特開 2023-180963 耐熱装置、アタッチメント装置、宇宙機及び展開制御方法

(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】P2023180963

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】耐熱装置、アタッチメント装置、宇宙機及び展開制御方法

(51)【国際特許分類】

   B64G 1/62 20060101AFI20231214BHJP

   B64G 1/58 20060101ALI20231214BHJP

   B64G 1/64 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

B64G1/62

B64G1/58

B64G1/64 100

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094663

(22)【出願日】2022-06-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000125370

【氏名又は名称】学校法人東京理科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仲西 俊之

(72)【発明者】

【氏名】藤掛 功

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 宏

(57)【要約】

【課題】積載物を搭載する宇宙機であっても、大気圏の再突入時において熱的負荷を軽減し、宇宙機を回収する。
【解決手段】積載物を搭載すると共に宇宙空間に投入される宇宙機に設けられ、積載物の宇宙機からの切り離し後、宇宙機の大気圏への再突入時に展開される耐熱装置であって、宇宙機は、宇宙機本体と積載物とを接続するアタッチメントを有し、アタッチメントは、積載物側の中心に開口部が設けられた筒形状となっており、展開時において開口部から突出して、宇宙機の先端となる突出位置に位置する先端部材と、先端部材に接続し、展開時において突出位置に位置する先端部材とアタッチメントとの間の隙間を被覆する被覆部と、展開前において先端部材及び被覆部をアタッチメント内部に収容する収容位置から、展開後において先端部材及び被覆部を開口部から突出させる突出位置へ突出させる突出機構と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積載物を搭載すると共に宇宙空間に投入される宇宙機に設けられ、前記積載物の前記宇宙機からの切り離し後、前記宇宙機の大気圏への再突入時に展開される耐熱装置であって、
前記宇宙機は、宇宙機本体と前記積載物とを接続するアタッチメントを有し、
前記アタッチメントは、前記積載物側の中心に開口部が設けられた筒形状となっており、
展開時において前記開口部から突出して、前記宇宙機の先端となる突出位置に位置する先端部材と、
前記先端部材に接続し、展開時において前記突出位置に位置する前記先端部材と前記アタッチメントとの間の隙間を被覆する被覆部と、
展開前において前記先端部材及び前記被覆部を前記アタッチメント内部に収容する収容位置から、展開後において前記先端部材及び前記被覆部を前記開口部から突出させる前記突出位置へ突出させる突出機構と、を備える耐熱装置。

【請求項2】

前記先端部材は、前記積載物側に凸となる曲面形状となっている請求項１に記載の耐熱装置。

【請求項3】

前記突出機構は、前記先端部材と前記アタッチメントとの間に設けられ、
前記先端部材は、前記アタッチメント内部の空中に保持されている請求項１に記載の耐熱装置。

【請求項4】

前記突出機構は、
前記先端部材と前記アタッチメントとを接続すると共に、前記突出位置側に付勢するリンク部と、
前記リンク部による付勢に抗して、前記先端部材を前記収容位置に係止する係止部と、
前記係止部による係止を解除する係止解除部と、を有する請求項１に記載の耐熱装置。

【請求項5】

前記被覆部は、前記先端部材側に設けられ、展開時において前記先端部材側から前記アタッチメント側に反転する反転板材を有する請求項１に記載の耐熱装置。

【請求項6】

前記反転板材は、展開後において、前記先端部材側から前記アタッチメント側に向かって流れる気流の流れ方向の上流側の端部が、前記先端部材の内側に位置し、流れ方向の下流側の端部が、前記アタッチメントの外側に位置する請求項５に記載の耐熱装置。

【請求項7】

前記反転板材は、前記先端部材と前記アタッチメントとの間に形成される隙間に沿って複数並べて配置され、
前記被覆部は、隣接する前記反転板材の間の隙間を被覆する可撓性の可撓部材を、さらに有する請求項５に記載の耐熱装置。

【請求項8】

前記反転板材は、
前記先端部材と前記アタッチメントとの間に形成される隙間に沿って複数並べて配置される第１の反転板材と、
隣接する前記第１の反転板材の間に配置される複数の第２の反転板材と、を有する請求項５に記載の耐熱装置。

【請求項9】

前記第１の反転板材と前記第２の反転板材との重複部位は、篏合することで形成されるラビリンスシールとなっている請求項８に記載の耐熱装置。

【請求項10】

前記被覆部は、
前記第１の反転板材及び前記第２の反転板材を反転させる作動部を、さらに有し、
前記作動部は、
駆動源となるモータと、
前記モータと前記第１の反転板材とを連結する第１の作動ワイヤと、
前記モータと前記第２の反転板材とを連結する第２の作動ワイヤと、
前記モータの正回転時において前記第１の作動ワイヤを巻き取る第１の巻取り機構と、
前記モータの逆回転時において前記第２の作動ワイヤを巻き取る第２の巻取り機構と、を含む請求項８に記載の耐熱装置。

【請求項11】

前記被覆部による前記先端部材と前記アタッチメントとの間の隙間の被覆を検出する被覆検出センサと、
前記被覆検出センサが接続される制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記積載物の切り離し後、前記突出機構を作動させる作動信号を出力し、前記被覆検出センサから検出信号が入力されたら、展開完了と判定する請求項１に記載の耐熱装置。

【請求項12】

宇宙機本体と積載物とを接続するアタッチメントと、
前記アタッチメントに設けられる請求項１から１１のいずれか１項に記載の耐熱装置と、を備えるアタッチメント装置。

【請求項13】

積載物を搭載する宇宙機本体と、
前記宇宙機本体と前記積載物とを接続するアタッチメントと、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の耐熱装置と、を備える宇宙機。

【請求項14】

請求項１１に記載の耐熱装置に、
前記積載物の切り離し後、前記突出機構を作動させる作動信号を出力するステップと、
前記作動信号の出力後、前記被覆検出センサから検出信号が入力されたか否かを判定するステップと、
前記被覆検出センサから検出信号が入力された場合、展開が完了したと判定するステップと、を実行させる展開制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、耐熱装置、アタッチメント装置、宇宙機及び展開制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、大気圏に再突入して回収される宇宙機として、カプセルカバーを備えた自律回収型宇宙機が知られている（例えば、特許文献１参照）。この宇宙機は、カプセルカバーが設けられ、宇宙空間の投入後においても、カプセルカバーが設けられた状態となっている。このため、宇宙機が大気圏に再突入する場合であっても、カプセルカバーにより宇宙機の耐熱性を確保することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０４－１７６７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、宇宙機としては、衛星等の積載物を搭載する多段ロケットがある。このような宇宙機では、衛星を宇宙空間に投入すべく、ロケット先端を覆うフェアリングを衛星の切り離し前に分離させる。このため、衛星を切り離した後の宇宙機にはフェアリングがないことから、宇宙機は、大気圏の再突入時に発生する熱的負荷に耐えることができず、宇宙機を大気圏に再突入させることは困難であった。

【0005】

そこで、本開示は、積載物を搭載する宇宙機であっても、大気圏の再突入時において熱的負荷を軽減し、宇宙機を回収することができる耐熱装置、アタッチメント装置、宇宙機及び展開制御方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の耐熱装置は、積載物を搭載すると共に宇宙空間に投入される宇宙機に設けられ、前記積載物の前記宇宙機からの切り離し後、前記宇宙機の大気圏への再突入時に展開される耐熱装置であって、前記宇宙機は、宇宙機本体と前記積載物とを接続するアタッチメントを有し、前記アタッチメントは、前記積載物側の中心に開口部が設けられた筒形状となっており、展開時において前記開口部から突出して、前記宇宙機の先端となる突出位置に位置する先端部材と、前記先端部材に接続し、展開時において前記突出位置に位置する前記先端部材と前記アタッチメントとの間の隙間を被覆する被覆部と、展開前において前記先端部材及び前記被覆部を前記アタッチメント内部に収容する収容位置から、展開後において前記先端部材及び前記被覆部を前記開口部から突出させる前記突出位置へ突出させる突出機構と、を備える。

【0007】

本開示のアタッチメント装置は、宇宙機本体と積載物とを接続するアタッチメントと、前記アタッチメントに設けられる上記の耐熱装置と、を備える。

【0008】

本開示の宇宙機は、積載物を搭載する宇宙機本体と、前記宇宙機本体と前記積載物とを接続するアタッチメントと、上記の耐熱装置と、を備える。

【0009】

本開示の展開制御方法は、上記の耐熱装置に、前記積載物の切り離し後、前記突出機構を作動させる作動信号を出力するステップと、前記作動信号の出力後、前記被覆検出センサから検出信号が入力されたか否かを判定するステップと、前記被覆検出センサから検出信号が入力された場合、展開が完了したと判定するステップと、を実行させる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、積載物を搭載する宇宙機であっても、大気圏の再突入時において熱的負荷を軽減し、宇宙機を回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態１に係る宇宙機を示した図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る耐熱装置を模式的に示した図である。

【図3】図３は、耐熱装置を下方側から見たときの説明図である。

【図4】図４は、被覆部の動作に関する説明図である。

【図5】図５は、被覆部の一例を示す上面図である。

【図6】図６は、耐熱装置の動作の一例を示す説明図である。

【図7】図７は、耐熱装置の動作の一例を示す説明図である。

【図8】図８は、耐熱装置の動作の一例を示す説明図である。

【図9】図９は、実施形態２に係る耐熱装置の被覆部の動作に関する説明図である。

【図10】図１０は、被覆部の一例を示す上面図である。

【図11】図１１は、実施形態３に係るアタッチメント装置を模式的に示した図である。

【図12】図１２は、実施形態４に係る耐熱装置の被覆部の動作に関する説明図である。

【図13】図１３は、実施形態５に係る耐熱装置の被覆部の一例を示す上面図である。

【図14】図１４は、耐熱装置を下方側から見たときの説明図である。

【図15】図１５は、耐熱装置の反転板材の一例の斜視図である。

【図16】図１６は、耐熱装置の反転板材の一例の斜視図である。

【図17】図１７は、被覆部の作動部に関する説明図である。

【図18】図１８は、被覆部の動作に関する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

【0013】

［実施形態１］
本開示の宇宙機１は、大気圏に再突入する宇宙機となっており、例えば、多段ロケットの上段の（２段目の）ロケット（以下、ロケット１という）である。ロケット１は、積載物Ｐを搭載しており、積載物Ｐとして、例えば、衛星または補給器等が適用される。多段ロケットは、先端に設けられるフェアリングが、打ち上げ時において分離する。このため、ロケット１は、フェアリングがない状態で、宇宙空間を航行し、この後、大気圏に再突入する。

【0014】

図１は、実施形態１に係る宇宙機を示した図である。図２は、実施形態１に係る耐熱装置を模式的に示した図である。図３は、耐熱装置を下方側から見たときの説明図である。図４は、被覆部の動作に関する説明図である。図５は、被覆部の一例を示す上面図である。図６から図８は、耐熱装置の動作の一例を示す説明図である。図１を参照して、宇宙機について説明する。

【0015】

（宇宙機）
宇宙機としてのロケット１は、宇宙空間に投入される。図１に示すように、ロケット１は、ロケット本体３と、積載物支持部（ＰＳＳ：Payload Support Structure）２１（以下、ＰＳＳ２１という）と、積載物分離部（ＰＡＦ：Payload Attachment Fitting）２２（以下、ＰＡＦ２２という）と、耐熱装置２３と、を備えている。

【0016】

ロケット本体３は、フレーム５と、フレーム５の一方側（図１の上方側）に支持される燃料タンク６と、フレーム５の他方側（図１の下方側）に支持される酸化剤タンク７と、燃料を燃焼させて推進力を発生させるロケットエンジン８と、気蓄器１０とを備えている。気蓄器１０は、蓄圧した作動ガスを、燃料タンク６及び酸化剤タンク７へ向けて供給可能となっている。

【0017】

燃料タンク６は、例えば、燃料として液体水素を溜める液体水素タンクとなっており、円筒形状に形成されている。燃料タンク６は、気蓄器１０から作動ガスが供給されることで、ロケットエンジン８へ向けて液体水素を供給可能となっている。酸化剤タンク７は、例えば、酸化剤として液体酸素を溜める液体酸素タンクとなっており、円筒形状に形成されている。酸化剤タンク７は、気蓄器１０から作動ガスが供給されることで、ロケットエンジン８へ向けて液体酸素を供給可能となっている。

【0018】

ロケットエンジン８は、酸化剤タンク７の他方側、つまり、酸化剤タンク７を挟んで、燃料タンク６の反対側に設けられている。ロケットエンジン８は、燃料タンク６から供給された液体水素及び酸化剤タンク７から供給された液体酸素を混合して燃焼させることで、推進力を発生させる。

【0019】

ＰＳＳ２１は、積載物Ｐを支持する支持体であり、燃料タンク６の一方側に設けられる。ＰＳＳ２１は、ロケット本体３側から積載物Ｐ側に向かって先細りする円筒形状に形成されている。ＰＳＳ２１は、その内部が中空空間となっている。ＰＳＳ２１は、他方側がロケット本体３に固定され、一方側にＰＡＦ２２が接続される。

【0020】

ＰＡＦ（アタッチメント）２２は、積載物Ｐを分離する機能を有し、ＰＳＳ２１の一方側に設けられる。ＰＡＦ２２は、ＰＳＳ２１に接続される他方側の端部が、ＰＳＳ２１の一方側の端部と同じ大きさとなっている。ＰＡＦ２２は、ＰＳＳ２１側から積載物Ｐ側に向かって先細りする円筒形状に形成されている。ＰＡＦ２２は、その外周面が、ＰＳＳ２１の外周面と連なっている。また、ＰＡＦ２２には、一方側の端部において、中心に円形状の開口部が設けられている。この開口部を通じて、後述する耐熱装置２３の先端部材３１が突出する。ＰＡＦ２２は、その内部が中空空間となっている。ＰＡＦ２２は、他方側がＰＳＳ２１に固定され、一方側に積載物Ｐが分離可能に搭載される。

【0021】

（耐熱装置）
次に、図２から図５を参照して、耐熱装置２３について説明する。耐熱装置２３は、ＰＳＳ２１及びＰＡＦ２２の内部に収容されており、ロケット１の大気圏への再突入時に展開される装置となっている。耐熱装置２３は、先端部材３１と、突出機構３２と、被覆部３３と、被覆検出センサ３４と、制御部３５と、を備えている。

【0022】

先端部材３１は、展開時においてＰＡＦ２２の開口部から突出して、ロケット１の先端となる部材である。先端部材３１は、平面視円形状に形成されており、積載物側に凸となる曲面形状となっている。先端部材３１は、単一の材料からなる継目のない部品となっており、外面が連続する面となっている。先端部材３１は、例えば、耐熱性を有する材料が用いられ、セラミックス、ＣＭＣ（Ceramic Matrix Composites）、ＰＩＣＡ（Phenolic Impregnated Carbon Ablators）等が適用される。先端部材３１は、展開前において、ＰＳＳ２１及びＰＡＦ２２の内部に収容された位置が収容位置となっている。一方で、先端部材３１は、展開後において、ＰＡＦ２２の開口部から突出した位置が突出位置となっている。先端部材３１および後述する被覆部３３は、収容位置において一方側からの平面視でＰＡＦ２２の開口部より小さい。

【0023】

突出機構３２は、先端部材３１を収容位置から突出位置へ突出させる機構となっている。突出機構３２は、ＰＳＳ２１及びＰＡＦ２２の内部に設けられ、先端部材３１とＰＡＦ２２及びＰＡＦ２２の内面との間に設けられる。つまり、突出機構３２は、ＰＡＦ２２及びＰＡＦ２２に接続される部分を固定点として、先端部材３１を突出させる。突出機構３２は、展開前において、ＰＳＳ２１及びＰＡＦ２２の内部に先端部材３１を収容位置に空中で保持している。

【0024】

突出機構３２は、リンク部４１と、係止部４２と、係止解除部４３とを有している。リンク部４１は、図３に示すように、先端部材３１の周方向に沿って所定の間隔を空けて複数並べて設けられる。リンク部４１は、先端部材３１とＰＡＦ２２とを接続するリンク機構４１ａと、リンク機構４１ａを付勢する付勢部材４１ｂとを含んでいる。リンク機構４１ａは、一端が先端部材３１に回動可能に接続され、他端がＰＡＦ２２に回動可能に接続される。リンク機構４１ａは、付勢部材４１ｂの付勢により先端部材３１を突出位置へ移動させ、図示しないラッチ等により、先端部材３１を突出位置に固定する。付勢部材４１ｂは、例えば、圧縮バネであり、リンク機構４１ａとＰＡＦ２２の内周面とを接続している。付勢部材４１ｂは、収縮により先端部材３１を突出位置側に移動させるようリンク機構４１ａを付勢している。係止部４２は、付勢部材４１ｂによる付勢に抗して、先端部材３１が収容位置となるようリンク機構４１ａを係止している。係止部４２は、例えば、テンションワイヤ４２ａであり、テンションワイヤ４２ａによりリンク機構４１ａを収容位置側に規制している。つまり、テンションワイヤ４２ａは、圧縮バネを伸長させることで、先端部材３１を収容位置に位置させている。また、図３に示すように、テンションワイヤ４２ａは、周方向に並んだ複数のリンク部４１のリンク機構４１ａを束ねるテンションワイヤと、リンク機構４１ａを収容位置側に規制するテンションワイヤとを含んでいる。係止解除部４３は、係止部４２によるリンク部４１に対する係止を解除する。係止解除部４３は、テンションワイヤ４２ａをカットする装置である。係止解除部４３は、例えば、電熱によりワイヤをカットする装置、ピンプラーを解放することにより係止を解除する装置、火工品によりワイヤをカットする装置等が適用される。また、係止解除部４３は、制御部３５に接続されており、制御部３５から出力される作動信号に基づいて、係止解除（ワイヤカット）動作を実行する。

【0025】

突出機構３２は、制御部３５から作動信号が入力されると、係止部４２の係止を、係止解除部４３によって解除する。これにより、突出機構３２は、係止部４２による先端部材３１の収容位置への位置規制が解除され、リンク部４１の付勢によって、先端部材３１を突出位置へ移動させる。

【0026】

被覆部３３は、先端部材３１が突出位置へ移動した後に展開され、突出位置に位置する先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間を被覆する。図４及び図５に示すように、被覆部３３は、反転板材５１と、可撓部材５２とを有している。反転板材５１は、先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間に沿って複数並べて配置されている。反転板材５１は、先端部材３１からＰＡＦ２２へ向かって延びる板形状となっており、隙間を塞ぐように外周に倣った湾曲形状となっている。反転板材５１は、先端部材３１の外周縁部にヒンジ５３を介して接続されている。反転板材５１は、展開前後において表裏が反転するように移動する。反転板材５１は、反転前において、先端部材３１と重ね合わされた状態となっている。つまり、反転板材５１の表面が先端部材３１の外面と対向する位置となっており、また、反転板材５１の裏面が外部に露出した状態となっている。図４に示すように、反転前において、先端部材３１及びこれと重ね合わされた反転板材５１は、一方側からの平面視でＰＡＦ２２の開口部より小さいため、ＰＡＦ２２の開口部から突出位置へ移動することができる。そして、反転板材５１は、反転後において、先端部材３１からＰＡＦ２２に延長した状態となることで、先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間を被覆した状態となる。つまり、反転板材５１の表面が外部に露出した状態となり、また、反転板材５１の裏面がＰＡＦ２２の内部側に対向する位置となる。なお、反転前の反転板材５１は、ワイヤー等の拘束部材により拘束してもよい。

【0027】

また、反転板材５１は、反転（展開）後において、先端部材３１に接続する端部が先端部材３１に対しＰＡＦ２２側に位置するように重なり、ＰＡＦ２２を覆う端部がＰＡＦ２２に対し先端部材３１側に位置するように重なる。再突入時の気流Ａの流れ方向は、先端部材３１からＰＡＦ２２に向かう方向を想定しており、図４に示すように、反転板材５１は、先端部材３１側からＰＡＦ２２側に向かって流れる気流Ａの流れ方向の上流側の端部が、先端部材３１の内側かつ上流側に位置し、流れ方向の下流側の端部が、ＰＡＦ２２の外側かつ下流側に位置している。このため、反転板材５１は、気流Ａに対して、衝突する部位を有しないものとなり、気流Ａは、反転板材５１の表面に沿って流れる。先端部材３１に接続する端部は、図４に示すように、ヒンジ５３を介して接続する部分がコの字形状となっていてもよい。これにより、反転板材５１の一部が展開後に先端部材３１の端部の内側かつ上流側に入り込むように重なる部分を持つこととなり、気流Ａが反転板材５１の表面に沿って流れやすくなる。

【0028】

反転板材５１は、先端部材３１と同様に、耐熱性を有する材料が用いられ、例えば、セラミックス、ＣＭＣ（Ceramic Matrix Composites）、ＰＩＣＡ（Phenolic Impregnated Carbon Ablators）等が適用される。

【0029】

可撓部材５２は、隣接する反転板材５１の間の隙間を被覆する可撓性の部材である。可撓部材５２は、耐熱性を有する材料が用いられ、例えば、シリカクロス、アルミシリカクロス等が適用される。可撓部材５２は、両側にある反転板材５１のそれぞれに接続されている。可撓部材５２は、反転板材５１と共に、展開前後において表裏が反転するように移動する。

【0030】

また、被覆部３３は、反転板材５１を反転させる反転機構として、反転板材５１のヒンジ５３側となる根元部位を、ワイヤまたはバネ等により引っ張る機構とすることで、反転板材５１及び可撓部材５２を反転させる。

【0031】

被覆検出センサ３４は、被覆部３３により先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間が被覆されたか否かを検出する。被覆検出センサ３４は、例えば、タッチセンサであり、反転板材５１とＰＡＦ２２とが接触する部位に設けられる。被覆検出センサ３４は、制御部３５に接続されており、制御部３５へ向けて検出信号を出力する。

【0032】

制御部３５は、耐熱装置２３の各部を制御する。制御部３５は、ロケット１に設けられる制御装置であってもよい。制御部３５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部３５は、耐熱装置２３の展開制御を実行する。制御部３５は、積載物Ｐの切り離し後、突出機構３２を作動させる作動信号を出力し、被覆検出センサ３４から検出信号が入力されたら、展開完了と判定している。具体的に、制御部３５は、展開制御として、積載物Ｐの切り離しが行われたか否かを判定する。制御部３５は、積載物Ｐの切り離しが行われたと判定すると、突出機構３２を作動させる作動信号を出力するステップを実行する。作動信号の出力後、制御部３５は、被覆検出センサ３４から検出信号が入力されたか否かを判定するステップを実行する。制御部３５は、被覆検出センサ３４から検出信号が入力されたと判定すると、耐熱装置２３の展開が完了したと判定する。

【0033】

次に、図６から図８を参照して、耐熱装置２３の一連の動作について説明する。図６に示すように耐熱装置２３は、展開前において、先端部材３１がＰＡＦ２２の内部の収容位置に位置している。耐熱装置２３は、制御部３５から作動信号が入力されると、係止解除部４３が作動する。耐熱装置２３は、係止解除部４３が作動することで、係止部４２による係止を解除する。これにより、図７に示すように、突出機構３２は、係止部４２による先端部材３１の収容位置への位置規制が解除され、リンク部４１の付勢によって、先端部材３１が突出位置へ移動する。この後、耐熱装置２３は、被覆部３３の反転板材５１及び可撓部材５２が反転することで、図８に示すように、被覆部３３により先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間を被覆する。

【0034】

なお、実施形態１では、耐熱装置２３をロケット１に設けた場合について説明したが、ＰＡＦ２２と耐熱装置２３とを一体としたアタッチメント装置として提供してもよい。

【0035】

また、実施形態１では、リンク機構４１ａを含む突出機構３２により、先端部材３１を収容位置から突出位置へ移動させたが、先端部材３１を収容位置から突出位置へ移動させる機構であれば、実施形態１の突出機構３２に特に限定されない。突出機構は、例えば、アクチュエータを用いた機構であってもよいし、作動ガスによって体積を膨張させることにより作動するインフレータブル機構であってもよい。

【0036】

また、実施形態１では、係止部４２として、テンションワイヤ４２ａを用いたが、係止及び係止解除可能な機構であってもよく、例えば、電磁石を用いた機構、形状記憶合金を用いた機構、油圧チャッキングを用いた機構であってもよい。

【0037】

［実施形態２］
次に、図９及び図１０を参照して、実施形態２について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態２に係る耐熱装置の被覆部の動作に関する説明図である。図１０は、被覆部の一例を示す上面図である。

【0038】

実施形態２の耐熱装置７０は、実施形態１の被覆部３３に代えて、第１の反転板材７５及び第２の反転板材７６を有する被覆部７１を備えたものとなっている。つまり、被覆部７１は、第１の反転板材７５と、第２の反転板材７６とを有している。第１の反転板材７５は、先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間に沿って複数並べて配置されている。なお、第１の反転板材７５は、実施形態１の反転板材５１と同様であるため、説明を省略する。

【0039】

第２の反転板材７６は、隣接する第１の反転板材７５の間の隙間を被覆する。第２の反転板材７６は、複数設けられ、隣接する第１の反転板材７５の間にそれぞれ設けられる。第２の反転板材７６は、先端部材３１からＰＡＦ２２へ向かって延びる板形状となっており、第１の反転板材７５と同様に、隙間を塞ぐように外周に倣った湾曲形状となっている。第２の反転板材７６は、先端部材３１の外周縁部にヒンジ７７を介して接続されている。第２の反転板材７６は、展開前後において表裏が反転するように移動する。第２の反転板材７６は、反転前において、先端部材３１と重ね合わされた状態となっている。つまり、第２の反転板材７６の表面が先端部材３１の外面と対向する位置となっており、また、第２の反転板材７６の裏面が外部に露出した状態となっている。そして、第２の反転板材７６は、反転後において、先端部材３１からＰＡＦ２２に延長した状態となることで、先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間を被覆すると共に、第１の反転板材７５の間の隙間を被覆した状態となる。つまり、第２の反転板材７６の表面が外部に露出した状態となり、また、第２の反転板材７６の裏面がＰＡＦ２２の内部側に対向する位置となる。

【0040】

なお、第２の反転板材７６は、第１の反転板材７５と同様に、反転（展開）後において、先端部材３１側からＰＡＦ２２側に向かって流れる気流Ａの流れ方向の上流側の端部が、先端部材３１の内側に位置し、流れ方向の下流側の端部が、ＰＡＦ２２の外側に位置する。先端部材３１に接続する端部は、図９に示すように、ヒンジ７７を介して接続する部分がコの字形状となっていてもよい。これにより、反転板材７６の一部が展開後に先端部材３１の端部の内側かつ上流側に入り込むように重なる部分を持つこととなり、気流Ａが反転板材５１の表面に沿って流れやすくなる。

【0041】

実施形態２の被覆部７１では、第１の反転板材７５が反転することで、先端部材３１とＰＡＦ２２との間の隙間を被覆し、この後、第２の反転板材７６が反転することで、隣接する第１の反転板材７５の間の隙間を被覆する。

【0042】

［実施形態３］
次に、図１１を参照して、実施形態３について説明する。なお、実施形態３では、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１１は、実施形態３に係るアタッチメント装置を模式的に示した図である。

【0043】

実施形態３の耐熱装置８０は、被覆部３３の反転板材５１を反転させる反転機構８１が、図１１に示す機構となっている。図１１には、２つの反転機構８１ａ、８１ｂを示している。

【0044】

反転機構８１ａは、先端部材３１を突出させる突出機構３２と連結した機構となっている。反転機構８１ａは、反転板材５１のヒンジ５３側となる根元部位と、突出機構３２のリンク機構４１ａの一部とを連結した連結部材である。反転機構８１ａは、リンク機構４１ａが付勢部材４１ｂの付勢により突出位置側に移動することに伴って、反転板材５１の根元部位を引っ張ることで、反転板材５１を反転させている。

【0045】

反転機構８１ｂは、反転板材５１のヒンジ５３側となる根元部位に設けられる付勢部材（図示省略）と、付勢部材による付勢に抗して、反転板材５１を展開前の位置に係止するテンションワイヤ８５と、テンションワイヤ８５をカットする切断装置（図示省略）と、を備えている。反転機構８１ｂは、切断装置によりテンションワイヤ８５がカットされることで、反転板材５１の位置規制が解除され、付勢部材による付勢により反転板材５１が反転する。

【0046】

［実施形態４］
次に、図１２を参照して、実施形態４について説明する。なお、実施形態４では、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１２は、実施形態４に係る耐熱装置の被覆部の動作に関する説明図である。

【0047】

実施形態４の耐熱装置９０は、被覆部３３の反転板材５１を反転させる反転機構９１が、図１２に示す機構となっている。図１２に示す反転機構９１は、反転板材５１のヒンジ５３側となる根元部位に設けられる紐状部材９２と、紐状部材９２を締める締結機構９３と、を備えている。紐状部材９２は、先端部材３１の周方向に沿って、複数の反転板材５１を連結するように架け渡されることで、環状に配置される。締結機構９３は、環状となる紐状部材９２を締めることで、紐状部材９２の環を小さくする。反転機構９１は、締結機構９３により紐状部材９２の環を小さくすることで、反転板材５１の根元部位を内部側に引き込むことで、反転板材５１を反転させている。

【0048】

［実施形態５］
次に、図１３から図１８を参照して、実施形態５について説明する。なお、実施形態５では、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１３は、実施形態５に係る耐熱装置の被覆部の一例を示す上面図である。図１４は、耐熱装置を下方側から見たときの説明図である。図１５は、耐熱装置の反転板材の一例の斜視図である。図１６は、耐熱装置の反転板材の一例の斜視図である。図１７は、被覆部の作動部に関する説明図である。図１８は、被覆部の動作に関する説明図である。

【0049】

実施形態５の耐熱装置１００は、実施形態２の被覆部７１に作動部１０７を加えた被覆部１０１となっている。つまり、被覆部１０１は、第１の反転板材１０５と、第２の反転板材１０６と、作動部１０７と、を有している。第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６は、実施形態２の第１の反転板材７５及び第２の反転板材７６と一部相違するため、異なる部分についてのみ説明する。

【0050】

第１の反転板材１０５と第２の反転板材１０６とは、先端部材３１の周方向における端部が重複する重複部位となっている。図１３に示すように、第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６は、先端部材３１の外周縁部の周方向に交互に配置されている。図１６に示すように、重複部位において第１の反転板材１０５と第２の反転板材１０６とは嵌め合わされている。また、第１の反転板材１０５と第２の反転板材１０６とは、展開後において、表面が相互に連なるように、重複部位において嵌め合わされている。このとき、第１の反転板材１０５と第２の反転板材１０６との重複部位は、篏合することで形成されるラビリンスシール１０９となっている。

【0051】

第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６は、先端部材３１の外周縁部にヒンジ１０８を介して接続されている。ヒンジ１０８は、図１５に示すように、第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６の表面にそれぞれ設けられ、先端部材３１側に寄せて配置されている。なお、ヒンジ１０８は、先端部材３１の表面において形状が対称となる対称軸Ｉ上に設けられている。対称軸Ｉは、先端部材３１からＰＡＦ２２に延びる軸となっている。

【0052】

図１７及び図１８に示すように、作動部１０７は、先端部材３１の内側の中心に設けられる。作動部１０７は、モータ１１０と、第１の作動ワイヤ１１１と、第２の作動ワイヤ１１２と、第１の巻取り機構１１５と、第２の巻取り機構１１６とを有している。

【0053】

モータ１１０は、駆動源であり、制御部３５に接続され、制御部３５により駆動が制御される。モータ１１０は、正逆回転可能なモータとなっており、第１の反転板材１０５の反転時において正方向に回転し、第２の反転板材１０６の反転時において逆方向に回転する。モータ１１０は、第１の作動ワイヤ１１１を第１の巻取り機構１１５により巻き取るときに駆動し、また、第２の作動ワイヤ１１２を第２の巻取り機構１１６により巻き取るときに駆動する。なお、モータ１１０の出力軸には、要求される駆動トルク及び回転数に応じて減速ギアが設けられる。

【0054】

第１の作動ワイヤ１１１は、モータ１１０と第１の反転板材１０５とを連結する。第１の作動ワイヤ１１１は、第１の巻取り機構１１５を介してモータ１１０に連結される。モータ１１０と第１の反転板材１０５との間には、第１の作動ワイヤ１１１をガイドするワイヤガイド１１７（図１８参照）が設けられる。第１の作動ワイヤ１１１は、ワイヤガイド１１７に沿って設けられる。

【0055】

第２の作動ワイヤ１１２は、モータ１１０と第２の反転板材１０６とを連結する。第２の作動ワイヤ１１２は、第２の巻取り機構１１６を介してモータ１１０に連結される。モータ１１０と第２の反転板材１０６との間には、第１の作動ワイヤ１１１と同様に、第２の作動ワイヤ１１２をガイドするワイヤガイド１１７（図示省略）が設けられる。第２の作動ワイヤ１１２は、ワイヤガイド１１７に沿って設けられる。

【0056】

第１の巻取り機構１１５は、モータ１１０の回転軸に取り付けられ、モータ１１０の正回転時において第１の作動ワイヤ１１１を巻き取る。第１の巻取り機構１１５は、正転用ラッチ１２１と、正転用ラッチ１２１と共に回転する正転用プーリ１２２とを有する。正転用ラッチ１２１は、モータ１１０の正回転時において回転する一方で、逆回転時において回転しない。正転用プーリ１２２は、第１の作動ワイヤ１１１が巻き掛けられる。

【0057】

第２の巻取り機構１１６は、モータ１１０の回転軸に取り付けられ、モータ１１０の逆回転時において第２の作動ワイヤ１１２を巻き取る。第２の巻取り機構１１６は、第１の巻取り機構１１５と同軸上に設けられる。第２の巻取り機構１１６は、逆転用ラッチ１２４と、逆転用ラッチ１２４と共に回転する逆転用プーリ１２５とを有する。逆転用ラッチ１２４は、モータ１１０の逆回転時において回転する一方で、正回転時において回転しない。逆転用プーリ１２５は、第２の作動ワイヤ１１２が巻き掛けられる。

【0058】

次に、図１８を参照して、被覆部１０１の動作について説明する。第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６の展開時において、制御部３５は、作動部１０７のモータ１１０を正回転させる。モータ１１０が正回転すると、正転用ラッチ１２１と共に正転用プーリ１２２が正回転することで、第１の作動ワイヤ１１１が巻き取られる。第１の作動ワイヤ１１１が巻き取られると、第１の反転板材１０５の根元部位が引っ張られることで、第１の反転板材１０５が反転する。この後、図示は省略するが、制御部３５は、作動部１０７のモータ１１０を逆回転させる。モータ１１０が逆回転すると、逆転用ラッチ１２４と共に逆転用プーリ１２５が逆回転することで、第２の作動ワイヤ１１２が巻き取られる。第２の作動ワイヤ１１２が巻き取られると、第２の反転板材１０６の根元部位が引っ張られることで、第２の反転板材１０６が反転する。

【0059】

以上のように、本実施形態に記載の耐熱装置２３、アタッチメント装置、宇宙機１及び展開制御方法は、例えば、以下のように把握される。

【0060】

第１の態様に係る耐熱装置２３は、積載物Ｐを搭載すると共に宇宙空間に投入される宇宙機（ロケット１）に設けられ、前記積載物Ｐの前記宇宙機からの切り離し後、前記宇宙機の大気圏への再突入時に展開される耐熱装置２３であって、前記宇宙機は、宇宙機本体（ロケット本体３）と前記積載物Ｐとを接続するアタッチメント（ＰＡＦ２２）を有し、前記アタッチメントは、前記積載物Ｐ側の中心に開口部が設けられた筒形状となっており、展開時において前記開口部から突出して、前記宇宙機の先端となる突出位置に位置する先端部材３１と、前記先端部材３１に接続し、展開時において前記突出位置に位置する前記先端部材３１と前記アタッチメントとの間の隙間を被覆する被覆部３３と、展開前において前記先端部材３１及び前記被覆部３３を前記アタッチメント内部に収容する収容位置から、展開後において前記先端部材３１及び前記被覆部３３を前記開口部から突出させる突出位置へ突出させる突出機構３２と、を備える。

【0061】

この構成によれば、積載物を搭載する宇宙機であっても、先端部材３１を突出させて、先端部材３１とアタッチメントとの隙間を被覆部３３で被覆することができる。このため、積載物Ｐの切り離し後、宇宙機が大気圏に再突入する場合であっても、先端部材３１及び被覆部３３により熱的負荷を軽減することができ、宇宙機の回収を行うことが可能となる。

【0062】

第２の態様として、第１の態様に係る耐熱装置２３において、前記先端部材３１は、前記積載物Ｐ側に凸となる曲面形状となっている。

【0063】

この構成によれば、先端部材３１の形状を、大気圏への再突入時における熱的負荷の軽減に好適な形状とすることができる。

【0064】

第３の態様として、第１または第２の態様に係る耐熱装置２３において、前記突出機構３２は、前記先端部材３１と前記アタッチメントとの間に設けられ、前記先端部材３１は、前記アタッチメント内部の空中に保持されている。

【0065】

この構成によれば、先端部材３１及び突出機構３２を宇宙機本体に設けることなく、アタッチメントの内部へ収容して保持することができる。このため、宇宙機本体に影響を与えることなく、耐熱装置２３を配置することができる。

【0066】

第４の態様として、第１から第３のいずれか１つの態様に係る耐熱装置２３において、前記突出機構３２は、前記先端部材３１と前記アタッチメントとを接続すると共に、前記突出位置側に付勢するリンク部４１と、前記リンク部４１による付勢に抗して、前記先端部材３１を前記収容位置に係止する係止部４２と、前記係止部４２による係止を解除する係止解除部４３と、を有する。

【0067】

この構成によれば、係止解除部４３により係止部４２による係止を解除することで、リンク部４１の付勢により先端部材３１を突出させることができる。このため、簡易な構成となる突出機構３２で、先端部材３１を突出させることができる。

【0068】

第５の態様として、第１から第４のいずれか１つの態様に係る耐熱装置２３において、前記被覆部３３は、前記先端部材３１側に設けられ、展開時において前記先端部材３１側から前記アタッチメント側に反転する反転板材５１を有する。

【0069】

この構成によれば、反転板材５１を反転させることで、先端部材３１とアタッチメントとの間の隙間を、簡易に被覆することができる。

【0070】

第６の態様として、第５の態様に係る耐熱装置２３において、前記反転板材５１は、展開後において、前記先端部材３１側から前記アタッチメント側に向かって流れる気流Ａの流れ方向の上流側の端部が、前記先端部材３１の内側に位置し、流れ方向の下流側の端部が、前記アタッチメントの外側に位置する。

【0071】

この構成によれば、気流Ａが反転板材５１に衝突することなく、反転板材５１の表面に沿って流れることができる。

【0072】

第７の態様として、第５の態様に係る耐熱装置２３において、前記反転板材５１は、前記先端部材３１と前記アタッチメントとの間に形成される隙間に沿って複数並べて配置され、前記被覆部３３は、隣接する前記反転板材５１の間の隙間を被覆する可撓性の可撓部材５２を、さらに有する。

【0073】

この構成によれば、可撓部材５２により反転板材５１の間に形成される隙間を好適に被覆することができる。

【0074】

第８の態様として、第５の態様に係る耐熱装置２３において、前記反転板材５１は、前記先端部材３１と前記アタッチメントとの間に形成される隙間に沿って複数並べて配置される第１の反転板材７５，１０５と、隣接する前記第１の反転板材７５，１０５の間に配置される複数の第２の反転板材７６，１０６と、を有する。

【0075】

この構成によれば、第１の反転板材７５，１０５及び第２の反転板材７６，１０６を反転させることで、先端部材３１とアタッチメントとの間の隙間を、簡易に被覆することができる。

【0076】

第９の態様として、第８の態様に係る耐熱装置２３において、前記第１の反転板材１０５と前記第２の反転板材１０６との重複部位は、篏合することで形成されるラビリンスシール１０９となっている。

【0077】

この構成によれば、第１の反転板材１０５と第２の反転板材１０６との重複部位から気流Ａが流入することを抑制することができる。

【0078】

第１０の態様として、第８の態様に係る耐熱装置２３において、前記被覆部１０１は、前記第１の反転板材１０５及び前記第２の反転板材１０６を反転させる作動部１０７を、さらに有し、前記作動部１０７は、駆動源となるモータ１１０と、前記モータ１１０と前記第１の反転板材１０５とを連結する第１の作動ワイヤ１１１と、前記モータ１１０と前記第２の反転板材１０６とを連結する第２の作動ワイヤ１１２と、前記モータ１１０の正回転時において前記第１の作動ワイヤ１１１を巻き取る第１の巻取り機構１１５と、前記モータ１１０の逆回転時において前記第２の作動ワイヤ１１２を巻き取る第２の巻取り機構１１６と、を含む。

【0079】

この構成によれば、モータ１１０の正逆回転を利用して、第１の反転板材１０５及び第２の反転板材１０６を反転させることができる。

【0080】

第１１の態様として、第１から第１０のいずれか１つの態様に係る耐熱装置２３において、前記被覆部３３による前記先端部材３１と前記アタッチメントとの間の隙間の被覆を検出する被覆検出センサ３４と、前記被覆検出センサ３４が接続される制御部３５と、をさらに備え、前記制御部３５は、前記積載物Ｐの切り離し後、前記突出機構３２を作動させる作動信号を出力し、前記被覆検出センサ３４から検出信号が入力されたら、展開完了と判定する。

【0081】

この構成によれば、耐熱装置２３の展開が完了したことを検知することができる。

【0082】

第１２の態様に係るアタッチメント装置は、宇宙機本体と積載物Ｐとを接続するアタッチメントと、前記アタッチメントに設けられる第１から第１１のいずれか１つの態様に係る耐熱装置２３と、を備える。

【0083】

この構成によれば、耐熱装置２３とアタッチメントとが一体となった装置を提供することができる。

【0084】

第１３の態様に係る宇宙機は、積載物Ｐを搭載する宇宙機本体と、前記宇宙機本体と前記積載物とを接続するアタッチメントと、第１から第１１のいずれか１つの態様に係る耐熱装置２３と、を備える。

【0085】

この構成によれば、耐熱装置２３を展開することで、大気圏へ再突入することができるため、回収可能な宇宙機とすることができる。

【0086】

第１４の態様に係る展開制御方法は、第１１の態様に係る耐熱装置２３に、前記積載物Ｐの切り離し後、前記突出機構３２を作動させる作動信号を出力するステップと、前記作動信号の出力後、前記被覆検出センサ３４から検出信号が入力されたか否かを判定するステップと、前記被覆検出センサ３４から検出信号が入力された場合、展開が完了したと判定するステップと、を実行させる。

【0087】

この構成によれば、耐熱装置２３の展開が完了したことを検知することができる。

【符号の説明】

【0088】

１ ロケット
３ ロケット本体
５ フレーム
６ 燃料タンク
７ 酸化剤タンク
８ ロケットエンジン
１０ 気蓄器
２１ ＰＳＳ
２２ ＰＡＦ
２３ 耐熱装置
３１ 先端部材
３２ 突出機構
３３ 被覆部
３４ 被覆検出センサ
３５ 制御部
４１ リンク部
４２ 係止部
４３ 係止解除部
５１ 反転板材
５２ 可撓部材
５３ ヒンジ
７０ 耐熱装置（実施形態２）
７１ 被覆部
７５ 第１の反転板材
７６ 第２の反転板材
８０ 耐熱装置（実施形態３）
８１ 反転機構
９０ 耐熱装置（実施形態４）
９１ 反転機構
９２ 紐状部材
１００ 耐熱装置（実施形態５）
１０１ 被覆部
１０５ 第１の反転板材
１０６ 第２の反転板材
１０７ 作動部
１０９ ラビリンスシール
１１０ モータ
１１１ 第１の作動ワイヤ
１１２ 第２の作動ワイヤ
１１５ 第１の巻取り機構
１１６ 第２の巻取り機構
Ｐ 積載物
Ａ 気流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】