JP6586018B2 - ロケット連結分離機構 - Google Patents

Description

本発明は、ロケットの上段側構造体と下段側構造体とを互いに連結し分離するためのロケット連結分離機構に関する。

ロケットは、上下に分離可能な複数段に構成されている。各段には、ロケット推進系が設けられている。下方側の段から順に、ロケット推進系は、燃料の燃焼により燃焼ガスを下方へ噴出させる。各段のロケット推進系は、燃料を使い終わったら、上段側のロケット構造体から切り離される。このようにロケット推進系の使用と切り離しを繰り返して、ロケットは地上から宇宙へ上昇していく。

ロケット構造体を切り離すために、ロケットには、連結分離機構が設けられる。図１において、（Ａ）は、ロケット全体を示し、（Ｂ）は、（Ａ）の破線Ｘで囲んだ部分の拡大断面図であり、従来の連結分離機構を示す。

図１（Ｂ）に示す連結分離機構は、上段側の構造体５１と下段側の構造体５２とを互いに分離可能に連結する。連結分離機構は、上段側構造体５１の外殻５１ａと下段側構造体５２の外殻５２ａにそれぞれ設けたフランジ５３，５４、フランジ５３，５４同士を結合する金属バンド５５、上段側と下段側の構造体５１，５２の間に配置されたバネ５６などを有する。分離時には、例えば火工品（図示せず）を用いて、金属バンド５５を分断する。この時、バネ５６により、下段側構造体５２が上段側構造体５１から押し出される。このような連結分離機構は、例えば下記の非特許文献１に記載されている。

小田野淳次郎、峯杉賢治、「Ｍ−Ｖ型ロケットの構造・機構」、宇宙科学研究所報告、特集、第４７号、２００３年３月

ところで、分離された下段側構造体５２の外殻５２ａが、上段側のロケット推進系５７のノズル５７ａ（図１を参照）に衝突する可能性がある。この衝突は、次の（Ａ）または（Ｂ）のように生じる。
（Ａ）上述のバネ５６は、ロケットの周方向の複数箇所に設けられている。これらのバネ５６の力にばらつきがあると、上述の衝突の起こる可能性がある。
（Ｂ）分離時に、ロケットの回転モーメント（ロケットの中心軸と交差する軸まわりのモーメント）が生じている場合がある。この回転モーメントによって、上述の衝突の起こる可能性がある。

分離時における下段側構造体５２の外殻５２ａとノズル５７ａとの衝突でノズル５７ａの破損する可能性がある。

そこで、本発明の目的は、ロケットにおいて、分離された下段側構造体の外殻とノズルとの衝突によるノズルの破損を防止できるロケット連結分離機構を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明によると、ロケットの上段側構造体と下段側構造体とを互いに連結し分離するためのロケット連結分離機構であって、
上段側構造体は、ロケットの中心軸まわりに延びる上段側外殻と、上段側外殻の内部に配置されたロケット推進系と、を備え、該ロケット推進系は、上段側外殻よりも下方へ突出したノズルを有し、
下段側構造体は、前記中心軸をまわる周方向に延びる下段側外殻を備え、該下段側外殻の内側に前記ノズルが位置し、
ロケット連結分離機構は、
上段側外殻の下端部に連結され、前記周方向と直交する幅方向において前記ノズルと下段側外殻との間に位置する保護部材と、
前記保護部材を下段側外殻に連結する連結位置から、当該連結を解除する解除位置へ動作可能な連結部材と、
前記連結部材を連結位置から解除位置へ移動させる連結解除装置と、を備え、
前記保護部材は、前記ノズルを囲むように前記周方向に延び、前記周方向に互いに分離した又は接した複数の分割片から構成され、
各分割片の上端部が、上段側外殻の下端部に前記ロケットの軸方向に係合することにより、各分割片は上段側外殻に連結しており、
前記下段側外殻は、前記保護部材を介して上段側外殻に連結している、ロケット連結分離機構が提供される。

上述した本発明によると、下段側外殻は、保護部材を介して上段側外殻に連結している。したがって、連結解除装置が、連結部材による保護部材と下段側外殻との連結を解除すると、下段側外殻は、保護部材および上段側外殻から分離する。この時、下段側外殻がノズルに衝突することは、幅方向において下段側外殻とノズルとの間に位置する保護部材により防止される。

従来のロケットとその連結分離機構を示す。 本発明が適用可能なロケットを示す。 本発明の実施形態によるロケット連結分離機構を示す。 図２と図３のＩＶ―ＩＶ矢視図であり、ロケットの断面全体の概略を示す。 図３において下段側構造体を分離する時の状態を示す。 上段側構造体と下段側構造体との連結部分付近を示す。 下段側構造体を分離した状態を示す。 連結部材と連結解除装置の他の構成例１を示す。 連結部材と連結解除装置の他の構成例２を示す。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は、本発明が適用可能なロケット１を示す。ロケット１は、上下に分離可能な複数段の構造体３Ａ，３Ｂ，３Ｃを備える。各段の構造体３Ａ，３Ｂ，３Ｃには、ロケット推進系５が設けられている。なお、最上段の構造体３Ａにおいては、例えば、そのロケット推進系５よりも上方側に衛星６が設けられている。この場合、最上段の構造体３Ａにおいて、そのロケット推進系５と衛星６とが互いに分離可能になっている。

図３は、図２の破線Ｘで囲んだ部分の拡大図である。図３は、本発明の実施形態によるロケット連結分離機構１０を示す。ロケット連結分離機構１０は、ロケット１の上段側構造体３Ｂと下段側構造体３Ｃとを互いに連結し分離するためのものである。

上段側構造体３Ｂは、図３に示すように、上段側外殻７とロケット推進系５を備える。上段側外殻７は、ロケット１の中心軸をまわる周方向（以下、単に周方向という）に延びている。上段側外殻７は、円筒形であるのがよい。ロケット推進系５は、上段側外殻７の内部に配置されている。ロケット推進系５は、上段側外殻７（の下端）よりも下方へ突出したノズル５ａを有する。ロケット推進系５は、燃料を燃焼させることにより燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスをノズル５ａから下方へ噴出させる。これにより、ロケット１に推力を与える。

下段側構造体３Ｃは、下段側外殻９を備える。下段側外殻９は、周方向に延びている。下段側外殻９の上端部付近において、下段側外殻９の上端部の内側には、上段側構造体３Ｂのロケット推進系５のノズル５ａが位置している。

ロケット連結分離機構１０は、保護部材１１、連結部材１３、および連結解除装置１５を備える。

保護部材１１は、上段側外殻７の下端部７ａに連結されている。保護部材１１は、下端部７ａから下方へロケット１の軸方向（以下、単に軸方向という）に延びている。保護部材１１は、周方向と直交する幅方向（本実施形態では、ロケット１の半径方向）において上段側構造体３Ｂのノズル５ａと下段側外殻９との間に位置する（以下、ロケット１の半径方向を単に半径方向という）。保護部材１１は、このノズル５ａを囲むように周方向に延びている。本実施形態では、保護部材１１は円筒形である。

図４は、図２と図３のＩＶ―ＩＶ矢視図であり、ロケット１の断面全体を示す。保護部材１１は、図４のように、周方向に互いに隣り合う複数の分割片１１Ａから構成されている。ここで、保護部材１１は、２つ以上（好ましくは、３つ以上）の分割片１１Ａから構成されていればよい。図４において、保護部材１１と後述の滑走案内部１７と下段側外殻９とノズル５ａ以外の図示を省略している。図３は、複数の分割片１１Ａのうち１つの分割片１１Ａのみを図示しているが、他の分割片１１Ａも図３の分割片１１Ａと同じ構成を有する。

各分割片１１Ａの上端部が、上段側外殻７の下端部７ａに軸方向に係合していることにより、各分割片１１Ａは上段側外殻７に連結している。そのために、上段側外殻７の下端部７ａの内周面には、窪み７ｂが形成されている。一方、各分割片１１Ａの上端部には、半径方向外方に突出した嵌合部１１ａが形成されている。嵌合部１１ａが窪み７ｂに嵌合することにより、保護部材１１は、下端部７ａに軸方向に係合する。

各分割片１１Ａは、図４において半径方向内側へ移動しようとすると互いに引っ掛かることにより、嵌合部１１ａは窪み７ｂから抜けないようになっている。例えば、各分割片１１Ａ（対象分割片１１Ａという）の外周縁の周方向寸法が、この分割片１１Ａの周方向両側に位置する２つの分割片１１Ａ（隣接分割片１１Ａという）の内周縁の周方向間隔よりも大きい。したがって、対象分割片１１Ａは、隣接分割片１１Ａの周方向間隔を半径方向内側へ通過できない。

なお、図３と図４の状態への組み立ては、例えば次のように行われる。まず、上段側外殻７を、保護部材１１のように周方向において複数の分割片に分割しておく。複数の分割片１１Ａを互いに組み付けて円筒形の保護部材１１を構成する。次いで、上段側外殻７の複数の分割片を、保護部材１１に組み付ける。これにより、円筒形の保護部材１１の各分割片１１Ａの嵌合部１１ａが、円筒形の上段側外殻７の窪み７ｂに挿入された状態（図３と図４の状態）にすることができる。
また、次のように組み立ててもよい。上段側外殻７は、分割されていなくてよい。円筒形に組んだ複数の分割片１１Ａを適宜の手段（例えばワイヤ）で互いに緩く仮止めして、この円筒形がある程度保たれるようにする。次いで、複数の分割片１１Ａを、上段側外殻７に組み付ける。すなわち、複数の分割片１１Ａの嵌合部１１ａを、上段側外殻７の窪み７ｂに挿入する。この時、複数の分割片１１Ａは互いの周方向端面が引っ掛かるので、この挿入が可能となるように分割片１１Ａを強い力で撓ませてよい。次いで仮止めを解除する。

組み立てを容易にするため、下段側外殻９は、軸方向において、図３の環状ガスシール部１９付近で上側部分と下側部分とに分割されていてもよい。この場合、上段側外殻７と保護部材１１とを互いに組み付けた後、下段側外殻９の上側部分を連結部材１３で保護部材１１に連結する。次いで、下段側外殻９の上側部分と下側部分とを互いに結合させる。

保護部材１１の強度は、次のように低くてもよい。保護部材１１を介して、下段側構造体３Ｃは、上段側構造体３Ｂに連結している。その一方、下段側外殻９における環状の上端面９ａは、上段側外殻７における環状の下端面７ｃに接する。したがって、下段側構造体３Ｃのロケット推進系５によりロケット１の推力を発生させている時、この推力は、下段側外殻９における環状の上端面９ａから上段側外殻７における環状の下端面７ｃへ直接伝達する。そのため、保護部材１１は、推力の伝達経路から外れる。よって、保護部材１１は、下段側構造体３Ｃから上段側構造体３Ｂへ推力を伝達させるのに必要な強度を有していなくてもよい。

保護部材１１は、軽量な材料で形成されているのがよい。例えば、上段側外殻７と下段側外殻９を形成する材料よりも軽量な（すなわち、密度が低い）材料で形成されてよい。

連結部材１３は、分割片１１Ａ毎に設けられる。各連結部材１３は、分割片１１Ａを下段側外殻９に連結する。連結部材１３は、保護部材１１を下段側外殻９に連結する連結位置と、この連結を解除する解除位置との間で動作可能である。
本実施形態では、連結部材１３は、分割片１１Ａに対して半径方向に移動可能に分割片１１Ａに取り付けられている。すなわち、連結部材１３は、半径方向へ移動可能に分割片１１Ａに嵌合している。図３の例では、分割片１１Ａには、半径方向の貫通穴１１ｂが形成されており、連結部材１３は、貫通穴１１ｂに嵌合している。なお、連結部材１３は、半径方向に移動可能に、分割片１１Ａの下端部に適宜の手段により嵌合していてもよい。

下段側外殻９の内周面には、係合穴９ｂが形成されている。連結部材１３が連結位置にある状態では、連結部材１３の先端部が係合穴９ｂに挿入されている。これにより、下段側外殻９（すなわち、下段側構造体３Ｃ）は、保護部材１１を介して、上段側外殻７（すなわち、上段側構造体３Ｂ）に連結されている。連結部材１３は、ピン状の部材であることが好ましい。
各分割片１１Ａは、上述のように上段側外殻７に軸方向に係合しているので、保護部材１１を介して、上段側構造体３Ｂと下段側構造体３Ｃとを、互いに十分な結合力で連結させられる。

連結用の弾性部材１４は、分割片１１Ａ毎に設けられる。弾性部材１４は、分割片１１Ａと連結部材１３との間に設けられる。図３の状態で、弾性部材１４の弾性力により、連結部材１３は係合穴９ｂへ押されている。これにより、連結部材１３が係合穴９ｂから抜けることが防止される。図３の例では、弾性部材１４は、内部を連結部材１３が貫通しているコイルバネである。コイルバネ１４の一端部は、分割片１１Ａの外面１２に係止され、コイルバネ１４の他端部は、連結部材１３の拡径部１３ａに係止されている。図３でコイルバネ１４は圧縮されている。なお、弾性部材１４は、板ばねであってもよいし、他の弾性体であってもよい。

連結解除装置１５は、弾性部材１４に抗して、連結部材１３を係合穴９ｂから引き抜いて解除位置へ移動させることにより、連結部材１３による保護部材１１と下段側外殻９との連結を解除する。その結果、下段側外殻９（すなわち、下段側構造体３Ｃ）は、保護部材１１と上段側外殻７（すなわち、上段側構造体３Ｂ）から分離する。

連結解除装置１５は、ワイヤ１５ａと滑車１５ｂとドラム１５ｃとモータ１５ｄを備える。ワイヤ１５ａの一端部は、連結部材１３に固定されている。ワイヤ１５ａの中間部分は滑車１５ｂに掛けられている。ワイヤ１５ａの他端側部分はドラム１５ｃに巻かれる。滑車１５ｂとドラム１５ｃは、それぞれ、自身の軸まわりに回転自在に保護部材１１に取り付けられている。モータ１５ｄがドラム１５ｃを回転駆動することにより、ワイヤ１５ａをドラム１５ｃに巻き取る。これにより、モータ１５ｄは、ワイヤ１５ａを介して、連結部材１３を係合穴９ｂから引き抜く。図５は、図３において上述のように連結部材１３が係合穴９ｂから引き抜かれた状態を示す。

連結解除装置１５の各構成要素（すなわち、ワイヤ１５ａと滑車１５ｂとドラム１５ｃとモータ１５ｄ）は、分割片１１Ａ毎に設けられてもよい。
代わりに、ワイヤ１５ａと滑車１５ｂは、分割片１１Ａ毎に設けられるが、ドラム１５ｃとモータ１５ｄは、複数の分割片１１Ａに共通のものであってもよい。この場合、複数の分割片１１Ａの連結部材１３にそれぞれ固定された複数のワイヤ１５ａの他端側部分は１つのドラム１５ｃに巻かれている。モータ１５ｄが、このドラム１５ｃを回転駆動することにより、複数のワイヤ１５ａを１つのドラム１５ｃに巻き取る。これにより、モータ１５ｄは、複数のワイヤ１５ａを介して、複数の連結部材１３を係合穴９ｂから引き抜く。

滑走案内部１７は、分割片１１Ａ毎に設けられている。滑走案内部１７は、分割片１１Ａの外周面に固定され周方向に延びている。複数の分割片１１Ａにそれぞれ設けられた複数の滑走案内部１７は、軸方向から見た場合に全体として環状であってよい。滑走案内部１７は、下段側外殻９の内周面に接している。滑走案内部１７は、保護部材１１および上段側外殻７から分離した下段側外殻９を軸方向に円滑に滑走させる機能を有する。

図６は、図２の部分拡大斜視図であり、上段側構造体３Ｂと下段側構造体３Ｃとの連結部分付近を示す。図６において、下段側外殻９の一部の図示を省略している。

好ましくは、ロケット連結分離機構１０は、さらに、加圧装置２１と分離用の弾性部材２９の一方または両方を備える。なお、本発明によると、加圧装置２１と弾性部材２９の一方または両方は無くてもよい。

加圧装置２１は、内部空間Ｓ（図３を参照）を加圧する。内部空間Ｓは、上段側構造体３Ｂのロケット推進系５と、このロケット推進系５の外周面と上段側外殻７の内周面との間に設けられ周方向に延びて１周している環状ガスシール部１８と、下段側構造体３Ｃのロケット推進系５と、このロケット推進系５の外周面と下段側外殻９の内周面との間に設けられ周方向に延びて１周している環状ガスシール部１９などにより形成される。加圧装置２１は、例えば、内部空間Ｓに設けられる。加圧装置２１は、上段側構造体３Ｂに設けられた姿勢制御装置２３の気蓄器２３ａを有していてよい。この場合、姿勢制御装置２３は、気蓄器２３ａ、液体燃料タンク２３ｂ、燃焼器２３ｃ、および、ノズル２３ｄを含む。姿勢制御装置２３は、下段側構造体３Ｃが上段側構造体３Ｂから分離された後に次のように使用される。気蓄器２３ａは、液体燃料タンク２３ｂへ加圧ガスを供給する。これにより、液体燃料タンク２３ｂから液体状の燃料（例えばヒドラジン）が燃焼器２３ｃへ押し出される。燃焼器２３ｃでは、燃焼器２３ｃの触媒と燃料との反応により、燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスがノズル２３ｄから噴出されて、上段側構造体３Ｂの姿勢（向き）が変化する。

加圧装置２１は、気蓄器２３ａにより構成される場合、さらに、配管２３ｅとバルブ２３ｆを有していてよい。配管２３ｅは、気蓄器２３ａから延びている。この配管２３ｅの一部（例えば配管２３ｅの先端）に開口２３ｅ１が形成されている。バルブ２３ｆは、開口２３ｅ１と気蓄器２３ａとの間に位置するように配管２３ｅに設けられる。このバルブ２３ｆを、適宜の駆動装置により開けることにより、加圧ガスが、気蓄器２３ａから内部空間Ｓへ供給される。その結果、内部空間Ｓが加圧される。なお、加圧装置２１は、他の手段（例えば、高圧ガスが充填された別の気蓄器）により構成されてもよい。

加圧装置２１が設けられる場合、上述の滑走案内部１７が、内部空間Ｓをロケット１の外部から密閉するためのガスシールとしても機能する。すなわち、各滑走案内部１７は、分割片１１Ａと下段側外殻９との隙間を塞ぐように周方向に延びている。

また、加圧装置２１が設けられる場合、内部空間Ｓをロケット１の外部から密閉するために必要な他の箇所にもガスシール部が設けられる。本実施形態では、ガスシール部２５，２７が設けられる。

複数のガスシール部２５は、図３に示すように、上段側外殻７と複数の分割片１１Ａとの間にそれぞれ設けられ周方向に延びている。複数のガスシール部２５は、軸方向から見た場合に全体として環状になっている。

ガスシール部２７は、図６のように、周方向に隣り合う分割片１１Ａ同士の境界に設けられる。ガスシール部２７は、この境界を塞ぐように、分割片１１Ａの軸方向寸法の全体にわたって軸方向に延びている。このような境界の数だけガスシール部２７が設けられる。すなわち、分割片１１Ａの数がｎ個である場合には、境界の数もｎ個であるので、ｎ個のガスシール部２７がｎ個の境界にそれぞれ設けられる。

また、図３の例では、貫通穴１１ｂの内周面と、連結部材１３との間にも、ガスシール部（図示せず）が設けられる。

弾性部材２９は、各保護部材１１と下段側外殻９とを互いに軸方向に離間させる弾性力を両者に作用させるように設けられる。弾性部材２９は、好ましくは、コイルバネである。弾性部材２９は、例えば図３のように、下段側外殻９の内面から突出した部分と、保護部材１１の下端面との間に配置されてよい。

上述したロケット連結分離機構１０による上段側構造体３Ｂと下段側構造体３Ｃとの分離動作は、次の（１）〜（４）の順に行われる。

（１）まず、ロケット１が地上から打ち上げられて、下段側構造体３Ｃに設けたロケット推進系５が燃焼ガスをノズル５ａから噴出している時点を想定する。この時点では、ロケット連結分離機構１０は、図３と図６に示す状態にある。

（２）この状態から、下段側構造体３Ｃに設けたロケット推進系５からの燃焼ガスの噴出が終了する。この時、図５のように、連結解除装置１５により、各分割片１１Ａの連結部材１３が係合穴９ｂから同時に引き抜かれる。

（３）これにより、下段側外殻９が、保護部材１１から分離する。すなわち、下段側構造体３Ｃが上段側構造体３Ｂから分離する。この時、下段側外殻９は、滑走案内部１７上を滑走することにより保護部材１１に沿って移動する。これにより、下段側外殻９は、上段側構造体３Ｂから軸方向へ離れていく。

（４）上記（３）のように下段側構造体３Ｃが分離すると、各分割片１１Ａの下端側部は、半径方向に変位する。その結果、各分割片１１Ａの嵌合部１１ａは、窪み７ｂから外れる。

上記（４）において、分割片１１Ａは、例えば、次のように半径方向に変位または変形する。分割片１１Ａは、下段側外殻９（下段側構造体３Ｃ）から滑走案内部１７を介して力を受ける。この力は、上記（３）の時に生じているロケット１の回転モーメント（ロケット１の中心軸と交差する軸まわりのモーメント）により生じる。

滑走案内部１７は、上述のようにガスシールとして機能する場合には、上記（４）で、各分割片１１Ａの下端側部は、次のように半径方向に変位してもよい。滑走案内部１７は、弾性材料（例えばゴム）で形成されている。上記（３）の以前において、滑走案内部１７は、下段側外殻９と保護部材１１との間で半径方向に圧縮されている。上記（３）での下段側構造体３Ｃの分離により、滑走案内部１７は、圧縮状態から半径方向に解放される。この解放の勢いにより、分割片１１Ａの下端側部は、上記（４）で、半径方向に変位する。

内部空間Ｓが加圧装置２１により加圧されている場合には、上記（４）で、各分割片１１Ａの下端側部は、内部空間Ｓの圧力により半径方向に変位する。

なお、上記（４）において、分割片１１Ａが、万一、上段側外殻７から分離しなくても問題はない。

加圧装置２１が設けられている場合には、上記（２）の時までに、加圧装置２１により内部空間Ｓが加圧されている。したがって、上記（３）において、内部空間Ｓの圧力により、保護部材１１に対する下段側外殻９の軸方向の移動が促される。この移動は、弾性部材２９によっても促される。また、上記（４）において、内部空間Ｓの圧力により、各分割片１１Ａは半径方向外側へ飛ばされる。

上記（１）〜（４）の順でロケット連結分離機構１０が動作するように、ロケット連結分離機構１０（連結解除装置１５、加圧装置２１など）を制御する制御装置が、ロケット１に設けられてよい。

（実施形態の作用効果）
上述した実施形態によると、上段側外殻７の下端部７ａに連結した保護部材１１は、ノズル５ａと下段側外殻９との間に位置する。したがって、下段側外殻９の分離時に、保護部材１１は、下段側外殻９がノズル５ａに衝突することを防止できる。

連結部材１３が下段側外殻９の係合穴９ｂに挿入されていることにより、保護部材１１と下段側外殻９とを互いに連結できる。連結解除装置１５は、係合穴９ｂから連結部材１３を引き抜くことにより、保護部材１１と下段側外殻９との連結を解除できる。

保護部材１１は、複数の分割片１１Ａから構成されているので、上記（４）のように各分割片１１Ａを上段側外殻７から分離できる。この分離により、上段側構造体３Ｂの重量に保護部材１１の重量が加わることを回避できる。

分離した分割片１１Ａは、上段側構造体３Ｂにおけるロケット推進系５のノズル５ａに衝突する場合もあり得る。これについて、分割片１１Ａは、連結解除装置１５により下段側外殻９から分離されている。したがって、下段側構造体３Ｃよりも大幅に軽量な分割片１１Ａが、ノズル５ａに衝突しても、衝撃が小さい。よって、ノズル５ａの破損が防止される。

内部空間Ｓが加圧される場合、内部空間Ｓの圧力は、下段側構造体３Ｃ全体には、下方へ作用する。これにより、上記（３）において、上段側構造体３Ｂに対する下段側外殻９（すなわち、下段側構造体３Ｃ）の相対加速度が大きくなる。したがって、分離時に許容される残留推力が大きくなる。残留推力は、燃え残り燃料の燃焼ガスによる推力を意味する。燃え残り燃料は、下段側構造体３Ｃのロケット推進系５の燃え残り燃料（この例では、固体推進薬）であって、速やかに完全に燃え尽きずに次第に少なくなっていく燃料である。上段側構造体３Ｂから分離した下段側構造体３Ｃが残留推力の影響で上段側構造体３Ｂに衝突することを防ぐために、下段側構造体３Ｃのロケット推進系の残留推力が許容される値まで小さくなってから、下段側構造体３Ｃを上段側構造体３Ｂから分離する。

また、内部空間Ｓの圧力は、半径方向外方へ各分割片１１Ａに作用する。したがって、上記上記（４）において分離した分割片１１Ａは、内部空間Ｓの圧力により、半径方向外方へ移動する。よって、分割片１１Ａがノズル５ａに衝突することを防止できる。

さらに、弾性部材２９の弾性力により、上記（３）において、上段側構造体３Ｂに対する下段側外殻９の相対加速度が大きくなる。したがって、この弾性力によっても、分離時に許容される残留推力が大きくなる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜７のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜７の２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じである。

（変更例１）
保護部材１１を構成する複数の分割片１１Ａの少なくともいずれかに対して連結部材１３が設けられていればよい。例えば、１つの分割片１１Ａに対してのみ連結部材１３が設けられてもよい。

あるいは、保護部材１１を構成する複数の分割片１１Ａの一部となる２つ以上の分割片１１Ａに対してのみ連結部材１３が設けられてもよい。この場合、上述した図３の構成に関して、ドラム１５ｃとモータ１５ｄは、これら２つ以上の分割片１１Ａに共通のものであってもよい。すなわち、上述したように、２つ以上の分割片１１Ａに対してそれぞれ設けた複数の連結部材１３から延びているワイヤ１５ａが１つのドラム１５ｃに巻かれる。

（変更例２）
上段側構造体と下段側構造体は、それぞれ、図２の構造体３Ａと構造体３Ｂであってもよい。この場合、上述において、上段側構造体３Ｂと下段側構造体３Ｃは、それぞれ、上段側構造体３Ａと下段側構造体３Ｂに読み替えられる。

（変更例３）
内部空間Ｓは、ロケット１を地上から打ち上げるまでに予め加圧されていてもよい。この場合には、上述の加圧装置２１を省略してよい。

（変更例４）
上述では、ロケット１は、３段の構造体３Ａ，３Ｂ，３Ｃから構成されていたが、２段または４段以上の構造体から構成されていてもよい。この場合、上述した上段側構造体と下段側構造体は、ロケット１の隣接する任意の２つの構造体であってよい。

（変更例５）
上述では、各分割片１１Ａの上端部に嵌合部１１ａが設けられ、上段側外殻７の下端部７ａに窪み７ｂが設けられていた。本発明によると、各分割片１１Ａの上端部は、上段側外殻７の下端部７ａに軸方向に係合していればよい。例えば、各分割片１１Ａの上端部に設けた幅方向（半径方向）の窪みまたは穴に、上段側外殻７の下端部７ａに設けた突出部が幅方向に嵌合していることにより、各分割片１１Ａの上端部は、上段側外殻７の下端部７ａに軸方向に係合していてもよい。

（変更例６）
連結部材１３と連結解除装置１５は、上述の構成に限定されない。連結部材１３は、保護部材１１を下段側外殻９に連結する連結位置から、この連結を解除する解除位置へ動作可能であればよい。連結解除装置１５は、連結位置から解除位置へ連結部材１３を移動させるものであればよい。例えば、連結部材１３と連結解除装置１５の構成として、以下の他の構成例１または２を採用してもよい。

＜構成例１＞
図８（Ａ）は、図３の一部に相当するが、連結部材１３と連結解除装置１５の構成例１を示す。連結部材１３は、軸Ｃ１まわりに回転可能に下段側外殻９に取り付けられている。

連結部材１３は、図８（Ａ）では連結位置にある。すなわち、図８（Ａ）の状態で、連結部材１３は、分割片１１Ａと軸方向に係合している。

図８では、弾性部材１４は、軸Ｃ１を中心として図８（Ａ）の時計回りに連結部材１３に弾性力を与えている。これにより、連結部材１３は連結位置へ保持されている。

このような連結部材１３と弾性部材１４は、分割片１１Ａ毎に設けられてもよいし、一部の分割片１１Ａに対して設けられてもよい。複数の連結部材１３が設けられる場合には、これらの連結部材１３は、周方向に整合して配置される。

連結解除装置１５は、弾性部材１４に抗して、連結部材１３を解除位置へ回転移動させる。図８（Ｂ）では、連結部材１３は解除位置にある。連結解除装置１５は、モータ１５ｅを備える。複数の連結部材１３が設けられる場合には、連結解除装置１５は、さらにワイヤ１５ｆを備える。ワイヤ１５ｆは、周方向に延びる環状であり、複数の連結部材１３に掛けられている。各連結部材１３には、周方向に貫通する溝または穴（図８では穴）が設けられ、これらの溝または穴にワイヤ１５ｆが通されている。したがって、図８のように、１つのモータ１５ｅが、対応する連結部材１３を図の反時計回りに回転させることにより、ワイヤ１５ｆを介して複数の連結部材１３が連結位置から解除位置へ回転移動させられる。

なお、弾性部材２９は、図８では図示を省略しているが、図８と異なる周方向位置に設けられてよい。

＜構成例２＞
図９（Ａ）は、図３の一部に相当するが、連結部材１３と連結解除装置１５の構成例２を示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

図９（Ｂ）に示すように分割片１１Ａには、周方向に延びる第１溝３１と軸方向に延びる第２溝３２が形成されている。第１溝３１と第２溝３２は互いにつながっている。第２溝３２は、分割片１１Ａの下端に開口している。第１溝３１と第２溝３２は、幅方向（半径方向）に分割片１１Ａを貫通していてよい。

連結部材１３は、図９（Ａ）（Ｂ）において幅方向（半径方向）に第１溝３１に挿入されており、連結位置にある。連結部材１３は、連結位置にある時には、第２溝３２から周方向にずれた位置にある。

連結解除装置１５は、連結位置から解除位置へ連結部材１３を周方向に移動させる。図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）において、連結部材１３が解除位置へ移動した状態を示す。

このような連結解除装置１５は、ボールネジとナットを用いて、モータの回転を直線運動に変換するアクチュエータであってよい。この場合、連結解除装置１５は、モータと、モータの出力シャフトに形成された雄ねじに螺合するナットを有する。ナットは、回転不可能であるがモータの出力軸の方向には移動可能に下段側外殻９に取り付けられている。ナットは連結部材１３に固定されている。この構成で、モータの回転をナットと連結部材１３の直線運動（すなわち、周方向の移動）に変換する。

構成例２において、連結部材１３と連結解除装置１５は、分割片１１Ａ毎に設けられてもよいし、一部の分割片１１Ａに対して設けられてもよい。

（変更例７）
本発明によると、保護部材１１は、周方向に互いに分離した又は接した複数の分割片１１Ａから構成されていればよい。この場合、周方向に隣り合う分割片１１Ａが、周方向に隙間なく互いに接していてもよいし、図４のように、周方向に隣り合う分割片１１Ａ同士の間がガスシール部２７で埋められていてもよいし、周方向に互いに分離した分割片１１Ａ同士の間に空間（例えば隙間）が設けられてもよい。

周方向に互いに分離した分割片１１Ａ同士の間に空間を設ける場合には、例えば図８連結部材１５により、または他の拘束手段により、各分割片１１Ａを半径方向内側へ移動しないようにすることができる。これにより、嵌合部１１ａは窪み７ｂから抜けないようになる。上記他の拘束手段としては、例えば図３において連結部材１３が、貫通穴１１ｂと係合穴９ｂにきつく嵌る構成を採用してもよい。または、図９（Ａ）（Ｂ）において、軸方向に延びている、連結部材１３の部分が、分割片１１Ａの内周面に接する構成を上記他の拘束手段として採用してもよい。

分割片１１Ａ同士の間に空間を設ける場合には、分割片１１Ａを小さくできる。したがって、分割片１１Ａがノズル５ａに衝突した場合にノズル５ａの破損する可能性がさらに低くなる。なお、この場合には、加圧装置２１やガスシール部２７は省略される。

１ ロケット、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 構造体、５ ロケット推進系、５ａ ノズル、６ 衛星、７ 上段側外殻、７ａ 下端部、７ｂ 窪み、７ｃ 下端面、９ 下段側外殻、９ａ 上端面、９ｂ 係合穴、１０ ロケット連結分離機構、１１ 保護部材、１１Ａ 分割片、１１ａ 嵌合部、１１ｂ 貫通穴、１２ 外面、１３ 連結部材、１３ａ 拡径部、１４ 弾性部材（コイルバネ）、１５ 連結解除装置、１５ａ ワイヤ、１５ｂ 滑車、１５ｃ ドラム、１５ｄ モータ、１７ 滑走案内部、１８，１９ 環状ガスシール部、２１ 加圧装置、２３ 姿勢制御装置、２３ａ 気蓄器、２３ｂ 液体燃料タンク、２３ｃ 燃焼器、２３ｄ ノズル、２３ｅ 配管、２３ｅ１ 開口、２３ｆ バルブ、２５，２７ ガスシール部、２９ 弾性部材、３１ 第１溝、３２ 第２溝、Ｓ 内部空間

Claims (6)

1. ロケットの上段側構造体と下段側構造体とを互いに連結し分離するためのロケット連結分離機構であって、
   上段側構造体は、ロケットの中心軸まわりに延びる上段側外殻と、上段側外殻の内部に配置されたロケット推進系と、を備え、該ロケット推進系は、上段側外殻よりも下方へ突出したノズルを有し、
   下段側構造体は、前記中心軸をまわる周方向に延びる下段側外殻を備え、該下段側外殻の内側に前記ノズルが位置し、
   ロケット連結分離機構は、
   上段側外殻の下端部に連結され、前記周方向と直交する幅方向において前記ノズルと下段側外殻との間に位置する保護部材と、
   前記保護部材を下段側外殻に連結する連結位置から、当該連結を解除する解除位置へ動作可能な連結部材と、
   前記連結部材を連結位置から解除位置へ移動させる連結解除装置と、を備え、
   前記保護部材は、前記ノズルを囲むように前記周方向に延び、前記周方向に互いに分離した又は接した複数の分割片から構成され、
   各分割片の上端部が、上段側外殻の下端部に前記ロケットの軸方向に係合することにより、各分割片は上段側外殻に連結しており、
   前記下段側外殻は、前記保護部材を介して上段側外殻に連結している、ロケット連結分離機構。
2. 前記連結部材を前記連結位置へ保持するように前記連結部材に弾性力を与える弾性部材を備え、
   前記連結解除装置は、前記弾性部材に抗して、前記連結部材を前記解除位置へ移動させる、請求項１に記載のロケット連結分離機構。
3. 前記保護部材の外周面に固定され周方向に延びる滑走案内部を備え、
   該滑走案内部は、下段側外殻の内周面に接している、請求項１または２に記載のロケット連結分離機構。
4. 上段側外殻と下段側外殻とにより形成される内部空間は、ロケットの外部に対して密閉されており、
   前記内部空間は、予め加圧されており、または、前記内部空間を加圧する加圧装置が設けられる、請求項３に記載のロケット連結分離機構。
5. 前記滑走案内部は、前記保護部材と下段側外殻との隙間を塞ぎ、
   前記周方向に隣り合う前記分割片同士の境界に設けられ、該境界を塞ぐように前記ロケットの軸方向に延びているガスシール部を備える、請求項４に記載のロケット連結分離機構。
6. 分割片毎に設けられ、分割片と下段側外殻とを互いに軸方向に離間させる弾性力を両者に作用させる分離用の弾性部材を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロケット連結分離機構。

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