(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022137844
(43)【公開日】2022-09-22
(54)【発明の名称】水運搬方法、水運搬装置及び水運搬システム
(51)【国際特許分類】
B64G 1/46 20060101AFI20220914BHJP
H05H 1/24 20060101ALI20220914BHJP
【ＦＩ】
B64G1/46
H05H1/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021037530
(22)【出願日】2021-03-09
(71)【出願人】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(72)【発明者】
【氏名】能見 基彦
【テーマコード（参考）】
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G084AA00
2G084AA22
2G084BB11
2G084CC23
2G084CC32
2G084DD01
2G084DD12
2G084FF02
2G084FF12
2G084FF27
2G084GG07
2G084GG14
2G084GG18
(57)【要約】
【課題】低コストで水を地球周回軌道に運搬する水運搬方法、水運搬装置及び水運搬システムを提供することを目的とする。
【解決手段】水運搬方法は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化工程Ｐ１と、水プラズマを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出することで水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢを形成する氷粒ビーム形成工程Ｐ２と、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収する氷粒回収工程Ｐ３と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】水運搬方法は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化工程Ｐ１と、水プラズマを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出することで水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢを形成する氷粒ビーム形成工程Ｐ２と、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収する氷粒回収工程Ｐ３と、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水蒸気を水プラズマにするプラズマ化工程と、
前記水プラズマを成層圏から地球周回軌道に向けて放出することで前記水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームを形成する氷粒ビーム形成工程と、
地球周回軌道上において、前記氷粒ビームを回収する氷粒回収工程と、を含む
水運搬方法。
前記水プラズマを成層圏から地球周回軌道に向けて放出することで前記水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームを形成する氷粒ビーム形成工程と、
地球周回軌道上において、前記氷粒ビームを回収する氷粒回収工程と、を含む
水運搬方法。
【請求項2】
前記氷粒ビーム形成工程は、前記成層圏における空気中の水蒸気を抽出する水蒸気抽出工程を含む
請求項１に記載の水運搬方法。
請求項１に記載の水運搬方法。
【請求項3】
水蒸気を水プラズマにするプラズマ化部と、
前記水蒸気の流路を有し、前記水プラズマを放出するノズルを有する筒状のケーシングと、
前記水プラズマを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部と、を備える
水運搬装置。
前記水蒸気の流路を有し、前記水プラズマを放出するノズルを有する筒状のケーシングと、
前記水プラズマを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部と、を備える
水運搬装置。
【請求項4】
前記ノズルは、ラバールノズルである
請求項３に記載の水運搬装置。
請求項３に記載の水運搬装置。
【請求項5】
前記プラズマ化部は、前記流路に設けられる陰極と、陽極となる前記ノズルとの間に、アークを発生させる電源を備える
請求項３又は請求項４に記載の水運搬装置。
請求項３又は請求項４に記載の水運搬装置。
【請求項6】
飛行体を備える
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の水運搬装置。
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の水運搬装置。
【請求項7】
請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の前記水運搬装置と、
前記水運搬装置から放出された前記水プラズマが氷結した氷粒ビームを回収する回収部を有する宇宙飛行体と、
を備える水運搬システム。
前記水運搬装置から放出された前記水プラズマが氷結した氷粒ビームを回収する回収部を有する宇宙飛行体と、
を備える水運搬システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水運搬方法、水運搬装置及び水運搬システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、水は、地球上で容易に採取できる。水は、水素と酸素に分解して、燃料電池の燃料として利用できる。また、水は、水素と酸素に分解して、液体燃料ロケットエンジンの推進剤又は燃焼剤として利用できる。さらに、水は、人間の飲料用、生活用等に不可欠である。このように、水は、採取が容易であり、人間にとって不可欠である上、多様な用途があるので、地球周回軌道上の宇宙開発においても利用される。
従来、水を地球周回軌道に運搬するための方法として、水を収めた水タンクを、地上からロケットで打ち上げられるシャトル等により運搬する方法があった（特許文献１）。
従来、水を地球周回軌道に運搬するための方法として、水を収めた水タンクを、地上からロケットで打ち上げられるシャトル等により運搬する方法があった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平３－１８６５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、水タンクをロケットで打ち上げられるシャトル等で運搬する方法は、少量の水の運搬に対して非常に多くのコストを要する。よって、低コストで水を地球周回軌道に運搬する方法が望まれる。
【0005】
本発明は、低コストで水を地球周回軌道に運搬する水運搬方法、水運搬装置及び水運搬システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下の態様を有する。
（１）本発明に係る一態様の水運搬方法は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化工程と、前記水プラズマを成層圏から地球周回軌道に向けて放出することで前記水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームを形成する氷粒ビーム形成工程と、地球周回軌道上において、前記氷粒ビームを回収する氷粒回収工程と、を含む。
（２）上記（１）において、前記氷粒ビーム形成工程は、前記成層圏における空気中の水蒸気を抽出する水蒸気抽出工程を含んでよい。
（３）本発明に係る一態様の水運搬装置は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化部と、前記水蒸気の流路を有し、前記水プラズマを放出するノズルを有する筒状のケーシングと、前記水プラズマを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部と、を備える。
（４）上記（３）において、前記ノズルは、ラバールノズルであってよい。
（５）上記（３）又は（４）において、前記プラズマ化部は、前記流路に設けられる陰極と、陽極となる前記ノズルとの間に、アークを発生させる電源を備えてよい。
（６）上記（３）から（５）のいずれかにおいて、飛行体を備えてよい。
（７）本発明に係る一態様の水運搬システムは、上記（３）から（６）のいずれかの前記水運搬装置と、前記水運搬装置から放出された前記水プラズマが氷結した氷粒ビームを回収する回収部を有する宇宙飛行体と、を備える。
（１）本発明に係る一態様の水運搬方法は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化工程と、前記水プラズマを成層圏から地球周回軌道に向けて放出することで前記水プラズマを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームを形成する氷粒ビーム形成工程と、地球周回軌道上において、前記氷粒ビームを回収する氷粒回収工程と、を含む。
（２）上記（１）において、前記氷粒ビーム形成工程は、前記成層圏における空気中の水蒸気を抽出する水蒸気抽出工程を含んでよい。
（３）本発明に係る一態様の水運搬装置は、水蒸気を水プラズマにするプラズマ化部と、前記水蒸気の流路を有し、前記水プラズマを放出するノズルを有する筒状のケーシングと、前記水プラズマを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部と、を備える。
（４）上記（３）において、前記ノズルは、ラバールノズルであってよい。
（５）上記（３）又は（４）において、前記プラズマ化部は、前記流路に設けられる陰極と、陽極となる前記ノズルとの間に、アークを発生させる電源を備えてよい。
（６）上記（３）から（５）のいずれかにおいて、飛行体を備えてよい。
（７）本発明に係る一態様の水運搬システムは、上記（３）から（６）のいずれかの前記水運搬装置と、前記水運搬装置から放出された前記水プラズマが氷結した氷粒ビームを回収する回収部を有する宇宙飛行体と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、低コストで水を地球周回軌道に運搬する水運搬方法、水運搬装置及び水運搬システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る水運搬システム及び水運搬方法の説明図である。
【図2】水運搬装置の説明図である。
【図3】宇宙飛行体の説明図である。
【図4】宇宙飛行体と宇宙水タンクとのドッキング状況を示す説明図である。
【図5】第２実施形態に係る水運搬システム及び水運搬方法の説明図である。
【図6】第３実施形態に係る水運搬システム及び水運搬方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る水運搬システム１００及び水運搬方法を説明する。図１は、第１実施形態に係る水運搬システム１００及び水運搬方法の説明図である。図２は、水運搬装置１０の説明図である。図３は、宇宙飛行体２０の説明図である。
以下、第１実施形態に係る水運搬システム１００及び水運搬方法を説明する。図１は、第１実施形態に係る水運搬システム１００及び水運搬方法の説明図である。図２は、水運搬装置１０の説明図である。図３は、宇宙飛行体２０の説明図である。
【0010】
（水運搬方法）
図１に示すように、第１実施形態に係る水運搬方法は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化工程Ｐ１と、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出することで水プラズマＷＰを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢを形成する氷粒ビーム形成工程Ｐ２と、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収する氷粒回収工程Ｐ３と、を含んでいる。
第１実施形態に係る水運搬方法は、以降に示す水運搬システム１００の使用に適している。
図１に示すように、第１実施形態に係る水運搬方法は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化工程Ｐ１と、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出することで水プラズマＷＰを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢを形成する氷粒ビーム形成工程Ｐ２と、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収する氷粒回収工程Ｐ３と、を含んでいる。
第１実施形態に係る水運搬方法は、以降に示す水運搬システム１００の使用に適している。
【0011】
次に、第１実施形態に係る水運搬方法の工程を順に個別に説明する。
まず、適宜、地表Ｅにおいて、水運搬装置１０に、地球周回軌道ＯＲＢまで運搬する水を搭載する。なお、空気中の水蒸気ＶＡＰを直接的に摂取してもよい。なお、空気中から直接的に摂取した水蒸気ＶＡＰを水凝集装置（不図示）によって凝縮して貯めてもよい。
そして、図１に示すように、地表Ｅから成層圏Ｓにおける３０ｋｍから５０ｋｍ程度の高い高度まで水運搬装置１０を上昇させる。この際、例えば、気球等の飛行体１０Ｆによって上昇させる。
まず、適宜、地表Ｅにおいて、水運搬装置１０に、地球周回軌道ＯＲＢまで運搬する水を搭載する。なお、空気中の水蒸気ＶＡＰを直接的に摂取してもよい。なお、空気中から直接的に摂取した水蒸気ＶＡＰを水凝集装置（不図示）によって凝縮して貯めてもよい。
そして、図１に示すように、地表Ｅから成層圏Ｓにおける３０ｋｍから５０ｋｍ程度の高い高度まで水運搬装置１０を上昇させる。この際、例えば、気球等の飛行体１０Ｆによって上昇させる。
【0012】
（プラズマ化工程Ｐ１）
次に、図２に示すように、水運搬装置１０によって、水蒸気ＶＡＰをプラズマ化する。具体的には、ケーシング１２の流路１２Ｃに水蒸気ＶＡＰを供給する。そして、電源１１３により高電圧をかけ、陽極１１２となるノズル１２Ｎと陰極１１１との間にアークＡＲＣを生じさせる。すると、流路１２Ｃを流れる水蒸気ＶＡＰの水分子は、陽イオンと電子とに電離してプラズマ化し、水プラズマＷＰとなってノズル１２Ｎから放出される。この際、水プラズマＷＰは、流路断面積が狭くなる絞り部分を有するノズル１２Ｎを経るので、高速で放出される。
次に、図２に示すように、水運搬装置１０によって、水蒸気ＶＡＰをプラズマ化する。具体的には、ケーシング１２の流路１２Ｃに水蒸気ＶＡＰを供給する。そして、電源１１３により高電圧をかけ、陽極１１２となるノズル１２Ｎと陰極１１１との間にアークＡＲＣを生じさせる。すると、流路１２Ｃを流れる水蒸気ＶＡＰの水分子は、陽イオンと電子とに電離してプラズマ化し、水プラズマＷＰとなってノズル１２Ｎから放出される。この際、水プラズマＷＰは、流路断面積が狭くなる絞り部分を有するノズル１２Ｎを経るので、高速で放出される。
【0013】
（氷粒ビーム形成工程Ｐ２）
続いて、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出する。すると、成層圏Ｓにおける高い高度では、気温が低いので、放出された水プラズマＷＰは、氷結し、氷粒ビームＢとなる。すなわち、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出すると、水プラズマＷＰを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢが形成される。また、この際、成層圏Ｓにおける高い高度では、空気抵抗がほとんどないので、水運搬装置１０から放出された直後の氷粒ビームＢの速度を維持できる。したがって、氷粒ビームＢを第１宇宙速度以上で放出すれば、地球周回軌道ＯＲＢに到達させることができる。
ここで、宇宙飛行体２０の地球周回軌道ＯＲＢに沿うように、宇宙飛行体２０と氷粒ビームＢとの相対速度がほとんどゼロになるように、氷粒ビームＢを放出する。
続いて、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出する。すると、成層圏Ｓにおける高い高度では、気温が低いので、放出された水プラズマＷＰは、氷結し、氷粒ビームＢとなる。すなわち、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出すると、水プラズマＷＰを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢが形成される。また、この際、成層圏Ｓにおける高い高度では、空気抵抗がほとんどないので、水運搬装置１０から放出された直後の氷粒ビームＢの速度を維持できる。したがって、氷粒ビームＢを第１宇宙速度以上で放出すれば、地球周回軌道ＯＲＢに到達させることができる。
ここで、宇宙飛行体２０の地球周回軌道ＯＲＢに沿うように、宇宙飛行体２０と氷粒ビームＢとの相対速度がほとんどゼロになるように、氷粒ビームＢを放出する。
【0014】
ここで、氷粒ビーム形成工程Ｐ２は、成層圏Ｓにおける空気中の水蒸気ＶＡＰを抽出する水蒸気抽出工程Ｐ２１を含んでもよい。これにより、水の補給を受けるために地表Ｅに水運搬装置１０を帰還させる回数を減らすことができる。よって、低コストで水を運搬できる。
【0015】
（氷粒回収工程Ｐ３）
そして、水運搬装置１０から放出されて地球周回軌道ＯＲＢに到達した氷粒ビームＢを、宇宙飛行体２０によって回収する。
詳細には、図３（Ａ）に示すように、宇宙飛行体２０の地球周回軌道ＯＲＢ上において、例えば、数ｋｍ／ｈの相対速度で、宇宙飛行体２０を氷粒ビームＢに近づける。
そして、図３（Ｂ）に示すように、宇宙飛行体２０の回収部２１を展開して回収面２１ａを氷粒ビームＢに向けた状態で、宇宙飛行体２０を移動する。すると、氷粒ビームＢは、回収面２１ａに衝突し、衝突した氷粒ビームＢは、向きを変えて、宇宙飛行体２０の中央に集まる。このようにして、地球周回軌道ＯＲＢ上の氷粒ビームＢを宇宙飛行体２０によって回収する。
なお、宇宙飛行体２０によって回収した氷粒ビームＢを、適宜、図４に示すように、地球周回軌道ＯＲＢ上の宇宙水タンク２２に移送する。
そして、水運搬装置１０から放出されて地球周回軌道ＯＲＢに到達した氷粒ビームＢを、宇宙飛行体２０によって回収する。
詳細には、図３（Ａ）に示すように、宇宙飛行体２０の地球周回軌道ＯＲＢ上において、例えば、数ｋｍ／ｈの相対速度で、宇宙飛行体２０を氷粒ビームＢに近づける。
そして、図３（Ｂ）に示すように、宇宙飛行体２０の回収部２１を展開して回収面２１ａを氷粒ビームＢに向けた状態で、宇宙飛行体２０を移動する。すると、氷粒ビームＢは、回収面２１ａに衝突し、衝突した氷粒ビームＢは、向きを変えて、宇宙飛行体２０の中央に集まる。このようにして、地球周回軌道ＯＲＢ上の氷粒ビームＢを宇宙飛行体２０によって回収する。
なお、宇宙飛行体２０によって回収した氷粒ビームＢを、適宜、図４に示すように、地球周回軌道ＯＲＢ上の宇宙水タンク２２に移送する。
【0016】
このように、第１実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム１００によれば、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするので、水を、成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて、高速で放出できる。また、第１実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム１００によれば、水プラズマＷＰを、気温が低い成層圏Ｓ（例えば、高度３０ｋｍから５０ｋｍ）で放出するので、水プラズマＷＰを氷結させて、氷粒の群である氷粒ビームＢを形成できる。また、第１実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム１００によれば、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収するので、地球周回軌道ＯＲＢ上において水を貯えることができる。
よって、第１実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム１００は、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまでシャトル等で水を収めた水タンクを直接的に運搬する方法に比べて、低コストで水を運搬できる。
よって、第１実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム１００は、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまでシャトル等で水を収めた水タンクを直接的に運搬する方法に比べて、低コストで水を運搬できる。
【0017】
（水運搬システム１００）
水運搬システム１００は、上述の第１実施形態に係る水運搬方法の実施に直接使用することに適している。
具体的には、図１に示すように、水運搬システム１００は、水運搬装置１０と、水運搬装置１０から放出された水プラズマＷＰが氷結した氷粒ビームＢを回収する回収部２１を有する宇宙飛行体２０と、を備えている。これにより、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまで水を収めた水タンクを直接的に運搬するシャトル等に比べて、低コストで水を地球周回軌道ＯＲＢまで運搬できる。
水運搬システム１００は、上述の第１実施形態に係る水運搬方法の実施に直接使用することに適している。
具体的には、図１に示すように、水運搬システム１００は、水運搬装置１０と、水運搬装置１０から放出された水プラズマＷＰが氷結した氷粒ビームＢを回収する回収部２１を有する宇宙飛行体２０と、を備えている。これにより、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまで水を収めた水タンクを直接的に運搬するシャトル等に比べて、低コストで水を地球周回軌道ＯＲＢまで運搬できる。
【0018】
（水運搬装置１０）
図２は、水運搬装置１０の説明図である。なお、図２は、水運搬装置１０の端部における断面を模式的に示しており、他部の図示を省略している。
図２に示すように、水運搬装置１０は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化部１１と、水蒸気ＶＡＰの流路１２Ｃを有し、水プラズマＷＰを放出するノズル１２Ｎを有する筒状のケーシング１２と、水プラズマＷＰを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部１３を備えている。
図２は、水運搬装置１０の説明図である。なお、図２は、水運搬装置１０の端部における断面を模式的に示しており、他部の図示を省略している。
図２に示すように、水運搬装置１０は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化部１１と、水蒸気ＶＡＰの流路１２Ｃを有し、水プラズマＷＰを放出するノズル１２Ｎを有する筒状のケーシング１２と、水プラズマＷＰを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部１３を備えている。
【0019】
水運搬装置１０は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化部１１を備えている。これにより、水を原料として水プラズマＷＰを生じさせることができ、第１宇宙速度に相当するような高速で放出できる。よって、水を成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢ上に運搬できる。
【0020】
詳細には、プラズマ化部１１は、例えば、流路１２Ｃに設けられる陰極１１１と、陽極１１２となるノズル１２Ｎとの間に、アークＡＲＣを発生させる電源１１３を備えている。これにより、ノズル１２Ｎを陽極１１２として利用して、ケーシング１２の流路１２ＣにアークＡＲＣを発生させることができる。よって、流路１２Ｃを流れる水蒸気ＶＡＰを効率的に水プラズマＷＰに変化させることができる。
【0021】
水運搬装置１０は、水蒸気ＶＡＰの流路１２Ｃを有し、水プラズマＷＰを放出するノズル１２Ｎを有する筒状のケーシング１２を備えている。
【0022】
ケーシング１２のノズル１２Ｎは、ラバールノズルであることが好ましい。これにより、ノズル１２Ｎを通る水蒸気ＶＡＰの流速を加速させることができる。
【0023】
水運搬装置１０は、飛行体１０Ｆを備えてよい。飛行体１０Ｆは、少なくとも高度３０ｋｍから５０ｋｍ程度までの成層圏Ｓを飛行できる浮力又は揚力を発生できるものが好ましい。飛行体１０Ｆは、例えば、気球であってよい。飛行体１０Ｆは、水運搬装置１０のケーシング１２に取り付けられていてよい。なお、飛行体１０Ｆの動力は、飛行体１０Ｆに搭載された太陽電池又は原子炉から供給されるものであってよく、地表Ｅからレーザ照射により供給されるものであってもよい。このように、水運搬装置１０は、飛行体１０Ｆを備えているので、水運搬装置１０を、例えば、３０ｋｍから５０ｋｍ程度の高度まで上昇させることができる。これにより、空気抵抗等の影響をあまり受けることなく、水運搬装置１０から地球周回軌道ＯＲＢに向けて水プラズマＷＰを放出できる。また、水運搬装置１０は、飛行体１０Ｆを備えているので、水運搬装置１０から９０ｋｍから１００ｋｍ程度の地球周回軌道ＯＲＢまでの距離をできるだけ短くできるので、水運搬装置１０から放出する水プラズマＷＰの拡散を抑制でき、宇宙飛行体２０によって効率的に収集させることができる。
なお、水運搬装置１０は、水プラズマＷＰを放出するエネルギーの反作用によって飛行体１０Ｆ又は宇宙飛行体２０を推進させる推進装置として利用してもよい。
なお、水運搬装置１０は、水プラズマＷＰを放出するエネルギーの反作用によって飛行体１０Ｆ又は宇宙飛行体２０を推進させる推進装置として利用してもよい。
【0024】
水運搬装置１０は、水プラズマＷＰを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部１３を備えている。
プラズマ加速部１３は、例えば、電磁石又は超電導磁石であってよい。プラズマ加速部１３は、例えば、ノズル１２Ｎを囲むように配置される。これにより、ノズル１２Ｎの流路１２Ｃに磁場を発生させて、ノズル１２Ｎを通過する水プラズマＷＰにローレンツ力を作用させることができる。よって、水プラズマＷＰを加速させることができる。
プラズマ加速部１３は、例えば、電磁石又は超電導磁石であってよい。プラズマ加速部１３は、例えば、ノズル１２Ｎを囲むように配置される。これにより、ノズル１２Ｎの流路１２Ｃに磁場を発生させて、ノズル１２Ｎを通過する水プラズマＷＰにローレンツ力を作用させることができる。よって、水プラズマＷＰを加速させることができる。
【0025】
なお、プラズマ加速部１３は、磁場を可変させて、水プラズマＷＰが放出される方向が、放射的にならず、平行になるように制御する制御部を有していてもよい。これにより、氷粒ビームＢを直線状にでき、空間的に拡散させずに集約できるので、宇宙飛行体２０によって回収する効率を向上できる。
【0026】
なお、プラズマ加速部１３は、磁場を可変させて、水プラズマＷＰの流れが、あたかもラバールノズルを通過する流れと同じになるように制御する制御部を有していてもよい。これにより、ラバールノズルのように流路１２Ｃを狭くしなくても、水運搬装置１０から放出される水プラズマＷＰの速度を高めることができる。
【0027】
水運搬装置１０は、水を水蒸気ＶＡＰに変えるボイラー１４を備えていてもよい。
ボイラー１４は、水を水蒸気ＶＡＰに変え、ケーシング１２の流路１２Ｃに供給する。なお、ボイラー１４は、例えば、水にパルスレーザを照射することにより蒸発させる高出力の発振装置であってよい。このように、ボイラー１４で水を蒸発させることにより、水蒸気圧を発生させることができ、流路１２Ｃを通過する水蒸気ＶＡＰの速度及びノズル１２Ｎから放出する水プラズマＷＰの速度を上げることができる。
ボイラー１４は、水を水蒸気ＶＡＰに変え、ケーシング１２の流路１２Ｃに供給する。なお、ボイラー１４は、例えば、水にパルスレーザを照射することにより蒸発させる高出力の発振装置であってよい。このように、ボイラー１４で水を蒸発させることにより、水蒸気圧を発生させることができ、流路１２Ｃを通過する水蒸気ＶＡＰの速度及びノズル１２Ｎから放出する水プラズマＷＰの速度を上げることができる。
【0028】
（宇宙飛行体２０）
図３は、宇宙飛行体２０の説明図ある。図３（Ａ）は、地球周回軌道ＯＲＢ上の氷粒ビームＢと宇宙飛行体２０とが、相対的に近づいている状況を示している。図３（Ｂ）は、地球周回軌道ＯＲＢにおいて宇宙飛行体２０が氷粒ビームＢを収集している状況を示している。
図３に示すように、宇宙飛行体２０は、水運搬装置１０から放出された水プラズマＷＰが氷結した氷粒ビームＢを回収する回収部２１を有している。
詳細には、回収部２１は、氷粒ビームＢを衝突させて中央に集める回収面２１ａを有している。回収部２１は、例えば、傘のような放物曲面を有する構造体、球冠状面を有する構造体、又は、円錐面状の面を有する構造体であってよい。これにより、水運搬装置１０から放出され、地球周回軌道ＯＲＢ上に到達した氷粒ビームＢを回収できる。
図３は、宇宙飛行体２０の説明図ある。図３（Ａ）は、地球周回軌道ＯＲＢ上の氷粒ビームＢと宇宙飛行体２０とが、相対的に近づいている状況を示している。図３（Ｂ）は、地球周回軌道ＯＲＢにおいて宇宙飛行体２０が氷粒ビームＢを収集している状況を示している。
図３に示すように、宇宙飛行体２０は、水運搬装置１０から放出された水プラズマＷＰが氷結した氷粒ビームＢを回収する回収部２１を有している。
詳細には、回収部２１は、氷粒ビームＢを衝突させて中央に集める回収面２１ａを有している。回収部２１は、例えば、傘のような放物曲面を有する構造体、球冠状面を有する構造体、又は、円錐面状の面を有する構造体であってよい。これにより、水運搬装置１０から放出され、地球周回軌道ＯＲＢ上に到達した氷粒ビームＢを回収できる。
【0029】
図４は、宇宙飛行体２０と宇宙水タンク２２とのドッキング状況を示す説明図である。
宇宙飛行体２０は、回収部２１で回収した氷粒ビームＢを貯留する宇宙水タンク２２を備えていてもよい。
または、図４に示すように、地球周回軌道ＯＲＢ上において、宇宙水タンク２２と宇宙飛行体２０を独立させて飛行させておき、氷粒ビームＢを回収した宇宙飛行体２０と宇宙水タンク２２とをドッキングし、宇宙飛行体２０に貯留された氷粒ビームＢ（水）を、宇宙水タンク２２に移送してもよい。これにより、宇宙飛行体２０を、氷粒ビームＢの回収として、機動的に活用できる。
宇宙飛行体２０は、回収部２１で回収した氷粒ビームＢを貯留する宇宙水タンク２２を備えていてもよい。
または、図４に示すように、地球周回軌道ＯＲＢ上において、宇宙水タンク２２と宇宙飛行体２０を独立させて飛行させておき、氷粒ビームＢを回収した宇宙飛行体２０と宇宙水タンク２２とをドッキングし、宇宙飛行体２０に貯留された氷粒ビームＢ（水）を、宇宙水タンク２２に移送してもよい。これにより、宇宙飛行体２０を、氷粒ビームＢの回収として、機動的に活用できる。
【0030】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の水運搬方法及び水運搬システム２００について説明する。なお、以下、第１実施形態と共通する特徴については説明が省略される場合がある。なお、以下、第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同じ記号又は符号が付される場合がある。
次に、第２実施形態の水運搬方法及び水運搬システム２００について説明する。なお、以下、第１実施形態と共通する特徴については説明が省略される場合がある。なお、以下、第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同じ記号又は符号が付される場合がある。
【0031】
図５は、第２実施形態に係る水運搬システム２００及び水運搬方法の説明図である。
図５に示すように、第２実施形態に係る水運搬システム２００は、水運搬装置２１０と、宇宙飛行体２０と、を備えている。
水運搬装置２１０は、飛行体２１０Ｆと、ロケット２１１を備えている。
このような水運搬システム２００を用いて、第２実施形態に係る水運搬方法を次のように実施できる。
図５に示すように、第２実施形態に係る水運搬システム２００は、水運搬装置２１０と、宇宙飛行体２０と、を備えている。
水運搬装置２１０は、飛行体２１０Ｆと、ロケット２１１を備えている。
このような水運搬システム２００を用いて、第２実施形態に係る水運搬方法を次のように実施できる。
【0032】
（Ｂ１）まず、飛行体２１０Ｆには、氷粒ビームＢを形成する水プラズマＷＰの原料となる水を積載しておく。
【0033】
（Ｂ２）そして、地表Ｅからロケット２１１の推力により、水運搬装置２１０を備えた飛行体２１０Ｆを、高度３０ｋｍから１００ｋｍ程度の高い高度まで打ち上がるように、弾道飛行させる。
【0034】
（Ｂ３）飛行体２１０Ｆが高い高度に到達したら、地球周回軌道ＯＲＢ上の宇宙飛行体２０に向けて、水運搬装置２１０から氷粒ビームＢを放出する。
宇宙飛行体２０は、氷粒ビームＢを回収部２１によって回収する。
宇宙飛行体２０は、氷粒ビームＢを回収部２１によって回収する。
【0035】
（Ｂ４）氷粒ビームＢの放出を終えると、飛行体２１０Ｆは、重力により弾道飛行を継続し、地表Ｅに帰還する。
そして、（Ｂ１）から（Ｂ４）までの工程を繰り返す。このようにして、水を地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢ上まで、順次、運搬する。
このように、ロケット２１１を備えた水運搬装置２１０によっても、地球周回軌道ＯＲＢ上に水を運搬することができる。
そして、（Ｂ１）から（Ｂ４）までの工程を繰り返す。このようにして、水を地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢ上まで、順次、運搬する。
このように、ロケット２１１を備えた水運搬装置２１０によっても、地球周回軌道ＯＲＢ上に水を運搬することができる。
【0036】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の水運搬方法及び水運搬システム３００について説明する。なお、以下、第１実施形態と共通する特徴については説明が省略される場合がある。なお、以下、第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同じ記号又は符号が付される場合がある。
次に、第３実施形態の水運搬方法及び水運搬システム３００について説明する。なお、以下、第１実施形態と共通する特徴については説明が省略される場合がある。なお、以下、第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同じ記号又は符号が付される場合がある。
【0037】
図６は、第３実施形態に係る水運搬システム３００及び水運搬方法の説明図である。
図６に示すように、第３実施形態に係る水運搬システム３００は、水運搬装置３１０を備えた第１飛行体３１１Ｆと、水タンク３４０を備えた第２飛行体３１２Ｆと、宇宙飛行体２０と、を備えている。
このような水運搬システム３００を用いて、第３実施形態に係る水運搬方法を次のように実施できる。
図６に示すように、第３実施形態に係る水運搬システム３００は、水運搬装置３１０を備えた第１飛行体３１１Ｆと、水タンク３４０を備えた第２飛行体３１２Ｆと、宇宙飛行体２０と、を備えている。
このような水運搬システム３００を用いて、第３実施形態に係る水運搬方法を次のように実施できる。
【0038】
（Ｃ１）水運搬装置３１０を備えた第１飛行体３１１Ｆを、成層圏Ｓにおける比較的低い低高度ＳＬ（例えば、１０ｋｍから３０ｋｍ程度）から成層圏Ｓにおける比較的高い高高度ＳＨ(例えば、２０ｋｍから５０ｋｍ程度)まで上昇させ、高度を維持させる。
【0039】
（Ｃ２）第１飛行体３１１Ｆには、氷粒ビームＢを形成する水プラズマＷＰの原料となる水を水タンク３４０に積載しておく。なお、第１飛行体３１１Ｆは、空気中の水蒸気ＶＡＰを凝集する水凝集装置（不図示）を備えていてもよい。
【0040】
（Ｃ３）続いて、気球の浮力等により、水タンク３４０を備えた第２飛行体３１２Ｆを、地表Ｅから低高度ＳＬまで上昇させる。
【0041】
（Ｃ４）第２飛行体３１２Ｆを低高度ＳＬに到達させたら、低高度ＳＬまで、第１飛行体３１１Ｆを下降させて、第２飛行体３１２Ｆに接近させる。
【0042】
（Ｃ５）第１飛行体３１１Ｆと第２飛行体３１２Ｆとが接近した状態で、空中で、両者の間をホース３５０で連結する。そして、第２飛行体３１２Ｆの水タンク３４０に積載された水を、ホース３５０を介して、第１飛行体３１１Ｆに移送する。
【0043】
（Ｃ６）移送を終えたら、第１飛行体３１１Ｆを高高度ＳＨまで上昇させる。なお、第２飛行体３１２Ｆを、低高度ＳＬで飛行を続けさせて、水凝集装置で空気中の水蒸気ＶＡＰを凝集させ、随時、凝集した水を水タンク３４０に貯めさせてもよい。なお、第２飛行体３１２Ｆを、地表Ｅに帰還させ、水を補給して、再び低高度ＳＬに戻るようにしてもよい。
【0044】
（Ｃ７）第１飛行体３１１Ｆが高高度ＳＨに到達したら、地球周回軌道ＯＲＢ上の宇宙飛行体２０に向けて、水運搬装置３１０から氷粒ビームＢを放出する。
宇宙飛行体２０は、氷粒ビームＢを回収部２１によって回収する。
宇宙飛行体２０は、氷粒ビームＢを回収部２１によって回収する。
【0045】
（Ｃ８）氷粒ビームＢの放出を終えると、第１飛行体３１１Ｆは、高高度ＳＨと低高度ＳＬとの間の高度を維持するか、低高度ＳＬまで降下する。そして、第１飛行体３１１Ｆは、第２飛行体３１２Ｆからの次の水の補給まで待機する。
そして、（Ｃ１）から（Ｃ８）までの工程を繰り返す。このようにして、水を地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢ上まで、順次、運搬する。
そして、（Ｃ１）から（Ｃ８）までの工程を繰り返す。このようにして、水を地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢ上まで、順次、運搬する。
【0046】
このように、成層圏Ｓを飛行して地球周回軌道ＯＲＢまで水を運搬する飛行体を、第１飛行体３１１Ｆと第２飛行体３１２Ｆに分けた。そして、第２飛行体３１２Ｆにより、地表Ｅから成層圏Ｓにおける低高度ＳＬまで水を運搬し、第１飛行体３１１Ｆにより成層圏Ｓにおける高高度ＳＨから地球周回軌道ＯＲＢまで氷粒ビームＢとなる水プラズマＷＰを放出して水を運搬し、役割を分担させた。これにより、第２飛行体３１２Ｆを、地表Ｅから低高度ＳＬまでの間を往復させて水の補給をさせることができるので、水タンク３４０の容量を小さくでき、高い高度に到達させるための性能を要しないため、低コストにできる。また、第１飛行体３１１Ｆを、氷粒ビームＢとなる水プラズマＷＰを放出する高高度ＳＨから第２飛行体３１２Ｆが到達する低高度ＳＬまでの間を往復させて、地表Ｅに着陸することなく飛行している状態を維持したまま、水の補給と水プラズマＷＰの放出を繰り返しさせることができる。よって、第３実施形態に係る水運搬方法又は水運搬システム３００によれば、低コストで、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢ上に水を運搬することができる。
【0047】
以上、図面を参照して第１実施形態から第３実施形態について説明したが、本発明は上述のものに限られない。実施形態として挙げられた複数の特徴を、自由に組み合わせてもよい。
【0048】
本実施形態に係る水運搬方法は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化工程Ｐ１と、水プラズマＷＰを成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢに向けて放出することで水プラズマＷＰを氷結させた氷粒の群である氷粒ビームＢを形成する氷粒ビーム形成工程Ｐ２と、地球周回軌道ＯＲＢ上において、氷粒ビームＢを回収する氷粒回収工程Ｐ３と、を含んでいる。これにより、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまでシャトル等で水を収めた水タンクを直接的に運搬する方法に比べて、低コストで水を運搬できる。よって、低コストで水を地球周回軌道ＯＲＢに運搬する水運搬方法を提供できる。
【0049】
本実施形態に係る水運搬装置１０，２１０，３１０は、水蒸気ＶＡＰを水プラズマＷＰにするプラズマ化部１１と、水蒸気ＶＡＰの流路１２Ｃを有し、水プラズマＷＰを放出するノズル１２Ｎを有する筒状のケーシング１２と、水プラズマＷＰを電磁気的な作用により加速させるプラズマ加速部１３と、を備えている。これにより、水を水プラズマＷＰに変えて、氷粒ビームＢとして、成層圏Ｓから地球周回軌道ＯＲＢまで放出できる。したがって、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまでシャトル等で水を収めた水タンクを直接的に運搬する方法に比べて、低コストで水を運搬できる。よって、低コストで水を地球周回軌道ＯＲＢに運搬する水運搬装置を提供できる。
【0050】
本実施形態に係る水運搬システム１００，２００，３００は、水運搬装置１０，２１０，３１０と、水運搬装置１０，２１０，３１０から放出された水プラズマＷＰが氷結した氷粒ビームＢを回収する回収部２１を有する宇宙飛行体２０と、を備えている。これにより、地表Ｅから地球周回軌道ＯＲＢまでシャトル等で水を収めた水タンクを直接的に運搬する方法に比べて、低コストで水を運搬できる。よって、低コストで水を地球周回軌道ＯＲＢに運搬する水運搬システムを提供できる。
【符号の説明】
【0051】
１００，２００，３００ 水運搬システム
１０，２１０，３１０ 水運搬装置
１０Ｆ，２１０Ｆ 飛行体
３１１Ｆ 第１飛行体
３１２Ｆ 第２飛行体
１１ プラズマ化部
１２ ケーシング
１２Ｃ 流路
１２Ｎ ノズル
１３ プラズマ加速部
１４ ボイラー
１１１ 陰極
１１２ 陽極
１１３ 電源
２０ 宇宙飛行体
２１ 回収部
２１ａ 回収面
２２ 宇宙水タンク
２１１ ロケット
３４０ 水タンク
３５０ ホース
ＡＲＣ アーク
Ｂ 氷粒ビーム
Ｅ 地表
ＯＲＢ 地球周回軌道
Ｐ１ プラズマ化工程
Ｐ２ 氷粒ビーム形成工程
Ｐ３ 氷粒回収工程
Ｓ 成層圏
ＳＨ 高高度
ＳＬ 低高度
ＶＡＰ 水蒸気
ＷＰ 水プラズマ
１０，２１０，３１０ 水運搬装置
１０Ｆ，２１０Ｆ 飛行体
３１１Ｆ 第１飛行体
３１２Ｆ 第２飛行体
１１ プラズマ化部
１２ ケーシング
１２Ｃ 流路
１２Ｎ ノズル
１３ プラズマ加速部
１４ ボイラー
１１１ 陰極
１１２ 陽極
１１３ 電源
２０ 宇宙飛行体
２１ 回収部
２１ａ 回収面
２２ 宇宙水タンク
２１１ ロケット
３４０ 水タンク
３５０ ホース
ＡＲＣ アーク
Ｂ 氷粒ビーム
Ｅ 地表
ＯＲＢ 地球周回軌道
Ｐ１ プラズマ化工程
Ｐ２ 氷粒ビーム形成工程
Ｐ３ 氷粒回収工程
Ｓ 成層圏
ＳＨ 高高度
ＳＬ 低高度
ＶＡＰ 水蒸気
ＷＰ 水プラズマ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】