(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙空間から大気圏に突入した機体が空力加熱により破壊される状態を観測する大気圏突入機体の破壊状態観測方法であって、
（Ａ）前記機体に、観測用のカプセルを予め搭載しておき、
（Ｂ）前記機体が宇宙空間から大気圏に突入する直前に、または、前記機体が大気圏に突入した以降であって空力加熱により前記機体が破壊される前に、前記機体から前記カプセルを分離させ、前記カプセルを前記機体よりも先行させ、
（Ｃ）次いで、前記カプセルの後方側を向くように前記カプセルに設けたカメラにより、前記機体を撮像する、ことを特徴とする大気圏突入機体の破壊状態観測方法。
【請求項２】
前記カプセルが大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速は、前記機体が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速より小さくなっており、これにより、前記（Ｂ）において、前記カプセルは、前記機体から分離されると前記機体よりも先行する、ことを特徴とする請求項１に記載の大気圏突入機体の破壊状態観測方法。
【請求項３】
前記カプセルには送信装置が搭載されており、
前記（Ｃ）において、前記カメラにより撮像した画像データを、前記送信装置により無線通信で所定の受信装置へ送信する、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の大気圏突入機体の破壊状態観測方法。
【請求項４】
宇宙空間から大気圏に突入した機体が空力加熱により破壊される状態を観測する大気圏突入機体の破壊状態観測装置であって、
前記機体に予め搭載された観測用のカプセルと、
前記機体に設けられ、前記機体から前記カプセルを分離させる分離機構と、を備え、
前記カプセルが大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速は、前記機体が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速より小さく、これにより、前記カプセルは、前記機体から分離されると大気圏通過中に前記機体よりも先行するようになっており、
前記カプセルは、大気圏通過中の前記機体を撮像するカメラを有し、
前記機体から分離された前記カプセルが大気圏通過中に進行する側を前記カプセルの前方として、前記カプセルの後方を向くように、前記カメラは前記カプセルに設けられている、ことを特徴とする大気圏突入機体の破壊状態観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙空間から地表側へ向けて機体が大気圏に突入し、該機体が大気圏を通過している大気圏通過中に該機体が破壊される状態を観測する大気圏突入機体の破壊状態観測方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットや衛星などの機体は、宇宙空間において任務を終えたら、大気圏に再突入させられる。この再突入中に、機体は、空力加熱により破壊され、その後、当該機体を安全な海域に落下させる。なお、空力加熱とは、機体が大気圏を通過している時に、当該機体に圧縮されて高温となった空気から受ける熱により加熱されることを意味する。
【０００３】
従来においては、大気圏通過中の機体の破壊状態を観測するためには、レーダや高精度なカメラを搭載した観測船を用いていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】インターネットＵＲＬ＜http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%81%AF%E3%82%84%E3%81%B6%E3%81%95_(%E6%8E%A2%E6%9F%BB%E6%A9%9F)＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、大気圏通過中の機体を遠距離から観測するため、その破壊状態を詳細に観測できなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、大気圏通過中の機体の破壊状態を、より詳細に観測することができる大気圏突入機体の破壊状態観測方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明によると、宇宙空間から大気圏に突入した機体が空力加熱により破壊される状態を観測する大気圏突入機体の破壊状態観測方法であって、
（Ａ）前記機体に、観測用のカプセルを予め搭載しておき、
（Ｂ）前記機体が宇宙空間から大気圏に突入する直前に、または、前記機体が大気圏に突入した以降であって空力加熱により前記機体が破壊される前に、前記機体から前記カプセルを分離させ、前記カプセルを前記機体よりも先行させ、
（Ｃ）次いで、前記カプセルの後方側を向くように前記カプセルに設けたカメラにより、前記機体を撮像する、ことを特徴とする大気圏突入機体の破壊状態観測方法が提供される。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によると、前記カプセルが大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速は、前記機体が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速より小さくなっており、これにより、前記（Ｂ）において、前記カプセルは、前記機体から分離されると前記機体よりも先行する。
【０００９】
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記カプセルには送信装置が搭載されており、
前記（Ｃ）において、前記カメラにより撮像した画像データを、前記送信装置により無線通信で所定の受信装置へ送信する。
【００１０】
また、上述の目的を達成するため、本発明によると、宇宙空間から大気圏に突入した機体が空力加熱により破壊される状態を観測する大気圏突入機体の破壊状態観測装置であって、
前記機体に予め搭載された観測用のカプセルと、
前記機体に設けられ、前記機体から前記カプセルを分離させる分離機構と、を備え、
前記カプセルが大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速は、前記機体が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速より小さく、これにより、前記カプセルは、前記機体から分離されると大気圏通過中に前記機体よりも先行するようになっており、
前記カプセルは、大気圏通過中の前記機体を撮像するカメラを有し、
前記機体から分離された前記カプセルが大気圏通過中に進行する側を前記カプセルの前方として、前記カプセルの後方を向くように、前記カメラは前記カプセルに設けられている、ことを特徴とする大気圏突入機体の破壊状態観測装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明によると、（Ａ）機体に、観測用のカプセルを予め搭載しておき、（Ｂ）機体が宇宙空間から大気圏に突入する直前に、または、前記機体が大気圏に突入した以降であって空力加熱により前記機体が破壊される前に、前記機体から前記カプセルを分離させ、前記カプセルを前記機体よりも先行させ、（Ｃ）次いで、前記カプセルの後方側を向くように前記カプセルに設けたカメラにより、前記機体を撮像するので、当該カメラの撮像により得た画像データに基づいて、機体の破壊状態をより詳細に観測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は、本発明の実施形態による破壊状態観測装置が適用された大気圏突入機体を示し、（Ｂ）は、大気圏突入機体に搭載された観測用のカプセルを示し、（Ｃ）は、（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図であり、（Ｄ）は、カプセルの重心と中心の関係を示す。
【図２】本発明の実施形態による機体の破壊状態観測方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による機体の破壊状態観測方法を説明する図である。
【図４】図３に示す動作の続きを説明する図である。
【図５】分離機構の他の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい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。
【００１４】
図１（Ａ）は、本発明の実施形態による破壊状態観測装置１０が適用された大気圏突入機体２０を示す。図１（Ｂ）は、大気圏突入機体２０に搭載された観測用のカプセル３を示す。
【００１５】
機体２０は、宇宙空間から地表側へ向けて大気圏へ突入するものであり、例えば、補給船、人工衛星またはロケットである。なお、補給船は、宇宙飛行士の食糧や衣類、実験装置などを地上から宇宙ステーション１９（図３（Ａ）を参照）に補給する装置（例えば、ＨＴＶ（Ｈ−ＩＩ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ））である。
【００１６】
破壊状態観測装置１０は、機体２０に予め搭載された観測用のカプセル３と、機体２０に設けられ、機体２０からカプセル３を分離させる分離機構５とを備える。分離機構５は、機体２０が宇宙空間から大気圏に突入する直前に、または、機体２０が大気圏に突入した以降であって空力加熱により機体２０が破壊される前に、機体２０からカプセル３を分離させる。
【００１７】
カプセル３は、大気圏通過中の機体２０を撮像するカメラ７を有する。本願において、機体２０から分離されたカプセル３が大気圏通過中に進行する方向を、カプセル３から見てカプセル３の前方とする。これについて、図１（Ｄ）に示すように、球体のカプセル３の重心Ｇは、カプセル３の幾何学的中心Ｃ（すなわち、球の中心Ｃ）からずれた位置にあり、中心Ｃから見て重心Ｇ側がカプセルの前方となる。
【００１８】
カプセル３の後方を向くように、カメラ７はカプセル３に設けられている。すなわち、機体２０が大気圏を通過している時に、カプセル３が機体２０から分離されると、カプセル３は、大気圏通過中に、カメラ７がカプセル３の後方側を向く姿勢を取る。
そのために、図１（Ｄ）のように、カメラ７は、カプセル３の後方側を向くように、球体のカプセル３の重心Ｇと幾何学的中心Ｃとを通る直線Ｌ近傍（すなわち、直線Ｌ上または直線Ｌ付近）に設置される。図１（Ｄ）の例では、カメラ７は、カプセル３における後方側に設置されている。
【００１９】
カメラ７は、可視光カメラ、赤外線カメラ、または紫外線カメラなどであってよい。
【００２０】
カプセル３は、カメラ７の撮像により得た画像データを、無線通信により所定の受信装置へ送信する送信装置９を備える。前記受信装置は、地上に設置された受信設備、飛行中の航空機、または船舶に設けられていてよい。なお、送信装置９は、通信衛星を介して前記受信装置に画像データを送信してもよい。
カメラ７は、耐熱ガラス１１を介して撮像を行う。カメラ７は、カプセル３の内部に設けられる。耐熱ガラス１１は、例えばシリカガラスであって、カプセル３の後方側部分の外面に設けられている。
【００２１】
なお、好ましくは、記憶装置１２がカプセル３に設けられる。記憶装置１２は、カメラ７が撮像した画像データを記憶する。
【００２２】
カプセル３が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速は、機体２０が大気圏通過中に受ける空気抵抗による減速より小さく、これにより、カプセル３は、機体２０から分離されると大気圏通過中において機体２０よりも先行するようになっている。
例えば、カプセル３の寸法を、機体２０の寸法より小さくし、かつ、カプセル３を球状に構成することで、カプセル３が受ける空気抵抗による減速を、機体２０が受ける空気抵抗による減速よりも小さくする。
【００２３】
また、カプセル３の前方側部分の外表面は、耐熱材１３で形成されている。これにより、カプセル３は、大気圏通過中の空力加熱から保護される。
【００２４】
分離機構５は、カプセル３を機体２０に保持させる保持手段５ａと、この保持手段５ａによる機体２０に対するカプセル３の結合を解く結合解除装置５ｂと、を有する。
【００２５】
保持手段５ａは、図１（Ａ）の例では、カバー部材である。カバー部材５ａは、機体２０の収容スペース１７の開口部１７ａ（図４（Ｄ）を参照）を覆う部材である。この開口部１７ａは、機体２０が宇宙空間から大気圏に突入した場合に、機体２０の前方部分２０ａに対する側面に位置し、機体２０の前方に対する側方に開口している。収容スペース１７には、カプセル３が収容されており、開口部１７ａをカバー部材５ａにより閉じることで、カプセル３が収容スペース１７に保持されている。なお、本願において、機体２０が大気圏通過中に進行する方向を機体２０から見て機体２０の前方とする。
【００２６】
結合解除装置５ｂは、解除指令信号を受けることで、保持手段５ａによる機体２０に対するカプセル３の結合を解く。解除指令信号は、人が指令装置（図示せず）を操作することで、地上の送信機（図示せず）から無線で結合解除装置５ｂに送信されてよい。または、解除指令信号は、予め設定されている時刻に、機体２０に設けた指令送信部（図示せず）から結合解除装置５ｂに送信されてもよい。
【００２７】
結合解除装置５ｂは、図１（Ａ）の例では、火工品（火薬）１５を点火させることで、カバー部材５ａを機体２０に結合しているボルト１６を破壊し、これにより、機体２０に対するカプセル３の結合を解く装置であってよい。すなわち、機体２０が大気圏を通過中に、火工品１５によりカバー部材５ａにおける機体２０との結合部分が破壊されると、カバー部材５ａが開口部１７ａから取り除かれ、開口部１７ａが開放される。その結果、カプセル３は、開口部１７ａを通して収容スペース１７の外部へ移動して機体２０から分離する。
【００２８】
収容スペース１７にカプセル３に収容する場合、結合解除装置５ｂにより機体２０に対するカプセル３の結合を解く時に、例えば、ガス圧または押し出しピンの動作によりカプセル３を機体２０からより確実に分離させるようにしてもよい。
【００２９】
なお、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ矢視図であり、カバー部材５ａ付近を示す。図１（Ｃ）において、符号１７ｂは、収容スペース１７を区画する内周壁を示す。
【００３０】
次に、上述した破壊状態観測装置１０を用いた大気圏突入機体２０の破壊状態観測方法を説明する。図２は、この破壊状態観測方法を示すフローチャートである。図３、図４は、破壊状態観測方法の説明図である。
なお、図３（Ｃ）、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）、図４（Ｆ）における矢印Ｄ１は、機体２０の移動方向を示し、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）、図４（Ｆ）における矢印Ｄ２は、カプセル３の移動方向を示す。
【００３１】
ステップＳ１において、宇宙空間にて、機体２０が地表側へ移動し始める。例えば、機体２０が補給船である場合には、図３（Ａ）のように、地球の衛星軌道上にある宇宙ステーション１９に結合されている補給船２０を、図３（Ｂ）のように、宇宙ステーション１９から分離させ、次いで、この補給船２０が地表側へ移動し始める。
なお、ステップＳ１では、機体２０に搭載した姿勢制御装置や推進装置（図示せず）により、機体２０の姿勢、位置、移動方向などを調整することで、以降における機体２０の軌道を調整する。
【００３２】
次に、ステップＳ２において、図３（Ｃ）のように、機体２０が地球の大気圏に突入する。
【００３３】
その後、ステップＳ３において、機体２０が大気圏を通過している時に、分離機構５により、図４（Ｄ）のように、カプセル３を機体２０から分離させる。すなわち、結合解除装置５ｂにより、保持手段５ａによる機体２０に対するカプセル３の結合を解く。
これにより、図４（Ｅ）のように、カプセル３が機体２０よりも先行して地表側へ落下していく。この時、カプセル３は、カメラ７がカプセル３の後方側を向く姿勢をとる。
なお、本実施形態では、機体２０に対するカプセル３の分離は、機体２０が大気圏通過中に空力加熱により破壊される前に行う。
【００３４】
この状態で、ステップＳ４において、図４（Ｆ）のように、カメラ７が撮像を行うことで、カメラ７の広角視野内にある機体２０の画像データを取得する。カメラ７の撮像は、所定の時間間隔を置いて複数回行われてもよいし、連続的に行われてもよい。
【００３５】
次に、ステップＳ５において、カメラ７により撮像した画像データを、無線通信により前記受信装置へ送信する。この送信は、好ましくは、カプセル３が地球の地上または水面に到達する前に行われる。
なお、カメラ７の撮像を、所定の時間間隔を置いて複数回行う場合には、当該撮像を行う度に、当該撮像により得た画像データを送信装置９により前記受信装置に送信してもよいし、複数回の撮像により得た複数の画像データをまとめて送信装置９により前記受信装置に送信してもよい。
【００３６】
その後、ステップＳ６において、カプセル３が地球の地表または水面に近付いてきたら、カプセル３内に収納していたパラシュートを展開させることで、カプセル３を地表または水面に緩やかに着地または着水させる。
好ましくは、その後、カプセル３内の記憶装置１２を回収し、記憶装置１２内の画像データを取得する。従って、ステップＳ４で得た画像データを、送信装置９が送信することによって取得するだけでなく、記憶装置１２を回収することによっても取得することができる。
【００３７】
上述した本発明の実施形態によると、（Ａ）機体２０に、観測用のカプセル３を予め搭載しておき、（Ｂ）機体２０の大気圏通過中に、機体２０からカプセル３を分離し、これにより、カプセル３を機体２０よりも先行させ、（Ｃ）次いで、カプセル３の後方側を向くようにカプセル３に設けたカメラ７により、機体２０を近距離から撮像するので、当該カメラ７の撮像により得た画像データに基づいて、機体２０の破壊状態を詳細に観測することができる。
【００３８】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１、２、３のうち、いずれか１つをまたは複数を採用してよい。この場合、他の点は上述と同じである。
【００３９】
（変更例１）
上述では、機体２０が宇宙空間から大気圏に突入した以降であって空力加熱により破壊される前に、機体２０からカプセル３を分離させたが、機体２０が宇宙空間から大気圏に突入する直前に（すなわち、ステップＳ２の直前に）、機体２０からカプセル３を分離させてもよい。ただし、この分離は、上述のように、ステップＳ１において、機体２０の姿勢、位置、移動方向などを調整した後に行う。この場合、上述のステップＳ２とステップＳ３の順序が逆になる。すなわち、上述のステップＳ１の次に上述のステップＳ３が行われ、次に、ステップＳ２が行われ、次にステップＳ４が行われる。
【００４０】
（変更例２）
ステップＳ６において、カプセル３内の記憶装置１２を回収する場合には、送信装置９を省略してもよい。従って、この場合、ステップＳ５を省略し、ステップＳ４の次にステップＳ６へ進む。
【００４１】
（変更例３）
上述では、カプセル３は、機体２０の内部に設けた収容スペース１７に保持されていたが、図５のように機体２０の外部に保持されていてもよい。この場合、保持手段５ａは、カプセル３を機体２０に結合する結合部材であってよく、結合解除装置５ｂは、火工品１５を点火させることにより、結合部材５ａを破壊して、機体２０に対するカプセル３の結合を解くものであってよい。
【符号の説明】
【００４２】
３  カプセル、５  分離機構、５ａ  保持手段（カバー部材）、
５ｂ  結合解除装置、７  カメラ、９  送信装置、
１０  破壊状態観測装置、１１  耐熱ガラス、１２  記憶装置、
１３  耐熱材、１５  火工品（火薬）、１７  収容スペース、
１７ａ  開口部、１９  宇宙ステーション、
２０  機体、２０ａ  機体の前方部分
【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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