リングお よび固定または取付けポイントを有する。 一体化燃料供給用モジュール１０の出力は外部高圧燃料移送ライン４２に結合 され、該移送ライン４２はバルブ２３に結合されている。バルブ２３およびバル ブ５４は衛星に燃料を供給する前に接続部４５においていっしょに結合される。 好ましい実施形態では、加圧剤タンク１６は圧縮された窒素または圧縮された ヘリウムのような不活性ガスで充填されかつ望ましくは毎平方インチ当たり１２ ００および２０００ポンド（ｐｓｉ）の間に加圧される。加圧剤タンク１６は好 ましくは少なくとも４０標準立法フィート（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｆ ｏｏｔ：ｓｃｆ）の容量を有する少なくとも２０００ｐｓｉの定格の米国運輸省 （ＤＯＴ）が承認した圧力容器である。前記加圧剤は望ましくはＭＩＬ−Ｐ−２ ７４０７グレードＢの要件に合致することが証明されたものとされる。 燃料移送タンク１４は好ましくはヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）、モノメチルヒドラジ ン（ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌ−ｈｙｄ ｒａｚｉｎｅ）またはヒドラジン混合物のような衛星の推進剤で充填される。し かしながら、燃料移送タンク１４には事実上任意の推進剤または酸化剤（ｏｘｉ ｄｉｚｅｒ）を含めることができる。好ましくは、燃料移送タンク１４は１００ および４００ポンドの間のヒドラジンを含みかつ汚染を防止するためほぼ１００ ｐｓｉの比較的低い圧力で加圧される。前記推進剤は望ましくはＭＩＬ−Ｐ−２ ６５３８の要件に合致するものとされる。前記推進剤および加圧剤は望ましくは お互いに反応しないように選択される。 好ましい実施形態では、燃料移送タンク１４はＵＳＤＯＴ １７８．６１仕様 ４ＢＷ免除（ｅｘｅｍｐｔｉｏｎ）Ｅ１１１７３に従いかつ少なくとも５００ｐ ｓｉの高い作動圧力定格を有しかつ少なくとも７５０ｐｓｉの試験圧力定格を有 する燃料容器である。燃料移送タンク１４は高強度炭素鋼（ｃａｒｂｏｎ ｓｔ ｅｅｌ）から製造できるが、ヒドラジンとの両立性を可能にするためにステンレ ススチールから製造することもできる。好ましい実施形態では、３０４Ｌステン レススチールが使用される。 真空タンク１２は好ましくはＵＳＤＯＴ １７８．６１仕様４ＢＷ免除Ｅ１１ １７３に従って製造され、かつまたヒドラジンとの両立性を可能にするためにス テンレススチールで製造することができる。好ましい実施形態では、真空タンク １２の寸法は少なくとも８ガロンでありほぼ１立法フィート（ｏｎｅ ｃｕｂｉ ｃ ｆｏｏｔ）の容積を有 する。真空タンク１２は好ましくはほぼ０．２ｐｓｉａの圧力まで排気される。 好ましい実施形態では、移送ライン（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｉｎｅｓ）、付属 品または取付け部品（ｆｉｔｔｉｎｇｓ）および配管（ｐｉｐｉｎｇ）は３０４ Ｌのようなステンレススチールおよび他のヒドラジンと両立する材料から構成さ れる。好ましくは、高圧燃料移送ライン４２は周囲を囲むステンレススチールの 編組（ｂｒａｉｄ）を有する柔軟性あるテフロン裏付きの（Ｔｅｆｌｏｎ−ｌｉ ｎｅｄ）ホースである。 衛星の燃料タンク５２を推進剤で充填することができることに加えて、好まし い実施形態では、一体化燃料供給用モジュール１０は衛星の燃料タンク５２から 推進剤を除去するためのラインおよび接続部（図示せず）を含む。当業者はこの ためにどのようにして付加的な接続部および構成要素を提供するかを理解するで あろう。 図２は、本発明の好ましい実施形態において使用するのに適した衛星の燃料供 給手順１００のフローチャートを示す。前に述べたように、推進剤が衛星に積載 されるべき場合は、一体化された燃料供給用モジュール１０（図１）が各々の衛 星に対して設けられる。手順１００の結果は打上げの前に必要な推進剤によって 衛星の燃料タンク５２（図１）を充填しかつ加圧が行なわれることである。手順 １００はまた一体化された燃料供給用モジュールを再使用のた めに準備する。 タスク１０２においては、燃料移送タンク１４（図１）が推進剤によって満た される。本発明の１実施形態では、燃料移送タンク１４は推進剤の供給者に地表 （ｓｕｒｆａｃｅ）または空中（ａｉｒ）を通して送られ、かつ推進剤の供給者 は燃料移送タンク１４を所定の量の推進剤で満たす。該所定の量の推進剤はほぼ 衛星の燃料タンク５２（図１）によって要求される量のプラスまたはマイナス１ ポンド以内である。当業者が理解するように、燃料移送タンク１４を充填する上 で使用される正確な手順は本発明にとって重要ではない。この実施形態では、燃 料移送タンク１４は密封されかつ推進剤の供給者から燃料が供給されるべき衛星 が位置する打上げ設備まで送られる。 タスク１０４においては、燃料移送タンク１４は一体化された燃料供給モジュ ール１０に据え付けられる。好ましくはすべてのバルブがそれらが閉じられて何 らのもれも生じないことを確認するために調べられる。好ましい実施形態では、 加圧剤タンク１６（図１）がタスク１０２の一部として加圧剤によって充填され る。１実施形態では、加圧剤タンク１６は除去されかつ地方の（ｌｏｃａｌ）供 給者によって加圧剤によって満たされた同様のタンクに置き換えられる。加圧剤 タンク１６は次にタスク１０４の一部として一体化された燃料供給モジュール１ ０に据え付けられる。 他の実施形態では、加圧剤タンクはそれをモジュール１０から除去することな く充填される。例えば、高圧ライン３５が加圧剤タンク１６から切り離されかつ 加圧剤タンク１６が加圧剤で充填される。高圧ライン３５は次に加圧剤タンク１ ６に再接続される。充填されたタンクの圧力は衛星の燃料タンク５２（図１）を 飛行圧力（ｆｌｉｇｈｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）まで加圧するため十分に高くされ る。当業者は必要な圧力の量をどのように決定するかを理解するであろう。 本発明の別の実施形態では、タスク１０２および１０４は推進剤の供給者によ って行われる。例えば、一体化された燃料供給モジュール１０（図１）が推進剤 の供給者に送られ、そこで燃料移送タンク１４および推進剤タンク１６が一体化 された燃料供給モジュール１０から取り外される。推進剤の供給者は燃料移送タ ンク１４を要求された推進剤で満たしかつ加圧タンク１６を加圧剤で満たす。両 方のタンクは一体化された燃料供給モジュール１０に据え付け戻されかつアセン ブリは打上げサイトに送られる。 上に述べたタスク１０２および１０４において行われるステップに加えて、好 ましくは真空タンク１２が大気圧より低い初期圧力まで排気されかつタスク１０ ６〜１２２を行う前に一体化された燃料供給モジュール１０に据え付けられる。 タスク１０６においては、一体化された燃料供給モジュ ール１０が衛星５０に接続される。高圧燃料移送ライン４２が一体化された燃料 供給モジュール１０の出力（すなわち、４方向コネクタ４１の第４のポート）お よびバルブ２３に結合される。バルブ２３およびバルブ５４が接続部４５（図１ ）においていっしょに結合される。手順１００のこの時点で、燃料移送タンク１ ４からの推進剤は衛星の燃料タンク５２に移送する用意ができている。 タスク１０８においては、推進剤が燃料移送タンク１４から衛星の燃料タンク ５２へと駆動注入される。調節器４６（図１）は望ましくは１００および１５０ ｐｓｉの間にセットされかつ好ましくは１２０ｐｓｉ付近にセットされる。バル ブ２６が開かれて加圧剤を加圧剤タンク１６から解放しこれは高圧ライン３４お よび３６に圧力を加える。バルブ２５が開かれ、それに続きバルブ２４，２３お よび５４がそれぞれ開かれる。バルブ５４が開かれたとき、燃料移送タンク１４ からの推進剤が柔軟性ある高圧燃料移送ライン４２を通って衛星の燃料タンク５ ２へと駆動注入される。短い期間の後に、すべての推進剤は燃料移送タンク１４ から衛星の燃料タンク５２へと転送されることになる。すべての推進剤が移送さ れた後、加圧剤タンク１６からの加圧剤が衛星の燃料タンク５２内へ流れ始める 。 タスク１１０においては、加圧剤タンク１６からの加圧剤が高圧燃料移送ライ ン４２、バルブ２３、接続部４５およびバルブ５４をパージまたは清浄化する（ ｐｕｒｇｅ） ために使用される。加圧剤による清浄化は前記ラインおよび接続部に残留する推 進剤の大部分を除去する。加圧剤による清浄化はシステム内の圧力が衛星の燃料 タンク５２内の圧力を含めて均等になるまで続く。該圧力はほぼ圧力調節器４６ が設定された状態で等しくなる。望ましくは、衛星の燃料タンク５２は１００お よび１５０ｐｓｉの間の公称圧力まで加圧される。 タスク１０８および１１０に関して、当業者は燃料移送タンク１４からのすべ ての推進剤が移送されかつシステム内の圧力が均等になったことを判定するため にいくつかの方法を使用することができる。例えば、高圧ライン３８に配置され たのぞき部分（ｓｉｇｈｔ ｇｌａｓｓ）を使用することができまたは圧力ゲー ジも接続部４１に取り付けることができ、従って圧力および変化レート（ｒａｔ ｅ ｏｆ ｃｈａｎｇｅ）を手順１００の間に観察できるようにすることもでき る。あるいは、衛星の燃料タンク５２の圧力を観察してもよい。 タスク１１２においては、衛星の燃料タンク５２は衛星の動作に必要なレベル まで加圧される。衛星の燃料タンク５２は４００および５００ｐｓｉの間まで加 圧されることが望ましい。タスク１１２を達成するため、バルブ２４および２５ が閉じられかつ調節器４６が所望の圧力レベルにセットされる。バルブ２８が開 かれかつ加圧剤タンク１６からの加圧剤が高圧燃料移送ライン４２を通り衛星の 燃料 タンク５２へと流れ込む。当業者が理解するように、衛星の燃料タンク５２内の 圧力の増大により衛星の燃料タンク５２内で熱が発生される。衛星の燃料タンク ５２内の加圧剤の温度は好ましくは衛星の燃料タンク５２の加圧または与圧の速 度またはレート（ｒａｔｅ）を制御することにより制限される。本発明の１実施 形態では、バルブ２８の大きさを制限して衛星の燃料タンク５２内での過度の温 度を可能にする加圧剤の流量を防止する。他の実施形態では、３方向Ｔ字管４３ の入口における穴またはオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）が加圧剤の流量を制限す る。 加圧剤が冷却しかつ前記ラインおよび衛星の燃料タンク５２内の圧力が均等に なった後に、バルブ２８が閉じられかつ次にバルブ５４が閉じられる。バルブ２ ６もまた閉じられる。手順１００のこの時点で、衛星の燃料タンク５２の充填お よび加圧または与圧は完了する。手順１００の残りのタスクは、とりわけ、一体 化された燃料供給モジュール１０の再使用のための大掃除（ｃｌｅａｎ ｕｐ） および準備に向けられている。 タスク１１４においては、バルブ２７が開かれて汚染された加圧剤を高圧燃料 移送ライン４２、バルブ５４、バルブ２３および接続部４５から真空タンク１２ へと排気する。この領域の加圧剤は燃料移送プロセスから残っている残留推進剤 に露出されることにより汚染されている可能性がある。真空はこの汚染された加 圧剤をこれらの領域から除去 しかつまた何らかの残留する推進剤を除去する。これらの領域は上に述べたよう にタスク１０８において加圧剤によって清掃されているから、非常に少しの推進 剤のみしか残留していないが、該推進剤の有害な性質のため、タスク１１４は残 留しているいずれのものをも除去する。汚染された加圧剤が除去された後、バル ブ２３が閉じられかつバルブ２７が閉じられる。接続部４５における何らかの残 留する推進剤はタスク１１４によって除去されかつ従って推進剤は作業員または 環境に露出されることはない。 真空タンク１２は何らかの蒸気が大気中に排出されるのを防止しかつ高圧燃料 移送ライン４２を衛星と切り離す前にラインの圧力量を低減する。真空タンク１ ２を使用することにより従来から大気中に逃げる推進剤の蒸気の量を最も少なく するために使用されてきたスクラバーまたは洗浄器（ｓｃｒｕｂｂｅｒｓ）の必 要性を除去する。洗浄器は常には信頼できるものではなくかつ洗浄媒体は有害な 廃棄物として除去されかつ処理されなければならない。 タスク１１６においては、一体化された燃料供給モジュール１０および衛星５ ０が接続部４５において切り離される。すべての推進剤は接続部４５から除去さ れているから液体または蒸気推進剤によって外部環境が汚染される危険はない。 さらに、真空が接続部４５に存在する。 手順１００のこの時点で、衛星の燃料タンク５２は推進剤で満たされかつ加圧 されおり、一体化された燃料供給モ ジュールは切り離されている。衛星は打上げの準備ができている。タスク１１８ 〜１２２は、衛星が打ち上げられる前のあるいは好ましくは後の任意の時間に行 うことができる。 １実施形態では、燃料移送タンク１４および真空タンク１２は一体化された燃 料供給モジュール１０から除去されかつ推進剤の供給者に輸送されそこで燃料移 送タンクが再充填されかつ真空タンク１２が再び排気される。別の実施形態では 、一体化された燃料供給モジュール１０は燃料移送タンク１４および真空タンク １２を取り付けた状態で推進剤の供給者に輸送される。この実施形態では、タス ク１１８〜１２２は推進剤の供給者において行われる。タスク１２０においては 、真空タンク１２は再び排気される。好ましくは、推進剤の供給者によって汚染 された加圧剤が真空タンク１２から除去される。本発明の１実施形態では、真空 タンク１２は十分に大きくされて真空タンク１２を再排気することなく多数の衛 星の燃料供給操作を可能にする。 タスク１２２においては、燃料移送タンク１４はタスク１０２において述べた ように推進剤によって再充填される。推進剤の供給者は充填された燃料移送タン ク１４を打上げサイトに送り戻す。タスク１０４〜１２２が次にその後の衛星に 関する引き続く燃料供給操作のために反復される。この別の実施形態では、推進 剤の供給者は一体化された燃料供給モジュール１０全体を送り返しかつタスク１ ０４〜 １２２が反復される。 手順１００において示されたタスクに加えて、一体化された燃料供給モジュー ル１０が衛星の燃料タンク５２を推進剤および加圧剤で充填するために準備する のに示されていない他のタスクが必要であるかもしれない。これらのタスクは、 とりわけ、加圧剤を交換し、バルブおよび圧力調節器の適切な動作を確認しかつ 高圧ラインのリーク試験を行うことを含む。当業者は必要に応じて他のタスクを 与えることができるであろう。 本発明が特定の例に関してかつ特定の好ましい実施形態と共に説明されたが、 本明細書の開示に基づき当業者が数多くの置き換えまたは変更を行うことが可能 なことは明らかであり、そのような置き換えおよび変更を請求の範囲に含むこと を意図している。 ここで説明したように、本発明の有利性は当業者に明らかでありかつ改善され た衛星の燃料供給システムおよび方法を提供する。本発明の１つの利点はその操 作の簡単さである。一体化された燃料供給モジュールが衛星に接続され、あるい はいくつかの衛星が燃料供給される場合は１つの燃料供給モジュールが各々の衛 星に接続される。操作者は単に適切なバルブを回して燃料を加圧しかつ衛星の燃 料タンクを加圧すればよく、それは推進剤および加圧剤の量はあらかじめ検量さ れているからである。 本発明のさらに他の利点は推進剤を周囲に露出すること をなくしてユーザの安全性を増大することを含む。他の利点は打上げサイトにお いて何らの流量計（ｆｌｏｗ ｍｅｔｅｒｓ）も必要とされずかつ推進剤の測定 も必要ではない。他の利点はＳＣＡＰＥ服が必要でなくなることであり、これは 何らの推進剤も作業員または周囲環境に露出されないからである。他の利点は必 要な量だけ衛星に提供されるため何らの推進剤も廃棄されないことである。他の 利点は事実上推進剤の汚染の機会がないこと、および汚染されかつ使用されない 推進剤に関連する処分の問題がないことを含む。他の利点は何らの有害な蒸気ま たは気体洗浄器も必要とされないことである。これらの利点は特に多くの衛星を 打ち上げるプログラムに対して大幅にコストを節約する結果となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カブベイジ・デービッド ハーシェル アメリカ合衆国アリゾナ州 85226、チャ ンドラー、ウエスト・シンディ・ストリー ト 3636

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一体化された燃料供給モジュール（１０）から衛星の燃料タンク（５２） に推進剤を積載する方法であって、前記一体化された燃料供給モジュールは所定 の量の推進剤を備え、かつ入力および出力を有する燃料移送タンク（１４）、加 圧剤によって充填されかつ出力が前記燃料移送タンクの前記入力に結合された加 圧剤タンク（１６）、および前記燃料移送タンクの前記出力に結合された真空タ ンク（１２）を含み、前記方法は、 前記燃料移送タンクから燃料移送ラインを介して前記加圧剤を使用して前記衛 星燃料タンクへと前記所定の量の推進剤を駆動注入する段階、そして 前記燃料移送ラインから前記真空タンクへと残りの量の前記推進剤を排気する 段階、 を具備する一体化された燃料供給モジュール（１０）から衛星の燃料タンク（ ５２）に推進剤を積載する方法。 ２．前記燃料移送タンクの出力および前記真空タンクは前記一体化された燃料 供給モジュールの出力に結合され、かつ前記方法はさらに前記一体化された燃料 供給モジュールの前記出力を前記燃料移送ラインによって前記衛星の燃料タンク に接続する段階を具備する、請求項１に記載の方法。 ３．前記一体化された燃料供給モジュールは前記加圧剤 タンクの出力におけるバルブおよび前記バルブと前記燃料移送タンクの入力との 間に結合された調整可能な圧力調節器を含み、かつ前記駆動注入段階は、さらに 、 前記調整可能な圧力調節器を設定する段階、そして 前記バルブを開く段階、 を具備し、そして前記方法はさらに、 前記燃料移送ラインを前記加圧剤によって清浄化する段階、 前記衛星燃料タンクを前記加圧剤を使用して所定の範囲内まで加圧する段階、 そして 前記燃料移送ラインを前記衛星燃料タンクから切り離す段階、 を具備する、請求項１に記載の方法。 ４．前記提供する段階は、さらに、前記燃料移送タンクを含む前記一体化され た燃料供給モジュールに前記所定の量の推進剤を提供する段階を具備し、該推進 剤はヒドラジンであり、かつ前記所定の量は前記衛星燃料タンクのために必要と されるヒドラジンの量のプラスまたはマイナス１ポンド以内であり、そして 前記提供する段階はまた前記加圧剤タンクを含む前記一体化された燃料供給モ ジュールに加圧されたヘリウムを提供する段階を具備することを特徴とする、請 求項１に記載の方法。 ５．前記提供する段階は推進剤の供給者によって行なわ れかつ前記一体化された燃料供給モジュールを打ち上げサイトまで輸送する段階 を備え、前記提供する段階は、 前記所定の量の推進剤を備えた前記燃料移送タンクを推進剤供給者から打ち上 げサイトへと輸送する段階、そして 前記打ち上げサイトにおいて前記一体化された燃料供給モジュールに前記燃料 移送タンクを据え付ける段階、 を含み、前記衛星燃料タンクは入力接続部を有しかつ前記排気段階は前記燃料 移送ラインと前記衛星燃料タンクの前記入力接続部との間の接続部から余分の残 りの量の推進剤を排気する段階を含む、請求項４に記載の方法。 ６．推進剤を衛星（５０）に積載する方法であって、 所定の量の前記推進剤を含む燃料移送タンク（１４）を推進剤供給者から受け る段階、 前記燃料移送タンクを燃料供給モジュール（１０）に据え付ける段階、 前記燃料供給モジュールを前記衛星（５０）に接続する段階、 前記燃料移送タンクから前記推進剤を前記衛星の燃料タンク（５２）に駆動注 入する段階、 前記燃料供給モジュールから前記燃料移送タンクを除去する段階、そして 前記燃料移送タンクを前記推進剤供給者に輸送し戻す段階、 を具備し、前記接続段階はさらに前記燃料供給モジュー ルを燃料移送ライン（４２）によって前記衛星に接続する段階を備え、かつ前記 方法はさらに前記燃料移送ラインを前記燃料供給モジュールの一部である真空タ ンク（１２）によって排気する段階を備え、そして 前記排気段階は残りの量の前記推進剤を前記燃料移送ラインから前記真空タン ク内に排気する段階を備え、前記方法はさらに所定の真空を有する前記真空タン クを受ける段階を具備する、 推進剤を衛星（５０）に積載する方法。 ７．燃料移送ラインを通して推進剤を衛星の燃料タンク（５２）に積載するた めの一体化された燃料供給モジュール（１０）であって、 所定の量の推進剤で充填されるよう構成された燃料移送タンク（１４）であっ て、該燃料移送タンクは入力および出力を有するもの、 前記燃料移送タンクの前記入力に結合された出力を有する加圧剤タンク（１６ ）であって、該加圧剤タンクは前記燃料移送ラインを通して前記燃料移送タンク から前記衛星の燃料タンクへと前記所定の量の推進剤を駆動注入するもの、そし て 前記燃料移送タンクの前記出力に結合された真空タンク（１２）であって、該 真空タンクは残りの量の推進剤を前記燃料移送ラインから排気するためのもので あるもの、 を具備する一体化された燃料供給用モジュール（１０）。 ８．さらに、 前記一体化された燃料供給モジュールから前記燃料移送タンクを除去するため の手段、 前記燃料移送タンクを推進剤の供給者によって前記推進剤で充填するための手 段、 前記所定の量の推進剤で充填された前記燃料移送タンクを受け入れるための手 段、そして 前記一体化された燃料供給モジュールに前記燃料移送タンクを据え付けるため の手段、 を具備し、前記燃料移送タンクの出力および前記真空タンクは前記一体化され た燃料供給モジュールの出力に接続され、かつ前記一体化された燃料供給モジュ ールはさらに前記一体化された燃料供給モジュールの前記出力を前記燃料移送ラ インによって前記衛星の燃料タンクに接続するための手段を具備する、請求項７ に記載の一体化された燃料供給モジュール。 ９．前記加圧剤タンクはヘリウムの加圧剤を含み、前記一体化された燃料供給 モジュールはさらに、 前記加圧剤タンクの出力におけるバルブ（３５）、 前記バルブと前記燃料移送タンク９前記入力との間に結合された調整可能な圧 力調節器であって、前記ヘリウムの加圧剤は前記バルブが開かれた時に前記推進 剤を前記衛星の燃料タンクに駆動注入するもの、 前記燃料移送ラインを前記加圧剤によって清浄化するた めの手段、 前記加圧剤を使用して前記衛星の燃料タンク（５２）を所定の範囲内に加圧す るための手段、そして 前記燃料移送ライン（４２）を前記衛星の燃料タンクから切り離すための手段 、 を具備する、請求項８に記載の一体化された燃料供給モジュール。 １０．前記推進剤はヒドラジンでありかつ前記所定の量は前記衛星の燃料タン クのために必要とされるヒドラジンの量のプラスまたはマイナス１ポンド以内で あり、かつ前記加圧剤タンクは加圧されたヘリウムで充填され、そして 前記真空タンクの前記出力はバルブを通して前記燃料移送タンクの前記出力に 結合され、前記バルブは前記燃料移送ラインから前記残りの量の推進剤を排気す るために開かれる、請求項９に記載の一体化された燃料供給モジュール。