本願は特開2022-058853(特願2022-015274)に関連する。
本発明はソーラープレーンである航空機3を複数連結した空中の構造物2もしくは宇宙空間の構造物1(宇宙構造物1、または宇宙構造物になる空中構造物2)と、前記構造物に関わる装置に関する。
<先の出願からの差異>
先の出願では航空機3や構造物2及び構造物1について開示した。前記構造物2や1は、太陽電池から得られた電力を使ってよい、電気式の加速装置により、
粒子や物体を加速し発射・噴射・移動させた反動で推進する反動推進装置のソーラープレーン3(航空機3)を、複数連結した構造物2や1であり、
ジェットエンジン機では空気の取り込みの出来ない空気が稀薄で宇宙や宇宙と空中の境目の高度であっても、太陽電池で作動できる電気式の前記推進装置により前記航空機3や3からなる2や1を推進させようとする。前記2や1は所謂オービタルリングとしての利用を意図したもので、リングと地上とを結ぶ軌道エレベータ部を形成することを意図していた。
・しかし先の出願では前記軌道エレベータ部のための、(秒速7km以上の速度で)移動・回転しうる構造物2や航空機3と接続する部分の、開示が不十分であると感じられた。
そこで本願では回転する空中又は宇宙の構造物2に備えられた磁性体・磁気発生部と作用し、磁気の力により磁気浮上または磁気吸引を行うコネクタ部17に関するアイデアを開示する。
前記磁気吸引のステップは、センサにより磁気吸引時のギャップ・隙間がフィードバック制御されて行われる。
(本願では、空中又は宇宙にある移動・回転する構造物の前記磁性体・磁気発生部へ、地上から延びたケーブルに備えられた前記コネクタ部17を磁気吸引させ、
吸引の度合いをセンサ及び制御回路・コンピュータ等磁気吸引を行うための手段により、フィードバック制御しながら、回転する空中の構造物2や1に接触しないようにしつつ、
前記構造物2や1から地上にコネクタ部17及びケーブル12を釣り下げることを意図した、構造物2や1への接続部17・コネクタ部17を開示する。)
<磁気吸引により構造物からぶら下がるコネクタ部>
環状の前記構造物2や1はソーラープレーン3の太陽光発電を妨げうる雲(太陽光を遮る雲や雨雲)の発生する高さよりも高い高度の空中、
或いは地上から100km以上の所謂宇宙空間の高度に保持・維持されている。
環状の前記構造物2や1は前記移動・回転により、
図1や
図1E、
図1Iに記載の様に、地球(及び水星・金星・火星等含む惑星、月等を含む衛星)から受ける重力と釣り合う力(向心力・支持する力)を持ち、
前記コネクタ部17及び前記ケーブルは星からの重力を受けている。
前記構造物に備えさせた磁性体に前記コネクタ部に備えさせた磁力発生部分171C(電磁石171Cまたはコイル171C)の磁力を制御しつつ(電磁石の通電電流を制御させつつ)、
センサにより前記コネクタ部と前記構造体が接触しないようギャップ・距離等物理量を測定し、
コネクタ部17のコイル171Cの磁力を制御して、前記コネクタ部を前記構造体から非接触で釣り下げる(ぶら下げる)こと、
または前記構造体(空中にある構造体2または宇宙にある構造体1または2)に前記コネクタ部を吸いつかせる事を意図している。
磁力発生部分171Cはコイル、電磁石、超伝導電磁石・超電導電磁石でよい。
17と2が接触しないように、コネクタ部17が構造物2に吸いつく形式でもよいし構造物2がコネクタ部17に吸いつく形式でもよい。
後者の構造物2がコネクタ17に吸いつくよう接近する場合、構造物2が或る高度で維持される場合にはコネクタ部17が構造物2側に吸い上げられうる。
●(毎秒7kmで)回転する構造体2が宇宙空間にある場合は、
回転する構造体2の表面に粒子の流れや気流は生じにくいかもしれないが、
稀薄空気中あるいは空中から宇宙に変わる境界に2がある場合には粒子の流れや気流が生じ、
コネクタ部17で構造物2を吸引するときに前記流れ・気流が磁気吸引を妨害するかもしれない。
本願では宇宙空間で真空度が高く、
前記流れのない地上からの高度で(又は吸引に問題が生じない環境で)、
コネクタ部17で構造物2を磁気吸引させる事が好ましいかもしれない。
<コネクタ部17の構造物2または1への設置方法>
●本願ではフィルム状の超薄膜太陽電池でもよい太陽電池と蓄電装置を備えるソーラープレーン3を複数連結した環状の前記構造物2を、
雲よりも高い高度の空中に形成し、環状空中構造物2とし、構造物2は日中は太陽光発電により飛行・推進・蓄電し、
夜間は蓄電装置に蓄電した電力で飛行・推進する。
前記環状空中構造物2に備えた加速機構又は推進機構により前記構造物2を電力を用いて回転・移動させる。
この時、コネクタ部17や列車部17TRと結合したソーラープレーン3含んでいてもよい。
●本願では2の推進・回転に際して、
光子を発射した反射用で推進可能な推進装置・加速装置(光子推進装置、30、30A、30AC、30ACA)、
又はイオン風・荷電粒子・粒子・物体を電場・磁場により発射する粒子加速装置(30,30A、30AA、30AB)を用いる。
構造物2に搭載されうる前記2種類の加速装置は、
化学ロケットに比べ推力は低いかもしれないが、
前記雲上の高度にある前記構造物2を太陽電池と蓄電装置を利用し、
(1日中、それ以上の時間にわたり)加速し続けることで、
(人工衛星の光子セイルの推進時の運用のように、)長時間にわたって光子・粒子を3や2から発射させ、
構造物2を加速・推進させて、構造物2の速度を毎秒7や10km以上へと加速させることを意図している。
●(仮に)回転する環状の前記構造物2に向心力が作用し宇宙空間まで持ち上がった時、
コネクタ部17と構造体2(ソーラープレーン3)との結合を解き、コネクタ部17を磁気吸引させて前記構造物2からぶらさげる。
この後コネクタ部17と地上部をケーブル(前記ケーブル部はケーブル形状に限らず、
テープ状、軌道状、棒状、糸状、繊維状、長い物)で結び軌道エレベータとしてもよい。
コネクタ部17を(HSST型でもよい)列車台車部17TRとして、
列車車体部16TRを備えた17TRを構造物2をレール又は軌道として軌道上を移動させ、輸送手段に用いてもよい。
(●列車部17TRが無くとも構造体2を基にする鉄道・レールウェイ、索道・ロープウェイが可能となりうる。)
●エレベータのかご部15に関しては本願では公知の方式が用いられうる。
高度が100kmであれば公知のロープ式等エレベータでも数時間で該高度に到達できるかもしれない。(50km毎時のエレベータでは、高度100kmまで2時間。)
かご部15に1次側電磁石、昇降路12でもあるケーブル部12(軌道部12)に2次側電磁石を備え、
リニアモーター式の軌道エレベータを構成してもよい(参考:日本エレベーター協会、www.n-elekyo.or.jp/ encyclopedia/mechanism/ elevator.html)。
かご部15がソーラープレーン3やコネクタ部17と共通・類似の要素を持ってもよく、
例えばかご部15は地上から空中及び宇宙で動作可能かつヒトが搭乗可能な人工衛星・宇宙船として構成されてもよい。
15はエレベータによる昇降時や昇降後の高度から更に別の高度・軌道・宇宙空間に移る・移動するために、3の機能や推進装置(スラスタ・ロケット)を備えてもよい。
●かご部15に3と同じく光子推進装置(30,30A、30AC、30ACA、)や光子セイルを備えてもよいし、粒子加速装置(30、30A、30AA、30AB)を備えてもよい。
●かご部15は事故などで15が大気圏突入する場合に備え、かご部15に乗る人員や物資を保護するための手段(大気圏突入手段、大気圏突入後の減速用落下傘)を備えてもよい。
●冷凍装置や超伝導電磁石を搭載する事により、構造物2の重量が重くなる等の課題が想定される場合、
ソーラープレーン3や構造物2及び1に、コネクタ部17や17TRを搭載せずに、
ロケットで17や17TRを構造物2のある高度に輸送し、2,1に17,17TRを取り付けてもよい。
その際にコネクタ部17にスラスタ171Tや推進用ロケット171Rが有る事により、
打上げ後に宇宙空間の軌道投入時に、17や17TRの自発的な構造物2への接近・移動や姿勢制御が可能となる。
●構造物2が7km/secの高速で回転しているときに、
コネクタ部17が構造物2に接触する場合、2が破壊されるので、2から17が自発的に離れるための手段を17が備えてよい。
ただし、自発的に(制御不能になる事態。事件などで制御を奪われるなどして、)17が2の方向に推進・突撃などして衝突する事故も起きうるので、
その場合に備え、17は他の物体との衝突を回避するギャップセンサ(他の物体と17の衝突回避手段のためのセンサ)を、
コネクタ部17の機体各部に張り巡らすように複数備えさせて17が構造物2を含む物体を避けることの出来る装置17であればより好ましい。
<説明>
図1および
図1Aから
図1Lに本願のコネクタ部17と構造物に関する説明図を記載する。(
図2から
図13は先の出願と同様の図である。)
本願はソーラープレーン3を連結したオービタルリングである空中構造物2または宇宙構造物1(
図1の1A・1B)について、吸引型磁気浮上を用いる接続部17(171)を用いることを主張する。
17の台数は、ソーラープレーン3より少ないことを想定する。
なお後述の17TR等は構造物2を構成するソーラープレーン3の台数と同等になるかもしれない。
171Cのコイルは電磁石または超伝導コイルでもよい。
本願は吸引型磁気浮上を用いる接続部17(171)を用いる。
接続部17の磁力発生部171Cまたはコイル171Cの磁気を変化させ吸引若しくは作用させる部分317は、
構造物2の3に備えさせた電磁石、磁石、または磁性材料(鉄系材料)である。
他に反磁性材料など、磁気・磁力により応答し磁気吸引を変えるものや磁気吸引を行うための磁力発生装置が171Cや317に含まれてよい。
磁気吸引はセンサ171Sや3171Sにより構造物2とコネクタ部17の距離を(17SPACE部の距離を)、
宇宙空間において距離測定・センシングしてフィードバック制御し前記距離・ギャップを一定に保ち、
構造物2とコネクタ部17を接触させないように磁気吸引させ続ける。
接続部17に例えば電流オンとオフの制御を行うコイル171Cを備えさせ、
対する構造物2のソーラープレーン3の一部に鉄などの磁性材料部317MGやソーラープレーンの回路で制御される電磁石部分317Cを備えさせる。
なお、317MGをグラファイト箔等の反磁性材料317AMGに置き換えてギャップ・隙間17SPACEの広さを制御してもよい。
前記センサ171Sや3171Sについては、真空下でも距離測定可能な手段が必要である。
例えばレーザー距離計を用い、前記距離測定を行うことが想定される。
<<磁気吸引のパターン>>
次の二通りを想定する。
<構造物2に対しコネクタ部17が磁気吸引する構造>
ソーラープレーン3を連結した空中構造物2及び宇宙構造物2であって、
前記構造物2は回転する前記構造物2であって、
前記構造物2に、鉄など磁性材料や反磁性材料或いは永久磁石または電磁石等の磁力に反応する部分317を備えさせ、
磁力発生部分171Cを備えた、
構造物2のコネクタ部17であって、構造物2に対しコネクタ部17が磁気吸引する特徴を持ち
前記部分317は前記構造物2内部で1つ以上の分離された区画に備えられており、
前記コネクタ部17は前記構造物2と非接触でコネクションする手段を備える、
前記構造物2に対して磁気吸引方式でコネクションするコネクタ部17。
<コネクタ部17に対し構造物2が磁気吸引する構造>
ソーラープレーン3を連結した空中構造物2及び宇宙構造物2であって、
前記構造物2は回転する前記構造物2であって、
前記構造物2に、磁力発生部分317Cを備えさせ、
鉄など磁性材料や反磁性材料或いは永久磁石または電磁石等の磁力に反応する部分171CMを備えた、
構造物2のコネクタ部17であって、コネクタ部17に対し構造物2が磁気吸引する特徴を持ち、
前記構造物2は前記コネクタ部17と非接触でコネクションする手段を備える、
前記コネクタ部17に対して磁気吸引方式でコネクションする前記構造物2。
・渦電流、eddy currentが部分317や171CMに生じる事が考えられる。
移動する構造物2とコネクタ部17があるとき、
コネクタ部17が地上などに固定されていれば構造物2の進行を妨げるように渦電流が生じたり、
コネクタ部17が固定されていなければ(アラゴーの円板のU字磁石の様に)、
回転移動する構造物2の磁石的部分317に従うようにコネクタ部171も同方向へ回転するかもしれない。
<<磁気吸引によるぶら下がり>>
本願ではJR方式リニアモーターカーのように、地上に敷かれたレールの上に車両を磁気浮上させて持上げるというよりは、
空中や宇宙空間に浮遊し保持されている場合の構造物2や1からコネクタ部17をぶら下げる・釣り下げるように、
コネクタ部17側が構造物側に吸いつこうとする構造を持っているかもしれない。
また、コネクタ部17を構造物2や1にぶら下げることで、
非常時(コイル171Cが破損した場合含む)はコネクタ部は重力により構造物2に吸いつかなくなり、落下するため、
自動的に(高速回転する、接触してはいけない)構造物2から退避させることができる。
(本願の主張する構成は、磁気吸引手段が停止しても構造物2に接触しないで17が落下して退避できる構成である。)
その結果、事故時に構造物2や1とコネクタ部2の接触、構造物2の破壊を防げるかもしれない。
・上記の様に、コネクタ部17の磁気吸引の手段(または構造物2側の磁気吸引の手段)が使えなくなる事故が起きた時は、
本願では17は構造物2との磁気吸引が解除され地上へ落下する想定しており、
17には大気圏突入時や突入後の落下傘などの、17に乗る人を落下時に保護する手段が備えられていると強く好ましい。
・前記の様に、回転する構造物2に接触しないようにする特徴が構造物2や1とコネクタ部17にあればよく、
磁気吸引でない、磁気によるぶら下がりを用いてよく、
例えば、前記JR式のリニアモーターカー型のコネクタ部17が構造物2からぶら下がってもよい。
構造物2からぶら下がる17であれば、磁気ぶら下がり手段が利用できないときに、
そのまま17を落下させ、構造物2から17を退避させうる。
本願構造物2とコネクタ部17でJR方式を用いる場合も、センサを用いてギャップを測定し、
非接触な距離を測定し制御しつつ、17は2にぶら下がてもよい。
センサを用いてぶら下がる磁気吸引方式とJR方式とをあわせて用いる方式でもよい。
・JR式リニアモーターカー(超電導リニア、JR式超電導マグレブ)の車両の磁気による推進部を、
磁気・磁力でぶら下がるコネクタ部17に備えさせ、
JR式リニアモーターカーの線路部分を構造物2や構造物1として、
JR式超電導マグレブを用いてコネクタ部17を前記構造物2や構造物1からぶら下げ・釣り下げて、
構造物側をコネクタ部17の磁気による推進部で加速・推進させてもよい。
<磁気釣り下げができないときのコネクタ部17の退避、落下>
・本願は高速に回転する構造物2が17と衝突しにくい構成が必要であり、その解決策の一つとして前記磁気によるぶら下がり構造を提案する。
17の磁気吸引が停止する事故が起きても、
図1Aや
図1Cコネクタ部17が構造物2に触れずに落下することで17と2の衝突を回避する。
・またHAPSであってもよい空中の構造物2に接続するコネクタ部17についても、
図1Fや
図1Fの右下図のようにコネクタ部17は構造物2や航空機3(航空機3が一機だけの構造物2)と磁気的に接続する手段を失った時であっても、
コネクタ部17は構造物2には触れずに落下しようとするので、構造物2にコネクタ部17が接触しにくい。
(17の搭乗者や17の落下先の保護のため、17は3のように推進装置・飛行装置を持ち、落下地点を選んで飛行、飛翔出来るとよく、
気球171Bを備えてよく、落下速度減速の為、落下傘装置171BPを持ってもよい。)
<<事故後を踏まえた構造物2>>
・事故に備えて、本願の構造物2や1、ソーラープレーン3は大気圏突入時に熱されて焼却できる材質を用いてよい。
本願の装置は大規模な構造物になる想定であって、3等の1や2の構成要素が製造、建設、保守、廃棄されるときに、大気圏突入により燃えて廃棄されやすいことが好ましい。
スペースデブリ対策を意図する本願構造物が、あらたな大規模廃棄物とならないよう、
また落下時に地上まで到達し被害を与えないよう、前記1,2,3の材料に配慮する必要がある。
材料の消費量を減らす、大気圏突入時に燃え尽きない鉄など金属が集中する部分を無くすよう3や2を設計する、等の対策が想定される。
やむを得ず構造物2や1に物体の衝突があり、オービタルリングである構造物が破損し、
空中または宇宙空間で分解し、地上に落下する場合でも、それらが上空で燃え尽きることも必要である。(地上に構造物2や1の破片が落ち無いようにする)
本願では3を(そして2や1を)軽量化するため、超薄膜であってもよいフィルム状太陽電池を用いるが、それが大気圏突入時に燃えやすい事も想定する。
また3に用いる金属部品も機体軽量化のために軽量にする事となるが、その結果、金属部品が或る一点・領域に集中しなくなり、大気圏突入時に燃えやすくなる事も想定する。
(大きな鉄の隕石の様に、構造物の金属部品が集まって金属のコアのある状態で大気圏突入し、突入に耐え地上に到達する可能性を減らす・無くす意図がある。)
・空中で環状の構造物2が、他のものと接触し、分解・落下する場合、
落下物は断熱圧縮で燃えないので、1・2の破片や構成要素の3を回収する必要があるかもしれない。
本発明は、浮遊し、高度が固定された移動する構造物2に電磁石により列車部17TRを形成させ、前記17TRにより構造物2を列車等輸送手段いさせることが可能になるかもしれないという利点がある。(本願はアイデアであって、実証されていない。)
図1は、本発明のコネクタ部17の実施例である。17や12と14により所謂軌道エレベータを構造物1,2に設置させることを本願では意図している。
また
図1の上部分に示すように、構造体1Aと1Bをコネクタ部17で結んだ構造物を構成出来うるかもしれない。
●17は夜間は電力が得られないので、常に地球を1周する構造物1,2を17が電磁的に止めようとすることで、
1,2の運動エネルギーを17で電気エネルギーに変換し(回生し)、17の電力を得るか、17の蓄電池や発電装置の電力を用い、17を夜間も動かす必要がある。
・コネクタ部17は人工衛星に相当する機能を持っていてもよく、航空機3と同等の装備を持っていてもよい。
(例えばコンピュータ・制御回路、蓄電装置(二次電池)、太陽電池、通信装置。気球、プロペラ、モータ、固定翼、回転翼、イオン風による推進機)
・17は地上の配電網と接続され、2は17と12経由で公知の発電(再生可能エネルギー、火力、水力、原子力の各発電)による電力を受け取ることができるかもしれない。
・17は非常時に構造物2から離脱するためのロケットや電気推進装置など推進手段と非常用発電装置を持っていてよい。
発電装置は燃料電池、ジェットエンジン風の火力発電装置、風力発電装置、物理電池。
(原子力発電に関連し、事故に強い或いは拡散された放射性物質の影響が少なくなる物理電池や、原子力電池がある場合は17に搭載されうるかもしれない。)
(発明者は既存の国際宇宙ステーションの電源部を17においても想定している。主に太陽電池の電力を蓄えられる二次電池や燃料電池である。)
・17は居住可能な人工衛星機能があってもでもよく、
17(或いは16)は宇宙ステーション(www. nasa.gov / mission_pages/station/main/index.html)の機能や設備を備えていてもよい。
姿勢制御や高度制御のための推進装置があってもよく、
図1Aの例ではロケット171Rや推進装置171Tが17に含まれている。
・地上部の送電網とケーブル12を通じてやり取りするための変電装置など電力用装備を持っていてもよい。
●
図1Aと
図1Bは本発明のコネクタ部17の説明図である。
図1Bは
図1Aの17が地上と連結されている構成の説明図である。
図1A及び
図1Bでは、磁気吸引を制御する手段のセンサや制御回路と、コイルなどの電気回路で制御可能な磁気発生部(171C、317C)や、
永久磁石317PMG、鉄等磁性体若しくは反磁性体でもよい磁気に応答する部材(317MG、317AMG、171MG、171AMG)を用いて、
コネクタ部17の電磁石用コイル171Cを、構造物2側の鉄など磁性材料317MGまたは電磁石用コイル317Cに磁気吸引させる構成(構成A)を記載している。
なお逆の構成として、構造物2の電磁石317Cを、コネクタ部17の磁性材料171MG若しくは超電導磁石でもよい電磁石コイル171Cに磁気吸引させる構成(構成B)でもよい。
・このとき磁気吸引を制御する手段の前記制御回路と前記センサは構造体2またはコネクタ部2に備えればよい。
例として
図1Aでは前記構成Aを想定し、
コネクタ部17にコンピュータやコイル、センサ等の駆動を行ってもよい前記制御回路171Eと、
宇宙空間でも距離測定できる前記センサ171Sを備えさせ、
隙間17SPACEの間隔を制御し、非接触に2と17のコネクションを行う。
図1Bでは前記センサが3171Sとして構造体2(もしくはその構成要素の3)に備えられていて、
構造体2または3のコンピュータにより磁気吸引を制御する。
●
図1Cは構造物2を17で取り囲んで磁気吸引で17を2にコネクトし、
317Cと171Cを制御して、17をガイドする、構造物2からぶら下がるコネクタ部17の図である。
環状でもよい構造物2の線状の部分に
図1Cの[側面]のように側面の長さを持たせた17を磁気吸引させコネクション・グリップさせる。
図1Cの表現は例であって、本願では磁気吸引式のHSST方式と同様な構成を取り、
コネクト部17と構造物2の間で磁気吸引及び案内させることも想定される。
17は磁気吸引による2からのぶら下がりをしつつ2の側面部・側壁部に作用する電磁石171Cを用いてJR方式のリニアモータの電磁推進がされてもよい。
構造物2に磁気的な部分、または電磁石、317C或いは永久磁石317PMGを備えさせ、
構造物2が移動・回転しコネクタ部17を通るときに171Cに電磁誘導を起こさせ構造物2を減速させ、
構造体2のもつ運動エネルギーを減少させつつ、
317PMG等と171Cの電磁誘導にてコネクタ部17の171Cに生じた電気エネルギーとして取り出してもよい。
(コネクタ部17は運動する構造体2に対しての回生装置になってもよい。)
そして取り出したエネルギーは17で利用したり、ケーブル12を経由して地上の送電網1100に送電してもよい。
・逆に1100から171Cに送電して、171Cより構造体2を加速する事も可能かもしれない。
ただし、光子や荷電粒子などを備えた3の加速可能な速度は光子や荷電粒子の速度である一方、
リニアモーターの加速可能な速度が7-10km毎秒である必要がある。
(出願時点で発明者はリニアモーターカーで、秒速7km以上の速度を実現した文献を知らない)
・そこで、17の171Cの位置で、別のタイプの装置を用いて構造体2を加速する場合に、
電磁石171Cの代わりにレーザー発射装置171LDや荷電粒子発射装置171AAを、別のタイプの装置として、171Cの位置に備えさせ、
171LDや171AAを17の電力(1100から得てもよい電力)で駆動させ、
171LDや171AAの発射する光子や荷電粒子・粒子を構造物2のセイル部分に照射するなどして、
構造体2のセイル部334等に照射し、その反動で加速させる。
●
図1Dは地上に連結されていない17に列車の車体部16TRを備えさせた磁気吸引式の列車17TRとして、
構造物2の上を移動する構成である。17TRは例えば前記HSST方式で動かされうる。
また17TRはリニアモータによる推進の他に、3と同じ推進機構(光子発射素子からの光子発射による推進、光子セイル、荷電粒子の発射による推進、イオンエンジン等)で動くこともできる。
17が宇宙ステーションで、17TRがその駅を経由・乗換する列車でもよい。
※ただし、3を連結して構成された環状の2を、空中及び宇宙空間/空中の境界域で、
7km毎秒以上に加速する場合に、空気抵抗を減らせる、或いは、空気を圧縮しにくくするように、
3が途切れなく連結された環状の2の方が回転時に断熱圧縮しにくい構成であると考えているが、
そこに一部17や16を露出して構造物2の外部に出っ張るように備えている場合、
稀薄な空気へ17や16が7km毎秒以上でぶつかり圧縮する等の加熱問題(大気への突入による加熱問題、断熱圧縮問題、熱の壁問題)が生じかねない。
航空機3を連結した環状の構造物2について、17や16(17TR,16TR)を予め搭載し地上から空中に届け、3を連結し前記構造物2を構成する場合にも、
前記加熱に対処する構造や部材が必要かもしれない。
・環状構造物2が回転により遠心力を得て、その高度を上げていくとするときに、
リングの円周が長くなる課題に対し、3同士の連結部39を伸ばせるようにしつつ、
その隙間を無くすようカバー部39CVRを備えさせ、断熱圧縮等の問題に対処する事を本願では記載するが、
カバー部39CVRがスライド式等のカバー部で、前記17や16(17TRや16TR)を構造物2内に格納するよう、動かしてカバーできてもよい。
例えば空中では17や16をカバーし、格納し、宇宙空間側に打上られた時、カバーを開き、17や16を配置してよい。
環状の2の一部の3の内部に17や16を格納し、断熱圧縮の影響のない高度まで打ちあがった後、17・16(17TR・16TR)を2の目的の場所に配置してもよい。
※●特開2022-058853の
図1他で開示した3を連結した環状の2や1は、2や1を構成する一部の3に注目すると、
3の前後に別の3が隙間なく(隙間少なく)連結されてもよく、その構成では3前方の空気無くて別の3であるので空気が無く、
環状の2の回転時に2について断熱圧縮の影響が少ないもしれない。
※●特開2022-058853の電場若しくは磁場を用いて加速管内部で荷電粒子や粒子、
図1Dのような列車の物体17TRを加速する場合(
図10他)、
加速管内部を還流する流れ300F(回転する流れ300F)は断熱圧縮の影響が無い・少ないもしれない。
※特開2022-058853にてソーラープレーン3の前記加速装置にレールとレールによって加速される物体を備えさせ、
リニアモーターカーの方式により前記物体を加速させる、空中構造物2について述べているが、前記リニアモーターカーは本願の17TRでもよい。
・前記断熱圧縮の問題を踏まえると、3を連結してできる2の加速管に17TRと、
17TRを加速させるコイル171C・317Cを備えさせ17TRを加速管内で加速してもよい。
ソーラープレーン3の台数に相当する車両数の17TRを連結して、
図1の上部の破線円状17TR様に(連結した17TRの環状の車列・編成が7km以上で)回転する輪を形成してもよい。
(後述の
図1Jは構造物1,2に備えさせた加速管内で17TRを加速する例である。)
●
図1Eは
図1の一部に記載の本願の2と17において、
コネクタ部17を別のコネクタ17ー構造体2に接続する図である。
所謂オービタルリングの構造物1Aと1Bがあって、1Aは1Bより高い高度にあって、
3で構成される1Aと1Bは前記推進装置で回転している場合に、1Aと1B其々にコネクタ部17A、17Bがあって、
17Bはケーブル中継部17Lとケーブル12で17A(16A)と結ばれている。
17Bと1Bの箇所は17Aと1Aの箇所から見ると地上からの中継点である。
図1Eの構成では、17と高度の違う構造物1,2を複数用いて中継点を複数備えさせた軌道エレベータを構成する可能性を提案している。
軌道エレベータにおいてケーブル12の繊維・素材の強度が問題になるが、複数の17及び1,2を用いて、
軌道エレベータの途中に中継点17-17Lを複数備えさせれば、中継点の区間の自重に耐える素材で済むので、
ケーブルの素材を出願時に実現されている素材で構成できるかもしれない。
本願は、オービタルリングが中継点の個数だけ必要という問題はあるものの、
地上から低軌道に伸びる軌道エレベータ部に、
複数の中継点17ー12Lを備えさせ、その中継点ごとにケーブルを結ばせて、
公知の繊維素材で軌道エレベータを構成することも提案する。
また17が居住可能な人工衛星でもよいので、
軌道エレベータを昇降する人たちの休息所・宇宙ステーションのように17は利用出来うる。
・また、低軌道よりも高度の高い軌道になるほどオービタルリング1の輪が広くなり、リング構造物1に必要な部品(航空機3)が増えるので、
部品数の多くなる、より高い軌道側へは、航空機3を連結しないリングを、地上から既にできたリング構造物1に向けて物資を持ち上げ、そこから高軌道へ運んで建造できるかもしれない。
●
図1Fは空中の通信基地(例えば成層圏プラットフォーム、HAPS)である構造物2に対し17を用いる構成である。
構造物1,2のように、宇宙空間に向け向心力を得るために地球の円周の規模の構造物2とすることは出願時点ではアイデアであって、実証されていない。
そこで前記1,2を検証する前に、より小さな規模の構造物2を試作することが想定された。
本願の構成を実用的な用途で実施するために、構造物1,2を規模を縮小し、
本願の航空機3で構成される構造物2による成層圏プラットフォームHAPS(2)を構成することが考えられる。
また本願の航空機3単体によるHAPS(3でもある2)も構成できる。
HAPS(2)にコネクタ部17を備えさせ、
1100から電力を17経由でHAPS(2)に給電でき、
HAPS(2)に搭載された通信装置を駆動させうる。(
図1Fの左上)
・地上14とコネクタ部17により、前記2と前記17の間で非接触の通信経路や送電経路が構成できる。
ユーザの装置U1Aと通信が可能であり、U1AからHAPS(2)及び2の光子セイル部はレーザー加速されうる。(
図1Fの左下)
(17が17TRならばHAPS上でリニアモーターカーのようなものを推進加速できるかもしれない。)
※本願の3は宇宙太陽光発電(もしくは、空中での太陽光発電)を想定し、
またソーラープレーン3に搭載可能である、パワーウェイトレシオに優れうる、超薄膜フィルム状太陽電池の既報があったために、
物理電池でもある太陽電池を3の電力供給手段として備えた航空機3を用いている。
(太陽電池がなくとも別の手段で電力を航空機3に供給できても良い。
例えば電力網1100と接続された17を2に接続させて用い、
夜間であっても3や、3で構成される2に電力が供給可能である。
●ただしオービタルリングの用途や規模であれば雲より上を飛行可能な3や2や宇宙の1は、太陽光が得られやすく超薄膜の太陽電池の利用がおおいに好ましい。)
●※また2や3に電力を供給する手段に、原子核の反応や粒子・反粒子・素粒子の反応により生じたエネルギーを用いる物理電池を用いてもよい。
夜間もしくは太陽電池が利用できない状況・用途では、前記物理電池を3が利用できてもよい。
3は前記物理電池を緊急用電源として用いてもよい。3は原子力電池を搭載した人工衛星になってもよい。
線状である空中構造物2の例を
図1Fの右上に示す。
気球つき航空機3を構造物2として、にコネクタ部17とケーブルを取り付けた例を
図1Fの右下に示す。
該例では17に気球171B、落下傘等減速手段171BPを備えさせてもよい。
17と3の接続を解除したときに、気球171B、落下傘171BPにより17を徐々に地上へ降ろさせうる。
●
図1Gは構造物2から別の構造物2や1或いは3への光子セイルへの光子照射を説明している。
また17の取り付けられた2からのスペースデブリ(debris)へのレーザー照射
(Laser broom用途、www. nature.com /articles/news.2011.161)も説明している。
この場合も地上のユーザ端末U1A又は基地局U1Aと構造物2は無線通信・無線放送が可能である。
<構造物1,2の光子セイル334に外部から光子を照射し推進・加速させる場合>
雲の発生する高度のラインより上にある構造物2は雲に遮られず、構造物2からレーザーを発射し、
別の構造物1,2の光子セイル334を加速・推進させうる。(図の右側)
雲の発生する高度のラインより上にある17を備えた構造物2は、
17経由で得た地上から送電された電力を用い、雲に遮られず、構造物2からレーザーを発射し、
別の構造物1,2の光子セイル334を加速・推進させうる。(図の左側)
17は電力網・電源と接続される(夜間も電力を受けて動作する。)
●
図1Hは構造物2に備えさせた複数のレーザ・粒子照射部を目標物(例えばデブリ)に向けて照射し、目標物を除去しようとする図である。
・構造物2はソーラープレーン3の太陽電池で発電でき、
また夜間は地上の電力網1100から17を経て電力を受け取ることもでき、
3や2はレーザ発射装置・粒子加速器を備えてもよく、
2は地上や洋上で規模の大きい装置を雲の上に形成できるので、
前記を踏まえ、スペースデブリを、2の複数のレーザー発射装置・加速粒子照射器で除去または軌道変更する事を提案する。
2の複数のレーザー発射装置・加速粒子照射器は前記偏向装置30ATVで狙いを変えられてもよい。
特にレーザを構造部2の複数個所から目標物に向け照射し、仮に一部のレーザが精度の問題で到達しなくとも、
目標物にいくつか命中させることができれば目標物の軌道変更が行えるかもしれない。そのようにしてデブリが除去可能かもしれない。
(なお、スペースデブリを前記オービタルリングでもよい構造物2の打上げにより捕縛帯1、2を作りデブリ捕まえて回収する事の提案は先の出願で開示した。)
・
図1Hの場合、2は2を構成する飛行船または飛行機の3により飛行又は浮遊しており、
本願の17を用いると、非接触で2と17を接続できるので2や3が風で流されても、
17と2がワイヤなどで結ばれておらずワイヤが風に負けて千切れる事もないので、接続が切れないかもしれない。
風の影響がある高度でも、台風などの接近で環境が悪くなる場合に17は2から退避させやすい。
(台風などの影響が少ない、雲の生じるラインよりも高い高度で2や3や17を運用することが好ましい。)
事情により2や17を別の地域の上空に移転したい場合に、
2と17は非接触なので取り外し容易かもしれない。(2と17を接触・溶接、又はワイヤで結ばずに済むかもしれない。)
※
図1Hでは2や1を17で1100と接続する構成であるが、
17が無い場合、2の太陽電池と蓄電装置にて日中及び夜間の動作に必要な電力を賄う必要がある。
蓄電装置の容量が大きい場合については、目標物へのレーザー・粒子の照射に17は不要かもしれない。
(※太陽電池駆動できる飛行船などを雲よりも上空に配置し、
レーザーを飛行船から上空に発射するだけならば、本願の17を用いる事は必須の特徴とは思えない。
図1Hは発明者の主張するアイデアの一つである。)
・
図1Hの(A)の左側では、デブリの代わりに、軌道エレベータのかご部分15や、
構造物1,2,或いはプレーン3のセイル部334へのレーザーないし粒子ビームの照射と、
15のセイル(15が3と同等の航空宇宙機であってもよいかご部15の場合の、セイル部334)への前記照射による推進を図示している。
・電波航法(双曲線航法、ロラン(LORAN=LOng RAnge Navigation)あるいはGNSSの無線による航法)を用いて、
構造物2とレーザー照射対象の光子セイルなどを含んでもよい3や15の位置を測位してもよい。
具体的には、構造物2には、無線受信機を含む3が複数連結されて含まれてよく、
レーザーの照射対象(3や15)が出す無線信号を構造物2側の複数の3(位置が異なる複数の3)で受信し、3や15の位置を測位してよい。
前記電波航法、無線による航法、測位により、3や15の位置測定の精度を高め、
3や15の光子セイルへの粒子やレーザー照射の精度を向上させる意図がある。
(光子セイルにレーザーを照射する場合に、光子をセイルに精度よく命中させる必要があるが、
その精度向上のために、レーザーや粒子の照射対象である3や15から電波発生・無線通信させ構造物2や1が3や15を測定し、
測位結果に従って粒子・レーザーを照射してよい。)
環状など二次元方向に配置された、(または、
図1Hの右図に記載の様に、前記環状の環が水平面から傾いて3次元に配置された)
構造物2の各3と照射対象(15、3等)の間で無線通信を行う手段があり、
照射対象3や15の電波を、構造物2の複数の3(3地点以上の空中局)にて受信し、
あるいは、更には、構造物2の各3から放射される無線信号を照射対象3や15は受信し、
それら受信結果より照射対象3や15と構造物2(及び2の各3)の間の位置情報を測位し、
測位結果を構造物2に対し送信し、再度測位を繰り返すか、測位後に2から照射対象(3、15のセイル部など)へレーザーや粒子を照射してよい。
2の各3や照射対象(3,15)は高度測定装置(公知の加速度計、重力加速度計、光格子時計による標高差計測器、重力測定器)を備えてよい。
・本願の3次元空間に広がった3で構成される構造物2を、
電波反射可能な目標物(Debris)のレーダーによる測位や電波発信可能な対象(例えば3,15等)の測位に用いてもよい。
例えば、
図1Hのように、前記環状の環が水平面から傾いて3次元に配置された構造物2の各3が高度測定装置をもち、
3次元のX・Y・Z座標の内、Zの位置(高さ)を測定でき、各3のX・Y(縦・横)の位置を測定し、X・Y・Z座標を測位できている場合に、
各3が受信した測定対象(照射対象3,15)の電波を受信したときの各3の座標と電波送受信のデータを統合し、
測定対象(照射対象3,15)の位置を算出するデータを増やす手段として用いてもよい。
・電波の発信機又はビーコンを持たない目標物又はスペースデブリ(Debris)の除去・軌道変更等行う場合は、
目標物の探知及び測位手段としてレーダーが利用されうる。例えば構造物2に連結された3の機体数が多く、2の規模が大きい場合に、
図1Hの左図で2の複数の3からレーザーを目標物に照射する事と同様に、
複数の3にレーダーを搭載し、構造物2の各3のレーダーシステムにより目標の探知や測位をしてもよい。
3はレーダー用に利用できる無線送信機と無線受信機を備えてよい。
17のギャップを測定する手段や17に衝突しうる外部物体を検出・距離測定する手段にレーダーを用いてもよい。
<構造物2の加速装置や推進装置の偏向手段>
・ソーラープレーン3や構造物2や構造物1の粒子発射装置30AAや30AB、
光子発射装置30AC、30ACAは、推進装置又は光子や粒子の照射装置・発射装置となる。
この場合に、
図1Hの(B)に示すように、加速装置の推力偏向もしくは発射される光子・粒子の偏向装置部、
シンバル機構部、偏向手段である30ATVが前記加速装置30AAや30ABや30ACに備えられていてもよい。
構造物2や1及び航空機3が推力偏向の動作のために30ATVを用いてもよい。
また
図1Hの(A)のように、目標物へ30Aの粒子や光子の発射口を向けるために、発射光を向ける手段30ATVを用いてもよい。
目標物がデブリの場合、本願の構造物2,1や航空機3は30ATVによる照準機能を持つレーザー照射台や粒子照射台(レーザー砲台や粒子砲台)として機能するかもしれない。
・
図1Hの(A)では空中に配置された構造物2や1を傾斜させ、デブリなど目標物に照射することも想定される。
30ATVが無い場合や30ATVの偏向できる角度に限界がある場合であっても、
構造物2や1を空中で傾斜・再配置させ、空中や宇宙に配置された砲台構造物2の狙う向きを変えうる。
●
図1Iは、2その物、又は2内部の物体を、2の加速装置で加速する際に、前記断熱圧縮の問題、
(宇宙空間と大気の境界の高度において2を秒速7km以上に加速させるときに、
2が前記境界にある稀薄大気・原子分子に衝突しその大気を圧縮し生じると想定される、
加熱問題・熱の壁問題を含む)を回避するため、構造物2の加速管301内に17TRを浮上させて加速させる説明図である。
301は排気手段(例えば一部の3に備えさせた真空ポンプ)により真空引きされ、
気体の原子分子が加速管内部から排気されることで前記問題を軽減するよう用いられてもよい。
図1Iで構造物2あるいは1はオービタルリングであってもよく、この場合のオービタルリングを支える向心力は、
構造物の加速管内を秒速7kmからの速度で1方向に循環する17TR(又は17TRを連結した物体の流れ、リング状17TRの流れ300F)である。
17TRが動くことで向心力が生じるので加速管外の構造物2は静止していてもよい。
(前記の場合、磁気吸引・磁気浮上の17TRを備えて17TRが非接触に移動し回転するので、
加速管を含む2や1は、地上と接続するケーブルとのコネクタ部17は接触させ連結可能かもしれない。)
・
図1Iは加速管に物体の流れ300Fとして荷電粒子を循環させる構成の荷電粒子を(環状に)連結させた列車部17TRとしたもので、
特開2022-058853にて開示した加速管の内部でレールとリニアモーターカーを用いて向心力を得る構成の補足である。
17TRの加速方法はリニアモータ式、若しくは光子を用いる加速装置30AC,30ACAや電場・磁場を用いる加速装置が用いられる。
<衝突回避用のセンサと推進装置をもつ17>
図1Jでは衝突回避用のセンサ171Sを17の機体表面に複数配置している。
図1Jのコネクタ部17は超伝導電磁石171CーSCを備え、
17と2のどちらにもギャップ測定用のセンサ171S・3171Sとフィードバック制御も可能な回路171E・32があり、
17には、2や他の物体との衝突を回避するためのセンサ171Sやロケット171R等が搭載されている。
<高度増加時のオービタルリング構造物2や1の、円周方向の長さの拡張>
●構造物2や1を回転させ速度を増加させ(あるいは前記加速管内の17TRのリングを回転させ)、
2や1が向心力により打ち上げられ高度が高くなる場合、
図1の1Bから1Aへ移行させるときに、高度を増加させたことで円周の長さが増加するので、
構造物2や1(リング状17TRの長さ、リング状の加速管の長さ)の円周の長さが増加しても、
構造物2や構造物1の構成を維持し(各3の連結を維持し)、
前記の回転・移動に影響を与えにくい構造や手段が必要かもしれない。
・前記円周の長さの増加については、以下の対策(A)から(C)を本願で想定する。
(A)
図1Kに示すように、地上または低軌道側の構造物2や1Bから、
高軌道側の構造物1や1Aに打ち上げられて高度が変化する時に、
3に搭載された連結部39や30CVRを伸長可能・展開可能とする。
先に述べた熱の壁問題等の2の各3が稀薄大気分子への衝突し或いは断熱圧縮が起きることを減少させる意図で、
構造物2や1が伸長しその構成要素の3同士が離れ合って隙間が生じる場合に、
前記隙間を覆う又はカバー出来る部分39CVRを各3に備えさせる。
(連結部39とカバー可能部分39CVRは伸長・展開の動作が可能であってよく、伸長・展開・スライドする手段を備えてよい。)
39や39CVRの伸長の機構や手段は公知の手段を用いてよい。
例えば39CVRは39CVRを
図1Kの様に横方向にスキャン可能にする機械機構を備えた蛇腹部も想定される。
新幹線の車両の連結部に用いられる全周ホロ、連結ホロの様な構造、
或いは伸縮性のフレキシブルなダクト・ホースの様な構造でもよい。
39CVRは前記隙間をカバーするときに、39CVRが伸びてもよいし、
39CVRを円周方向にスライドさせて3同士に生じる隙間を覆ってもよい。
連結部39が伸長・展開するときにカバー部39CVRも連動して伸長する機構を3や39や39CVRが備えていてもよい。
39には巻き取りや伸縮可能なワイヤ又はテープ・フィルムが含まれていてもよい。
39や39CVRは各3に搭載されるため軽量な構成が好ましい。
(B)
図1Iの列車的な物体の流れや荷電粒子・粒子の流れを加速管内部で生成し、前記流れを増速させる時は、
加速管の外壁を伸長可能な301Bを用いる(又は301Bでもある39CVRを用いる)。連結部39も伸長・展開可能にする。
3の加速管を他の3の物と連結するときに、連結部に39CVRや連結器39を備えさせ伸長可能にしてもよい。
(C)前記の他に、高軌道側のリング1A・1に向けて、
空中又は低軌道側リング1B・2から、3を打上げて、
高軌道側の1Aや1に3を輸送し、1Aや1に3を補充・挿入する。
<偏向手段30ATVによる3,2,1への推進力のかかり方の制御>
図1Lや
図1Hの(B)に示すように、
ソーラープレーン3や3の連結した空中構造物2、宇宙構造物1について、
偏向手段30ATVを用い、30A、30AA,30AB、30ACの粒子を発射する向きや、
発射された粒子を反射する(運動方向を変える)部分334の向きを偏向させ(
図1Lの(A)、(B))、
前記3,2,1を推進させる場合の推進力の向き、X,Y,Z方向の推進力のベクトルの大きさを変えてもよい。
そして3,2,1の移動・回転や姿勢の制御、高度の制御に用いてよい。
例えば移動方向に3,2,1が加速するように30ATVを制御し、
移動方向と反対側に粒子を発射させ、推力を移動方向に推進する成分とそれ以外の成分に振り分けてよい。
また移動方向への推力が不要な場合は粒子発射を止めるか、
粒子の発射向きを移動方向とは垂直かつ高度を維持もしくは3,2,1が地上から打ち上がる方向に向けてよい。
30ATVにより、(地上の大気方向に大気により移動が減衰される)光子・粒子を照射して、
3,2,1をその反動で地上より打上・持上・浮遊させてもよい。
・
図1Lの(A)のように、空中や宇宙に形成された構造物2,1の内部の加速器301・301C部分で粒子を加速させたのち、
前記粒子の流れ300Fの取り出し口も兼ねてよい30ATV部分で、取り出したい先に向け、粒子を取り出して外界に発射してもよい。
前記取り出された粒子は目標物・デブリへの照射に用いてもよい。
高エネルギー加速器用に、301・301Cを加速器にして物理実験する場合に、
取り出し口でもよい偏向部30ATVを用いて別の加速器やターゲットに粒子を導入してもよい。
逆に外部から粒子を前記取り出し口を介して加速器301・301Cに導入してもよい。
前記加速器から取り出された前記粒子を、別の加速器や装置内に導入し粒子の衝突実験や、
素粒子・粒子の生成・消滅・相互作用させる実験に用いてもよい。
粒子の流れ300Fの軌道を曲げる若しくは調整する機能が前記偏向手段30ATVに備えられていてもよい。
300Fの軌道を用い、時計回りの300Fと反時計回りの300Fを或る粒子衝突点で衝突させる場合に、
粒子の衝突する角度を制御し、正面衝突させるようとする手段に用いてもよい。