(57)【要約】【課題】運用衛星などへ衝突回避の負担や衝突のリスクをより低減することができるテザー及び人工天体を提供すること。【解決手段】テザー１０は、長さ方向の少なくとも一部の領域が、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失する部材からなる。例えば、テザー１０は、カーボンナノチューブからなる紡績糸を網状やリボン状に編んで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向の少なくとも一部の領域が、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失する部材からなるテザー。
【請求項２】
前記部材は、ＳＰ２結合の炭素からなるナノカーボン材料からなる、請求項１に記載のテザー。
【請求項３】
前記ＳＰ２結合の炭素からなるナノカーボン材料は、カーボンナノチューブ、グラフィン、カーボンナノフィバー又はカーボンナノコイルである、請求項２に記載のテザー。
【請求項４】
前記部材は、欠損又はダメージを有する、請求項１乃至３のいずれかに記載のテザー。
【請求項５】
前記部材の表面は、原子状酸素耐性のある皮膜がコーティングされている、請求項１乃至４のいずれかに記載のテザー。
【請求項６】
前記部材は、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失し、かつ、導電性の紡績糸から構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載のテザー。
【請求項７】
前記部材は、前記紡績糸を編んで構成される、請求項６に記載のテザー。
【請求項８】
前記部材は、細い前記紡績糸をファー状に集めて構成される、請求項６に記載のテザー。
【請求項９】
前記紡績糸の表面は、電子放出効果を高める処理が施されている、請求項６乃至８のいずれかに記載のテザー。
【請求項１０】
前記電子の電界放出効果を高める処理は、起毛処理である、請求項９に記載のテザー。
【請求項１１】
宇宙空間の軌道上を周回する人工天体であって、
傷を受け破片となった場合に宇宙空間に残存が問題となる部位を、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失する部材からなる構成した
人工天体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば宇宙空間のデブリを除去するために用いられるテザー及び人工天体に関する。
【背景技術】
【０００２】
数百ｍ〜数十ｋｍの長さのテザーが宇宙空間で実証されている。テザーは、巻き取られた状態で宇宙空間に打ち上げられ、テザーの一端に取り付けられたエンドマスをバネなどで秒速数ｍ／ｓで放出することなどで伸展される（非特許文献１参照）。本発明者らは、軽量、省占有面積、かつ、高強度の宇宙用のテザーを提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
テザーのうち導電性テザーは、誘導起電力または外部電源により電流を流しながら地磁場との相互作用によって推力（ローレンツ力）を発生させるもので、低コスト化が可能であることから有望視されている。導電性テザーは、数ヶ月から１年程度の運用でデブリの軌道高度を降下させ、デブリを除去することができると期待されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３１１２４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.kenkai.jaxa.jp/research/debris/deb-edt.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この種のテザーが切断したり、テザーを運用していたテザー端の宇宙機が故障して、テザー衛星の推進力や衝突回避能力が失われた場合などに、テザーが伸展した状態で長期間宇宙空間の軌道上を周回することになり、運用衛星などに衝突回避の負担を与えたり、衝突のリスクを与えていた。
【０００７】
そこで、本発明者らは、張力解放時にキンクして自律的に変形する、すなわち張力が失われると集束するテザーに関する技術を提案した。
【０００８】
この技術によれば、テザーが長期間宇宙空間の軌道上を周回することになっても、長いテザーが集束した状態となって運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクを低減することができる。
【０００９】
本発明の目的は、運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクをより低減することができるテザー及び人工天体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るテザーは、長さ方向の少なくとも一部の領域が、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失する部材からなる。典型的には、テザー全体が前記部材からなる。或いは、テザーの長さ方向の一部の領域が前記部材からなる。前記部材からなる領域は、典型的には、宇宙機に近い位置である。また、前記部材は、典型的には、導電性を有する。
【００１１】
テザーは、宇宙空間では原子状酸素と軌道速度で衝突する。原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失し、かつ、導電性の部材からなる領域は、それまではテザーの一部又は全部を構成し、テザーとしての機能を発揮しているが、原子状酸素の暴露によって例えばガス化して消失していくため、テザーの切断時や故障時等、テザーが宇宙空間に数百ｍ〜数十ｋｍの長さで展開して残存している場合でも、やがて消失していき、或いは、分解して細かい破片となって大気抵抗の影響を受けて早く軌道から落下し、或いは、エンドマス等とともに軌道から下降していき、宇宙空間に残らないようにすることができる。これにより、運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクをより低減することができる。
【００１２】
前記部材は、ＳＰ２結合の炭素からなるナノカーボン材料からなることが好ましい。前記ＳＰ２結合の炭素からなるナノカーボン材料としては、カーボンナノチューブ、グラフィン、カーボンナノフィバー又はカーボンナノコイルが好適である。
【００１３】
前記部材は、欠損又はダメージを有してもよい。この場合、元々欠損の多い部材を使用してもよい。ここで、欠損とは、テザーを構成する紡績糸や小糸に対するマクロな損傷でも良いし、あるいは、ナノカーボン材料の結晶構造自体のナノレベルの損傷でも良い。また、テザー本体の製作後に、薬品やレーザーなどでダメージを与えてもよい。欠損やダメージを有する部材を用いることで、軌道上でのテザーの寿命をコントロールすることができる。
【００１４】
前記部材の表面は、原子状酸素耐性のある皮膜がコーティングされてもよい。原子状酸素耐性のあるコーティング材としては、例えば金属やシリコーン等を用いることができる。コーティングされた皮膜が熱や紫外線等の別の要因で消失した後に、前記部材が原子状酸素により消失するようにすることで、軌道上でのテザーの寿命をコントロールすることができる。
【００１５】
前記部材は、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失し、かつ、導電性の紡績糸から構成されてもよい。部材を紡績糸により構成することで、例えば網状やリボン状に編むことができる。また、十分な導電性を確保することも可能となり、かつ、密度も低いため、重量に対する性能の高いテザーを構成できる。また、密度が低いため、万が一他の物体に衝突した場合でも相手に与えるダメージを小さくできる。
【００１６】
ここで、前記部材は、細い紡績糸をいわばファー状に集めて構成してもよい。このような構成とすることで、典型的には、原子状酸素の衝突によるテザーの自然消滅効果を高めることができる。同時に、宇宙プラズマからの電子収集能力も高まるため、テザーに流れる電流が増加し、軌道降下力を高めることができる。
【００１７】
また、前記部材の表面に電子放出効果を高めるような起毛等の処理を施してもよい。これにより、前記部材の表面からより多くの電子を放出させて、テザーに流れる電流を増やし、軌道降下力を高めることができる。
【００１８】
本発明の一形態に係る人工天体は、宇宙空間の軌道上を周回する人工天体であって、傷を受け破片となった場合に宇宙空間に残存が問題となる部位を、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失する部材からなる構成したものである。前記部材は、典型的には、導電性を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクをより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示したテザーの構成の一例を示す拡大図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。  
図１は、本発明の一実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図である。  
図１に示すように、デブリ除去システム１は、宇宙用のテザー１０と、テザー１０を収容するテザー収容装置を搭載する宇宙機２０と、テザー１０の一端に取り付けられたエンドマス３０とを有する。エンドマス３０側には、電子放出源が設けられている。電子放出源については、例えば非特許文献１に記載されている。図１では、宇宙機２０がデブリ２に取り付けられた状態を示した。
【００２２】
テザー１０は、カーボンナノチューブ（以下、これを「ＣＮＴ」と呼ぶ。）からなる紡績糸を例えば網状やリボン状に編んで構成される。網状に編んだテザー１０の一例を図２に示す。テザー１０は、３本の紡績糸１２がそれぞれ隣接する紡績糸１２と所定の間隔或いはランダム間隔で結ぶことで網状を構成している。符号１１は小糸を示している。網状とすることで、微小デブリが衝突しても切断されにくくすることができるが、本発明に係るテザーは、このような網状の構成に限定されるものではない。
【００２３】
本実施形態では、テザー１０をＣＮＴからなる紡績糸１２で製作することにより、軽量で電子収集性能のよいテザーを実現できる。また、万が一故障時等、テザー１０が軌道上に長時間留まってしまう場合には、原子状酸素等の軌道上の環境によってＣＮＴは劣化するため一定期間後に消失するようにできる。従って、ミッション終了後にデオービットに失敗しないようにする信頼性要求等を緩和できる。
【００２４】
なお、テザー１０は、元々欠損の多いＣＮＴをあえて使用してもよく、またテザー本体の製作後に、薬品やレーザーなどでダメージを与えてもよい。ミッション期間の比較的短いテザー１０であれば、軌道上でのテザー１０の寿命をより短くすることができ、運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクをさらに低減することができる。
【００２５】
また、テザー本体の表面に、原子状酸素耐性のある皮膜をコーティングしてもよい。コーティングされた皮膜が熱や紫外線等の別の要因で消失した後に、テザー本体が原子状酸素により消失するようにすることで、例えば軌道上でのテザー１０の寿命を長くすることができる。
【００２６】
さらに、テザー１０は、細い紡績糸をファー状に集めて構成してもよい。これにより、原子状酸素の衝突によるテザー１０の自然消滅効果を高めることができ、また宇宙プラズマからの電子収集能力も高まるため、テザー１０に流れる電流が増加し、軌道降下力を高めることができる。
【００２７】
また、テザー１０の表面に電子放出効果を高めるような起毛等の処理を施してもよい。これにより、テザー１０の表面からより多くの電子を放出させて、テザー１０に流れる電流を増やし、軌道降下力を高めることができる。
【００２８】
さらに、ミッション終了間際に、テザー１０にあえて大きな電流を流してジュール加熱によりＣＮＴからなるテザー１０を高温化することで原子状酸素による材料劣化を促し、軌道上でのテザー１０の寿命をより短くすることができ、運用衛星などへの衝突回避の負担や衝突のリスクをさらに低減することができる。この場合に、テザー１０のミッション期間は短くなくてもよい。また、テザー１０に大きな電流を流す手段は、例えば宇宙機２０に設ければよい。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。  
図３は、他の実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図であり、同図に示すデブリ除去システム１００では、テザー１１０の長さ方向の例えばごく僅かな一部の領域１１１が、ＣＮＴからなる紡績糸を例えば網状やリボン状に編んで構成される。この領域１１１は、宇宙機２０に近い位置に設けられている。領域１１１以外の大半の領域１１２は、通常のテザーの材料、例えばアルミニウムワイヤとステンレス繊維とを編んで構成される。
【００３０】
宇宙機２０は、領域１１１への原子状酸素の衝突を防ぐためのシャッター部材１２１を有する。このシャッター部材１２１は、開閉が可能であり、シャッター部材１２１を閉じると原子状酸素の領域１１１への通過を規制し、シャッター部材１２１を開くと原子状酸素が領域１１１を通過する。シャッター部材１２１の開閉の制御は、例えば所定のシーケンスに従って行ってもよいし、タイマーによって行ってもよいし、地上側等からの操作によって行ってもよい。
【００３１】
このデブリ除去システム１００では、ミッション中はシャッター部材１２１を閉じておき、ミッション終了間際にシャッター部材１２１を開くことで、テザー１１０の寿命をミッション期間に合致させて自在にコントロールすることができる。  
なお、この実施形態におけるテザー１１０では、最初に示した実施形態と同様に、領域１１１は、欠損又はダメージを有していてもよく、原子状酸素耐性のあるコーティングがされていてもよく、さらにその他の構成を採用してもよい。また、このデブリ除去システム１００は、シャッター部材１２１を持たなくてもよい。
【００３２】
また、さらに別の実施形態として、ＣＮＴからなる紡績糸で固縛しておくことにより、宇宙機がミッション中に故障した場合には、一定時間後に固縛から外れた紡績糸をバネ等で自動的に伸展するように構成することで、紡績糸を導電性テザーとして機能させるようにしてもよい。これにより、宇宙機は、その後、自動的に軌道を降下できる。
【００３３】
さらに、本発明は、テザー以外の用途にも適用できる。  
例えば、宇宙用エレベータ等、大型宇宙構造が万が一損傷を受けて破片を発生させた場合でも、大型宇宙構造のうちそのような破片となり得る部位をＣＮＴからなる部材とすることで、そのような破片はやがて消失し、長期間宇宙空間の軌道上を周回するようなことはなくなる。
【００３４】
以上の実施形態では、原子状酸素の暴露によって崩壊又は消失し、かつ、導電性の部材としてＣＮＴを用いた例を説明したが、当該部材は、ＳＰ２結合の炭素からなるナノカーボン材料であればよく、ＣＮＴ以外に例えばグラフィン、カーボンナノフィバー又はカーボンナノコイルを用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０、１１０    ：テザー
１２    ：紡績糸
１１１  ：領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020168995.tif 000005