特開 2024-73161 回収システム及び回収方法

(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】P2024073161

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】回収システム及び回収方法

(51)【国際特許分類】

   B64D 1/22 20060101AFI20240522BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240522BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20240522BHJP

   B64D 17/80 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

B64D1/22

B64C39/02

B64C27/08

B64D17/80

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184229

(22)【出願日】2022-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(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】佐藤 晃浩

(57)【要約】

【課題】ロケットの能力の低下を抑制しつつ、安全に着地を行う。
【解決手段】着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体を回収する回収システムであって、前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材と、前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機と、前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体と、を備え、機体降下時において、複数の前記無人航空機により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体に係止させるステップと、複数の前記無人航空機による前記索状部材の捕縛を解除するステップと、前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップと、を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体を回収する回収システムであって、
前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材と、
前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機と、
前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体と、を備え、
機体降下時において、複数の前記無人航空機により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体に係止させるステップと、
複数の前記無人航空機による前記索状部材の捕縛を解除するステップと、
前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップと、を実行する回収システム。

【請求項2】

機体降下時において、複数の前記索状部材を、前記機体の外側へ向かって射出する射出部を、さらに備え、
複数の前記無人航空機は、前記宇宙航行体の外側に配置され、
機体降下時において、前記射出部により射出された複数の前記索状部材を、複数の前記無人航空機により捕縛するステップを、さらに実行する請求項１に記載の回収システム。

【請求項3】

前記射出部は、前記索状部材の外側の端部に配置されたドラッグシュート、パラシュートまたはバルーンを含む請求項２に記載の回収システム。

【請求項4】

前記宇宙航行体を所定の着地点に着地させる位置制御として、地球座標系における絶対座標に基づいて前記宇宙航行体の位置を制御する第１の位置制御と、前記宇宙航行体と前記着地点との相対的な位置である相対位置に基づいて前記宇宙航行体の位置を制御する第２の位置制御と、を含み、
機体降下時において前記第１の位置制御から前記第２の位置制御に切り替える高度を、第１高度しきい値とし、
前記射出部は、前記第１高度しきい値よりも低い高度となる第２高度しきい値となると、複数の前記索状部材を射出する請求項２に記載の回収システム。

【請求項5】

前記宇宙航行体は、高度を計測する高度計を有し、前記高度計によって計測された前記高度を、複数の前記無人航空機へ向けて出力する請求項４に記載の回収システム。

【請求項6】

前記回収構造体への前記索状部材の係止を検出する係止検出センサを、さらに備え、
前記無人航空機は、前記係止検出センサにより前記回収構造体への前記索状部材の係止を検出すると、前記索状部材の捕縛を解除する請求項２に記載の回収システム。

【請求項7】

前記無人航空機による前記索状部材の捕縛の有無を検出する捕縛検出センサを、さらに備え、
前記捕縛検出センサにより捕縛有りと検出された複数の前記無人航空機は、前記回収構造体に対する前記宇宙航行体の支持荷重がバランスするように位置補正して、前記索状部材を前記回収構造体に係止させる請求項１に記載の回収システム。

【請求項8】

複数の前記無人航空機は、前記索状部材を捕縛した状態で、前記宇宙航行体の内側に配置され、
機体降下時において、複数の前記無人航空機が前記宇宙航行体の外側へ向かって飛行するステップを、さらに実行する請求項１に記載の回収システム。

【請求項9】

着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体を回収する回収システムにより実行される回収方法であって、
前記回収システムは、
前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材と、
前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機と、
前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体と、を備え、
機体降下時において、複数の前記無人航空機により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体に係止させるステップと、
複数の前記無人航空機による前記索状部材の捕縛を解除するステップと、
前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップと、を実行する回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回収システム及び回収方法に関するものとなっている。

【背景技術】

【0002】

従来、回収システムとして、切り離されて降下するロケットを、ヘリコプタにより空中でキャッチして、ロケットを運搬する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００６／００４９３１６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のようなロケット回収方法は、ヘリコプタを用いた難度の高いオペレーションとなっている。他の回収方法としては、切り離されたロケットが、着地時に推力を発生させつつ、位置及び姿勢を制御しながら機体を降下させ、機体後方から脚を展開して、垂直に着地する方法がある。しかしながら、ロケットの着地のために脚及び展開機構を設けることは、重量増加となり、ロケットの能力を低下させてしまう。また、着地付近においては、ロケットの降下速度が遅くなることから、姿勢制御等が難しく、安全な着地が困難なものとなる。

【0005】

そこで、本開示は、ロケットの能力の低下を抑制しつつ、安全に着地を行うことができる回収システム及び回収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】

本開示の回収システムは、着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体を回収する回収システムであって、前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材と、前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機と、前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体と、を備え、機体降下時において、複数の前記無人航空機により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体に係止させるステップと、複数の前記無人航空機による前記索状部材の捕縛を解除するステップと、前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップと、を実行する。

【0007】

本開示の回収方法は、着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体を回収する回収システムにより実行される回収方法であって、前記回収システムは、前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材と、前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機と、前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体と、を備え、機体降下時において、複数の前記無人航空機により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体に係止させるステップと、複数の前記無人航空機による前記索状部材の捕縛を解除するステップと、前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップと、を実行する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、ロケットの能力の低下を抑制しつつ、安全に着地を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態１に係る回収システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る回収システムのブロック図である。

【図3】図３は、ロケットに設けられるワイヤー周りを模式的に表した模式図である。

【図4】図４は、回収構造体を模式的に表した模式図である。

【図5】図５は、ワイヤートラップを模式的に表した模式図である。

【図6】図６は、ワイヤートラップの動作に関する説明図である。

【図7】図７は、ワイヤーストッパの一例を示す図である。

【図8】図８は、ワイヤートラップとワイヤーストッパとの係止時に関する説明図である。

【図9】図９は、ロケットと船舶との位置制御に関する説明図である。

【図10】図１０は、第１の位置制御に関するフローチャートである。

【図11】図１１は、第２の位置制御に関するフローチャートである。

【図12】図１２は、回収システムの一例の動作に関する説明図である。

【図13】図１３は、無人航空機の群制御に関する説明図である。

【図14】図１４は、回収システムの一例の動作に関する説明図である。

【図15】図１５は、回収後のロケットを示す説明図である。

【図16】図１６は、実施形態２に係る回収システム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】

【0010】

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開示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。

【0011】

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る回収システムの一例を示す概略構成図である。図２は、実施形態１に係る回収システムのブロック図である。図３は、ロケットに設けられるワイヤー周りを模式的に表した模式図である。図４は、回収構造体を模式的に表した模式図である。図５は、ワイヤートラップを模式的に表した模式図である。図６は、ワイヤートラップの動作に関する説明図である。図７は、ワイヤーストッパの一例を示す図である。図８は、ワイヤートラップとワイヤーストッパとの係止時に関する説明図である。図９は、ロケットと船舶との位置制御に関する説明図である。図１０は、第１の位置制御に関するフローチャートである。図１１は、第２の位置制御に関するフローチャートである。図１２は、回収システムの一例の動作に関する説明図である。図１３は、無人航空機の群制御に関する説明図である。図１４は、回収システムの一例の動作に関する説明図である。図１５は、回収後のロケットを示す説明図である。

【0012】

（回収システム）
実施形態１の回収システム１は、ロケット等の宇宙航行体を回収するシステムとなっている。ここで、宇宙航行体は、着地する際の機体降下時において、機体後方から推力を発生させながら、降下速度を減速させている。実施形態１では、宇宙航行体として、切り離し後の１段目のロケットに適用して説明する。

【0013】

図１及び図２に示すように、実施形態１にかかる回収システム１は、無人航空機８を用いて、機体降下するロケット３を、船舶５上に設けられる回収構造体５０に、吊り下げた状態で回収する。回収システム１は、ロケット３及び船舶５に亘って搭載されると共に、無人航空機８を含む構成となっている。また、回収システム１は、ロケット３、船舶５及び無人航空機８が、無線通信等の通信ネットワーク９を介して、双方向に通信が可能となっている。

【0014】

図２に示すように、ロケット３は、航法装置２０と、高度センサ２５と、制御部３０と、ワイヤー（索状部材）３５と、ワイヤー射出部４０と、を備えている。また、船舶５は、回収構造体５０と、制御部６０と、航法装置７０と、を備える。そして、回収システム１は、ロケット３において、ワイヤー３５と、ワイヤー射出部４０と、を有し、船舶５において、回収構造体５０を有し、また、無人航空機８を有するものとなっている。

【0015】

（ロケット）
上記したように、ロケット３は、航法装置２０と、高度センサ２５と、制御部３０と、ワイヤー（索状部材）３５と、ワイヤー射出部４０と、を備えている。

【0016】

航法装置２０は、例えば、慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、ロケット３のロール方向、ヨー方向およびピッチ方向の姿勢角、ロケット３の機体速度、慣性速度、機体加速度、機首方位および地球座標系における位置座標等を取得する。なお、実施形態１において、航法装置２０は、慣性航法装置に適用して説明するが、特に限定されず、いずれの航法装置２０を用いてもよい。また、航法装置２０は、実施形態１において、位置の計測精度を向上させるために、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を含んだ慣性航法装置となっている。実施形態１では、ＧＰＳを含んだ慣性航法装置に適用して説明するが、ＧＰＳに特に限定されず、精度よく位置を計測可能なものであればよい。また、航法装置２０は、ロケット３の姿勢角を検出する姿勢角センサ、ロケット３の機体速度を検出する速度センサ、ロケット３の機体加速度を検出する加速度センサ、ロケット３の機首方位を検出するセンサを有するものであってもよい。

【0017】

高度センサ２５は、ロケット３の着地面または水面からの高度を検出する高度センサ２５を備えている。高度センサ２５は、例えば、レーザ高度計であり、ロケット３から着地点までの相対高度を計測している。なお、高度センサ２５としては、電波高度計を用いてもよいし、気圧高度計を用いてもよく、いずれの高度計を用いてもよい。高度センサ２５は、検出したロケット３の相対高度を制御部３０に出力する。

【0018】

制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部３０は、ロケット３の機体降下時における姿勢及び推力を制御したり、ロケット３の機体降下時において後述するワイヤー３５の射出を実行したりする。

【0019】

ワイヤー３５は、ロケット３の機体降下時において、無人航空機８によって捕縛される。図３に示すように、ワイヤー３５は、その一端が、ロケット３の上部に設けられるハードポイントに接続されている。また、ワイヤー３５は、図１３に示すように、ハードポイントに複数（例えば、１０本）設けられ、ロケット３の胴部の周囲に沿って、所定の間隔を空けて設けられている。また、ワイヤー３５には、無人航空機８によって捕縛される被捕縛部材３６が設けられている。被捕縛部材３６は、例えば、リング形状となっている。なお、被捕縛部材３６の形状は、特に限定されず、無人航空機８によって捕縛可能な形状であれば、何れの形状であってもよい。また、ワイヤー３５には、図４及び図７に示すように、後述するワイヤートラップ５２に係止される係止部材３７が設けられている。図７に示すように、係止部材３７は、ワイヤー３５の長手方向を中心とした円盤形状の係止部材３７ａであってもよいし、ワイヤー３５の長手方向に直交して設けられるシャフト形状の係止部材３７ｂであってもよい。

【0020】

ワイヤー射出部４０は、ロケット３の機体降下時において、ワイヤー３５を射出している。ワイヤー射出部４０は、ドラッグシュート４１を含んで構成されている。ドラッグシュート４１は、ワイヤー３５の他端に接続されており、ロケット３の機体降下時において、ワイヤー３５に張力が付与されるように、空気抵抗を与えるものとなっている。ワイヤー射出部４０は、制御部３０に接続されており、制御部３０は、所定のタイミングにおいて、ドラッグシュート４１を展開するように、ワイヤー射出部４０を制御する。なお、実施形態１では、ドラッグシュート４１を設けたが、ドラッグシュート４１に代えて、パラシュートを設けてもよいし、バルーンを設けてもよい。

【0021】

（船舶）
上記したように、船舶５は、回収構造体５０と、制御部６０と、航法装置７０と、を備える。

【0022】

航法装置７０は、例えば、慣性航法装置（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）であり、船舶５のピッチ方向およびロール方向の姿勢角、船首方位、速度、加速度および地球座標系における位置座標等を取得する。なお、実施形態１において、航法装置７０は、慣性航法装置に適用して説明するが、特に限定されず、いずれの航法装置７０を用いてもよい。また、航法装置７０は、実施形態１において、位置の計測精度を向上させるために、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を含んだ慣性航法装置となっている。実施形態１では、ＧＰＳを含んだ慣性航法装置に適用して説明するが、ＧＰＳに特に限定されず、精度よく位置を計測可能なものであればよい。

【0023】

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部６０は、入力されるデータに基づいて、船舶５を所定の位置に移動させたり、無人航空機８との間で情報通信を行ったりしている。

【0024】

回収構造体５０は、船舶５上に設けられており、ロケット３は、回収構造体５０を着地点として着艦する。なお、実施形態１では、回収構造体５０を船舶５上に設けたが、陸上または洋上施設に設けてもよく、ロケット３の回収場所であれば、特に限定されない。回収構造体５０は、本体部５１と、ワイヤートラップ５２と、係止検出センサ５３とを備えている。

【0025】

本体部５１は、図１及び図４に示すように、船舶５上に立脚して設けられており、ロケット３を吊り下げ可能な高さとなっている。具体的に、本体部５１は、鉛直方向の上部に設けられる円環部５１ａと、円環部５１ａから鉛直方向の下方に延びて船舶５に固定される複数の固定脚５１ｂとを含んで構成されている。円環部５１ａは、中心側の空間が、ロケット３の胴部よりも大きな径となっており、機体降下するロケット３を収容可能な大きさとなっている。複数の固定脚５１ｂは、円環部５１ａの周方向に所定の間隔を空けて配置されている。

【0026】

ワイヤートラップ５２は、図５に示すように、本体部５１の円環部５１ａに設けられ、周方向に亘って並べて設けられている。ワイヤートラップ５２は、トラップ本体５５と、可動扉５６と、ばね付きヒンジ５７とを含んで構成されている。トラップ本体５５は、鉛直方向の上方側に延在して設けられ、下方側となる基端側が円環部５１ａに接続され、上方側となる先端側にガイド部位５５ａが形成されている。トラップ本体５５は、隣接する他のトラップ本体５５との間に、ワイヤー３５を収容する収容空間を形成している。この収容空間は、ワイヤー３５を収容可能な大きさとなっており、ワイヤー３５に設けられた係止部材３７が係止する大きさとなっている。ガイド部位５５ａは、基端側から先端側へ向かって先細りとなるテーパ形状に形成されている。ガイド部位５５ａは、先端側から入ってくるワイヤー３５を表面に沿って移動させることで、ワイヤー３５を、隣接するトラップ本体５５同士の間に形成された収容空間に案内する。また、ガイド部位５５ａは、その基端側が、後述する可動扉５６を閉塞する位置に規制するストッパとして機能している。可動扉５６は、ガイド部位５５ａ同士の間に形成された収容空間に連なる開口を開閉する。ばね付きヒンジ５７は、トラップ本体５５のガイド部位５５ａに対して可動扉５６を開閉可能に接続しており、可動扉５６を閉塞する側に付勢している。図６に示すように、ばね付きヒンジ５７は、ワイヤー３５がガイド部位５５ａ同士の間の開口から入ってくることを許容するように可動扉５６を開放側に可動させる。一方で、ばね付きヒンジ５７は、収容空間に収容されたワイヤー３５が離脱しないように可動扉５６を閉塞側に可動させる。このとき、可動扉５６は、トラップ本体５５のガイド部位５５ａにより閉塞する位置に規制される。

【0027】

係止検出センサ５３は、回収構造体５０へのワイヤー３５の係止を検出するセンサである。ここで、図８に示すように、ワイヤートラップ５２のトラップ本体５５の内部に収容されたワイヤー３５は、ロケット３の機体降下によって、長手方向の下方側に引っ張られる。このとき、ワイヤー３５に設けられた係止部材３７は、トラップ本体５５に引っ掛かることで、ワイヤー３５がワイヤートラップ５２に係止される。そして、係止検出センサ５３は、ワイヤー３５がワイヤートラップ５２に係止されたことを検出する。係止検出センサ５３は、例えば、係止部材３７とトラップ本体５５との接触を検出してもよいし、画像認識により、ワイヤー３５とワイヤートラップ５２との係止状態を検出してもよい。係止検出センサ５３は、制御部６０に接続されており、ワイヤー３５とワイヤートラップ５２との係止状態を制御部６０へ向けて出力している。

【0028】

（無人航空機）
図１及び図２に示すように、無人航空機８は、回転翼機としての無人の飛行体（例えばヘリコプタ、ドローン等）である。無人航空機８は、前進、後進、横進、旋回、ホバリングが可能な飛行体であればよい。無人航空機８は、回収システム１の一部を構成している。無人航空機８は、ワイヤー３５の数に応じて複数設けられる。複数の無人航空機８は、船舶５上に配置される。無人航空機８は、制御部８０と、ワイヤー捕縛部８５と、捕縛検出センサ９０とを有している。

【0029】

制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の集積回路を含んでいる。制御部８０は、無人航空機８の飛行を制御したり、ワイヤー捕縛部８５によるワイヤー３５の捕縛動作を制御したりする。

【0030】

ワイヤー捕縛部８５は、ワイヤー３５に設けられた被捕縛部材３６に対して捕縛動作を実行可能な機構となっており、例えば、アームが用いられる。ワイヤー捕縛部８５は、被捕縛部材３６を捕縛することで、無人航空機８によるワイヤー３５の牽引移動を実行することが可能となる。また、ワイヤー捕縛部８５は、被捕縛部材３６の捕縛を解除することで、無人航空機８のワイヤー３５からの離脱移動を実行することが可能となる。

【0031】

捕縛検出センサ９０は、ワイヤー捕縛部８５によるワイヤー３５（被捕縛部材３６）の有無を検出するセンサである。捕縛検出センサ９０は、例えば、ワイヤー捕縛部８５と被捕縛部材３６との接触を検出してもよいし、画像認識により、ワイヤー捕縛部８５と被捕縛部材３６との捕縛状態を検出してもよい。捕縛検出センサ９０は、制御部８０に接続されており、ワイヤー捕縛部８５と被捕縛部材３６との捕縛状態を制御部８０へ向けて出力している。

【0032】

次に、図９から図１１を参照して、ロケット３の船舶５への着地時における、ロケット３及び船舶５の位置制御について説明する。回収システム１によるロケット３の回収時において、ロケット３及び船舶５は、ロケット３の機体降下時において、第１の位置制御から、第２の位置制御に切り替えている。第１の位置制御と第２の位置制御との切り替えは、高度センサ２５によって計測される相対位置に基づいて実行される。つまり、機体降下時において第１の位置制御から第２の位置制御に切り替える高度を、第１高度しきい値Ｈ１としている。このため、ロケット３の制御部３０及び船舶５の制御部６０は、高度センサ２５によって、相対高度が第１高度しきい値Ｈ１となると、第１の位置制御から第２の位置制御に切り替える。なお、船舶５の制御部６０は、ロケット３から通信ネットワーク９を介して入力される高度センサ２５の相対高度を取得している。

【0033】

第１の位置制御では、地球座標系における絶対座標に基づいてロケット３の位置及び船舶５の位置をそれぞれ制御している。ロケット３において、第１の位置制御では、着地点の直上における所定の領域を目標エリアとしており、ロケット３の制御部３０は、ロケット３が目標エリアに位置するように位置制御を実行する。また、船舶５において、第１の位置制御では、海洋上における所定の領域を目標エリアとしており、船舶５の制御部６０は、船舶５が目標エリアに位置するように位置制御を実行する。

【0034】

図１０を参照して、第１の位置制御について具体的に説明する。なお、図１０に示す第１の位置制御は、ロケット３及び船舶５のそれぞれにおいて実行される。制御部３０、６０は、航法装置２０、７０により地球座標系におけるロケット３及び船舶のそれぞれの現在の絶対座標を取得する（ステップＳ１１）。続いて、制御部３０、６０は、取得した現在の絶対座標が、地球座標系において設定された目標エリアとなっているか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御部３０、６０は、取得した現在の絶対座標が目標エリアとなっていない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、目標エリアに位置するように、ロケット３及び船舶のそれぞれの位置を修正する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３では、ロケット３の制御部３０が、ロケット３を機体制御することで、位置を修正し、船舶５の制御部６０が、船舶５を移動制御することで、位置を修正する。ステップＳ１３の実行後、制御部３０、６０は、再びステップＳ１１に進む。ステップＳ１２において、制御部３０、６０は、取得した現在の絶対座標が目標エリアとなっている場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、位置制御の切り替えがあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、制御部３０、６０は、相対高度が第１高度しきい値Ｈ１となったか否かによって、位置制御の切り替えがあるか否かを判定する。制御部３０、６０は、位置制御の切り替えがあると判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、第１の位置制御の実行を終了する。一方で、制御部３０、６０は、位置制御の切り替えがないと判定すると（ステップＳ１４：Ｎｏ）、再びステップＳ１１に進む。

【0035】

第２の位置制御では、ロケット３と（船舶５上の）着地点との相対的な位置である相対位置に基づいてロケット３の位置を制御している。また、第２の位置制御では、ロケット３と（船舶５上の）着地点との相対的な速度である相対速度に基づいてロケット３の着地時における機体動作を制御している。第２の位置制御では、相対位置及び相対速度が目標値となるように位置制御を実行する。

【0036】

図１１を参照して、第２の位置制御について具体的に説明する。なお、図１１に示す第２の位置制御は、ロケット３において実行される。制御部３０は、航法装置２０及び高度センサ２５により相対位置及び相対速度を取得する（ステップＳ２１）。続いて、制御部３０は、取得した相対位置及び相対速度が、予め設定された目標値となっているか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御部３０は、取得した相対位置及び相対速度が目標値となっていない場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、目標値となるように、ロケット３の位置及び機体降下速度を修正する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、ロケット３の制御部３０が、ロケット３の機体制御及び推力制御を実行することで、位置及び機体降下速度を修正する。ステップＳ２３の実行後、制御部３０は、再びステップＳ２１に進む。ステップＳ２２において、制御部３０は、取得した相対位置及び相対速度が目標値となっている場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ロケット３が着地したか否かを判定する（ステップＳ２４）。なお、ロケット３の着地とは、ロケット３が回収構造体５０に吊り下げられた状態となることである。ロケット３の着地の判定は、例えば、ロケット３が推力停止したか否かに基づいて判定してもよい。ステップＳ２４において、制御部３０は、ロケット３が着地したと判定すると（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、第２の位置制御の実行を終了する。一方で、制御部３０は、ロケット３が着地していないと判定すると（ステップＳ２４：Ｎｏ）、再びステップＳ２１に進む。

【0037】

（回収方法）
次に、図１２から図１５を参照して、回収システム１によるロケット３の回収方法について説明する。先ず、回収システム１では、着地の際の機体降下時において、複数のワイヤー３５を射出した後、複数の無人航空機８を離陸させるステップＳ３１を実行する。この後、回収システム１では、離陸した複数の無人航空機８により、射出された複数のワイヤー３５を捕縛するステップＳ３２を実行する。次に、回収システム１では、複数の無人航空機８により、捕縛した複数のワイヤー３５を回収構造体５０に係止させるステップＳ３３を実行する。続いて、回収システム１では、複数の無人航空機８による複数のワイヤー３５の捕縛を解除するステップＳ３４を実行する。そして、回収システム１では、ロケット３の推力停止後において、回収構造体５０によりロケット３を吊り下げ支持するステップＳ３５を実行する。

【0038】

ステップＳ３１では、第１高度しきい値Ｈ１よりも低い高度となる第２高度しきい値Ｈ２となると、ワイヤー射出部４０は、複数のワイヤー３５を射出する。具体的に、ステップＳ３１において、ロケット３の制御部３０は、高度センサ２５で取得した高度が第２高度しきい値Ｈ２となると、ワイヤー射出部４０を制御して、ワイヤー射出部４０のドラッグシュート４１を射出することで、ワイヤー３５がロケット３の外部に引き出される。引き出された複数のワイヤー３５は、ロケット３の外側へ向かって延びる。この後、ステップＳ３１において、ロケット３の制御部３０は、高度センサ２５で取得した高度が第２高度しきい値Ｈ２よりも低い高度となる第３高度しきい値Ｈ３となると、第３高度しきい値Ｈ３となる高度の情報を複数の無人航空機８へ向けて出力する。複数の無人航空機８は、第３高度しきい値Ｈ３となる高度の情報を取得すると、船舶５から離陸する。

【0039】

ステップＳ３２では、船舶５から離陸した複数の無人航空機８が、射出された複数のワイヤー３５を捕縛する。具体的に、ステップＳ３２において、無人航空機８は、ワイヤー３５に設けられる被捕縛部材３６へ向かって飛行する。このとき、無人航空機８は、図示しないカメラにより撮像した画像を画像認識することよって、被捕縛部材３６を認識し、被捕縛部材３６へ向かって飛行する。また、無人航空機８は、被捕縛部材３６を識別可能となっており、無人航空機８に対応付けられた所定の被捕縛部材３６へ向かって飛行する。無人航空機８による被捕縛部材３６の識別は、例えば、被捕縛部材３６に小型のトランスポンダを設けることにより可能となる。複数の無人航空機８は、衝突回避動作を行いつつ、ワイヤー捕縛部８５による捕縛動作を実行させることで、対応付けられた所定の被捕縛部材３６を捕縛する。

【0040】

図１３に示すように、ステップＳ３２において、無人航空機８が捕縛動作を実行した後、無人航空機８は、捕縛検出センサ９０により被捕縛部材３６の捕縛の有無を検出する。無人航空機８は、捕縛検出センサ９０により捕縛有りと検出すると、捕縛が成功した情報である捕縛成功信号Ｄ１を、通信ネットワーク９を介して船舶５の制御部６０へ向けて出力する。また、無人航空機８は、捕縛検出センサ９０により捕縛無しと検出すると、捕縛が失敗した情報である捕縛失敗信号Ｄ２を、通信ネットワーク９を介して船舶５の制御部６０へ向けて出力する。船舶５の制御部６０は、捕縛有りと検出された無人航空機８の配置に基づいて、回収構造体５０に対するロケット３の支持荷重がバランスするように位置補正を実行し、無人航空機８に対して位置補正後の配置となるように、無人航空機８へ向けて位置補正信号Ｄ３を出力する。図１３では、捕縛が成功した無人航空機８ａが、捕縛が失敗した無人航空機８ｂの位置となるように移動する。なお、捕縛が成功した無人航空機８ａの間隔が等間隔となるように、位置を補正してもよい。つまり、回収構造体５０に対するロケット３の支持荷重がバランスするような位置補正であれば、特に限定されない。

【0041】

ステップＳ３３では、ワイヤー３５を捕縛した無人航空機８が、回収構造体５０にワイヤー３５を係止させるように移動する。具体的に、ステップＳ３３において、ロケット３の制御部３０は、高度センサ２５で取得した高度が第３高度しきい値Ｈ３よりも低い高度となる第４高度しきい値Ｈ４となると、第４高度しきい値Ｈ４となる高度の情報を複数の無人航空機８へ向けて出力する。複数の無人航空機８は、第４高度しきい値Ｈ４となる高度の情報を取得すると、回収構造体５０の円環部５１ａの外側に展開した後、円環部５１ａよりも下方側の位置に移動する。この移動により、複数の無人航空機８は、ワイヤー３５をトラップ本体５５同士の間の収容空間内に収容させて、係止部材３７によりワイヤー３５をワイヤートラップ５２に係止させる。

【0042】

ステップＳ３４では、複数の無人航空機８が、捕縛している複数のワイヤー３５の捕縛を解除する。具体的に、ステップＳ３４において、船舶５は、係止検出センサ５３によりワイヤートラップ５２への係止部材３７の係止の有無を検出する。船舶５は、係止検出センサ５３により係止有りを検出すると、係止が成功した情報である係止成功情報を、通信ネットワーク９を介して無人航空機８へ向けて出力する。無人航空機８は、係止成功情報が入力されると、ワイヤー捕縛部８５によるワイヤー３５の捕縛を解除して、回収構造体５０から離脱移動する。

【0043】

ステップＳ３５では、ロケット３の推力が停止されることで、ワイヤー３５を介してロケット３が回収構造体５０に吊り下げられた状態で支持される。ステップＳ３５が実行されることで、回収システム１を用いたロケット３の回収方法が終了する。

【0044】

［実施形態２］
次に、図１６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１６は、実施形態２に係る回収システムの動作に関する説明図である。

【0045】

実施形態２の回収システム１００は、複数の無人航空機８がワイヤー３５を捕縛した状態で、ロケット３の内側に配置されている。つまり、回収システム１００は、ロケット３の内側に設けられ、複数の無人航空機８を設置する設置台１０１が設けられている。

【0046】

実施形態２の回収システム１００を用いたロケット３の回収方法では、高度が第２高度しきい値Ｈ２となると、複数の無人航空機８がロケット３の外側へ向かって飛行するステップＳ４１を実行する。つまり、回収方法では、実施形態１のステップＳ３１に代えて、ステップＳ４１を実行する。また、回収方法では、実施形態１のステップＳ３２の実行は省かれ、ステップＳ３３以降は、実施形態１と同様となる。

【0047】

以上のように、実施形態１から２に記載の回収システム及び回収方法は、例えば、以下のように把握される。

【0048】

第１の態様に係る回収システム１は、着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体（ロケット３）を回収する回収システム１であって、前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材（ワイヤー３５）と、前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機８と、前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機８において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体５０と、を備え、機体降下時において、複数の前記無人航空機８により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体５０に係止させるステップＳ３３と、複数の前記無人航空機８による前記索状部材の捕縛を解除するステップＳ３４と、前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体５０により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップＳ３５と、を実行する。

【0049】

この構成によれば、宇宙航行体に、従来のような脚及び展開機構を設けることがないため、宇宙航行体の能力低下を抑制することができる。また、着地付近においては、索状部材を介して回収構造体５０に対して宇宙航行体を係止することができるため、宇宙航行体の着地姿勢を安定させることができ、安全に着地を行うことが可能となる。

【0050】

第２の態様として、第１の態様に係る回収システム１において、機体降下時において、複数の前記索状部材を、前記機体の外側へ向かって射出する射出部（ワイヤー射出部４０）を、さらに備え、複数の前記無人航空機８は、前記宇宙航行体の外側に配置され、機体降下時において、前記射出部により射出された複数の前記索状部材を、複数の前記無人航空機８により捕縛するステップＳ３２を、さらに実行する。

【0051】

この構成によれば、複数の索状部材を射出部から射出することができるため、索状部材を機体の外側に適切に展開することができ、複数の無人航空機８による捕縛を好適に行うことができる。

【0052】

第３の態様として、第２の態様に係る回収システム１において、前記射出部は、前記索状部材の外側の端部に配置されたドラッグシュート４１、パラシュートまたはバルーンを含む。

【0053】

この構成によれば、機体の外側に射出された複数の索状部材に対して、張力を付与することができるため、索状部材を安定的な状態とすることができ、複数の無人航空機８による捕縛をより好適に行うことが可能となる。

【0054】

第４の態様として、第２の態様に係る回収システム１において、前記宇宙航行体を所定の着地点に着地させる位置制御として、地球座標系における絶対座標に基づいて前記宇宙航行体の位置を制御する第１の位置制御と、前記宇宙航行体と前記着地点との相対的な位置である相対位置に基づいて前記宇宙航行体の位置を制御する第２の位置制御と、を含み、機体降下時において前記第１の位置制御から前記第２の位置制御に切り替える高度を、第１高度しきい値Ｈ１とし、前記射出部は、前記第１高度しきい値よりも低い高度となる第２高度しきい値Ｈ２となると、複数の前記索状部材を射出する。

【0055】

この構成によれば、複数の索状部材の射出のタイミングを適切なタイミングとすることができるため、無人航空機８による索状部材の捕縛に要する時間を適切に確保することができる。

【0056】

第５の態様として、第４の態様に係る回収システム１において、前記宇宙航行体は、高度を計測する高度計（高度センサ２５）を有し、前記高度計によって計測された前記高度を、複数の前記無人航空機８へ向けて出力する。

【0057】

この構成によれば、無人航空機８は、宇宙航行体の高度に基づく動作を実行することができるため、宇宙航行体と協調した動作を実行することが可能となる。

【0058】

第６の態様として、第２の態様に係る回収システム１において、前記回収構造体５０への前記索状部材の係止を検出する係止検出センサ５３を、さらに備え、前記無人航空機８は、前記係止検出センサ５３により前記回収構造体５０への前記索状部材の係止を検出すると、前記索状部材の捕縛を解除する。

【0059】

この構成によれば、回収構造体５０への索状部材の係止を検出した上で、無人航空機８の捕縛解除を実行することができるため、回収構造体５０への索状部材の係止に関する確実性を高めることができる。

【0060】

第７の態様として、第１から第６のいずれか１つの態様に係る回収システム１において、前記無人航空機８による前記索状部材の捕縛の有無を検出する捕縛検出センサ９０を、さらに備え、前記捕縛検出センサ９０により捕縛有りと検出された複数の前記無人航空機８は、前記回収構造体５０に対する前記宇宙航行体の支持荷重がバランスするように位置補正して、前記索状部材を前記回収構造体５０に係止させる。

【0061】

この構成によれば、回収構造体５０に対する宇宙航行体の支持荷重の偏りを抑制することができる。

【0062】

第８の態様として、第１の態様に係る回収システム１において、複数の前記無人航空機８は、前記索状部材を捕縛した状態で、前記宇宙航行体の内側に配置され、機体降下時において、複数の前記無人航空機８が前記宇宙航行体の外側へ向かって飛行するステップＳ４１を、さらに実行する。

【0063】

この構成によれば、無人航空機８による索状部材の捕縛を実行する必要がないことから、宇宙航行体の回収に関するオペレーションを簡易にすることができる。

【0064】

第９の態様に係る回収方法は、着地時に推力を発生させながら、機体を降下させる宇宙航行体（ロケット３）を回収する回収システム１により実行される回収方法であって、前記回収システム１は、前記機体に接続され、機体降下時に前記機体の外側へ向かって延びる複数の索状部材（ワイヤー３５）と、前記索状部材をそれぞれ捕縛して飛行する複数の無人航空機８と、前記宇宙航行体の着地点に設けられ、前記無人航空機８において捕縛解除された複数の前記索状部材が係止されることで、前記宇宙航行体を吊り下げた状態で支持する回収構造体５０と、を備え、機体降下時において、複数の前記無人航空機８により、捕縛した複数の前記索状部材を前記回収構造体５０に係止させるステップＳ３３と、複数の前記無人航空機８による前記索状部材の捕縛を解除するステップＳ３４と、前記宇宙航行体の推力停止後において、前記回収構造体５０により前記宇宙航行体を吊り下げ支持するステップＳ３５と、を実行する。

【0065】

この構成によれば、宇宙航行体に、従来のような脚及び展開機構を設けることがないため、宇宙航行体の能力低下を抑制することができる。また、着地付近においては、索状部材を介して回収構造体５０に対して宇宙航行体を係止することができるため、宇宙航行体の着地姿勢を安定させることができ、安全に着地を行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0066】

１ 回収システム
３ ロケット
５ 船舶
８ 無人航空機
９ 通信ネットワーク
２０ 航法装置
２５ 高度センサ
３０ 制御部（ロケット）
３５ ワイヤー
３６ 被捕縛部材
３７ 係止部材
４０ ワイヤー射出部
４１ ドラッグシュート
５０ 回収構造体
５１ 本体部
５２ ワイヤートラップ
５３ 係止検出センサ
５５ トラップ本体
５６ 可動扉
５７ ばね付きヒンジ
６０ 制御部（船舶）
７０ 航法装置
８０ 制御部（無人航空機）
８５ ワイヤー捕縛部
９０ 捕縛検出センサ
１００ 回収システム（実施形態２）
１０１ 設置台

【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】