特開 2024-132602 ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法

(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】P2024132602

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法

(51)【国際特許分類】

   F02K 9/72 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

F02K9/72

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043438

(22)【出願日】2023-03-17

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 長野県諏訪市高島３丁目１２０１－３４に所在する諏訪湖ヨットハーバー駐車場に設置した「ＳＵＷＡ小型ロケットプロジェクト」の打ち上げ本部で、令和５年３月１２日に行った記者会見にて発表

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(71)【出願人】

【識別番号】390002381

【氏名又は名称】株式会社キッツ

(74)【代理人】

【識別番号】100221198

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 寿

(72)【発明者】

【氏名】中山 昇

(72)【発明者】

【氏名】和田 光史

(72)【発明者】

【氏名】浅川 芳比古

(57)【要約】

【課題】 外部からロケットへの液体酸化剤の注入と燃焼室への液体酸化剤の注入とを軽量な構成を用いて簡易な操作により実現できるハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムを提供する。
【解決手段】 ロケット本体、液体酸化剤を貯留する第１タンク、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットと、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置と、を備えたハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムであって、
前記ハイブリッドロケットは、
筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、
前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。

【請求項2】

前記第１コネクタは、前記液体酸化剤を流す第１通孔と外周に形成された周溝とを備えたプラグを有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記配管の先端に設けられて前記第１コネクタに接続される第２コネクタを有し、
前記第２コネクタは、
前記液体酸化剤を流す第２通孔と前記プラグが挿入される第３通孔とが連通して形成されたソケットと、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態で前記第３通孔内において前記プラグの外側に配置され、前記ソケットから前記プラグを引き離す力を付与するスプリングと、
前記スプリングを縮めて前記第３通孔に前記プラグを差し込んだ状態で、前記周溝と重なりかつ当該周溝を挟む位置において前記ソケットに形成された一対の貫通孔に差し込まれるロックピンと、を備え、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態から前記周溝と前記貫通孔とに挿入された前記ロックピンを抜き、前記スプリングの弾発力で前記ソケットから前記プラグを引き離し、前記第１コネクタから前記第２コネクタを外して、前記液体酸化剤注入装置を前記ハイブリッドロケットから分離させる
請求項１に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。

【請求項3】

前記ハイブリッドロケットは、前記三方弁の前記弁体を動作させる弁棒を回転させて前記第１注入状態及び前記第２注入状態を切り替えるアクチュエータを有する
請求項１又は２に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。

【請求項4】

前記アクチュエータの動作を制御する外部の制御部が第３コネクタにより前記アクチュエータに接続される
請求項３に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。

【請求項5】

前記ノズルを介して前記燃焼室に挿入されて前記燃焼室に酸素を注入するパイプを備える
請求項１に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。

【請求項6】

筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、外部に設けられた液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット。

【請求項7】

前記三方弁と前記第１コネクタとの間に、前記三方弁から前記第１コネクタへの前記液体酸化剤の流れを止める逆止弁を有する
請求項６に記載のハイブリッドロケット。

【請求項8】

前記三方弁は、Ｔポートが形成されたボール弁体を前記弁体として有する３方ボール弁である
請求項６又は７に記載のハイブリッドロケット。

【請求項9】

液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットを、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置を用いて発射させて飛翔させるハイブリッドロケットの飛翔方法であって、
前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁により前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第２タンクから前記第１タンクに注入する第１注入状態に切り替えて、所定の圧力又は所定の重量の前記液体酸化剤が前記第１タンクに充填されるまで注入し、
前記ハイブリッドロケットから前記液体酸化剤注入装置を分離し、
前記三方弁により前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替えて、前記液体酸化剤を前記第１タンクから前記燃焼室に注入し、前記燃焼室に注入された前記液体酸化剤を用いて前記固体燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスを前記ノズルから噴出させて前記ハイブリッドロケットを飛翔させる
ハイブリッドロケットの飛翔方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法に関する。

【背景技術】

【0002】

安全で環境に優しく低コストに運用可能なロケットとしてハイブリッドロケットが知られている。ハイブリッドロケットは、固体状の燃料（以下、固体燃料という）に液体状の酸化剤（以下、液体酸化剤という）を供給することで固体燃料を燃焼させ、その燃焼で生じた燃焼ガスを噴出することで推力を発生させる。

【0003】

例えば、特許文献１にはハイブリッドロケットの構成が開示されている。特許文献１に開示されたハイブリッドロケットにおいて、液体酸化剤はロケットの先端側に配置されたタンクに貯留される。また、固体燃料はロケット後端側に配置されるケーシング内に収容される。ケーシングには、高温の燃焼ガスを発生させるイグナイタが設けられている。このハイブリッドロケットは、イグナイタから高温の燃焼ガスをケーシング内で発生させ、タンクとケーシングの間に設けられた液体酸化剤供給弁を介して液体酸化剤をケーシングに供給することで固体燃料を燃焼し推力を発生させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１３８２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたハイブリッドロケットをはじめとする既存のハイブリッドロケットにおいては、液体酸化剤を供給するために別途の配管をタンクに接続して液体酸化剤を注入する必要がある。このため、ハイブリッドロケット自体の構成が複雑となり重量が増加する。また、液体酸化剤をタンクに注入し充填した後にロケットを組み付けてもよいが、ロケットを発射させる工程が煩雑になる。

【0006】

そこで、本開示では、外部からロケットへの液体酸化剤の注入と燃焼室への液体酸化剤の注入とを軽量な構成を用いて簡易な操作により実現できるハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本開示のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムは、 液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットと、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置と、を備えたハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムであって、前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。

【0008】

本開示のハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、外部に設けられた液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。

【0009】

本開示のハイブリッドロケットの飛翔方法は、液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットを、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置を用いて発射させて飛翔させるハイブリッドロケットの飛翔方法であって、前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、前記三方弁により前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第２タンクから前記第１タンクに注入する第１注入状態に切り替えて、所定の圧力又は所定の重量の前記液体酸化剤が前記第１タンクに充填されるまで注入し、前記ハイブリッドロケットから前記液体酸化剤注入装置を分離し、前記三方弁により前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替えて、前記液体酸化剤を前記第１タンクから前記燃焼室に注入し、前記燃焼室に注入された前記液体酸化剤を用いて前記固体燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスを前記ノズルから噴出させて前記ハイブリッドロケットを飛翔させる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本技術を適用したハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの一実施形態の全体構成を示す概念図。

【図2】ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの全体構成の三方弁の駆動装置に関する部分を説明するための概念図。

【図3】第１タンクに液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図。

【図4】燃焼室に液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図。

【図5】第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図。

【図6】第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図。

【図7】第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図。

【図8】第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図。

【図9】ハイブリッドロケットの飛翔方法を示すフローチャート。

【図10】第１タンクに液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図。

【図11】ハイブリッドロケットから液体酸化剤注入装置を分離する工程を説明するための概念図。

【図12】燃焼室に液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム（以下、単に「酸化剤注入システム」という）、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法の実施形態について説明する。以下では、酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法の主要な構成部分を中心に説明する。酸化剤注入システム、ハイブリッドロケット、及び、ハイブリッドロケットの飛翔方法には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

【0012】

＜ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの概略構成＞
図１は、本技術を適用したハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの一実施形態の全体構成を示す概念図である。図２は、ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムの全体構成の三方弁の駆動装置に関する部分を説明するための概念図である。図１は、ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム１００の主要構造を説明するためのＸ－Ｙ平面における縦断面を示す。図２は、三方弁の駆動装置に関する部分を説明するためのＹ－Ｚ平面における縦断面を示す。酸化剤注入システム１００は、ハイブリッドロケット２００と、液体酸化剤注入装置３００と、酸素供給装置４００と、点火装置５００と、制御装置６００と、を備える。

【0013】

＜ハイブリッドロケットの全体構成＞
まず、ハイブリッドロケット２００の全体構造について説明する。ハイブリッドロケット２００は、１ｍ～３ｍ程度の全長を有する小型ロケットである。ハイブリッドロケット２００は、図１に示すように、ロケット本体２１０、第１タンク２２０、燃焼室２３０、第１コネクタ２４０、三方弁２５０、逆止弁２６０、配管２７１～２７３、及び、ノズル２８０を備える。ハイブリッドロケット２００は、固体燃料２３３が収容された燃焼室２３０に液体酸化剤を注入することで液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズル２８０から噴出し、推力を発生させて飛翔する。

【0014】

ロケット本体２１０は筒状に構成されている。例えば、ロケット本体２１０は円筒状としてもよい。ロケット本体２１０の内部には上述した他の構成が収容される。ロケット本体２１０の先端側にはロケット先端部２１１が設けられている。ロケット先端部２１１は、ロケット本体２１０と同じ外形を有する円筒形状の先端が細くなり、先端側で略円錐形状を有する。ロケット先端部２１１には、例えばロケットの飛行に関するデータを記録する機器又はパラシュートなどのペイロードが収容される。

【0015】

第１タンク２２０は、ロケット本体２１０内で先端側（すなわち、ロケット先端部２１１側）においてロケット本体２１０と同心となるように設けられている。第１タンク２２０は、液体状の酸化剤である液体酸化剤を高圧状態で貯留する。第１タンク２２０は、外部の液体酸化剤注入装置３００から供給され注入された液体酸化剤を貯留する。液体酸化剤には、例えば酸素、液体酸素、液体フッ素、過酸化水素、亜酸化窒素、又は、四酸化二窒素が用いられる。

【0016】

第１タンク２２０の先端側にはリリーフ弁２２１が設けられている。リリーフ弁２２１は、第１タンク２２０に注入されることで充填された液体酸化剤が所定量を超えてタンク内の圧力が所定値を超えると自動的に圧力を解放する。なお、リリーフ弁２２１に替えて調節弁と液体酸化剤を加圧する圧縮ガスが充填されたタンク（図示せず）を設けてもよい。この圧縮ガスで第１タンク２２０の内部を加圧することで、第１タンク２２０内の液体酸化剤の残量が減って液体酸化剤自体の圧力が下がっても固体燃料２３３を燃焼するのに適切な流量の液体酸化剤を燃焼室２３０に注入することができる。

【0017】

燃焼室２３０は、ロケット本体２１０内で後端側に設けられている。燃焼室２３０は、筒形状のケーシング２３１が例えば円形状の固定プレート２３２を介してロケット本体２１０に固定されて構成される。固定プレート２３２には、注入された液体酸化剤を通過させる貫通孔２３２Ａが形成されている。燃焼室２３０には、筒状の固体燃料２３３がロケット本体２１０と同心となるように設けられている。固体燃料２３３には、例えば、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、パラフィン、又は、その他の有機化合物が用いられる。

【0018】

筒状の固体燃料２３３がケーシング２３１の内周に沿うように収容されることで、ロケット本体２１０の延在する方向（図１におけるＹ軸方向）に、燃焼ガスを通過させる流路２３３Ａが形成される。液体酸化剤が第１タンク２２０から固定プレート２３２の貫通孔２３２Ａを介して注入されることで、固体燃料２３３が燃焼する。これにより、燃焼ガスがこの流路２３３Ａを通過してノズル２８０を介して噴出されることで、燃焼室２３０を含めた構成がハイブリッドロケット２００におけるロケットエンジンとして機能する。また、燃焼室２３０において、燃焼室２３０の固定プレート２３２側には固体燃料２３３のない空隙２３４が設けられている。

【0019】

第１コネクタ２４０は、ロケット本体２１０の外面に設けられている。第１コネクタ２４０は、ロケット本体２１０の外面に突起することで、液体酸化剤注入装置３００の配管３２０に接続可能に構成されている。より具体的には、第１コネクタ２４０は、配管３２０の先端に設けられた第２コネクタ３３０（図１参照）に接続される。また、第１コネクタ２４０の根元側は逆止弁２６０に接続されている。

【0020】

三方弁２５０は、第１タンク２２０と燃焼室２３０と第１コネクタ２４０との間に接続されている。本実施形態における三方弁２５０は、ボデー２５１と、ボール弁体である弁体２５２とを有する三方ボール弁である。ボール弁体である弁体２５２には、図１に示すように３方向にポートが設けられたＴポートが形成されている。弁体２５２は、第１タンク２２０と燃焼室２３０と第１コネクタ２４０との間の接続状態を切り替える。このように、三方弁２５０が、Ｔポートが形成されたボール弁体を弁体２５２として有する３方ボール弁であるため、弁体２５２を回転させるだけで三方弁２５０における液体酸化剤の流れる方向を速やかに変更することができる。また、この三方弁２５０は、弁体２５２の角度を調節することで、第１タンク２２０から燃焼室２３０に注入する液体酸化剤の流量を調節することもできる。これにより、ハイブリッドロケット２００の飛翔中に三方弁２５０を開閉したり開度を制御したりして、第１タンク２２０から燃焼室２３０に注入される液体酸化剤の量を制御し、燃焼室２３０における燃焼を制御してもよい。このように、液化酸化剤の流量を調節して、所定のエンジン出力に制御したり、またエンジンを停止させたりすることも可能となる。

【0021】

また、三方弁２５０は、図２に示すように、弁棒２５３、ブラケット２５４、及び、アクチュエータ２５５を有する。弁棒２５３は、ボデー２５１において回転可能に軸支され、ボデー２５１内の弁体２５２に固定されている。弁棒２５３を回転させることで弁体２５２の向きを変えて液体酸化剤の流れる方向が変えられる。ブラケット２５４は、その一端側でボデー２５１に固定され、その他端側でアクチュエータ２５５に固定される。これにより、ブラケット２５４は、ボデー２５１に対するアクチュエータ２５５の位置を固定的に保持する。アクチュエータ２５５は、モータ及びギア等により構成され、図２におけるＺ軸を中心軸として弁棒２５３を回転させる。これにより、弁棒２５３に固定された弁体２５２は、Ｚ軸を中心軸としてボデー２５１内で回転する。

【0022】

逆止弁２６０は、三方弁２５０と第１コネクタ２４０との間に配置されている。逆止弁２６０は、第１コネクタ２４０から三方弁２５０へは液体酸化剤を流すが、三方弁２５０から第１コネクタ２４０へは液体酸化剤を流さない。このように、三方弁２５０と第１コネクタ２４０との間に、三方弁２５０から第１コネクタ２４０への前記液体酸化剤の流れを止める逆止弁２６０を有することで、液体酸化剤を液体酸化剤注入装置３００から注入して第１タンク２２０に充填することができる。また、可燃性又は有毒性を有する液体酸化剤がハイブリッドロケット２００から外部に漏れることを確実に防止することができる。

【0023】

より具体的には、逆止弁２６０には、スイング型、リフト型、ボール型、ウェハ型など公知のものから適宜選択して用いることができるが、一例としてその軸方向に案内されるポペット弁体をスプリングで弁座に押しつけて逆流を止めるインライン型の逆止弁が小型で流量を確保する観点から適用可能である。この場合、第１コネクタ２４０側から液体酸化剤が流れ込むと、液体酸化剤が図示しない弁体を第１コネクタ２４０側から押すことで弁開状態となる。これにより、液体酸化剤は、逆止弁２６０の内部を流れて、三方弁２５０側の配管２７３に供給される。これに対して、三方弁２５０側から液体酸化剤が流れ込んだときには弁開状態とはならず、スプリングが弁体を弁座に押しつけた状態が維持されて、液体酸化剤の逆流が止められる。また、第１タンク２２０に液体酸化剤が所定圧力まで注入されると、液体酸化剤が三方弁２５０側の配管２７３の側から弁体に圧力をかけることで弁開状態とならない。これにより、第１タンク２２０への液体酸化剤の注入は所定量に制限される。

【0024】

３つの配管２７１～２７３は、第１タンク２２０、燃焼室２３０、三方弁２５０及び逆止弁２６０の間を接続する。具体的には、配管２７１は、第１タンク２２０と三方弁２５０との間を接続する。配管２７２は、三方弁２５０と燃焼室２３０との間を接続する。配管２７３は、三方弁２５０と逆止弁２６０との間を接続する。これにより、配管２７１～２７３は、その内部において液体酸化剤を流す。

【0025】

ノズル２８０は、燃焼室２３０のケーシング２３１の後端側に一体的に設けられている。ノズル２８０は、内径が後端側に向けて拡がるように形成されている。ハイブリッドロケット２００は、液体酸化剤を用いた固体燃料２３３の燃焼により燃焼ガスをノズル２８０の内部から噴出させることで推力を発生させて飛翔する。

【0026】

＜酸化剤注入システムにおける他の構成＞
続いて、酸化剤注入システム１００におけるハイブリッドロケット２００以外の構造について説明する。図１に示すように、液体酸化剤注入装置３００は、第２タンク３１０と、配管３２０と、第２コネクタ３３０と、弁装置３４０と、を備える。液体酸化剤注入装置３００は、ハイブリッドロケット２００の外部に設けられて、ハイブリッドロケット２００に液体酸化剤を供給する。

【0027】

第２タンク３１０は、液体酸化剤を貯留する液体酸化剤タンクである。第２タンク３１０は、配管３２０を介して第１コネクタ２４０からハイブリッドロケット２００に液体酸化剤を供給する。配管３２０は、第２タンク３１０と第２コネクタ３３０との間を接続し、第２タンク３１０から送り出された液体酸化剤を流して第２コネクタ３３０まで供給する。第２コネクタ３３０は、配管３２０の先端に設けられている。第２コネクタ３３０は、第１コネクタ２４０とともに着脱可能なカプラとなる。第２コネクタ３３０が第１コネクタ２４０に接続されることで、ハイブリッドロケット２００に第２タンク３１０が接続されることになる。これにより、液体酸化剤注入装置３００は、配管３２０及び第１コネクタ２４０を介してハイブリッドロケット２００に液体酸化剤を供給する。

【0028】

また、配管３２０の途中には、弁装置３４０が設けられている。弁装置３４０は、流量を調節する調節弁としての機能を有し、開度を調節することでハイブリッドロケット２００に供給する液体酸化剤の流量を調節する。また、弁装置３４０には、配管３２０内の液体酸化剤を排出して脱圧をするための配管（図示せず）が設けられている。

【0029】

酸素供給装置４００は、第３タンク４１０と、配管４２０（パイプ）と、調節弁４３０と、を備える。第３タンク４１０は、液体酸素が充填された酸素タンクである。配管４２０の一端は第３タンク４１０に接続されている。配管４２０は、ハイブリッドロケット２００の燃焼室２３０内に形成された流路２３３Ａに挿入されている。これにより、配管４２０の他端は、燃焼室２３０の空隙２３４内に位置するように配置される。配管４２０は、ノズル２８０を介して燃焼室２３０に挿入されて燃焼室２３０に酸素を供給する。また、配管４２０の中途には調節弁４３０が設けられている。調節弁４３０の開度を調節することで、燃焼室２３０内に供給される酸素の量が調節される。

【0030】

点火装置５００は、電源装置５１０と、配線５２０と、点火器５３０と、を備える。電源装置５１０は、点火器５３０を点火するための電流を供給する。配線５２０は、ハイブリッドロケット２００の燃焼室２３０内に形成された流路２３３Ａに挿入されている。点火器５３０は、配線５２０の先端に設けられている。点火器５３０が燃焼室２３０の空隙２３４内に位置するように配線５２０を配置することで、点火装置５００は空隙２３４内に供給された気化した酸素に点火する。

【0031】

制御装置６００は、図２に示すように、制御部６１０と、第３コネクタ６２０と、配線６３０と、を有し、アクチュエータ２５５の動作を制御する。具体的には、ハイブリッドロケット２００の外部に設けられた制御部６１０は、三方弁２５０のアクチュエータ２５５の動作を制御する。第３コネクタ６２０は、アクチュエータ２５５に設けられた不図示のコネクタに接続される。また、第３コネクタ６２０は、任意のタイミングでアクチュエータ２５５から取り外し可能に構成される。配線６３０は、制御部６１０と第３コネクタ６２０との間を接続する。これにより、制御装置６００は、アクチュエータ２５５の動作を制御する外部の制御部６１０が第３コネクタ６２０によりアクチュエータ２５５に接続される。

【0032】

制御装置６００は、制御部６１０とアクチュエータ２５５とを配線６３０を介して導通させて、アクチュエータ２５５に給電するとともに、制御部６１０によりアクチュエータ２５５の動作を制御する。なお、制御装置６００は、液体酸化剤注入装置３００の弁装置３４０、酸素供給装置４００の調節弁４３０、及び、点火装置５００等の動作を制御してもよい。

【0033】

＜三方弁の詳細構造及び動作＞
続いて、ハイブリッドロケット２００に設けられた三方弁２５０の詳細な構造及び動作について図３及び図４を用いて説明する。図３は、第１タンクに液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図である。図４は、燃焼室に液体酸化剤を注入する状態の三方弁を示す拡大断面図である。なお、これらの図において塗りつぶした矢印は液体酸化剤の流れる方向を示す。

【0034】

三方弁２５０のボデー２５１には、図４に示すように燃焼室２３０に液体酸化剤を注入する際に液体酸化剤が流れ込む位置に配管接続口２５１Ａが形成されている。配管接続口２５１Ａには、配管２７１が接続される。これにより、配管接続口２５１Ａには配管２７１の通孔２７１Ａを介して第１タンク２２０が接続される。

【0035】

また、ボデー２５１には、図４に示すように燃焼室２３０に液体酸化剤を注入する際に液体酸化剤が流れ出す位置に配管接続口２５１Ｂが形成されている。配管接続口２５１Ｂには、配管２７２が接続される。これにより、配管接続口２５１Ｂには配管２７２の通孔２７２Ａを介して燃焼室２３０が接続される。

【0036】

また、ボデー２５１には、図３に示すように液体酸化剤を第１タンク２２０に注入する際に液体酸化剤が流れ込む位置に配管接続口２５１Ｃが形成されている。配管接続口２５１Ｃには、配管２７３が接続される。これにより、配管接続口２５１Ｃには配管２７３を介して逆止弁２６０が接続される。

【0037】

ボデー２５１内に収容された弁体２５２は、図３に示すように、Ｔポートが形成された弁体２５２を有する３方ボール弁となる。具体的には、弁体２５２は、所定の軸（例えばＸ軸）に沿う方向に延在する貫通孔２５２Ａ及び貫通孔２５２Ｂと、この軸と交差する軸（例えばＹ軸）に沿う方向に延在する貫通孔２５２Ｃとによって、ポートがＴ字状に配置されたＴポートが形成されている。

【0038】

また、ボデー２５１には、配管接続口２５１Ａ及び配管接続口２５１Ｃの弁体２５２に向けられた位置に環状のボールシート２５６，２５６が設けられている。このため、本実施形態の三方弁２５０は、３方２面シート形式の三方ボール弁となる。ボールシート２５６は、潤滑性の良い樹脂で形成されている。ボールシート２５６は、ボデー２５１からの液体酸化剤の漏れを防止するとともに弁体２５２を円滑に回動させる摺動部材として機能する。三方弁２５０を３方２面シート形式の三方ボール弁とすることで、三方弁２５０を小型化することができる。これにより、ハイブリッドロケット２００を軽量化することができる。

【0039】

三方弁２５０は、液体酸化剤を第１タンク２２０に注入する第１注入状態、及び、燃焼室２３０に液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。この切り替えにおいて、アクチュエータ２５５が、三方弁２５０の弁体２５２を動作させる弁棒２５３を回転させて第１注入状態及び第２注入状態を切り替える。

【0040】

第１注入状態において、弁体２５２は、図３に示すように、第１コネクタ２４０と第１タンク２２０とを接続する。この第１注入状態では、三方弁２５０において、配管接続口２５１Ｃと、貫通孔２５２Ｂと、貫通孔２５２Ｃと、配管接続口２５１Ａと、が接続される。これにより、配管２７３から流れ込んだ液体酸化剤は三方弁２５０を介して配管２７１を流れて第１タンク２２０に注入される。

【0041】

一方、第２注入状態において、弁体２５２は、図４に示すように、第１タンク２２０と燃焼室２３０とを接続する。この第２注入状態では、三方弁２５０において、配管接続口２５１Ａと、貫通孔２５２Ｂと、貫通孔２５２Ａと、配管接続口２５１Ｂと、が接続される。これにより、配管２７１から流れ込んだ液体酸化剤は三方弁２５０を介して配管２７２を流れて燃焼室２３０に注入される。

【0042】

＜コネクタの構成と接続方法＞
続いて、第１コネクタ２４０及び第２コネクタ３３０の具体的な構成と接続方法について図５から図８を用いて説明する。図５は、第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図である。図６は、第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図である。図７は、第２コネクタが第１コネクタに接続される前の状態を示す主要構成の拡大断面図である。図８は、第２コネクタが第１コネクタに接続された後の状態を示す主要構成の拡大断面図である。これらの図において、コネクタの機能の理解をしやすいように主要な構成について断面を図示している。

【0043】

図５に示すように、ハイブリッドロケット２００側の第１コネクタ２４０は、ロケット本体２１０の外周面から突起したプラグ２４１を有する。プラグ２４１は、その外周に形成された周溝２４２と、その先端に形成された挿入部２４３と、液体酸化剤を流す第１通孔２４４とを備える。

【0044】

液体酸化剤注入装置３００側の第２コネクタ３３０は、ソケット３３１と、スプリング３３２と、ロックピン３３３と、ピンプッシャ３３４と、を備える。ソケット３３１は、例えば金属材料を用いて外形円柱形状に形成されている。ソケット３３１には、液体酸化剤を流す第２通孔３３１Ａと、プラグ２４１が挿入されるプラグ孔３３１Ｂと、スプリング３３２を収容するスプリング孔３３１Ｃと、が連通して形成されている。なお、プラグ孔３３１Ｂとスプリング孔３３１Ｃとにはいずれにもプラグ２４１が挿入されることで第３通孔を構成する。プラグ孔３３１Ｂは、プラグ２４１をがたつきなく挿入できるように、プラグ２４１の外形より若干大きな内径となるように形成されている。スプリング孔３３１Ｃは、スプリング３３２を収容できるようにプラグ孔３３１Ｂよりも内径が大きくなるように形成されている。このため、スプリング孔３３１Ｃとプラグ孔３３１Ｂとの間には段部が形成される。プラグ孔３３１Ｂの底面には、プラグ２４１の挿入部２４３が押しつけられることで液体酸化剤の漏出を防止するシールリング（図示せず）が設けられていてもよい。

【0045】

また、ソケット３３１には、ロックピン３３３を挿入できる内径に形成された一対の貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄが形成されている。貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄは、プラグ孔３３１Ｂを挟み込む位置に形成されている。より具体的には、一対の貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄは、図８に示すように、スプリング３３２を縮めてスプリング孔３３１Ｃ及びプラグ孔３３１Ｂにプラグ２４１を差し込んだ状態で、周溝２４２と重なりかつ当該周溝２４２を挟む位置に形成されている。

【0046】

スプリング３３２は、コイルスプリングからなり、スプリング孔３３１Ｃ内に収容される。より具体的には、スプリング３３２は、プラグ２４１の第１通孔２４４とソケット３３１の第２通孔３３１Ａとを連通した状態で、スプリング孔３３１Ｃ内においてプラグ２４１の外側に配置される。スプリング３３２は、ソケット３３１からプラグ２４１を引き離す力を付与する。

【0047】

ロックピン３３３，３３３は、例えば金属材料を用いて柱状に形成される。ロックピン３３３は、プラグ２４１をソケット３３１に固定するために一対の貫通孔３３１Ｄに差し込まれる。

【0048】

ピンプッシャ３３４は、貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄと重なるソケット３３１の上側位置に固定的に設けられている。ピンプッシャ３３４は、ロックピン３３３と重なる位置に設けられたピン打ち部（図示せず）をロックピン３３３に叩きつけることで、貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄに挿入されたロックピン３３３に対して下向きの力を加える。これにより、ピンプッシャ３３４は、ロックピン３３３を下方に抜いて落下させる。このように、ロックピン３３３が周溝２４２に差し込まれることで移動が規制されていたプラグ２４１は第３通孔を構成する２つの孔３３１Ｂ，３３１Ｃから抜くことが可能となる。なお、ピンプッシャ３３４は、制御装置６００により動作を制御してもよい。

【0049】

第１コネクタ２４０と第２コネクタ３３０とを接続するときには、まず、図５に示すように第２コネクタ３３０を第１コネクタ２４０と同軸となるような位置に近づける。この状態で、図６に示すように、挿入部２４３からプラグ２４１を、第３通孔を構成する２つの孔３３１Ｂ，３３１Ｃに差し込むようにして、第２コネクタ３３０をロケット本体２１０に押しつける。この際に、スプリング３３２は、ロケット本体２１０と、スプリング孔３３１Ｃ及びプラグ孔３３１Ｂの間の段部とにより圧縮された状態となる。また、周溝２４２と貫通孔３３１Ｄ，３３１Ｄとが重なった状態となる（図８参照）。

【0050】

続いて、図６において白抜きの矢印に示すように、周溝２４２と重ねられることで貫通状態である貫通孔２５２Ｃにロックピン３３３を挿入する。この際に、スプリング３３２の弾発力によりソケット３３１にはプラグ２４１から抜ける方向に力が加えられるが、貫通孔２５２Ｃに差し込まれたロックピン３３３が周溝２４２に嵌まっているために、プラグ２４１がソケット３３１から外れることはない。また、このように周溝２４２がロックピン３３３に押しつけられることでロックピン３３３が貫通孔２５２Ｃから抜けてしまうこともない。このように、第２コネクタ３３０は第１コネクタ２４０に接続される。

【0051】

一方、第１コネクタ２４０と第２コネクタ３３０とを分離するときには、ピンプッシャ３３４を用いて、ロックピン３３３に対して下向きの力を加える。これにより、第１通孔２４４と第２通孔３３１Ａとを連通した状態から周溝２４２と貫通孔３３１Ｄとに挿入されたロックピン３３３を抜く。そして、スプリング３３２の弾発力でソケット３３１からプラグ２４１を引き離すことで、第１コネクタ２４０から第２コネクタ３３０が分離される。これにより、液体酸化剤注入装置３００がハイブリッドロケット２００から分離される。

【0052】

以上説明したとおり、本実施形態の第１コネクタ２４０と第２コネクタ３３０とを用いた接続構造により、ロックピン３３３を貫通孔２５２Ｃから抜くだけでスプリング３３２によってプラグ２４１からソケット３３１を分離させることができる。これにより、簡易な操作で、液体酸化剤注入装置３００をハイブリッドロケット２００から確実に分離させることができる。

【0053】

＜ハイブリッドロケットの飛翔方法＞
続いて、ハイブリッドロケット２００の燃焼室２３０での燃焼を発生させて、ハイブリッドロケット２００を発射させ、飛翔させる方法について、図９から図１２を主に用いて説明する。図９は、ハイブリッドロケットの飛翔方法を示すフローチャートである。図１０は、第１タンクに液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図である。図１１は、ハイブリッドロケットから液体酸化剤注入装置を分離する工程を説明するための概念図である。図１２は、燃焼室に液体酸化剤を注入する工程を説明するための概念図である。

【0054】

ハイブリッドロケット２００を飛翔させるための準備として、図１に示すように、ハイブリッドロケット２００の酸化剤注入システム１００を用意する。ここで、酸素供給装置４００の配管４２０は、ノズル２８０を介して燃焼室２３０に挿入されている。また、点火装置５００の配線５２０は、ハイブリッドロケット２００の燃焼室２３０内に形成された流路２３３Ａに挿入されている。また、図２に示すように、制御装置６００の第３コネクタ６２０は、ハイブリッドロケット２００のアクチュエータ２５５に接続されている。

【0055】

ここで、図１０に示すように、液体酸化剤注入装置３００の第２コネクタ３３０とハイブリッドロケット２００の第１コネクタ２４０とを接続する。これにより、図６及び図８に示すように、プラグ２４１がソケット３３１に差し込まれることで、プラグ２４１の第１通孔２４４と、ソケット３３１の第２通孔３３１Ａと、配管３２０の通孔３２１が連通される。これにより、液体酸化剤注入装置３００からハイブリッドロケット２００に液体酸化剤を注入できるようになる。

【0056】

また、三方弁２５０の動作によって、第１コネクタ２４０と第１タンク２２０とを接続して第２タンク３１０から第１タンク２２０に液体酸化剤を注入する第１注入状態に切り替える。より具体的には、図３に示す向きに弁体２５２を回転させる。これにより、液体酸化剤注入装置３００の第２タンク３１０がハイブリッドロケット２００の第１タンク２２０に連通される。

【0057】

以上の準備が完了したら、図９に示す工程を実行する。まず、第１タンク２２０に液体酸化剤を注入する（ステップＳ１）。このステップＳ１では、第２タンク３１０の弁装置３４０の調節弁を開き、図３に示す流路を含む所定の配管を通じて、液体酸化剤を第１タンク２２０に注入する。

【0058】

続いて、所定量の液体酸化剤が第１タンク２２０に注入されたかを判断する。より具体的には、所定の圧力又は所定の重量の液体酸化剤が第１タンク２２０に充填されたかが判断される。この場合、例えば上述したように所定の圧力まで第１タンク２２０に液体酸化剤を注入するか、液体酸化剤注入を開始してから所定時間が経過することにより、所定量の液体酸化剤が第１タンク２２０に注入されたと判断する。なお、所定量の液体酸化剤が第１タンク２２０に注入されていないと判断したときには、ステップＳ１に戻り液体酸化剤の注入を継続する。

【0059】

続いて、所定量の液体酸化剤が第１タンク２２０に注入されて充填されたら、第２タンク３１０の弁装置３４０を閉止して、第１タンク２２０への液体酸化剤の注入を停止する（ステップＳ３）。次いで、弁装置３４０により配管３２０から液体酸化剤を排出して脱圧する（ステップＳ４）。これにより、第１コネクタ２４０と第２コネクタ３３０とを分離できるようになる。

【0060】

続いて、図１１に示すように、第１コネクタ２４０から配管３２０の第２コネクタ３３０を分離する（ステップＳ５）。これにより、ハイブリッドロケット２００から液体酸化剤注入装置３００が分離される。次いで、酸素供給装置４００の調節弁４３０を開き、配管４２０を介して酸素を燃焼室２３０に注入する（ステップＳ６）。これにより、燃焼室２３０の空隙２３４に気化した酸素が充填された状態となる。続いて、電源装置５１０をオンにして点火器５３０により燃焼室２３０内の気化した酸素に点火する（ステップＳ７）。これにより、酸素の燃焼によって固体燃料２３３の燃焼が開始する。

【0061】

次いで、図１２に示すように、三方弁２５０の弁体２５２を回転し第１タンク２２０から液体酸化剤を燃焼室２３０に注入する（ステップＳ８）。ここでは、三方弁２５０により第１タンク２２０と燃焼室２３０とを接続して燃焼室２３０に液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替える。これにより、第１タンク２２０から燃焼室２３０への液体酸化剤の注入が開始する。

【0062】

これにより、燃焼室２３０に注入された液体酸化剤を用いた固体燃料２３３の燃焼が開始する。そして、この固体燃料２３３の燃焼により発生させた燃焼ガスをノズル２８０から噴出させることでハイブリッドロケット２００は発射される。なお、配管４２０、及び、配線５２０がノズル２８０を介して燃焼室２３０に挿入されているが、流路２３３Ａの外周がまっすぐな円柱状となっているため、配管４２０、及び、配線５２０が固体燃料２３３又はノズル２８０に引っかかって抵抗を生じさせることはない。このように、ノズル２８０を介して燃焼室２３０に挿入されて燃焼室２３０に酸素を注入する配管４２０を備えることで、ハイブリッドロケット２００に固体燃料２３３に点火するための酸素を注入する装置を設ける必要がなくなる。これにより、ハイブリッドロケット２００を軽量化することができる。

【0063】

また、本実施形態のハイブリッドロケット２００では、第１タンク２２０と、配管２７１と、三方弁２５０と、配管２７２と、燃焼室２３０（特に流路２３３Ａ）と、が一直線上に並ぶように配置されている。よって、これらにより構成される流路を一直線にすることができ流体抵抗を低くすることができ、液体酸化剤を第１タンク２２０から勢いよく燃焼室２３０に注入することができる。したがって、液体酸化剤による固体燃料２３３の燃焼を促進することができ、ハイブリッドロケット２００の推力を高めることができる。

【0064】

なお、制御装置６００の第３コネクタ６２０をアクチュエータ２５５に接続した構成とする場合には（図２参照）、第１タンク２２０から液体酸化剤を燃焼室２３０に注入し始めた直後に、制御装置６００の第３コネクタ６２０が引き抜いておくことが好ましい。これにより、制御装置６００をハイブリッドロケット２００から簡易に分離することができる。なお、上述の構成では、アクチュエータ２５５は、制御装置６００から配線６３０を介して給電して弁体２５２を回転させたが、ハイブリッドロケット２００に電源を設け無線の通信方式により制御してもよい。

【0065】

上述した酸化剤注入システム１００では、ハイブリッドロケット２００が上述した第１注入状態及び第２注入状態を切り替えるアクチュエータ２５５を有していることで、有線又は無線によりアクチュエータ２５５を外部の制御部６１０から制御することができる。また、液体酸化剤の注入状態を外部から切り替えることができ、簡易な分離操作によりハイブリッドロケット２００を発射させることができる。

【0066】

以上の説明した通り、本実施形態の酸化剤注入システム１００では、以上の簡易な工程により、ハイブリッドロケット２００は液体酸化剤を用いて固体燃料２３３を燃焼させる。そして、発生させた燃焼ガスをノズル２８０から噴出することでハイブリッドロケット２００を飛翔させる。このように、液体酸化剤を用いた燃焼により飛翔するハイブリッドロケット２００を、その外部に設けられ、配管３２０を介して液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置３００を用いて発射させて飛翔させている。これにより、ハイブリッドロケット２００を軽量化することができ、ハイブリッドロケット２００の飛行距離を伸ばすことができる。

【0067】

＜本実施形態の効果＞
以上に説明したように、本実施形態の酸化剤注入システム１００によれば、三方弁２５０が、液体酸化剤を第１タンク２２０に注入する第１注入状態、及び、燃焼室２３０に液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている。これにより、第１タンク２２０に接続して液体酸化剤を注入するための別途の構成が不要となる。また、液体酸化剤を第１タンク２２０に充填した後にハイブリッドロケット２００を組み付ける必要もない。したがって、外部からハイブリッドロケット２００への液体酸化剤の注入と燃焼室２３０への液体酸化剤の注入とを軽量な構成を用いて簡易な操作により実現することができる。

【0068】

≪変形例≫
上述した実施形態では、２つのボールシート２５６を用いた３方２面シート形式の三方ボール弁である三方弁２５０を用いる構成について説明したが、３方４面シート形式の三方ボール弁を用いてもよい。この三方弁では、弁体２５２を挟んで９０度おきに４個のボールシート２５６を配置することで、図４に示すＺ軸を中心に１８０°回転させた向きに弁体２５２を向けることができる。これによれば、液体酸化剤を外部に流さない向きに弁体２５２を回転させることができる。この向きに弁体２５２を向けることで、貫通孔２５２Ｃから液体酸化剤が流出することがなくなるので、逆止弁２６０を不要とすることができる。これにより、ハイブリッドロケット２００の構成を簡素化することができる。よって、ハイブリッドロケット２００を軽量化して飛行距離を伸ばすこともできる。

【0069】

また、三方弁２５０は、三方ボール弁に替えてボール弁体を用いない三方調節弁（「方向切替弁」又は「流路切替弁」ともいう）を用いてもよい。この三方調節弁は、弁棒に設けられた複数の弁体を、それぞれに対応する複数の弁座に選択的に押し当てることで、流路を切り替える弁構造を有する。このような構成によっても、上述した第１注入状態及び第２注入状態を切り替えることができる。

【0070】

また、上述した実施形態では、アクチュエータ２５５を外部から制御装置６００により制御する構成について説明した。しかしながら、アクチュエータ２５５の動作を制御する制御装置をハイブリッドロケット２００に搭載して、ハイブリッドロケット２００の飛翔時に弁体２５２を動作させて三方弁２５０の開度を制御してもよい。

【0071】

また、上述した実施形態では、制御部６１０から配線６３０により給電されてアクチュエータ２５５が動作する構成について説明したが、弁棒２５３を回転させるアクチュエータ２５５をエアにより駆動してもよい。

【0072】

また、上述した実施形態では、酸化剤注入システム１００においては、ハイブリッドロケット２００が逆止弁２６０を有する構成について説明したが、逆止弁２６０に代えて、ボールバルブやニードルバルブなど、液体酸化剤注入装置３００からハイブリッドロケット２００への液体酸化剤の注入を停止することが可能なその他のバルブを用いてもよい。このようなバルブを閉止することで、液体酸化剤がハイブリッドロケット２００から外部に漏れることを防止することができる。

【0073】

≪応用例≫
なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットと、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置と、を備えたハイブリッドロケット用の酸化剤注入システムであって、
前記ハイブリッドロケットは、
筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、
前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
（２）前記第１コネクタは、前記液体酸化剤を流す第１通孔と外周に形成された周溝とを備えたプラグを有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記配管の先端に設けられて前記第１コネクタに接続される第２コネクタを有し、
前記第２コネクタは、
前記液体酸化剤を流す第２通孔と前記プラグが挿入される第３通孔とが連通して形成されたソケットと、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態で前記第３通孔内において前記プラグの外側に配置され、前記ソケットから前記プラグを引き離す力を付与するスプリングと、
前記スプリングを縮めて前記第３通孔に前記プラグを差し込んだ状態で、前記周溝と重なりかつ当該周溝を挟む位置において前記ソケットに形成された一対の貫通孔に差し込まれるロックピンと、を備え、
前記第１通孔と前記第２通孔とを連通した状態から前記周溝と前記貫通孔とに挿入された前記ロックピンを抜き、前記スプリングの弾発力で前記ソケットから前記プラグを引き離し、前記第１コネクタから前記第２コネクタを外して、前記液体酸化剤注入装置を前記ハイブリッドロケットから分離させる
（１）に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
（３）前記ハイブリッドロケットは、前記三方弁の前記弁体を動作させる弁棒を回転させて前記第１注入状態及び前記第２注入状態を切り替えるアクチュエータを有する
（１）又は（２）に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
（４）前記アクチュエータの動作を制御する外部の制御部が第３コネクタにより前記アクチュエータに接続される
（３）に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
（５）前記ノズルを介して前記燃焼室に挿入されて前記燃焼室に酸素を注入するパイプを備える
（１）乃至（４）のいずれか一項に記載のハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム。
（６）筒状に構成されたロケット本体、
前記ロケット本体内で先端側に設けられて、液体酸化剤を貯留する第１タンク、
前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、
前記ロケット本体の外面に設けられて、外部に設けられた液体酸化剤注入装置の配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、
前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記三方弁は、前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第１タンクに注入する第１注入状態、及び、前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態、を切り替え可能に構成されている
ハイブリッドロケット。
（７）前記三方弁と前記第１コネクタとの間に、前記三方弁から前記第１コネクタへの前記液体酸化剤の流れを止める逆止弁を有する
（６）に記載のハイブリッドロケット。
（８）前記三方弁は、Ｔポートが形成されたボール弁体を前記弁体として有する３方ボール弁である
（６）又は（７）に記載のハイブリッドロケット。
（９）液体酸化剤を用いた燃焼により燃焼ガスをノズルから噴出して飛翔するハイブリッドロケットを、前記ハイブリッドロケットの外部に設けられて、配管を介して前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を注入する液体酸化剤注入装置を用いて発射させて飛翔させるハイブリッドロケットの飛翔方法であって、
前記ハイブリッドロケットは、筒状に構成されたロケット本体、前記ロケット本体内で先端側に設けられて、前記液体酸化剤を貯留する第１タンク、前記ロケット本体内で後端側に設けられて、固体燃料を収容し、前記第１タンクから前記液体酸化剤が注入されることで前記固体燃料を燃焼させる燃焼室、前記ロケット本体の外面に設けられて、前記液体酸化剤注入装置の前記配管に接続可能に構成された第１コネクタ、及び、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間に接続され、前記第１タンクと前記燃焼室と前記第１コネクタとの間の接続状態を切り替える弁体を備えた三方弁、を有し、
前記液体酸化剤注入装置は、前記液体酸化剤を貯留し、前記配管を介して前記第１コネクタから前記ハイブリッドロケットに前記液体酸化剤を供給する第２タンク、を有し、
前記三方弁により前記第１コネクタと前記第１タンクとを接続して前記液体酸化剤を前記第２タンクから前記第１タンクに注入する第１注入状態に切り替えて、所定の圧力又は所定の重量の前記液体酸化剤が前記第１タンクに充填されるまで注入し、
前記ハイブリッドロケットから前記液体酸化剤注入装置を分離し、
前記三方弁により前記第１タンクと前記燃焼室とを接続して前記燃焼室に前記液体酸化剤を注入する第２注入状態に切り替えて、前記液体酸化剤を前記第１タンクから前記燃焼室に注入し、前記燃焼室に注入された前記液体酸化剤を用いて前記固体燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスを前記ノズルから噴出させて前記ハイブリッドロケットを飛翔させる
ハイブリッドロケットの飛翔方法。

【0074】

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0075】

１００ ハイブリッドロケット用の酸化剤注入システム、２００ ハイブリッドロケット、２１０ ロケット本体、２２０ 第１タンク、２３０ 燃焼室、２３３ 固体燃料、２３３Ａ 流路、２４０ 第１コネクタ、２４１ プラグ、２４２ 周溝、２４４ 第１通孔、２５０ 三方弁、２５１ ボデー、２５２ 弁体、２５３ 弁棒、２５５ アクチュエータ、２６０ 逆止弁、２８０ ノズル、３００ 液体酸化剤注入装置、３１０ 第２タンク、３２０ 配管、３３０ 第２コネクタ、３３１ ソケット、３３１Ａ 第２通孔、３３１Ｂ プラグ孔（第３通孔）、３３１Ｃ スプリング孔（第３通孔）、３３１Ｄ 貫通孔、３３２ スプリング、３３３ ロックピン、３４０ 弁装置、４００ 酸素供給装置、４１０ 第３タンク、４２０ 配管（パイプ）、４３０ 調節弁、５００ 点火装置、５１０ 電源装置、５２０ 配線、５３０ 点火器、６００ 制御装置、６１０ 制御部、６２０ 第３コネクタ、６３０ 配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】