(57)【要約】【課題】レーザ点火方式を用いた点火装置の健全性を検査できるようにする。【解決手段】固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置は、固体燃料を点火するための点火薬１１へレーザ光を伝播させる光ファイバ１９と、光ファイバ１９の先端部１９ｂから射出されたレーザ光が入射する透過反射部２１とを備える。透過反射部２１は、先端部１９ｂからのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を点火薬１１へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を先端部１９ｂへ反射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置であって、
前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、
前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部と、を備え、
該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射する、レーザ点火装置。
【請求項２】
前記透過反射部で反射され前記光ファイバを伝播して戻って来た第２のレーザ光を検出し、当該検出の結果を出力する光検出器を備える、請求項１に記載のレーザ点火装置。
【請求項３】
第１のレーザ光を発生させ、当該レーザ光を前記光ファイバの後端部に入射させる第１のレーザ光発生装置と、
第２のレーザ光を発生させ、当該レーザ光を前記光ファイバの前記後端部に入射させる第２のレーザ光発生装置と、を備える、請求項１又は２に記載のレーザ点火装置。
【請求項４】
前記レーザ光発生装置に電力を供給することにより、当該レーザ光発生装置に第１又は第２のレーザ光を発生させる電力供給装置を備え、
該電力供給装置は、
電源と、
前記電源からの電気を蓄えるコンデンサと、
前記電源と前記コンデンサとの間に設けられる充電スイッチと、
前記コンデンサに蓄えられた電気量がしきい値以上になった状態で点火指令を受けると、電力供給信号を出力する制御装置と、
前記電力供給信号が出力されることにより、前記電源からの電力を前記レーザ光発生装置へ供給するドライバと、を備える、請求項３に記載のレーザ点火装置。
【請求項５】
前記光ファイバの後端部には着脱部が設けられ、
該着脱部は、第１のレーザ光を射出する第１射出部と、第２のレーザ光を射出する第２射出部とのいずれにも着脱可能であり、
該着脱部が第１射出部又は第２射出部に取り付けられると、前記光ファイバの後端部と第１射出部又は第２射出部とが互いに光学的に接続される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ点火装置。
【請求項６】
固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置を検査する方法であって、
前記レーザ点火装置は、前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部とを備えるものであり、該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射し、
（Ａ）前記光ファイバの後端部に第２のレーザ光を入射し、
（Ｂ）前記（Ａ）の結果、前記光ファイバを伝播し、前記透過反射部で反射され、前記光ファイバを伝播して戻って来た第２のレーザ光を検出し、
（Ｃ）当該検出の結果を出力する、レーザ点火装置の検査方法。
【請求項７】
前記（Ａ）において前記後端部に入射する第２のレーザ光のエネルギの値は、前記点火薬を点火するために前記後端部に入射する第１のレーザ光のエネルギの値よりも小さい、請求項６に記載の検査方法。
【請求項８】
固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置を用いた点火方法であって、
前記レーザ点火装置は、前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部とを備えるものであり、該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射するものであり、
第１のレーザ光を、前記光ファイバ及び前記透過反射部を介して前記点火薬に入射させることにより、前記点火薬を点火する、点火方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体ロケットモータの固体燃料を点火するための点火薬をレーザ光で点火するレーザ点火装置に関する。また、本発明は、レーザ点火装置を検査する方法、及び、レーザ点火装置を用いた点火方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体ロケットモータは、人工衛星を打ち上げるためのロケット等の推進装置として用いられる。あるいは、固体ロケットモータは、人工衛星に搭載されるスラスタとして用いられる。
【０００３】
固体ロケットモータは、固体燃料が内部に配置された圧力容器を備える。圧力容器の内部は燃焼室になっており、固体燃料が燃焼することにより燃焼ガスが生じる。燃焼ガスは、圧力容器の後端部に設けられたノズルを通して、固体ロケットモータの外部へ噴出される。これにより、固体ロケットモータを搭載したロケットを推進させ、又は、固体ロケットモータを搭載した人工衛星の軌道投入、姿勢調整もしくは軌道修正がなされる。
【０００４】
このような固体ロケットモータの固体燃料を点火するために点火装置が設けられる。点火装置は、例えば、第１及び第２の点火薬と固体燃料とを備える。第１の点火薬を点火することにより、第１の点火薬から生じる火炎又は燃焼ガスにより、第２の点火薬を点火する。点火された第２の点火薬は、第１の点火薬よりも規模の大きい火炎又は燃焼ガスを発生させ、当該火炎又は燃焼ガスにより固体ロケットモータの固体燃料が点火される。このような点火装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００５】
点火薬を点火する方式には、電気点火方式とレーザ点火方式がある。電気点火方式では、導線に接続された抵抗が点火薬に埋め込まれている。この導線に電流を流すことにより抵抗で生じるジュール熱で点火薬を点火する（例えば特許文献１）。レーザ点火方式では、レーザ光を点火薬へ案内するための光ファイバが設けられている。この光ファイバの先端部から射出されたレーザ光を点火薬へ照射することにより点火薬を点火する（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−００４３４９号公報
【特許文献２】特開２０１７−２１１１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した電気点火方式を用いる点火装置の健全性を検査するために、上述した導線に微弱な電流を流して、当該導線と上記抵抗を含む電気回路の抵抗値を計測する。計測された抵抗値に基づいて、点火装置の健全性を判断する。
【０００８】
一方、レーザ点火方式を用いる点火装置の健全性を検査する方法は提案されていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、レーザ点火方式を用いた点火装置の健全性を検査できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明によるレーザ点火装置は、固体ロケットモータの固体燃料に対する点火装置であって、
前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、
前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部と、を備え、
該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射する。
【００１１】
また、本発明によるレーザ点火装置の検査方法は、固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置を検査する方法であって、
前記レーザ点火装置は、前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部とを備えるものであり、該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射し、
（Ａ）前記光ファイバの後端部に第２のレーザ光を入射し、
（Ｂ）前記（Ａ）の結果、前記光ファイバを伝播し、前記透過反射部で反射され、前記光ファイバを伝播して戻って来た第２のレーザ光を検出し、
（Ｃ）当該検出の結果を出力する。
【００１２】
更に、本発明による点火方法は、固体ロケットモータの固体燃料に対するレーザ点火装置を用いた点火方法であって、
前記レーザ点火装置は、前記固体燃料を点火するための点火薬へレーザ光を伝播させる光ファイバと、前記光ファイバを伝播し該光ファイバの先端部から射出されたレーザ光が入射する透過反射部とを備えるものであり、該透過反射部は、前記先端部からのレーザ光のうち、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第１波長と異なる第２波長の第２のレーザ光を前記先端部へ反射するものであり、
第１のレーザ光を、前記光ファイバ及び前記透過反射部を介して前記点火薬に入射させることにより、前記点火薬を点火する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ点火装置によると、透過反射部は、第１波長の第１のレーザ光を前記点火薬へ透過させ、第２波長の第２のレーザ光を反射する。したがって、光ファイバにおいて点火薬へ伝播させた第２のレーザ光は、光ファイバの先端部から射出されて透過反射部で反射され、光ファイバの先端部に入射して光ファイバを逆方向に伝播して戻って来る。このように戻って来た第２のレーザ光を検出することで、レーザ点火装置の健全性を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ点火装置を示す。
【図２】図１の部分拡大図であり、レーザ光が照射される点火薬付近の構成例を示す。
【図３】（Ａ）と（Ｂ）は、それぞれ、透過反射部の光学特性の一例を示す。
【図４】レーザ点火装置に設けられる電力供給装置の構成例を示す。
【図５】（Ａ）は、レーザ点火装置１０の検査方法を示すフローチャートであり、（Ｂ）は、レーザ点火装置を用いた点火方法を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態によるレーザ点火装置における第１のレーザ発生装置を示す。
【図７】第２実施形態によるレーザ点火装置における第２のレーザ発生装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態によるレーザ点火装置１０を示す。レーザ点火装置１０は、固体ロケットモータ２０の固体燃料５を点火するための装置である。図２は、図１の部分拡大図である。
【００１７】
（固体ロケットモータ２０の構成）
固体ロケットモータ２０は、ロケット又は人工衛星又は他の飛翔体に設けられてよい。固体ロケットモータ２０は、ロケットに設けられる場合、ロケットを打ち上げるための推進装置として用いられてよい。固体ロケットモータ２０は、人工衛星に設けられる場合、人工衛星を軌道に投入するため、人工衛星の姿勢を調整するため、又は、人工衛星の軌道を修正するために用いられてよい。固体ロケットモータ２０は、図１に示すように、圧力容器３と、圧力容器３内に設けられた固体燃料５と、固体燃料５の燃焼ガスを外部へ噴出するノズル７を備える。
【００１８】
（レーザ点火装置の構成）
レーザ点火装置１０は、固体燃料５を点火するための点火薬１１をレーザ光で点火する装置である。図２の例では、点火薬１１を第１の点火薬として、レーザ点火装置１０は、第１の点火薬１１と第２の点火薬１３を有する。第１の点火薬１１は、後述するようにレーザ光で点火させられると、燃焼ガス又は火炎を発生する。この燃焼ガス又は火炎により、第２の点火薬１３が点火される。第２の点火薬１３は、点火させられると、燃焼ガス又は火炎を発生する。この燃焼ガス又は火炎により、固体燃料５が点火されて燃焼を開始する。
【００１９】
図２の例では、第１の点火薬１１は第１の容器１２内に設けられ、第２の点火薬１３は第２の容器内１４に設けられている。第１の容器１２には開口１２ａが形成されている。開口１２ａを通して、第１の点火薬１１からの燃焼ガス又は火炎が第２の容器１４内へ進入する。第２の容器１４には開口１４ａが形成されている。開口１４ａを通して、第２の点火薬１３からの燃焼ガス又は火炎が圧力容器３内へ進入する。なお、第１及び第２の点火薬１１，１３は、一例ではボロン硝酸カリウム（Ｂ／ＫＮＯ３）であってよいが、これに限定されない。
【００２０】
本発明によると、レーザ光で点火された点火薬１１（図２では第１の点火薬１１）が発生する燃焼ガス又は火炎により、直接、又は、追加の１つ又は複数の点火薬（図２では第２の点火薬１３）を介して固体燃料５を点火させるようにレーザ点火装置１０が構成されていればよい。
【００２１】
レーザ点火装置１０は、図１と図２に示すように、第１及び第２のレーザ光発生装置１５，１７と、光ファイバ１９と、透過反射部２１と、光検出器２３を更に備える。
【００２２】
第１のレーザ光発生装置１５は、第１波長を有する第１のレーザ光（以下で単に第１のレーザ光ともいう）を発生させ、第１のレーザ光を光ファイバ１９の後端部１９ａ（例えば後端面）に入射させる。第２のレーザ光発生装置１７は、第２波長を有する第２のレーザ光（以下で単に第２のレーザ光ともいう）を発生させ、第２のレーザ光を光ファイバ１９の後端部１９ａに入射させる。実施例では、第１波長は、４５０ｎｍであり、第２波長は、８５０ｎｍである。
【００２３】
第１のレーザ光発生装置１５は第１の半導体レーザ１５ａを備え、第２のレーザ光発生装置１７は第２の半導体レーザ１７ａを備えていてよい。また、各レーザ光発生装置１５，１７は、コリメートレンズ１５ｂ，１７ｂと集光レンズ１８を備えていてよい。なお、図１の例では、集光レンズ１８は、第１および第２のレーザ光発生装置１５，１７に共有されている。第１及び第２の半導体レーザ１５ａ，１７ａがそれぞれ発生した第１及び２のレーザ光は、コリメートレンズ１５ｂ，１７ｂ及び集光レンズ１８により同じ光ファイバ１９の後端部１９ａに入射して、光ファイバ１９を伝播する。なお、図１の例では、第２の半導体レーザ１７ａからの第２のレーザ光は、その一部が後述のビームスプリッタ２５を透過して光ファイバ１９の後端部１９ａに入射する。なお、コリメートレンズ１５ｂ，１７ｂと集光レンズ１８は、省略されてもよい。
【００２４】
光ファイバ１９は、各レーザ光発生装置１５，１７で発生させられたレーザ光を伝播させる。すなわち、光ファイバ１９は、第１及び第２のレーザ光発生装置１５，１７が発生した第１及び第２のレーザ光が入射する後端部１９ａを有し、後端部１９ａに入射した第１及び第２のレーザ光を伝播させ、当該レーザ光を、その先端部１９ｂ（例えば先端面）から射出する。なお、光ファイバ１９は、上述した後端部１９ａから先端部１９ｂまで、レーザ光を伝播させるものであればよい。例えば、光ファイバ１９は、複数本の光ファイバが（例えばコネクタを介して）互いに直列に結合されたものであってもよいし、光ファイバ１９同士の結合部を有さずに後端部１９ａから先端部１９ｂまで連続的に延びるものであってもよい。なお、図２の例では、先端部１９ｂが第１の容器１２内に位置するように、光ファイバ１９における先端部１９ｂ側が第１の容器１２に取り付けられている。
【００２５】
透過反射部２１には、光ファイバ１９の先端部１９ｂから射出されたレーザ光が入射する。透過反射部２１は、入射するレーザ光うち、第１のレーザ光を点火薬１１へ透過させ、第２のレーザ光を先端部１９ｂへ反射する。例えば、透過反射部２１は、第１のレーザ光に対する透過率が７０％以上、９０％以上、又は９５％以上（例えばほぼ１００％）になり、第２のレーザ光に対する反射率が７０％以上、９０％以上、又は９５％以上（例えばほぼ１００％）となるように形成されてよい。透過反射部２１は、光学フィルタであってよい。光学フィルタは、例えば、透明な材料（一例ではプラスチック）で形成された透明部材２１ａと、該透明部材２１ａの表面に形成された被膜２１ｂとを有するものであってよい。被膜２１ｂは、第１のレーザ光が透過し、第２のレーザ光を反射する材料で形成されている。被膜２１ｂは、例えば、第１のレーザ光が透過し第２のレーザ光を反射するように、屈折率の異なる物質を交互に積層させた多層膜として形成されてよい。このような多層膜は、例えば、低温スパッタリングにより、透明部材２１ａ（ガラス、フィルム、樹脂など）の表面に形成されてよい。透過反射部２１で反射されたレーザ光は、光ファイバ１９の先端部１９ｂに入射し、後端部１９ａへ光ファイバ１９を伝播する。
【００２６】
なお、図２のように、レーザ点火装置１０は、光ファイバ１９の先端部１９ｂから射出された第１のレーザ光を第１の点火薬１１に集光するレンズ２２を更に有していてもよい。レンズ２２は、第１の容器１２内に配置されてよい。なお、レンズ２２は、図２では先端部１９ｂと透過反射部２１との間に配置されているが、透過反射部２１と第１の点火薬１１との間に配置されてもよい。
【００２７】
図３（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、透過反射部２１の光学特性の一例を示す。図３（Ａ）（Ｂ）において、横軸は、透過反射部２１に入射する光の波長であり、縦軸は、当該光が透過反射部２１を透過する割合である透過率を示す。図３（Ａ）（Ｂ）では、透過反射部２１の透過率は、波長が４５０ｎｍ（第１波長）である場合には１００％であり、波長が８５０ｎｍ（第２波長）である場合には非常に小さい値（０％に近い値）である。図３（Ｂ）のように、透過反射部２１は、４５０ｎｍを含む狭い波長範囲でのみ光を透過し、この波長範囲の波長幅は、例えば１００ｎｍ以下または５０ｎｍ以下の幅であってもよい。この場合には、当該波長範囲以外の波長のレーザ光では、第１の点火薬１１を点火できないので、安全性が更に高まる。
【００２８】
光検出器２３（図１を参照）は、透過反射部２１で反射され光ファイバ１９を伝播して戻って来た第２のレーザ光を検出し、当該検出の結果を出力する。出力される当該結果は、例えば、光検出器２３が検出した第２のレーザ光の強度であってよい。第１実施形態では、透過反射部２１で反射され光ファイバ１９を伝播して戻ってきた第２のレーザ光は、光ファイバ１９の後端部１９ａから射出されて、光検出器２３により検出される。第２のレーザ光が、光ファイバ１９を伝播して戻って来る過程で、光ファイバ１９の密度や組成の揺らぎにより光ファイバ１９の散乱光が発生する場合には、光検出器２３が検出する第２のレーザ光の強度は、当該散乱光の強度であってもよい。この場合、光検出器２３は、OTDR（Optical Time Domain Reflectometer）を用いたものであってよい。
【００２９】
図３の例では、レーザ点火装置１０において、第２の半導体レーザ１７ａとコリメートレンズ１７ｂとの間には、ビームスプリッタ２５が設けられている。ビームスプリッタ２５は、光ファイバ１９の後端部１９ａから射出された第２のレーザ光の一部を光検出器２３へ反射する。光検出器２３は、ビームスプリッタ２５で反射された第２のレーザ光を受けて検出する。なお、戻ってきた第２のレーザ光は、第１の半導体レーザ１５ａへも向かうが、第１の半導体レーザ１５ａに至る前に適宜のフィルタで減衰させられてもよい。
【００３０】
なお、図１の例において、第１及び第２の半導体レーザ１５ａ，１７ａ、コリメートレンズ１５ｂ，１７ｂ、集光レンズ１８、光ファイバ１９における後端部１９ａ側、光検出器２３、及びビームスプリッタ２５は、これらを支持する支持体２４に取り付けられていてよい。
【００３１】
レーザ点火装置１０は、図１のように、各レーザ光発生装置１５，１７に対して設けられた電力供給装置２７を備えていてよい。レーザ光発生装置１５，１７（第１及び第２の半導体レーザ１５ａ，１７ａ）は、電力供給装置２７から電流が供給されることにより、レーザ光を発生する。
【００３２】
図４は、各レーザ光発生装置１５，１７に対して設けられた電力供給装置２７の構成例を示す。電力供給装置２７は、電源２７ａとコンデンサ２７ｂと充電スイッチ２７ｃと制御装置２７ｄとドライバ２７ｅを備える。
【００３３】
電源２７ａは、例えば直流電力を供給するバッテリーであってよい。図４では、電源２７ａの正極から正極ラインＬ１が延びており、電源２７ａの負極から負極ラインＬ２が延びている。負極ラインＬ２は、グラウンドＧに接続されている。
【００３４】
コンデンサ２７ｂは、電源２７ａからの電気（電荷）を蓄える。コンデンサ２７ｂの一端（正極板）は、正極ラインＬ１に接続され、コンデンサ２７ｂの他端（負極板）は、負極ラインＬ２に接続されている。
【００３５】
充電スイッチ２７ｃは、電源２７ａとコンデンサ２７ｂとの間に設けられる。図４では、充電スイッチ２７ｃは、正極ラインＬ１に設けられている。充電スイッチ２７ｃが閉じられると（図４の例では、充電スイッチ２７ｃと後述の安全スイッチ２７ｇが閉じられると）、電源２７ａからコンデンサ２７ｂに電流が流れ、これにより、コンデンサ２７ｂは、電源２７ａからの電気を蓄える。
【００３６】
制御装置２７ｄは、コンデンサ２７ｂに蓄えられた電気量がしきい値以上になった状態で点火指令を受けると、ドライバ２７ｅへ電力供給信号を出力する。制御装置２７ｄは、制御部２７ｄ１と指令受信部２７ｄ２を有する。制御部２７ｄ１は、コンデンサ２７ｂに蓄えられた電気量を監視し、当該電気量がしきい値以上になったと判断したら、充電済み信号を指令受信部２７ｄ２へ出力する。これにより、指令受信部２７ｄ２は、点火信号を出力可能な状態となる。この状態で、指令受信部２７ｄ２は、点火指令を外部から受けると、点火信号を制御部２７ｄ１へ出力し、これにより、制御部２７ｄ１は、ドライバ２７ｅへ電力供給信号を出力する。
【００３７】
ドライバ２７ｅは、電源２７ａとレーザ光発生装置１５，１７（半導体レーザ１５ａ，１７ｂ）との間に設けられる。図４では、ドライバ２７ｅには正極ラインＬ１と負極ラインＬ２が接続されている。ドライバ２７ｅは、初期状態では、コンデンサ２７ｂからレーザ光発生装置１５，１７へ電力を供給不可能な状態になっている。充電スイッチ２７ｃと安全スイッチ２７ｇが閉じられていることによりコンデンサ２７ｂに電気が蓄えられている状態で、ドライバ２７ｅは、電力供給信号を受けると、コンデンサ２７ｂからレーザ光発生装置１５，１７へ電力を供給させる電力供給状態に切り替わる。例えば、ドライバ２７ｅに設けられたスイッチの開閉により、ドライバ２７ｅは、初期状態から電力供給状態へ切り替えられてよい。
【００３８】
電力供給装置２７は、更に、第１の抵抗２７ｆと安全スイッチ２７ｇと放電スイッチ２７ｈと第２の抵抗２７ｉを備える。第１の抵抗２７ｆは、電源２７ａとコンデンサ２７ｂとの間に設けられる。安全スイッチ２７ｇは、電源２７ａと充電スイッチ２７ｃの間に設けられる。図４では、第１の抵抗２７ｆと安全スイッチ２７ｇは、正極ラインＬ１に設けられている。放電スイッチ２７ｈと第２の抵抗２７ｉを介して、コンデンサ２７ｂの両端が互いに接続されている。
【００３９】
制御装置２７ｄは、電源２７ａからの電力で動作するように構成されてよい。この場合、制御部２７ｄ１は、充電スイッチ２７ｃを介さず安全スイッチ２７ｇを介して電源２７ａに接続されている。図４では、制御部２７ｄ１は、安全スイッチ２７ｇと充電スイッチ２７ｃとの間において正極ラインＬ１に接続されている。安全スイッチ２７ｇが閉じられると、制御部２７ｄ１は、電源２７ａからの電力で起動する。一方、指令受信部２７ｄ２は、電源２７ａと安全スイッチ２７ｇとの間において正極ラインＬ１に接続されており、安全スイッチ２７ｇの開閉に係わらず、電源２７ａからの電力で起動された状態となっていてよい。
【００４０】
安全スイッチ２７ｇと充電スイッチ２７ｃと放電スイッチ２７ｈは、適宜の駆動部（図示せず）を介して指令受信部２７ｄ２又は制御部２７ｄ１により開閉されてよい。当該駆動部は、図示しない電力供給ラインを介して電源２７ａ又は別の電源（例えばバッテリー）からの電力により動作し、指令受信部２７ｄ２又は制御部２７ｄにより制御されてよい。また、安全スイッチ２７ｇと充電スイッチ２７ｃなどは、図４では正極ラインＬ１に設けられているが、負極ラインＬ２に設けられてもよい。
【００４１】
電力供給装置２７は、次の（１）〜（４）の手順で動作する。電力供給装置２７の初期状態では、安全スイッチ２７ｇと充電スイッチ２７ｃは開いており、放電スイッチ２７ｈは閉じている。この初期状態から、次の（１）〜（４）が行われる。
【００４２】
（１）指令受信部２７ｄ２は、固体ロケットモータ２０の外部から無線又は有線で準備指令を受けると、準備信号を出力する。これにより、上記駆動部が安全スイッチ２７ｇを閉じる。その結果、制御部２７ｄ１は、電源２７ａからの電力を受けて起動する。また、準備信号の出力により、指令受信部２７ｄ２は、後述の充電信号を出力可能な状態になる。
【００４３】
（２）その後、指令受信部２７ｄ２は、固体ロケットモータ２０の外部から無線又は有線で充電指令を受けると、充電信号を制御部２７ｄ１へ出力する。これにより、制御部２７ｄ１は、放電スイッチ２７ｈを開くとともに、充電スイッチ２７ｃを閉じる。その結果、電源２７ａからの電流が、閉じられた安全スイッチ２７ｇ及び充電スイッチ２７ｃを介して、コンデンサ２７ｂへ流入して、コンデンサ２７ｂが充電される。なお、指令受信部２７ｄ２は、上記（１）で充電信号を出力可能な状態になっていない場合には、充電指令を受けても、充電信号を出力しない。
【００４４】
（３）一方、制御部２７ｄ１は、上記（１）で起動された時から、コンデンサ２７ｂに蓄えられた電気量を監視している。制御部２７ｄ１は、当該電気量がしきい値（例えば、コンデンサ２７ｂに蓄えられる最大電気量の９５％）以上になったと判断したら、充電済み信号を指令受信部２７ｄ２へ出力する。これにより、指令受信部２７ｄ２は、後述の点火信号を出力可能な状態になる。
【００４５】
（４）次に、指令受信部２７ｄ２は、固体ロケットモータ２０の外部から無線又は有線で点火指令を受けると、点火信号を制御部２７ｄ１に出力する。これにより、制御部２７ｄ１は、ドライバ２７ｅに電力供給信号を出力する。ドライバ２７ｅは、電力供給信号を受けると、コンデンサ２７ｂからレーザ光発生装置１５，１７（半導体レーザ１５ａ，１７ｂ）に電力（電流）を供給させる。なお、指令受信部２７ｄ２は、上記（３）で点火信号を出力可能な状態になっていない場合には、点火指令を受けても、点火信号を出力しない。
【００４６】
このように、準備指令、充電指令、及び点火指令がこの順で指令受信部２７ｄ２に入力されることにより、コンデンサ２７ｂからレーザ光発生装置１５，１７に電力が供給されるので、レーザ点火装置１０が誤って作動することを確実に防止できる。
また、上記（４）の段階に至るまでの手順の途中で、点火を中断したい場合には、適宜の装置により、固体ロケットモータ２０の外部から無線又は有線で点火停止指令を送信して指令受信部２７ｄ２に入力してもよい。これにより、指令受信部２７ｄ２は、点火停止信号を制御部２７ｄ１へ出力し、制御部２７ｄ１は、点火停止信号に従って、放電スイッチ２７ｈを閉じるとともに、充電スイッチ２７ｃを開く。これにより、コンデンサ２７ｂは放電を開始するので、速やかに安全化処置がなされる。
【００４７】
（レーザ点火装置の検査方法）
図５（Ａ）は、レーザ点火装置１０の検査方法を示すフローチャートである。この検査方法は、固体ロケットモータ２０を備えるロケット又は人工衛星の組み立て前、当該組み立て中、および当該組み立て後の各段階で行われてよい。また、この検査方法は、ロケット又は人工衛星が地球大気圏又は宇宙空間を飛翔している時に（例えば飛翔中の各段階で）行われてもよい。
【００４８】
ステップＳ１では、第２のレーザ光発生装置１７により、第２のレーザ光を発生させ、光ファイバ１９の後端部１９ａに当該第２のレーザ光を入射させる。その結果、第２のレーザ光は、光ファイバ１９を伝播し、透過反射部２１で反射され、光ファイバ１９を伝播して戻って来る。詳しくは、後端部１９ａに入射した第２レーザ光は、光ファイバ１９を伝播して、その先端部１９ｂから透過反射部２１へ射出され、透過反射部２１で反射され、先端部１９ｂに入射して再び光ファイバ１９を逆方向に伝播して戻って来る。
【００４９】
ステップＳ１では、後端部１９ａに入射する第２のレーザ光のエネルギの値（以下で検査エネルギ値という）は、第１の点火薬１１を点火するために後端部１９ａに入射する第１のレーザ光のエネルギの値（以下で点火エネルギ値という）よりも小さい。検査エネルギ値は、より詳しくは、ステップＳ１において第１所定時間にわたって第２のレーザ光を後端部１９ａに時間的に連続して入射する場合に、第１所定時間にわたって後端部１９ａに入射する第２のレーザ光のエネルギの合計であってよい。また、点火エネルギ値は、第１の点火薬１１を点火するために、例えば後述のステップＳ１１で第２所定時間にわたって第１のレーザ光を後端部１９ａに時間的に連続して入射する場合に、第２所定時間にわたって後端部１９ａに入射する第１のレーザ光のエネルギの合計であってよい。点火エネルギ値は、第１の点火薬１１を点火するために必要な最小の値であってよい。検査エネルギ値は、例えば、点火エネルギ値の１／１００以下又は１／１０００以下であってよい。ステップＳ１では、電力供給装置２７は、検査エネルギ値が得られるように設定された電流を、第１所定時間にわたって半導体レーザ１７ａに供給する。
【００５０】
ステップＳ２では、ステップＳ１によって光ファイバ１９を伝播して戻って来た第２のレーザ光を、光検出器２３により検出する。詳しくは、光ファイバ１９を伝播して戻って来た第２のレーザ光は、後端部１９ａから射出されて光検出器２３に入射する。図１の例では、後端部１９ａから射出された第２のレーザ光の一部が、ビームスプリッタ２５で反射されて光検出器２３に入射して光検出器２３に検出される。
【００５１】
ステップＳ３では、光検出器２３は、ステップＳ２で検出した結果を出力する。この結果は、例えばステップＳ２で検出した第２のレーザ光の強度を示す。出力された結果は、例えばディスプレイに表示されてもよいし、適宜の端末装置へ送信されてもよいし、適宜の記憶装置に記憶されてもよい。
【００５２】
（レーザ点火装置の点火方法）
図５（Ｂ）は、レーザ点火装置１０の点火方法を示すフローチャートである。この点火方法は、固体ロケットモータ２０の実際の使用時に行われる。すなわち、固体ロケットモータ２０が備えられたロケットの打ち上げ時、又は、固体ロケットモータ２０が備えられた人工衛星の軌道投入時、姿勢調整時もしくは軌道修正時に行われる。
【００５３】
ステップＳ１１では、第１のレーザ光発生装置１５により、第１のレーザ光を発生させ、光ファイバ１９の後端部１９ａに当該第１のレーザ光を入射させる。その結果、第１レーザ光は、光ファイバ１９を伝播し、透過反射部２１を透過し、第１の点火薬１１に照射される。これにより、第１の点火薬１１が点火される。
【００５４】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１における第１の点火薬１１の点火により、第１の点火薬１１からの火炎又は燃焼ガスが生じる。この火炎又は燃焼ガスにより、レーザ点火装置１０の第２の点火薬１３が点火される。
【００５５】
ステップＳ１３では、このように点火された第２の点火薬１３からの火炎又は燃焼ガスにより、固体ロケットモータ２０の固体燃料５が燃焼を開始する。その結果、固体燃料５から生じた燃焼ガスがノズル７から外部へ噴出される。
【００５６】
（第１実施形態の効果）
本発明のレーザ点火装置１０によると、透過反射部２１は、第１波長の第１のレーザ光を点火薬１１へ透過させ、第２波長の第２のレーザ光を反射する。したがって、光ファイバ１９において第１の点火薬１１へ伝播させた第２のレーザ光は、光ファイバ１９の先端部１９ｂから射出されて透過反射部２１で反射され、光ファイバ１９の先端部１９ｂに入射して光ファイバ１９を逆方向に伝播して戻って来る。このように戻って来た第２のレーザ光を検出することで、レーザ点火装置１０の健全性（特にレーザ光の光路の健全性）を検査することができる。例えば、光ファイバ１９に断線が生じていないかを検査できる。あるいは、光ファイバ１９が、複数の光ファイバ１９を直列にコネクタで接続されているものである場合に、当該コネクタによる接続に不具合がないかを検査できる。あるいは、図２の例では、レーザ点火装置１０の第１の容器１２内におけるレーザ光の光路に不具合がないかを検査できる。
【００５７】
レーザ点火装置１０が、ロケットにおける最下段の固体ロケットモータ２０の固体燃料５を点火するものである場合、電力供給装置２７は地上側に設けられ、光ケーブルは、例えば２ｋｍの長さを有する。このような長い光ファイバ１９であっても、例えばロケットの打ち上げの前に、レーザ点火装置１０におけるレーザ光の光路の健全性を第２のレーザ光で検査できる。
【００５８】
なお、レーザ点火装置１０が、ロケットにおける最下段よりも上段の固体ロケットモータ２０の固体燃料５、又は、人工衛星に搭載された固体ロケットモータ２０の固体燃料５を点火するものである場合でも、レーザ点火装置１０の健全性を第２のレーザ光で検査できる。
【００５９】
検査において後端部１９ａに入射する第２のレーザ光のエネルギの値は、第１の点火薬１１を点火するために後端部１９ａに入射する第１のレーザ光のエネルギの値よりも小さい。したがって、仮に、第２のレーザ光が第１の点火薬１１に照射されたとしても、第１の点火薬１１は点火されない。よって、レーザ点火装置１０の健全性の検査において、第１の点火薬１１が点火されてしまうことを確実に防止できる。
【００６０】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態によるレーザ点火装置１０の第１のレーザ光発生装置１５を示す。図７は、本発明の第２実施形態によるレーザ点火装置１０の第２のレーザ光発生装置１７を示す。第２実施形態において、以下で説明しない点は、第１実施形態と同じであってよい。
【００６１】
第１実施形態では、第１のレーザ光発生装置１５と第２のレーザ光発生装置１７とは、一体のユニットを構成したが、第２実施形態では、第１のレーザ光発生装置１５と第２のレーザ光発生装置１７とは、互いに分離された別々の装置として構成される。
【００６２】
第１のレーザ光発生装置１５は、図６（Ａ）のように、第１の半導体レーザ１５ａが発生した第１のレーザ光を射出する第１射出部２９を有する。図６（Ａ）の例では、第１射出部２９は、光ファイバ３１の先端部３１ａを含む。光ファイバ３１は支持体３３に取り付けられている。支持体３３には、更に、第１の半導体レーザ１５ａ、コリメートレンズ１５ｂ及び集光レンズ１５ｃが取り付けられている。第１の半導体レーザ１５ａからの第１のレーザ光は、コリメートレンズ１５ｂ及び集光レンズ１５ｃにより集光されて光ファイバ３１の後端部３１ｂに入射する。光ファイバ３１の先端部３１ａには、コネクタ３５が設けられている。光ファイバ３１の先端部３１ａとコネクタ３５は、第１射出部２９を構成する。
【００６３】
同様に、第２のレーザ光発生装置１７は、図７（Ａ）のように、第２の半導体レーザ１７ａが発生した第２のレーザ光を射出する第２射出部３７を有する。図７（Ａ）の例では、第２射出部３７は、光ファイバ３９の先端部３９ａを含む。光ファイバ３９は支持体４１に取り付けられている。支持体４１には、更に、第２の半導体レーザ１７ａ、コリメートレンズ１７ｂ、集光レンズ１７ｃ、及び光検出器２３が取り付けられている。第２の半導体レーザ１７ａからの第２のレーザ光は、コリメートレンズ１７ｂ及び集光レンズ１７ｃにより集光されて光ファイバ３９の後端部３９ｂに入射する。光ファイバ３９の先端部３９ａには、コネクタ４３が設けられている。光ファイバ３９の先端部３９ａとコネクタ４３は、第２射出部３７を構成する。
【００６４】
一方、光ファイバ１９の後端部１９ａには、図６（Ａ）又は図７（Ａ）のように、着脱部４５が設けられている。着脱部４５は、第１のレーザ光を射出する第１射出部２９と、第２のレーザ光を射出する第２射出部３７とのいずれにも着脱可能である。着脱部４５は、コネクタであってよい。着脱部４５が第１射出部２９に取り付けられると、光ファイバ１９の後端部１９ａと第１射出部２９とが互いに光学的に接続され、着脱部４５が第２射出部３７に取り付けられると、光ファイバ１９の後端部１９ａと第２射出部３７とが互いに光学的に接続される。図６（Ａ）は、着脱部４５が第１射出部２９から取り外されている状態を示し、図６（Ｂ）は、着脱部４５が第１射出部２９に取り付けられている状態を示す。同様に、図７（Ａ）は、着脱部４５が第２射出部３７から取り外されている状態を示し、図７（Ｂ）は、着脱部４５が第２射出部３７に取り付けられている状態を示す。
【００６５】
第２実施形態では、レーザ点火装置１０の健全性を検査する時には、光ファイバ１９の着脱部４５（コネクタ）に、第２のレーザ光発生装置１７の第２射出部３７（コネクタ４３）を取り付ける。この状態で、第２の半導体レーザ１７ａが第２のレーザ光を発生することにより、第２のレーザ光が、（例えばコリメートレンズ１７ｂ及び集光レンズ１７ｃを通って）光ファイバ３９を伝播し第２射出部３７から光ファイバ１９の後端部１９ａへ入射する。
【００６６】
レーザ点火装置１０の健全性の検査が完了したら、着脱部４５を第２射出部３７から取り外し、第１のレーザ光発生装置１５の第１射出部２９（コネクタ３５）に着脱部４５を取り付ける。この状態で、第１の半導体レーザ１５ａが第１のレーザ光を発生することにより、第１のレーザ光が、（例えばコリメートレンズ１５ｂ及び集光レンズ１５ｃを通って）光ファイバ３１を伝播し第１射出部２９から光ファイバ１９の後端部１９ａへ入射する。その結果、第１の点火薬１１が点火される。したがって、固体ロケットモータ２０を実際に使用する時には、第２のレーザ光発生装置１７は、レーザ点火装置１０から取り外されている。
【００６７】
なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００６８】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
３  圧力容器、５  固体燃料、７  ノズル、１０  レーザ点火装置、１１  第１の点火薬、１２  第１の容器、１２ａ  開口、１３  第２の点火薬、１４  第２の容器、１４ａ  開口、１５  第１のレーザ光発生装置、１５ａ  第１の半導体レーザ、１５ｂ  コリメートレンズ、１５ｃ  集光レンズ、１７  第２のレーザ光発生装置、１７ａ  第２の半導体レーザ、１７ｂ  コリメートレンズ、１７ｃ  集光レンズ、１８  集光レンズ、
１９  光ファイバ、１９ａ  後端部、１９ｂ  先端部、２０  固体ロケットモータ、２１  透過反射部、２１ａ  透明部材、２１ｂ  被膜、２２  レンズ、２３  光検出器、２４  支持体、２５  ビームスプリッタ、２７  電力供給装置、２７ａ  電源、２７ｂ  コンデンサ、２７ｃ  充電スイッチ、２７ｄ  制御装置、２７ｄ１  制御部、２７ｄ２  指令受信部、２７ｅ  ドライバ、２７ｆ  第１の抵抗、２７ｇ  安全スイッチ、２７ｈ  放電スイッチ、２７ｉ  第２の抵抗、２９  第１射出部、３１  光ファイバ、３１ａ  先端部、３１ｂ  後端部、３３  支持体、３５  コネクタ、３７  第２射出部、３９  光ファイバ、３９ａ  先端部３９ｂ  後端部、４１  支持体、４３  コネクタ、４５  着脱部（コネクタ）、Ｌ１  正極ライン、Ｌ２  負極ライン、Ｇ  グラウンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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