JP6866063B2 - 圧縮流体を使用して発射体を発射するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮流体を使用して発射体を発射するための装置に関する。本発明は特に宇宙の分野に適用される。

かなり実体のある大きさのスペースデブリの量は着実に増加している。スペースデブリの量の増加は、人工衛星間のおよび／または宇宙ステーションとの衝突の危険性を増大する。一部のデブリは、その大きさおよび／または危険領域と呼ばれる領域、例えば有用な軌道におけるその位置のために危機的な問題であると考えられる。例えば、有用な軌道中に配置され得る廃棄された人工衛星、ロケット段に関して言及することができる。そのようなデブリを有用な軌道から離すためにそれらを軌道から排除することは喫緊の課題になっている。続いて、効果的かつ確実な方法で宇宙の汚染を低減するためにこのデブリをどのように取り除くかについて疑問が生じている。実際に、デブリを取り除くために確実な操作および装備が必要であり、取り除かれない場合、望ましくない衝突が、およびさらに多くのデブリさえ生じるであろう。

様々な解決策が提案されてきた。それらのうち、デブリを掴んで保持するための関節式アーム、巨大ネットまたはロボット型乗り物に関して言及することができ、それらすべては、デブリを捕捉して地球に戻すこと、または、有用な軌道から遠く離れた宇宙待機軌道と呼ばれる軌道にデブリを乗せることを目的としている。これらの解決策は費用が掛かり、また実行が困難である。

別の解決策は、対象のターゲット物体、すなわちデブリに銛を打ち込み、デブリを危険領域の外へ曳航することである。１つの大きな問題は銛の安定性に関連する。実際に、地球の大気は、粘性媒体のようにふるまうと考えることができ、空気抵抗をもたらす。対照的に、完全に近い真空状態であると呼ばれる宇宙では、そのような媒体中を移動する物体はほとんど全く空気抵抗がない。その結果、この物体に空気力学的な効果は及ばない。換言すると、真空中、銛をその経路の軸に沿って向けられた状態に維持するために空気力学的な効果を当てにすることは不可能である。従って、いったん発射されると、銛は、一般的にはケーブルに保持されているが、もはやターゲット物体に向かって所望の方向に進まない。従って、ターゲット物体に銛を打ち込むように意図された装置に関する解決策を思い付いたとき、宇宙の分野に関連付けられるさらなる制約を考慮しなければならない。加えて、銛とターゲット物体（すなわちデブリ）との間の接続は、ケーブルが巻き出されるとき、銛の経路に乱れをもたらす可能性がある。また、ケーブルは、内部に保管されているとき、もつれる可能性もある。

本発明は、圧縮流体を使用して発射体を発射するための装置を提案することによって上記の問題の全てまたはいくつかを軽減することを目的とし、圧縮流体は、発射体がその照準線に沿ったその飛翔経路を維持することを可能にし、発射体は、発射体の経路に乱れをもたらさない接続装置によって接続される。

このため、本発明の１つの主題は、圧縮流体を使用して発射体を発射するための装置であって、
・２つの端部を有する砲身であって、発射体が砲身の内側に配置され、２つの端部の第１端部は圧縮流体が砲身に入ることを可能にし、２つの端部の第２端部は発射体が出ることを可能にする砲身と、
・砲身の２つの端部の第１端部に接続された圧縮流体の貯蔵部と
を含む装置において、装置が第１テープを含む接続装置を含み、第１テープが、軸Ｚの周りで支持体の周囲に巻かれる構成から、軸Ｚに対して実質的に垂直な軸Ｘに沿って展開される構成へ移行することができ、およびテープが発射体に固定された端部を有すること、および支持体が砲身に固定されることを特徴とする装置である。

一実施形態によれば、第１テープの端部は接続要素によって発射体に接続され、接続要素は、発射体が軸Ｘの周りで回転することを可能にする機械的構成要素である。

例として与えられる１つの実施形態の詳細な記載を読むことにより本発明はより深く理解されおよび他の利点が明らかになり、その記載は添付の図面によって示される。

本発明による発射体を発射するための装置の第１実施形態の面ＸＹにおける断面概略図、および面ＸＹに対して垂直な面ＹＺにおける発射体の断面図を示す。 本発明による発射体を発射するための装置の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 本発明による発射体を発射するための装置の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 本発明による発射体を発射するための装置の第３実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 発射体を発射するための、および砲身を含む装置の第４実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 発射体を発射するための、および砲身を含む装置の第４実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 第１の物体を第２の物体に接続するように意図された接続装置の第１実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第３実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第３実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第４実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の第５実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置を含む本発明による発射体を発射するための装置の第５実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の１つの実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 接続装置の１つの実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。 本発明による接続装置を含む発射体を発射するための装置の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。

明確にするため、様々な図面中、同一の要素は同一の参照番号が付される。

本発明は宇宙分野での使用に関連して記載されることに注目すべきである。それにもかかわらず、本発明は同じく地球大気内で、例えば水中からまたは水面に浮遊するデブリを回収するために船舶上で、または物体をけん引するために地上で適用されてもよい。

およびより一般的には、本発明は、第１の物体が第２の物体に接続されるいかなる場面にも適用可能である。

図１は発射体１１を発射するための装置１０の、および砲身１８の第１実施形態の面ＸＹにおける断面概略図と、面ＸＹに対して垂直な面ＹＺにおける発射体１１の断面図とを示す。発射体１１は軸Ｘに沿って２つの端部１２、１３の間に延在する。発射体１１は、軸Ｘの実質的に円筒状の砲身１８内に配置されるように意図されている。発射体１１は、発射体１１の２つの端部の第１端部１２に開口しおよび圧縮流体を受け取るように意図された中空部分１４をその中心に含む。発射体１１は複数の排気口１５を含み、排気口１５は、軸Ｘに対して実質的に垂直に中空部分１４から発射体１１を貫いて延在し、および圧縮流体を実質的に発射体１１の接線方向に放出するように意図された実質的に半径方向の出口を有する。好ましくは、これは強制ではないが、圧縮流体は圧縮ガスであり得る。圧縮流体は中空部分１４を経由して発射体１１に入り、排気口１５を経由して発射体１１の断面の接線方向に流出する。排気口１５を経由して発射体１１の断面の接線方向に流出する圧縮流体は発射体のトルクを生成し、トルクは発射体を自己回転させる。換言すると、発射体１１は軸Ｘの周りで自己回転するように設定される。発射体１１に入ると圧縮流体は発射体の内側で圧力を増大する。この圧力の増大は発射体の軸Ｘの沿った並進運動を引き起こし、それにより発射体１１は発射される。同時に流体の圧力および排気口を通る流体の流れは発射体を自己回転させる。従って発射体１１の中空部分１４および排気口１５は、発射体１１の軸Ｘに沿った並進運動と軸Ｘ周りの回転運動との両方を可能にする。図１の面ＹＺの断面図において、発射体１１は３つの排気口を含む。発射体１１を適切に回転するように設定するために、少なくとも２つの排気口が必要であるが、３つ以上の排気口を有することも同じく可能である。

発射体１１は頭部１６および胴部１７を含む。発射体１１の頭部１６は、発射体１１の２つの端部の第２端部１３から複数の排気口１５まで延在する。発射体１１の胴部１７は、頭部１６から発射体１１の第１端部１２まで延在する。

砲身１８は２つの端部１９、２０を有し、その中に発射体１１は配置され、砲身１８の２つの端部の第１端部１９は圧縮流体が砲身１８に入ることを許容し、２つの端部の第２端部２０は発射体１１が出ることを許容する。

最後に、発射体１１を回転するように設定する装置１０は、発射体１１が配置される砲身１８の第１端部１９に接続される圧縮流体の貯蔵部２１を含み、それにより発射体１１に圧縮流体を供給する。

図２ａおよび２ｂは、発射体１１を発射するための装置１００の第２実施形態の面ＸＹにおける概略断面図を示す。砲身１８は２つのらせん接続要素２３、２４のうちの第１要素２３を含む。発射体１１は２つのらせん接続要素２３、２４のうちの第２要素２４を含み、それは発射体１１の中空部分１４内に固定され、第１らせん接続要素２３および第２らせん接続要素２４は組合せ運動機構２２を形成し、それにより砲身１８に対する発射体１１の軸Ｘ周りの回転と軸Ｘに沿った並進とを同時にもたらす。組合せ運動機構２２は、ねじ−ナットアセンブリであり得、または好ましくは、２つの接続要素２３、２４の間の摩擦を制限するようにボールねじまたはローラねじを含むアセンブリであり得る。圧縮流体の圧力が発射体１１を砲身１８から押し出す。既に見たように、実質的に半径方向の出口を有する排気口１５が、発射体１１の軸Ｘ周りの回転運動の発生を可能にする。ここで発射体はその飛翔経路をその軸上に維持することが望ましく、飛翔経路は軸Ｘに沿うので、発射体は常に同じ方向に向けられた状態を維持するように適切に加速されて軸Ｘ周りで回転されることが望ましい。２つの要素のうちの１つ２３または２４はねじ付きロッドに例えることができ、２つの要素のうちの他方２３または２４はナットに例えることができる。ナットがねじ付きロッドと係合されるねじ山の数Ｎに依存して、発射体１１は図２ａに示されるようにそれ自体の同じ数Ｎの回転に、従ってＮ回転の運動に影響を及ぼし、その後、図２ｂに示されるように並進方向に解放され、そして放出されることが可能になる。従って接続機構２２は、発射体１１が軸Ｘに沿って並進運動を加速する前、軸Ｘ周りでより大きな角加速度を得ることを可能にする。

図２ａおよび２ｂにおいて、ねじが砲身１８に固定され、およびナットが発射体１１の中空部分１４内に固定されていることに注目すべきである。それにもかかわらずこの配置を逆にすること、すなわち、ねじを発射体１１の中空部分１４内に固定し、ナットを砲身１８に固定することも全体的に可能である。

図３は砲身１８を含む発射体１１を発射するための装置１１０の第３実施形態の面ＸＹにおける断面斜視図を示す。砲身１８は実質的に半径方向の第１開口２５を含む。この実質的に半径方向の開口２５は、圧縮流体が発射体１１を通って流れたあと、圧縮流体が砲身１８を出ることを可能にする。

砲身１８は頭部２６および胴部２７を含み、砲身１８の頭部２６は、砲身１８の２つの端部の第２端部２０から開口２５まで延在し、砲身１８の胴部２７は、砲身１８の頭部２６から砲身１８の２つの端部の第１端部１９まで延在する。

砲身１８の胴部２７の直径は砲身１８の頭部２６の直径より小さいことが同じく注目されてもよい。加えて、発射体１１の胴部１７の直径は発射体１１の頭部１６の直径より小さい。さらに、発射体１１の胴部１７の直径は砲身１８の胴部２７の直径より小さく、発射体１１の頭部１６の直径は砲身１８の頭部２６の直径より小さい。

換言すると、砲身１８の頭部２６の直径は発射体１１の頭部１６の直径よりかなり大きく、砲身１８の胴部２７の直径は発射体１１の胴部１７の直径よりかなり大きい。

胴部および頭部それぞれの間のこの直径の差は発射体１１の案内システムを構成する。具体的には、胴部は、頭部の直径に対応する第２直径より小さい第１直径に対応するので、発射体１１は放出されるとき、胴部および頭部レベルで同時に解放される。従ってこの構成は、胴部で振動によって生じる可能性のある発射体１１の飛翔経路の一切の妨害作用を回避する。

図４ａおよび４ｂは砲身１８を含む発射体１１を発射するための装置１２０の第４実施形態の面ＸＹにおける断面斜視図を示す。砲身１８は、２つの端部２９、３０を有する排気ダクト２８を含む。砲身１８は、砲身１８の第１開口２５と砲身１８の２つの端部の第２端部２０との間に第２開口３１を含む。排気ダクト２８の２つの端部の第１端部２９は砲身１８の第１開口２５に接続され、排気ダクト２８の２つの端部の第２端部３０は砲身１８の第２開口３１に接続される。特定の圧力であり且つ特定の流速を有する圧縮流体は、発射体１１を通過した後、砲身１８から放出しなければならない。図３と組み合わせて既に説明したように、圧縮流体は、砲身１８の半径方向の開口２５を通って単に放出されてもよい。この場合、圧縮流体は外側（宇宙、大気、すなわち発射体を回転するように設定する装置が使用される環境）へ放出される。図４ａおよび４ｂに示されるように、空気力学的効果を発射体１１に生じさせるために圧縮空気の放出を使用することも可能である。図４ａでは発射体１１は角加速段階にある。組合せ運動機構２２は発射体１１の回転加速を促し、半径方向の開口２５は少なくとも１つの排気口１５に面してほぼ横たわる。圧縮流体は排気口を経由して発射体１１を出、発射体１１にトルクをもたらし、それを自己回転させる。圧縮流体は続いて第１端部２９を経由して（すなわち半径方向の開口２５を経由して）排気ダクト２８に入り、そして第２端部３０（すなわち第２開口３１）を経由して排気ダクト２８から再び現れる。図４ｂに示されるように、軸Ｘに沿った並進運動段階において、組合せ運動機構２２の接続要素２３、２４は互いに自由になるので、すなわち発射体１１はかなりの角加速度を得たので、発射体１１は砲身１８の端部２０に向かって移動する。従って排気口１５は排気ダクト２８の第２端部３０に面する。従って圧縮流体は第２端部３０を経由して排気ダクト２８に入り、排気ダクト２８の第１端部２９のレベルで半径方向の開口２５を経由して排気ダクト２８から再び現れる。砲身１８の胴部２７に向かう圧縮流体の流れは砲身１８の胴部２７内の圧力の増大をもたらし、従って軸Ｘの方向における発射体の追加の力を生成し、発射体１１の軸Ｘに沿った並進運動を促す。

図５は、第１の物体４０、第２の物体４１を含む接続装置１３０の第１実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。接続装置１３０は第１テープ４２を含み、第１テープ４２は、第１の物体４０に固定された支持体４３の周囲に軸Ｚの周りでそれが巻かれる構成から、軸Ｚに対して実質的に垂直な軸Ｘに沿ってそれが展開される構成へ移行することができ、テープ４２は第２の物体４１と接触するように意図された端部４４を有し、それにより第１の物体４０と第２の物体４１を接続する。

テープは簡単に巻かれ、そして巻き出され、巻かれた構成において最小量の空間を占める。なぜならテープが軸Ｚの周りにおよび実質的に面ＸＹにおいて巻かれるためであり、それによりテープがからまることを防止する。それにもかかわらず、テープの代わりにケーブルまたはひもの使用を考えることも可能であり、ケーブルまたはひもは、テープ４２と同様に、第１の物体４０に固定された支持体４３の周囲に軸Ｚの周りでそれが巻かれる構成から、軸Ｘに沿ってそれが展開される構成へ移行することができる。

図６ａおよび６ｂは接続装置１３０の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。接続装置１３０は、面ＸＹと実質的に平行に、第１テープ４２の各側に１つ配置された第１フランジ４５および第２フランジ４６と、第１テープ４２の周囲に配置されたカバー４７とを含む。２つのフランジ４５、４６によりテープ４２は巻き出されるときその巻取機から逸脱しない。カバー４７も同じくテープ４２が大量に巻き出されることを防止する。これは、第２の物体４１と接触するためにまたはそれをけん引するためにテープ４２の特定長さを迅速に利用可能にすることが時々必要になるためである。その場合、テープ４２を、例えばテープ４２を５〜２０メートル、２つのフランジ４５、４６の間から巻き出すことが必要かもしれず、カバー４７はこの巻き出された長さが支持体４３の周囲に維持されることを可能にする。これらの例は図７ａおよび７ｂで見ることができる。

図７ａおよび７ｂは接続装置の第３実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。接続装置１３０は第１テープ４２を案内するための案内装置４８を含む。案内装置４８は、テープ４２の各側に１つの、２つの簡単な台（ｒｅｓｔ）から構成され得、テープ４２を展開された状態に案内する。簡単な台は、テープ４２との点接触を形成するローラ、またはテープ４２の幅を横切る長手方向の接続を形成するフィンガであり得る。

さらに、接続装置１３０は第１テープ４２を切断することを目的とする切断装置４９を含み得る。そのような切断装置は、第２の物体と接触することをもはや望まない場合、または安全性または操作しやすさの理由でけん引を継続することをもはや望まない場合、必要性を証明し得る。切削装置は、高温せん断（ｐｙｒｏ ｓｈｅａｒｓ）または他のいずれかの適切な種類のせん断であり得る。

図８は接続装置１３０の第４実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。接続装置１３０は、支持体４３に接続され且つ第１テープ４２を巻き取りおよび展開するように意図された軸Ｚに沿った出力シャフト５１を有するモータ５０をさらに含み得る。

図９は、接続装置１３０の第５実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。接続装置１３０は少なくとも１本の第２テープ５２を含み得、第２テープ５２は第１テープ４２に重ねられ、および第１の物体４０に固定された支持体４３の周囲に軸Ｚの周りでそれが巻かれる構成から、軸Ｚに対して実質的に垂直な軸Ｘに沿ってそれが展開される構成へ移行することができ、テープ５２は第３の物体（不図示）と接触するように意図された端部５４を有し、それにより第１の物体４０と第３の物体を接続する。テープ５２はテープ４２と重ねられる。同様に第３テープ５３が支持体４３に巻かれ、テープ４２および５２と重ねられてもよい。このテープ巻取り構成は、いくつかの物体と接触するように意図されたいくつかのテープが最小量の空間に巻かれることをそれが可能にするので、有利である。同様に、接続装置１３０は４本以上のテープを含むことが可能であり、それらテープは互いに重ねられ、第５またはそれ以上の物体が第１の物体４０に接続されることを可能にする。

図１０は、砲身１８、砲身１８の２つの端部の第１端部１９に接続された圧縮流体の貯蔵部２１を含む、本発明による圧縮流体を使用して発射体を発射するための装置１４０の第５実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。発射装置１４０は、本明細書中で上に記載した接続装置１３０を含み、発射体１１は第２の物体４１である。支持体４３は装置１４０に固定される。第１テープ４２の端部４４は、接続要素５５によって、第２の物体、すなわち発射体１１に接続される。接続要素５５は機械的構成要素であり、発射体１１が軸Ｘの周りで回転することを可能にする。それは発射体１１が軸Ｘの周りで回転することを可能にするボールベアリングであり得る。支持体４３は砲身１８に固定される。有利には、支持体４３は砲身１８の２つの端部の第１端部１９の近くで固定される。換言すると、接続装置１３０は砲身１８の後部に配置され、そこで圧縮流体は流入する。従って貯蔵部２１から来る圧縮流体は砲身１８の後部を占める。次に圧縮流体は砲身１８にその端部１９で入り、次に発射体１１の中空部分１４に入り、排気口１５を経由して再び現れ、それにより発射体１１それ自体の回転運動を引き起こし、および軸Ｘに沿った発射体の並進運動を引き起こす。

図１１ａおよび１１ｂは接続装置１３０の２つの実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。既に説明したように接続装置１３０は砲身１８内に配置される。テープ４２の端部４４は接続要素５５（これらの図には示されない）によって発射体１１に固定される。換言すると、第１の物体４０は砲身１８であり、第２の物体４１は発射体１１である。従ってテープ４２は発射体１１に固定される間、いったん発射体１１が砲身１８内に存在しなくなると、その飛翔経路を邪魔しない。さらに、テープ４２と発射体の間の接続は砲身１８の内側にあるので、流体、従って圧力の漏れは発生しない。

図１２は本発明による接続装置１３０を含む発射体１１を発射するための装置１４０の第２実施形態の面ＸＹにおける断面概略図を示す。図１２の全ての要素は図１１ｂの要素と同一である。この実施形態は、図１１ａおよび１１ｂと組み合わせてこれよりも前で言及したような、テープ４２の端部４４および発射体１１を接続する接続要素５５の見た目を提供する。

１０ 装置
１１ 発射体
１２ 端部
１３ 端部
１４ 中空部分
１５ 排気口
１８ 砲身
１９ 端部
２０ 端部
２１ 貯蔵部
４２ 第１テープ
４３ 支持体
４４ 端部
５５ 接続要素
１３０ 接続装置
１４０ 装置

Claims (1)

1. 圧縮流体を使用して発射するための装置（１４０）であって、
   ・発射体（１１）と、
   ・２つの端部（１９、２０）を有する砲身（１８）であって、前記発射体（１１）が前記砲身（１８）の内側に配置され、前記２つの端部（１９、２０）の第１端部（１９）は前記圧縮流体が前記砲身（１８）に入ることを可能にし、前記２つの端部（１９、２０）の第２端部（２０）は前記発射体（１１）が出ることを可能にする砲身（１８）と、
   ・前記砲身（１８）の前記２つの端部（１９、２０）の前記第１端部（１９）に接続された圧縮流体の貯蔵部（２１）と
   を含む装置（１４０）において、前記装置（１４０）が、第１テープ（４２）を含む接続装置（１３０）を含み、前記第１テープ（４２）が、軸Ｚの周りで支持体（４３）の周囲に巻かれる構成から、前記軸Ｚに対して実質的に垂直な軸Ｘに沿って展開される構成へ移行することができ、および前記テープ（４２）が前記発射体（１１）に固定された端部（４４）を有すること、前記支持体（４３）が前記砲身（１８）に固定されること、前記第１テープ（４２）の前記端部（４４）が接続要素（５５）によって前記発射体（１１）に接続されること、および前記接続要素（５５）は、前記発射体（１１）が前記軸Ｘの周りで回転することを可能にする機械的構成要素であり、前記機械的構成要素は、ボールベアリングであること
   を特徴とする装置（１４０）。

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