(57)【要約】      （修正有）【課題】大気熱を推進力に変え、浮上する技術を提案すること。【解決手段】透明で均質な媒質に高周波の超音波を入射し、これに垂直な方向に電磁波を入射すると、電磁波は該媒質を通過後に回折する。これは、超音波の疎密波としての性質により、媒質が位相格子として機能したためである（ラマン・ナス回折）。本発明では、この現象を応用し、向き１およびエアロゾルに接する板を設置する。なお、板には向き１と垂直な方向に溝が設けられている。すると、向き１に沿って入射する空気分子のみ回折が頻発し、進路を曲げられて前記の溝に入射しやすい。この空気分子は溝に入射後、向き１に激力を及ぼすこととなる。このようにして、系に推進力が作用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を構成する分子のド・ブロイ波の波動性を利用した推進方法であって、
回折効果を利用して物体にかかる大気圧の等方性を崩すことにより、推進力を発現させることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２】
請求項１記載の推進方法であって、大気を構成する分子のド・ブロイ波のドップラー効果を利用することによって、
前記回折効果を強めたことを特徴とする、推進方法。
【請求項３】
請求項１記載の推進方法であって、前記回折の対象である位相格子に対する大気を構成する分子の相対速度の制御によって、
前記回折効果を強めたことを特徴とする、推進方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の推進方法であって、
前記回折の対象である位相格子として、粒子状の物質を用いたことを特徴とする、推進方法。
【請求項５】
請求項４記載の粒子状の物質とは、気体であることを特徴とする、推進方法。
【請求項６】
請求項４記載の粒子状の物質、または請求項５記載の気体とは、
分散媒であることを特徴とする、推進方法。
【請求項７】
請求項６記載の分散媒とは、エアロゾルであることを特徴とする、推進方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項記載の推進方法であって、
前記位相格子を実現するために、当該位相格子の媒体に弾性波を伝播させたことを特徴とする、推進方法。
【請求項９】
請求項８記載の弾性波とは、音波であることを特徴とする、推進方法。
【請求項１０】
請求項８記載の弾性波、または請求項９記載の音波とは、超音波であることを特徴とする、推進方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項記載の推進方法であって、
位相格子の実現のためにラマン・ナス回折の性質を用いたことを特徴とする、推進方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項記載の推進方法であって、
弾性波、もしくは音波、もしくは超音波は、進行波であることを特徴とする、推進方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項記載の推進方法は、
エアロゾルに超音波を進行波として伝播させて位相格子を構成し、かつ当該伝播とともに当該の位相格子が移動するとし、
当該移動方向近傍の向きに空気を構成する分子を入射させて位相格子に対するド・ブロイ波長を長くすることを特徴とし、
かつ、当該移動方向近傍と逆向きに空気を構成する分子を入射させて位相格子に対するド・ブロイ波長を短くすることを特徴とし、
これによって当該の入射の向き毎にド・ブロイ波の回折の度合を異なるようにすることを特徴とし、
前記回折の度合いの違いに基づき、系に偏った向きの激力を与え、推進力を生じせしめる、推進方法。
【請求項１４】
請求項１３において、系に偏った向きの激力を与えるため、
前記エアロゾルと超音波の伝播方向に接するように、平行に板を配し、
かつ該板の超音波およびエアロゾルに面した方の面に、超音波の進行方向に垂直な溝もしくは穴もしくはスリットを設け、
エアロゾルに関して前記の板とは逆側から、超音波の伝播方向に沿ってエアロゾルに入射し、
位相格子に対する相対的なド・ブロイ波長の長短によってラマン・ナス回折の起こりやすさの違いを利用したことを特徴とする、推進方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４のいずれか一項記載の推進方法において、
前記エアロゾルを帯電させ、電磁気力によって装置内に閉じ込めたことを特徴とする、推進方法。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか一項記載の推進方法において、
弾性波、もしくは音波、もしくは超音波は、反射板や音響レンズを適宜用いて増幅や系内の循環をさせることを特徴とする、推進方法。
【請求項１７】
請求項１３から１６のいずれか一項記載の推進方法において、
前記系とは、エアロゾルとこれを閉じ込める装置、および超音波音源、および反射板あるいは音響レンズであることを特徴とする、推進方法。
【請求項１８】
請求項１３から１７のいずれか一項記載の推進方法において、
超音波は高周波であることを特徴とし、
エアロゾルは粒径および最近接距離が1〜100nmであることをとくとし、
エアロゾルの分子量は100のオーダーであることを特徴とする、推進方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項記載の推進方法による推進装置を、
強力な推進力を得るために多数集積することを特徴とする、推進方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の推進方法において、一部の構成子の向きを変える事で、ブレーキや推進方向の制御を可能とする、推進方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０のいずれか一項記載の推進方法において、
構成子の空気の出入り口を塞ぐことによって、ブレーキや推進方向の制御を可能とする、推進方法。
【請求項２２】
請求項１９から２１のいずれか一項記載の推進方法において、
構成子の超音波の強さを強くすることで推進力を強めたり推進力の方向を制御したり出来ることを特徴とし、
また、構成子の超音波の強さを弱くすることで推進力を弱めたり推進力の方向を制御したり出来ることを特徴とする、
推進方法。
【請求項２３】
請求項１９から２２のいずれか一項記載の推進方法において、
エアロゾルの密度を変更することによって、ブレーキや推進方向の制御を可能とする、推進方法。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項記載の推進方法を実現する推進装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の推進装置を用いた浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進方法に関し、より詳細には、物質波（ド・ブロイ波）のドップラー効果と回折効果を利用して、物体に非等方的な圧力を生ぜしめる技術に関する。本発明はまた、前記推進方法を用いた推進装置に関し、特に大気中で大気熱を推進力に変換する装置に関する。本発明はさらにまた、前記技術を用いて浮上を実現する方法に関し、かつ当該方法を用いた浮上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在知られる主な推進技術には、自動車などで用いられるエンジンによるもの、蒸気機関、リニアモーターカーなどで用いられる磁気浮上技術、プロペラやスクリューを用いた手段がある。また、気球は、熱することで大気中に温度差を発生させ、これに伴って生ずる圧力差を利用して上昇する技術である。飛行船は、大気の主成分よりもヘリウムガスの密度が小さいことを利用して浮力を生じ、上昇するものである。さらに飛行機では、翼の上下で流体（＝大気）に圧力差を生じさせ、重力に逆らって重量を支えるという技術が用いられている。特殊な推進方法に、イオンやプラズマ粒子などの帯電粒子を磁場によって加速させ、その反作用で推進するという、イオンエンジンやプラズマエンジンを用いたものがある。また、光波の粒子性によってもたらされる運動量を推進力として用いるレーザー推進の技術がある。
【０００３】
自動車や蒸気機関、磁気浮上、スクリューやレーザー推進による浮上においては、多くの場合、力の作用点が地上に位置する。つまり、見かけ上浮上しても、実質は地上と繋がった状態と同じである。このため、地上からの影響（例えば地震等）を免れない欠点がある。
プロペラを用いたヘリコプター等の浮上技術は、力の作用点は大気中である。
飛行船は、原理的に力の作用点が大気中である。しかし、飛行船は極めて容積が大きく、取り扱いや普及に問題があると言える。そして、浮上技術として利用できる反面、水平移動の推進力としては使用できない。
【０００４】
飛行機の浮上技術の場合、飛行速度が速いほど作用する浮上力が強くなる傾向があるが、高速であること自体が危険であるし、そもそも高速でなければ飛行できないというのも危険度が高いと言える。また、空中に静止することも出来ないため、用途が移動手段に限られる。
イオンエンジンやプラズマエンジンは、大気圏内での利用はあまり現実的でない。これらの技術は、主に宇宙空間で利用されている。
【０００５】
一方、ロケットやスペースシャトルなど、宇宙空間用の飛行体は、大気圏を抜けるために大掛かりな噴射装置を用い、これ故危険であり、かつ乗組員は厳しい訓練を受けなければならない。このような背景から、宇宙旅行および月面や火星への移住の実現には多くの困難がある。
【０００６】
次に、微細レベルの物理的性質を利用した技術について見てみる。微細レベルの物理的性質を利用した推進方法の提案として、例えば特許文献１、特許文献２、および特許文献３がある。特許文献１と特許文献２では、空気を構成する分子（以下、「空気分子」と称する）のド・ブロイ波の回折と干渉の効果を利用し、物体に作用する大気圧の等方性を崩して推進力を得るものである。
【０００７】
特許文献３では、特許文献１および特許文献２を実現するための手段の提案であり、微細構造を分散媒（主にエアロゾル）を用いて実現する点に特徴がある。
【０００８】
一方、特許文献４は、水上および水中の推進技術に関するものであり、波の回折効果を利用し、物体に作用する波力の等方性を崩して推進力を得ようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２７０５７８
【００１０】
【特許文献２】特願２００９−２４４９９７
【００１１】
【特許文献３】特願２００９−２４５９１８
【００１２】
【特許文献４】特願２００９−２６５７９６
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】朝永振一郎著  「量子力学II」みすず書房  １９９７年
【００１４】
【非特許文献２】中村僖良著  「超音波」コロナ社  ２００６年
【００１５】
【非特許文献３】西山静男、池谷和夫、山口善司、奥島基良  共著  「音響振動工学」コロナ社  ２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したように、従来の推進技術の多くは、力の作用点が地上にあるがために地上の影響を少なからず受けてしまうこと、および空中に留まることが難しいこと等の課題があった。
【００１７】
本発明は、斯かる問題点を鑑みて成されたものであり、原理的には装置の形状を改良することで、推進力を長時間確保する仕組みを提案することを課題とする。本発明はまた、当該の仕組みを利用した推進装置を提供することを課題とする。さらに本発明はまた、当該の仕組みを利用することにより、大気中に長時間留まる浮上装置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】
【００１８】
空気分子は、0℃1気圧下でその平均速度がおよそ200m/sであり、そのド・ブロイ波長は60pm程度と非常に短い。本発明の特徴の一つは、空気分子のド・ブロイ波としての性質を利用することにあるが、短いド・ブロイ波長のままでは抽出できる効果も小さくなってしまう。そこで、ド・ブロイ波長をドップラー効果によって長くすることを考える。以下ではまず、ラマン・ナス回折の説明から始める。
【００１９】
透明で均質な媒質に高周波の超音波（代わりに、一般の弾性波を用いても良い）を入射し、これに垂直な方向に電磁波を入射すると、電磁波は該媒質を通過後に回折する。これは、超音波の疎密波としての性質により、媒質が位相格子として機能したためである。これをラマン・ナス回折という。本発明では、この現象を応用する。
まず、粒径や最近接間距離が1〜100nmのオーダーのエアロゾルを配する（エアロゾルに限らず、分散媒全般で代用可能である。要は、以降で述べるが、回折を起こすような構成が作り出せれば良いのである。ここでエアロゾルを用いて説明したのは、それが空気分子に比べて大きいため、空気分子から見ると壁のように振る舞うからである。壁のように振舞うため、空気分子の回折効果だけが顕著になり、エアロゾルの回折効果による系の乱れを考慮しなくて良いからである）。これに高周波の超音波の進行波を向き１で入射する。すると、超音波の疎密はとしての性質により、エアロゾルは位相格子として振舞う。
ここで、位相格子が超音波と共に向き１に音速で進行する点に注意する。特に、エアロゾルとして分子量が100前後のものを採用すれば、該音速は空気分子の平均速度である200m/sとほぼ同程度になる。そこで、以下ではこのようにエアロゾルを選んだとして議論を進める。すると、約200m/sで向き１に進行する位相格子に固定された座標系から眺めると、向き１に飛行する空気分子の多くは相対速度が小さく、ドップラー効果で長いド・ブロイ波長となっているだろう。よって、エアロゾルに入射する空気分子のうち、向き１の近傍からの入射の場合だけ回折が見られ、これ以外の向きからの入射の場合には、ほとんど回折が見られない。
【００２０】
続いて、向き１およびエアロゾルに接する板を配する。なお、板には向き１と垂直な方向に溝が設けられている（溝でなく、穴やスリットでも良い。ただし、穴の場合はエアロゾルが漏れ出ないように注意する必要がある）。なお、当該の溝の幅は、空気分子の平均自由行程の程度（100nm程度）が望ましい（回折後に空気分子が他の分子と衝突することによって場が乱れてしまうのは好影響を及ぼすことはないため）。すると、向き１の近傍方向に沿って入射する空気分子のみ回折が頻発し、進路を曲げられて前記の溝に入射しやすいだろう。そしてこの空気分子は、溝への入射後、向き１に激力を及ぼすこととなる。このようにして、系に推進力が作用する。
具体的には、溝に入射後、方向１の向きに激力が及ぼす確率は大体1/2である。これは、溝に入射した空気分子は、向き１の向きに激力を及ぼした後、溝内の反対側の内壁にも激力を及ぼしてから、溝を出てくるかもしれないし、あるいはこのような溝内の衝突が３回以上発生するかもしれない。従って、溝を通して及ぼされる激力の有効値は、ほぼ1/2であると考えてよい。
【００２１】
なお、上記の向き１の近傍から入射する空気分子には、エアロゾルや他の空気分子と衝突を経験後、再びエアロゾルに入射もしくはエアロゾルを飛行する空気分子が含まれる。またさらに、板にぶつかってからエアロゾルに入射してくる空気分子も含む。
【００２２】
また、この推進力が機能するためには、エアロゾルと超音波、および板等が一体の系を形作っていることが望ましい。ただし、超音波の音源設備が大き過ぎる場合には、この設備のうち地上に配置できる部分は地上に置いても良い。上記の系と地上に配置した部分は、紐状の物で結んだ方が良い。このようにすることで、できるだけ浮上形態を崩さないようにするためである。
【００２３】
ちなみに、静止した系（以下、「座標系０」と称する）においても、空気分子の大きなドップラー効果を観測できる。すなわち、座標系０上でゆっくり飛行する空気分子、言い換えると、静止した座標系０上で数m/sで飛行する空気分子は、大きなドップラー効果を呈す。すると、仮に座標系０上に静止したエアロゾルがあるならば、このような空気分子はエアロゾルによって大きな回折を起こし得る。しかし、このような空気分子は、同じく座標系０上に静止した板の溝に対して大きな激力を与えることは出来ない（回折を起こした空気分子の速度が遅く、故に運動量が小さいため）。また、マクスウェル・ボルツマン分布によれば、常温・常圧（ここでは０℃１気圧）においては、そもそも速度が数m/s程度の空気分子の数は非常に少ないのである。
また逆に、推進力を効率よく得るためのエアロゾルの速度が、空気分子の平均速度（200m/s）であるとも限らない。上記で空気分子の平均速度を用いた理由は、その速度で飛行する空気分子が非常に多いことが期待できること、そして200m/sの空気分子によって与えられる激力であれば、ある程度大きな推進力が得られることである。前者の理由と後者の理由の兼ね合いで、場合に応じてエアロゾルの速度を調節することが望ましい。マクスウェル・ボルツマン分布では、空気分子の速度分布にはエアロゾルがあるから、エアロゾルの速さを200m/sよりも大きくし、該当する空気分子の数を多少減らしても、大きな激力を得られるようにした方が、トータルの推進力を大きく出来るケースも考えられる。後述の実施例ではこのような事情について例示している。
【００２４】
また、上記において、板等を静止しているものとしたが、これも状況において動かしても本発明の原理は実行できる点に注意が必要である。板が止まっていることが重要なのではなく、速く動くエアロゾルや壁１によって推進力を取り出す対象の空気分子がドップラー効果を起こすこと、このドップラー効果によって大きな回折が起こること、そしてこの回折によって、対象の空気分子が板の溝に「大きな激力を」与えることが重要なのである。これらのポイントが満たされる限りにおいて、ある程度融通を利かせた系の設計を行なってよい。
【００２５】
最後に、本発明では、より大きな推進力を得るために、上記した推進方法を実装する推進装置を多数集積することも提案している。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、大気を作用点にして推進力を得ることを可能にする。また、いかに推進対象物を推進の目的に即した形状に加工するかで、かなりの程度、際限なく推進力を増すことが出来る。
【００２７】
本発明により、空中での静止が可能となるだけでなく、水平方向・垂直方向の空中での移動手段等を可能にする。従来の二次元的な人類の営みを三次元の営みに飛躍させ、地震や津波等で人命が失われる可能性を低減することへの道を拓くこととなる。また、本発明によって宇宙船や軌道エレベータの実現が近付くこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の原理を説明したものである。（実施例１、要約書）
【図２】図２は、本発明の装置を集積した場合の構成例である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２９】
図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の原理を説明したものである。図１中の上の図は装置の構成を示したものであり、図１中の下の図は発明の原理を示したものである。
まず図１中の上の図によって示された装置の構成の説明である。図は装置の断面を示したものであり、紙面に垂直な方向に奥行きがあるものと考える。また、図を見る限りは、装置が２つに分離できるように見えてしまう。しかし、２つの部分は（図には示していないが）連結部によって繋がった一つの系となっている。これら２つの部分は負に帯電している。そしてこれらは、1〜100nm程度のオーダーの粒径・最近接距離の、負に帯電したエアロゾルを閉じ込めている。エアロゾルの分子量は100前後とし、これ故にエアロゾルの領域における音速が200m/s前後になるようにする。
系には、高出力（〜数十MHz程度）の超音波音源が配されている。また、超音波を反射する反射板を（図では）４箇所に設けている。この反射板は、超音波の全反射の性質を利用することが望ましい。また図にはないが、超音波の指向性が低下すると予想される箇所に音響レンズを配し、集束させることが望ましい。
なお、ここで示した系は空気中に配されている。
【００３０】
図１中の下の方の図を説明する。同図は、実際に推進力が作用しているところを示したものである。まず、超音波音源から超音波が発せられている。これにより、超音波の経路中のエアロゾルが疎密波となって振動していることが分かる。この超音波は、４つの反射板で反射されることにより、常に進行波として伝播している（定在波ではない）。そして、図のように反射を繰り返し、超音波音源付近を経由して周回するようにすることによって増幅されるようにすることが望ましい（減衰もするので必ずしも増幅されるとは限らない）。
次に、空気分子の入射について説明する。図には外部との出入り口が左右２箇所示されている。そこから空気分子が入ってきていることが分かる。そして図では、簡単のため、左側の口から入ってきた空気分子が、超音波が伝播するエアロゾルの領域に、左側から入射するものとして描いている。また、同様に右側の口から入ってきた空気分子は、超音波が伝播するエアロゾルの領域に、右側から入射するものとして描いている（実際には、左側の口から装置に入ってきても、装置内で他の空気分子やエアロゾル、および内壁とぶつかることによって、超音波が伝播するエアロゾルの領域に右側から入射していくようなケースも発生する。しかし、ここでの簡単化により、本発明実現形態が変わることはない）。
まず左側の口から入ってきた空気分子だが、この分子は超音波が伝播するエアロゾルの領域に左側から入射する。いま、この空気分子の平均速度は（０℃、１気圧下を想定しているので）200m/s程度である。また、超音波の音速も200m/s程度である。従って、この空気分子から超音波が伝播するエアロゾルの領域を見ると、疎密波形がほぼ静止しているように見える。この疎密波形はラマン・ナス回折の知見からも分かるように、位相格子として振舞う。空気分子はこの位相格子に対してほぼ静止しているから（望ましくは、せいぜい数m/sの違い）、位相格子に対するド・ブロイ波長は長くなる（望ましくは1〜100nmの程度。ここではド・ブロイ波長の算出式：λ＝h/p  で説明したが、ドップラー効果によって理解することも可能である）。そのことが分かるように、図でも波長が長い様子を具体的に示している。
この長波長のド・ブロイ波に対し、エアロゾルの代表的な距離は1〜100nm程度であり、これ故に回折が起こりやすいのである。実際、図でも回折を起こして溝に入射している空気分子を描いている。溝で右よりの内壁に激力を及ぼすことにより、右側に向かって推進力が作用することとなる。
他方、右の口から装置内に入った空気分子について見てみる。こちらの空気分子は、超音波が伝播するエアロゾルの領域に、音速に逆行するように入射するため、互いの相対速度は400m/s程に上る。結局、ドップラー効果によってエアロゾルの位相格子に対するド・ブロイ波長は30pm程になり、ほとんど回折することはない。
【実施例２】
【００３１】
次に、図２について説明する。図２は本発明の装置を集積した様子を示したものである。図では縦方向に（４つに）分離して並んでいるように見えるが、これらは互いに連結されている。図で示した以上に縦横方向に集積しても良い。また、紙面に垂直な奥行き方向に多数集積させても良い。
【実施例３】
【００３２】
最後に、推進力の微調整について説明する。集積体を構成する一部の構成子だけ逆に向けたり、あるいは向きを変えることにより、推進力の方向を制御することが出来る。
また、超音波の発生を止めたり、構成子の空気の出入り口を塞いだりすることにより、ブレーキや集積体の推進力の強弱制御、および推進力の方向制御をすることが出来る。あるいは、超音波を強くすれば推進力が強くなることが期待できる。またエアロゾルの密度を調整することによっても、推進力を制御可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
移動手段、宇宙船（大気圏内での上昇手段）、宇宙エレベータ（軌道エレベータ）
また、本発明は、これを実施する装置の材質に制約が無く、資源の乏しい日本において、その産業構造との親和性が強い。
【図１】
2010101323.tif 000003
【図２】
2010101323.tif 000004