(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエンド部（１１０）および第２のエンド部（１２０）を有するハウジング（１０８）と、
前記ハウジング（１０８）の前記第１のエンド部（１１０）内に位置し、固体可燃物質（１４０）を収容するように構成されている第１のチャンバ（１３０）と、
前記第２のエンド部（１２０）内に位置し、少なくとも１種類の酸化剤（１７０）を貯留するように構成されたブラダ（１６０）が内部に配置された第２のチャンバ（１５０）と、
前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）とを隔てるように配置されたセパレータ（１２５）と、
前記第２のエンド部（１２０）の、前記ブラダ（１６０）の近傍に配置され、前記ブラダ（１６０）を加圧するためのガス発生装置（１８０）と、
前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）との間に作用可能に配置された触媒（２００）を含むインジェクタ（１９０）と、
前記セパレータ（１２５）を貫通し、前記インジェクタ（１９０）に接続され、前記酸化剤（１７０）の分解生成物と前記固体可燃物質（１４０）との混合を最適化するように制御するように構成されたフローコントローラ（２１０）とを備え、
前記分解生成物が前記インジェクタ（１９０）から排出されるにつれ、前記酸化剤（１７０）が前記インジェクタ（１９０）へと流入され、前記インジェクタ（１９０）内部の圧力が実質的に変化しないようにする、ロケットモータ（１００）。
【請求項２】
前記ブラダ（１６０）が少なくとも１種類の液体酸化剤（１７０）を含む、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項３】
前記第２のチャンバ（１５０）から前記第１のチャンバ（１３０）へと物質の流動を可能とする導管をさらに備える、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項４】
前記ブラダ（１６０）は、前記導管と流体接続するための開口部（１９５）を含む、請求項３に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項５】
前記インジェクタ（１９０）は、前記第２のチャンバ（１５０）から前記第１のチャンバ（１３０）へと物質を注入可能に構成される、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項６】
前記フローコントローラ（２１０）は、前記インジェクタ（１９０）を介して、前記第２のチャンバ（１５０）から前記第１のチャンバ（１３０）への物質の注入を制御する、請求項５に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項７】
前記触媒（２００）は、前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）の接続部に貯められている、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項８】
前記触媒（２００）は、前記インジェクタ（１９０）内に貯められている、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項９】
前記触媒（２００）は、固体の触媒である、請求項１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１０】
前記触媒（２００）は、白金族金属、遷移金属、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される活性金属成分を含む、請求項９に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１１】
前記液体酸化剤（１７０）は、アミン系酸化剤である、請求項２に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１２】
前記液体酸化剤（１７０）は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムとグリセロールとの混合物を含む、請求項１１に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１３】
第１のエンド部（１１０）および第２のエンド部（１２０）を有するハウジング（１０８）と、
前記ハウジング（１０８）の前記第１のエンド部（１１０）内に位置し、固体可燃物質（１４０）を収容するように構成されている第１のチャンバ（１３０）と、
前記第２のエンド部（１２０）内に位置し、硝酸ヒドロキシルアンモニウムとグリセロールとの混合物を貯留するように構成されたブラダ（１６０）が内部に配置された第２のチャンバ（１５０）と、
前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）とを隔てるように配置されたセパレータ（１２５）と、
前記第２のエンド部（１２０）の、前記ブラダ（１６０）の近傍に配置され、前記ブラダ（１６０）を加圧するためのガス発生装置（１８０）と、
前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）との間に作用可能に配置された触媒（２００）を含むインジェクタ（１９０）と、
前記セパレータ（１２５）を貫通し、前記インジェクタ（１９０）に接続され、前記酸化剤の分解生成物と前記固体可燃物質との混合を最適化するように制御するように構成されたフローコントローラ（２１０）とを備え、
前記分解生成物が前記インジェクタ（１９０）から排出されるにつれ、前記酸化剤（１７０）が前記インジェクタ（１９０）へと流入され、前記インジェクタ（１９０）内部の圧力が実質的に変化しないようにする、ロケットモータ（１００）。
【請求項１４】
第１のエンド部（１１０）および第２のエンド部（１２０）を有するハウジング（１０８）と、
前記ハウジング（１０８）の前記第１のエンド部（１１０）内に位置し、固体可燃物質（１４０）を収容するように構成されている第１のチャンバ（１３０）と、
前記第２のエンド部（１２０）内に位置し、少なくとも１種類の酸化剤（１７０）を貯留するように構成され、前記酸化剤（１７０）の流れのための開口部（１９５）を有するブラダ（１６０）が内部に配置された第２のチャンバ（１５０）と、
前記第１のチャンバ（１３０）と前記第２のチャンバ（１５０）とを隔てるように配置されたセパレータ（１２５）と、
前記第２のエンド部（１２０）の、前記ブラダ（１６０）の近傍に配置され、前記ブラダ（１６０）を加圧するためのガス発生装置（１８０）と、
前記ブラダ（１６０）の開口部（１９５）に接続されるインジェクタ（１９０）と、
前記セパレータ（１２５）を貫通し、前記インジェクタ（１９０）に接続され、前記酸化剤の分解生成物と前記固体可燃物質との混合を最適化するように制御するように構成されたフローコントローラ（２１０）と、
前記インジェクタ（１９０）に貯められる触媒（２００）とを備え、
前記分解生成物が前記インジェクタ（１９０）から排出されるにつれ、前記酸化剤（１７０）が前記インジェクタ（１９０）へと流入され、前記インジェクタ（１９０）内部の圧力が実質的に変化しないようにする、ロケットモータ（１００）。
【請求項１５】
前記触媒（２００）は、固体の触媒である、請求項１４に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１６】
前記触媒（２００）は、白金族金属、遷移金属、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される活性金属成分を含む、請求項１５に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１７】
前記酸化剤（１７０）は、アミン系酸化剤を含む、請求項１４に記載のロケットモータ（１００）。
【請求項１８】
前記酸化剤（１７０）は、硝酸ヒドロキシルアンモニウムとグリセロールとの混合物を含む、請求項１７に記載のロケットモータ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロケットモータの改良設計に関する。より詳細には、推力制御機構を一体的に備えたハイブリッドロケットモータのより安全かつ高性能な設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロケットモータは、使用される推進剤および動作様式に基づいて、固体ロケットモータ、液体ロケットモータ、ハイブリッドロケットモータの３つのカテゴリに分類することができる。典型的な固体ロケットモータでは、固体燃料成分またはグレインが燃焼してロケットを推進する推力を発生する。液体ロケットモータは、液体燃料を燃焼させることによって推力を発生させる。典型的な固体または液体燃料ロケットモータは、点火されると、全ての推進剤が使い果たされるまで途切れることなく推進剤を燃焼させる。ハイブリッドモータは、その名称が示唆するように、固体モータと液体燃料モータを掛け合わせたものとして特徴付けられ得る。ほとんどのハイブリッドロケットモータは、液体酸化剤と固体燃料を利用するが、中には可燃性の液体燃料と固体酸化剤を使用するハイブリッドモータもある。
【０００３】
現在のロケットモータの設計には著しい進歩があったものの、未だに多くの未解決の問題が残されている。第１の問題は、ロケットモータの安全な取り扱いと保管に関することである。現在のロケットモータに使用されているほとんどの化学物質は高危険性分類に属するものである。さらに、多くのロケットモータは、衝撃や、火災、弾道発射物による貫通に対する低感度性について言及しているＩｎｓｅｎｔｉｖｅ  Ｍｕｎｉｔｉｏｎｓ（ＩＭ）基準に適合していない。ロケット技術者達は、過去数十年にわたる多大な努力にもかかわらず、ロケットの性能を犠牲にすることなくＩＭ基準に適合するロケットを作製することはできなかった。
【０００４】
現在のロケットモータの設計に関する第２の問題は、ロケットモータの作動中に推力を調整することができるように調整機構を搭載する困難性と、そのために必要となる高いコストである。推力調整手段を組み込むには複雑な工学技術が必要とされるため、ほとんどの固体ロケットモータは、推力調整機能を備えていない。このため、所望の飛翔体飛行プロファイルに基づいて必要に応じてロケット推力を調整できる手段が必要とされている。
【０００５】
第３の問題は、ほとんどのロケットモータから噴射され、通常、有毒かつ腐食性のある生成物を含有する燃焼生成物に起因する。これらの有毒ガスは、発射体そのものにダメージを与えるだけでなく、環境に対して有害である。また、地上作業員がこれらの有毒ガスに普段から曝されると、地上作業員に健康上のリスクがもたらされるおそれがある。このため、ロケットモータには、通常作動中において、最小限の有毒ガスしか放出しないことが求められている。
【０００６】
最後に、最大効率を達成するためには、燃焼中において酸化剤と燃料の比を一定に維持することが重要である。しかし、典型的なハイブリッドロケットモータの設計では、固体燃料のジオメトリが燃焼中に常に変化するため、酸化剤と燃料の比を一定に維持することは困難である。このため、酸化剤と燃料の比を一定することができる設計が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書に記載される各手段は、ＩＭ準拠で危険分類が比較的低い推進システムとすることができる新規な段階燃焼式ハイブリッドロケットモータの設計を採用することによって、上記で概説した問題の少なくともいくつかを克服する。この新規な設計では、硝酸ヒドロキシルアミン（ＨＡＮ）等のヒドロキシルアミン系液体酸化剤を使用することにより、これらの目的が達成される。ＨＡＮは、性能に優れ、低反応性、低毒性および優れた貯留寿命を有する。また、本設計は、推力管理のハイブリッドな方法もサポートしており、酸化剤／燃料複合物が近接するという負の効果から生じる安全性に関する懸念を軽減するのに役立ち得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ヒドロキシルアミン系液体酸化剤は、所定量の液体推進剤と特定の触媒を接触させることによって、制御しながら適切に分解させることができる。そして、その結果、液体推進剤が水蒸気、二酸化炭素、窒素を含む高温ガスに分解される。そして、この高温ガスは、所望の方法で使用することができ、例えば、ロケット推進力や補助動力装置のための回転力を提供することができる。この酸化剤分解物は、好ましくは、第１のチャンバ内の固体燃料の燃焼を引き起こすために使用され得る。
【０００９】
本開示の好ましい実施形態では、酸化剤の分解によって生成される高温ガスが化学量論的に１０〜１５％の酸素リッチとなるようにＨＡＮがグリセロールと混合される。この改良は、従前のハイブリッドロケットモータで典型的に観察される酸化剤と燃料の比の変化を緩和するのに役立ち、これにより、本開示によるハイブリッドモータの比推力（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｍｐｕｌｓｅ（Ｉｓｐ））を、燃焼中に向上させることができる。
【００１０】
本開示によれば、酸化剤を充填する前にロケットの組み立ておよび統合テストを行うことができる。実際、酸化剤は発射台への設置直前に充填することができ、これにより製造工程に多大な柔軟性をもたらすことができる。また、これらの特徴は組み立ておよびテスト中における装置の安全な取り扱いをもたらすことができる。
【００１１】
ハイブリッド燃焼反応は、酸化剤分解物に依存するため、液体燃料／酸化剤混合物の燃焼室への流入速度を計測することにより、推力を調整または停止することができる。このため、必要に応じて推力を調整することができ、作戦行動時の飛行プロファイルを実現することができる。さらに、この燃焼生成物は、比較的害がなく腐食性も低いため、この新規な設計に基づくロケットモータは、発射体や環境に対する有害性を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、開示するハイブリッドロケットモータの主要な特徴のいくつかを示す図である。
【００１３】
【図２】図２は、従来の固体ロケットモータ（ａ）と本開示によるハイブリッドロケットモータ（ｂ）との異なる設計上の特徴を並べて比較したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書では、一体化された推力制御機構を含み、ＩＭ準拠でかつ低危険性分類に属するハイブリッドロケットモータを開示する。このハイブリッドモータは、酸化剤の分解を制御するために少なくとも１種類の触媒を採用する。液体酸化剤および気体酸化剤の両方を使用してもよい。気体酸化剤としては亜酸化窒素が一般に使用されるが、他の酸化剤を使用してもよい。本開示の目的のためには、液体酸化剤が好ましい。「液体酸化剤」および「液体推進剤」の各用語は、本開示においては相互に入れ替え可能に使用され得るものとする。また、「液体」および「流体」の各用語も、本開示を通して相互に入れ替え可能に使用されるものとする。
【００１５】
図１は、改良ロケットモータの主要な設計上の特徴を示している。本開示に係るハイブリッドロケットモータ１００は、少なくとも２つの区画、すなわち、セパレータ１２５によって隔てられ得る第１のエンド部１１０と第２のエンド部１２０とを有するハウジング１０８を備える。
【００１６】
第１のエンド部１１０には、燃焼に使用する固体可燃性物質１４０を貯留する第１のチャンバ１３０（「燃焼室」ともいう）が含まれていてもよい。固体可燃性物質１４０は、好ましくは、マグネシウム／末端にヒドロキシル基を有するポリブタジエン（Ｍｇ／ＨＴＰＢ）である。この技術分野で広く使用されている他の固体推進剤を使用してもよい。例えば、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ））、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ダブルベース、ＧＡＰ、ガスジェネレータ燃料（ｇａｓ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｆｕｅｌｓ）および黒色火薬を含んでもよい。
【００１７】
第２のエンド部１２０には、酸化剤１７０を貯留するブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）１６０を含む第２のチャンバ１５０が含まれてもよい。酸化剤１７０は、液状で加圧されていることが好ましい。ロケットモーターハウジング１０８の第２のエンド部には、ブラダ１６０の隣にガスジェネレータ１８０が配置されており、そのガスジェネレータ１８０はブラダ１６０を加圧するために使用され得る。本設計では、推進剤の大部分がＨＡＮと共に溶解していてよく、これにより、ＨＴＰＢグレインは少量で済み、その結果、絶縁された燃焼室がより小さくなる。
【００１８】
第１のチャンバと第２のチャンバとは、流量制御手段を介して流体連通していてもよい。この流量制御手段は、第１のチャンバと第２のチャンバを連結し、これらの間の物質の流動を選択的に制御する。ある実施形態では、第１のチャンバと第２のチャンバとは、第２のチャンバから第１のチャンバへの物質が流動可能となるように設計された導管を介して接続されてもよい。連結手段は、第１のチャンバ１３０へと物質を注入するためのインジェクタ１９０を含んでいるのがより好ましい。
【００１９】
前方へ折れ曲がった（ｆｏｒｗａｒｄ  ｆｏｌｄ）ブラダ１６０は、第２のチャンバ１５０の後端に配置されていてもよい。この前方へ折れ曲がった（ｆｏｒｗａｒｄ  ｆｏｌｄ）ブラダ１６０は、酸化剤を収容すると共に直接酸化剤と接触する。ブラダ１６０の開口（あるいは、排出口）１９５により、ブラダからの酸化剤１７０の流出が可能となっている。インジェクタ１９０は、開口１９５と直接接触していてもよいし直接接触していなくてもよい。酸化剤１７０は、ブラダ１６０から流出すると、酸化剤の分解を触媒する触媒２００と接触するようになっている。
【００２０】
触媒２００は、第１のチャンバと第２のチャンバの間に配置されていれば有利である。触媒２００が作用できるように、触媒は、効果的に接触して酸化剤１７０の分解を触媒できる位置に配置されることが好ましい。ある実施形態では、触媒２００は、インジェクタ１９０の極近傍に配置されてもよい。触媒２００は、リアクタ（図示せず）内にさらに追加的に配置されてもよい。あるいは、触媒２００は、インジェクタ１９０の内部に直接配置されてもよい。
【００２１】
触媒界面で酸素リッチなガス生成サイクルを使用すると、触媒との反応性を実質的に高めることができる。この効果は、任意の触媒系に対して、酸化剤の流速を明らかにより速くすることができ、大きな推力の設計が可能となり得る。
【００２２】
酸化剤１７０の分解によって生成される反応生成物は、インジェクタ１９０を介してチャンバ１３０に供給されてもよい。ある実施形態では、フローコントローラ２１０をインジェクタ１９０に連結して、反応生成物の流速を調節してもよい。この反応生成物は、液相もしくは気相またはこれら両方の相で、インジェクタ１９０を通過してよい。本明細書で使用する「連結」とは、２つの装置を、他の中間装置を介してまたは介さずに、相互に物理的に接続することを意味する。
【００２３】
反応生成物は、インジェクタ１９０による注入前に加圧されてもよい。ヘリウムもしくは窒素等の加圧気体（ｐｒｅｓｓｕｒａｎｔ）を使用することにより、またはポンプ（図示せず）を使用することにより、加圧してもよい。硝酸ヒドロキシルアミン（「ＨＡＮ」）が使用される場合、反応生成物には、水蒸気、二酸化炭素、窒素を含んだ高温ガスの形態のＨＡＮ分解物が主に含まれる。燃料グレイン／燃焼室に導入される酸素リッチなガスジェネレータによる入力は、ＨＴＰＢの自己発火温度を超えてもよい。これにより、ＨＴＰＢハイブリッドロケットモータに典型的に付随する点火用グレイン加熱チャージの必要性を排除することができる。
【００２４】
適切な液体酸化剤は、本明細書で開示される設計に有利ないくつかの特性を備えていてもよい。容易にかつ勢いよく燃料と反応する液体酸化剤が好ましい。液体酸化剤としては、腐食性が高くなく、液体状態であるために極低温の条件を必要としないものを選択するのが好ましい。また、液体酸化剤としては、低危険性に分類され、長期間、比較的安定に保存することができるものを使用することが好ましい。
【００２５】
過塩素酸カリウム、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸ナトリウム等の過塩素酸塩；硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウム等の硝酸塩；ならびに環状および直鎖状のニトラミンをはじめとする、様々な種類の酸化剤を利用できる。環状のニトラミンの例には、ＨＭＸとして周知の１，３，５，７−テトラメチレンテトラニトラミン結晶や、ＲＤＸとして周知の１，３，５−トリメチレントリニトラミン結晶が含まれる。他の高密度な酸化剤、例えば、硝酸（ＩＲＦＮＡ）や四酸化窒素（ＮＴＯ）も使用することができるが、アミン系の液体酸化剤が好ましく、ヒドロキシルアンモニウム塩の水溶液が最も好ましい。これらのアミン系の液体酸化剤は上述した好ましい特性のいくつかを併せ持つからである。
【００２６】
好ましい実施形態では、液体酸化剤はＨＡＮとグリセロールとの混合物である。ＨＡＮをグリセロール中に混合することにより化学量論的または略化学量論的に酸素リッチなガスジェネレータによる入力が得られ、ハイブリッドロケットモータの作動中の典型的な酸化剤と燃料の比の変化が緩和されるようにしてもよい。このように酸化剤と燃料の比の変化が緩和されることにより、改良ハイブリッドロケットモータの比推力（Ｉｓｐ）を向上させ得る。
【００２７】
他の好ましい実施形態では、ＨＡＮは約８２％（ｗ／ｗ）の水溶液として得ることができ、さらに蒸留して９０〜９５％（ｗ／ｗ）のＨＡＮ溶液を得ることもできる。濃度が少なくとも９０％あるＨＡＮを使用することが望ましいであろう。なぜなら、この濃度のＨＡＮは、固体ロケットモータに一般に使用される過塩素酸アンモニウムの密度に近くなるからである。この特徴は、高密度インパルスという面で、本設計を他の最先端の固体モータに匹敵させ得る。
【００２８】
液体の酸化剤が好ましいが、ゲル状の酸化剤も採用され得る。ゲル状であれば、漏れ出した場合に推進剤の流出を最小限にすることができる。ＨＡＮは、典型的には水系の塩溶液として使用されるが、ゲル化状態を最適化するために含有水分が使用され得る。含有水分を使用するいくつかのゲル化技術が、優れたゲル状ＨＡＮ推進剤を得るために使用されている。
【００２９】
ヒドロキシルアンモニウム塩の水溶液は、液体酸化剤としての使用に好適な特性のいくつかを兼ね備えている。例えば、ヒドロキシルアンモニウム塩の水溶液のほとんどは、室温で液体であり、危険性がなく、長期間保存しても安定であり、妥当な粘性を有している。ＨＡＮはその性能において妥協することなくこれらの望ましい特性を示すため、酸化剤としてＨＡＮが使用されるロケットモータは、高性能を維持しつつ、ＩＭ準拠でかつ危険分類が低いものとなり得る。
【００３０】
また、本開示は、推進剤管理のハイブリッドな方法もサポートしており、酸化剤と燃料とが空間的に近接していることに起因する安全上の懸念を軽減するのに役立ち得る。固体燃料は主たる酸化剤から隔てられているため、不用意な点火や破滅的な故障のおそれは本質的に排除されている。酸化剤の分解生成物と固体燃料との混合はフローコントローラ２１０によって調節できるため、推進剤の成分の組み合わせは、これらの成分が固体であるか液体であるかにかかわらず最適化され得る。さらに、燃焼室１３０内の固体燃料は酸化剤を含有しておらず、酸化剤はブラダ１６０内に別途収容されているため、本開示に係るハイブリッドモータは容易に始動、停止、および再始動することができ、その結果、モータを容易にスロットル調整することが可能である。
【００３１】
本開示による設計の更なる有利な点は、酸化剤を貯留用ブラダ１６０に物理的に充填することなく、ロケットの組み立ておよび統合テストを行うことが可能になり得ることである。実際、酸化剤の充填は発射台への設置直前に行えばよく、これにより製造プロセスに大いに柔軟性をもたらすことができる。また、この特徴により、組み立ておよびテストの間の装置の安全な取り扱いが可能となる。
【００３２】
ＨＡＮ等の所定量の酸化剤を、当該酸化剤を分解させる特定の触媒と接触させることによって、液体酸化剤の分解を制御しつつ適切に行うことができる。酸化剤分解物は、その後、必要に応じて、例えば、ロケットの推力や補助動力装置のための回転力を提供するために使用され得る。酸化剤分解物は、第１のチャンバ１３０内の固体燃料の燃焼を引き起こすために使用されるのが好ましい。
【００３３】
２種類以上の触媒を使用してもよい。触媒（複数可）は、好ましくは、インジェクタ１９０内に収納される固体触媒であることが好ましい。また、触媒は、プラチナ・イリジウム・ロジウム属の金属触媒と、遷移金属触媒と、これらの組み合わせとからなる群から選択された活性金属成分を有していてもよい。固体触媒は、担持されていてもよいし、担持されていなくてもよい。触媒が担持されずに使用される場合、活性金属自体をスポンジ構造または骨格（ワイヤメッシュ）構造に構成してもよい。いくつかの比較的不活性な金属やいくつかのセラミックに担持される物質は、単体でまたは組み合わせて、担持触媒として使用することができる。種々の担持触媒が市販されており、例えば、Ｓｈｅｌｌ  ４０５触媒（アルミナ担持３２％イリジウム）や、Ｒｏｃｋｅｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｍｐａｎｙ社の製品であるＬＣＨシリーズの触媒、例えばＬＣＨ−２０７（アルミナ担持３２％イリジウム）、ＬＣＨ−２１０（アルミナ担持１０％プラチナ）およびＬＣＨ−２１５（アルミナ担持１２％ロジウム）等がある。アルミナ担体は、担体用の物質として好ましい。
【００３４】
ＨＡＮ系の液体推進剤が使用される他の実施形態では、硝酸トリエタノールアンモニウムやヒドロキシルアミン（遊離塩基）、硝酸ジメチルヒドロキシルアンモニウム、硝酸ジエチルヒドロキシルアンモニウム、ジエチルヒドロキシルアミン（遊離塩基）、二硝酸トリエチレンジアミン、二硝酸ジエチレントリアミン、二硝酸エチレンジアミン、硝酸メチルアンモニウム、硝酸ジメチルアンモニウム、硝酸トリメチルアンモニウム、硝酸メチルヒドラジニウム、二硝酸エチレンジヒドラジニウム、硝酸ヒドロキシエチルヒドラジニウム、硝酸ジ（ヒドロキシメチル）ヒドラジニウム（１＋）、ギ酸ヒドラジニウム（１＋）、酢酸ヒドラジニウム（１＋）、カルバジン酸ヒドラジニウム（１＋）、アミノ酢酸ヒドラジニウム、硝酸トリアミノグアニジウム、カルボヒドラジド、硝酸カルボヒドラジド（１＋）、二硝酸カルボヒドラジド（２＋）、尿素、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、硝酸グアニジウム、二硝酸１，４−ビス−キュバンジアンモニウム、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾ−ル（５）オンヒドラジニウム塩、３−ニトロ−１，２，４−トリアゾ−ル（５）オンアンモニウム塩、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アジリジン誘導体、アゼタン誘導体、または、これらの組み合わせ等の燃料を、推進剤が含んでいてもよい。燃料は酸化剤とは別途、貯留されるのが好ましい。
【００３５】
触媒存在下でのＨＡＮ分解反応を開始するために、第２のチャンバ１５０内で開始剤を使用してもよい。担持された触媒系に開始剤を組み込んで、いわゆる「ワンショット触媒」を提供してもよい。適切な開始剤には、例えば、［ＮＯ２］ＢＦ４、［ＮＯ２］ＣｌＯ４、Ｉ２Ｏ５、［ＮＯ２］ＣｌＦ４、または、これらの組み合わせが含まれる。
【００３６】
本プロセスのＨＡＮ分解反応は、米国特許第４，０２７，４７６号に記載されるタイプの金属発泡体、ワイヤ、ロッドのような、伝熱路となる要素を触媒層自体にさらに組み込んだり、最初のＨＡＮ分解で生じた高温ガスの少なくとも一部を再生熱交換器に再循環させることによって反応熱を利用したりすることによって促進され得る。
【００３７】
制御されたＨＡＮ分解反応は、高温で開始してもよい。この温度は、約５０℃から約２５０℃の間が好ましく、８０℃から１２０℃の温度範囲がより好ましい。ＨＡＮを使用することでさらに得られる有利な点はＨＡＮの優れた作用温度範囲であり、この作用温度範囲は、空対空ミサイルの作動温度である−５５℃から５５℃にきちんと収まっている。
【００３８】
ＨＡＮの分解速度は、触媒（複数可）を収容するリアクタやインジェクタへのブラダ１６０からのＨＡＮ系推進剤の流入を調節したり、リアクタやインジェクタからチャンバ１３０への酸化剤分解物の流出を調節したりすることにより制御してもよい。このようにして、ＨＡＮ酸化剤の暴走反応や、固体燃料の意図しない爆発を回避することができる。
【００３９】
このように、触媒により分解されるＨＡＮの量と分解速度との両方が所望通りに調節され得る。ある側面では、触媒による酸化剤の分解は、少なくとも２つの繰り返し可能なステップを有する連続的なプロセスとして行われてもよい。第１に、ある測定された量の液体酸化剤１７０が、触媒（複数可）２００を収容するリアクタまたはインジェクタ１９０に投入される。第２に、液体酸化剤の分解により生じる気体生成物がリアクタまたはインジェクタ１９０から排出されるにつれ、更なる液体酸化剤１７０がリアクタまたはインジェクタ１９０へと流入され、リアクタまたはインジェクタ１９０内部の圧力が実質的に変化しないようにする。これらの２つのステップは、全ての液体酸化剤の供給が尽きるまで繰り返され得る。
【００４０】
本開示のある特定の側面においては、ハイブリッドモータが制御されつつ動作できるように、上述の連続プロセスを所望通りに調節または停止してもよい。例えば、第１のチャンバ１３０における燃焼反応には、燃焼室１３０への導入前に触媒反応によって酸化剤分解物を生成する必要があるため、ロケットモータにより生成される推力は、燃焼室内への酸化剤の流入速度を計測することによって調整または停止され得る。したがって、本設計によれば、様々な作戦行動時の飛行プロファイルの要求事項に適合するように推力を調整することが可能となる。
【００４１】
図２は、従来の固体ロケットモータと本開示に係るハイブリッドロケットモータとに採用されている異なる設計上の特徴を並べて比較したものである。実施例１で述べるように、２つのロケットモータの性能を比較した場合、表１に示されるように、ハイブリッドモータ構成は、従来の固体燃料ロケットモータよりも単位体積当たりでより大きな推進エネルギを提供する。
【００４２】
本開示のまた別の側面では、燃焼生成物は比較的無害であり非腐食性であるため、本設計に係るロケットモータは、発射体や環境に与える害を比較的低減することができる。また、排ガスの毒性が低くなるため、発射サイトの地上作業員の健康に与える脅威もより小さくすることができる。
【表１】
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【００４３】
多くの特許、特許出願、およびその他の文献を本開示において引用した。これらの引用文献の内容は、参照により本開示に明示的に援用されるものとする。
実施例１  従来の固体モータとハイブリッドモータとのテスト比較
【００４４】
空対空の作戦行動に典型的な高性能な適用例において、２つの異なるタイプのロケットモータのいくつかのパラメータを測定して比較した。両推進剤技術の評価は、ＮＡＳＡ  ＣＥＡおよびＰＲＯＰＥＰ熱化学性能モデリングを使用して行われた。両方のモータの固体グレインは、質量分率を最大化するため、ＳＰＰモデリングから導き出した。さらに、この比較で利用されているハイブリッド設計に対しては、超保守的な燃焼効率でハンディキャップを与えた。比較結果を表１にまとめた。表１には、従来の高質量分率固体ロケットモータに対する本開示に係る段階式燃焼ハイブリッドモータの利点が例示されている。この実施例にはハイブリッド設計の密度および実装の多用性が示されており、このハイブリッド設計は、戦略的ミサイルシステムに必要とされる設計に挑戦するに際して、単位体積当たりのインパルスをより増大させることができる。
【００４５】
本開示で挙げた例は例示的なものであって、排他的なものではない。物質、化学物質および他の成分は典型的な構成物または反応物として提示されており、本明細書で述べた手法は、特定の手法による目的を達成するための典型的な方法のほんの１例を表しているに過ぎない。本願の開示の精神から逸脱することなく、上記の開示内容に照らして様々な改変がなされ得ることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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