(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料と加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を別々に配置し、電熱によって固体燃料及び／又は酸化剤を分解気化させて燃焼反応を行なうロケットモータに於いて、放電空間の一方に固体燃料を配置すると共に他方に酸化剤を配置し、且つノズルに通じるガス流出孔を設けたことを特徴とするロケットモータ。
【請求項２】
固体燃料及び酸化剤の一方又は両方を放電空間方向に押し出す押出機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のロケットモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、飛翔体や人工衛星の軌道修正或いは姿勢制御等に用いるロケットモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飛翔体や人工衛星等にあっては、これらを目標位置に誘導するための軌道修正、或いは目標位置に指定された姿勢で飛翔させるための姿勢制御が遠隔的に或いは自動的に行なわれている。
【０００３】
上記軌道修正や姿勢制御に用いられる推進器としては、イオンを噴出させて推力を得るイオンロケット，作動ガスをアークで加熱してノズル機構によって加速排出させて推力を得るアークジェット（アークロケットとも呼ばれる）等の電気ロケット、及び固体推進薬或いは液体推進薬を燃焼させて燃焼ガスをノズルから噴出させて推力を得る化学ロケットがある。
【０００４】
電気ロケットは比推力は大きいが推力自体は小さく、大きい推力を得るためには電源を含む装置全体を拡大しなければならず、この場合重量が過大となり、大きな推力を必要とするものには利用出来ないという問題がある。
【０００５】
固体推進薬を用いる化学ロケットでは大きな推力が安定して得られるが、一回作動させると中断することが出来ない。このため、多数回の軌道修正や姿勢制御が必要な場合には多数の小型ロケットを用意しておかなければならず、これらの配置にも限界があり、且つ複雑な構造にならざるを得ないという問題がある。
【０００６】
液体推進薬を用いる化学ロケットではバルブの操作によって大きな推力を多数回得ることが出来るが、推進薬が液体であることから温度の変化に伴って、低温域では凍結し、また高温域では蒸発して高圧を発生する等取り扱いが容易ではない。更に、長期間ロケットモータ内に装填しておくと漏洩する虞があり、また配管，バルブ，タンク等の重量が大きく且つ複雑であるため、軌道修正や姿勢制御等に用いる小型ロケットとしては利用し難いという問題がある。
【０００７】
上記各問題を解決するために、固体燃料と加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を別々に配置し、電熱によって固体燃料及び／又は酸化剤を分解気化して燃焼反応を行なうロケットモータが提案され（特開平6-288302号公報）、研究されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平6-288302号公報に開示された技術では、主として固体燃料内に燃焼室を設けているため、アーク放電を熱源にする場合、この燃焼室にアークが届かず燃焼反応が不完全になったり、通電遮断時に本来燃焼中断が起こる条件であっても燃焼が中断しない虞があり、信頼性が不十分であるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、大きい推力を多数回にわたって遠隔的に且つ信頼性良く発生することが出来るロケットモータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るロケットモータは、固体燃料と加熱によって酸化性ガスを発生する酸化剤を別々に配置し、電熱によって固体燃料及び／又は酸化剤を分解気化させて燃焼反応を行なうロケットモータに於いて、放電空間の一方に固体燃料を配置すると共に他方に酸化剤を配置し、且つノズルに通じるガス流出孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
上記ロケットモータに於いて、固体燃料及び酸化剤の一方又は両方を放電空間方向に押し出す押出機構を設けることが好ましい。
【００１２】
【作用】
上記ロケットモータでは、内部に放電空間を設け、この放電空間の一方に固体燃料を配置すると共に他方に酸化剤を配置し、通電して放電空間内でアーク放電させると、固体燃料及び酸化剤はアークによって加熱され、固体燃料からは可燃性ガスがまた酸化剤からは酸化性ガスが発生し、放電空間内で燃焼反応が起こる。このとき発生した燃焼ガスは、放電空間に設けたガス流出孔を経てノズルから外部に放出されて推力を発生する。
【００１３】
また通電を遮断したときには、燃焼ガスは放電空間に設けたガス流出孔から直ちに放出され、燃焼面は急速に冷却される。このため、固体燃料及び酸化剤が冷却され、信頼性の高い燃焼の中断を行なうことが出来る。即ち、特開平6-288302号公報に開示された技術では、固体燃料内或いは酸化剤内に燃焼室を設けているため、燃焼時の熱が燃焼室内に残留し、通電遮断時にも燃焼が継続することがあった。然し、本発明では、放電空間と燃焼室とを兼用し且つ放電空間にガス流出孔を設けて熱の発散を助けることによって、燃焼の中断が高い信頼性を持って行なえるようになった。
【００１４】
放電空間に面している固体燃料及び酸化剤の表面は燃焼に伴って放電アークから離れて行くため、次第に放電空間が大きくなり、放電アークのエネルギーが燃焼反応に有効に利用し得なくなって燃焼が不安定になる虞や、また放電空間が大きくなって伝熱面積が増加し、これに伴って熱容量の増加が生じて蓄熱され、この蓄熱により固体燃料及び酸化剤が分解を継続し、通電を停止しても燃焼が中断しなくなる虞がある。これらは固体燃料や酸化剤の長さが大きくなるのに応じて影響が大きくなる。この問題は、固体燃料及び酸化剤の一方或いは両方の燃焼面を燃焼した長さだけ自動的に放電アークに向けて押し出す押出機構を設けることで解決出来る。
【００１５】
尚、アーク放電には放電用の電極があるが、放電時にこの電極が加熱され、放電を中断しても電極の余熱で固体燃料や酸化剤が分解を継続することがある。このような場合、例えば放電時間を長くする必要がある場合には、固体燃料及び酸化剤の一方或いは両方と電極の間を熱的に遮断するための断熱材を配置することが好ましい。
【００１６】
固体燃料はアークによって加熱されたときには可燃性ガスを発生し、加熱が中断されたとき可燃性ガスの発生も停止する成分から成っていれば制限はない。然し、通常のプラスチック類を用いたり分解を促進したいときには、自燃性を持たない程度に酸化剤粉末を混合しておくとが好ましい。
【００１７】
酸化剤としては、加熱されて分解し、酸素，ハロゲンガス等の酸化性のガスを発生し、加熱を中断したとき分解も停止する成分から成っていれば制限はない。例えば過塩素酸アンモニウム，硝酸アンモニウム，ポリテトラフルオロエチレン等を主成分とし、これらの単体の成形体或いはこれらに結合剤を少量配合した成形体が用いられる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明に係るロケットモータの第１実施例について図１を参照しつつ説明する。
【００１９】
ロケットモータの本体１は、通電側部材１ａとノズル側部材１ｂを有している。本実施例に於いて、通電側部材１ａとノズル側部材１ｂは 180度の角度を持って配置されているが、必ずしもこの角度に限定するものではなく、 180度以外の角度で配置しても良い。
【００２０】
通電側部材１ａには電導部品27を接続した環状電極５が絶縁体21を介して取り付けられており、ノズル側部材１ｂにはノズル８がノズル押さえ24及び複数のボルト22によって取り付けられている。また環状電極５のノズル８と対向する位置にはガス流出孔７が形成されている。
【００２１】
固体燃料２は押さえ板23に取り付けられた状態で本体１の内部に配置されており、押さえ板23は複数のボルト22によって本体１に固定されている。このようにして本体１に固定された固体燃料２の自由端は環状電極５の内周に嵌め合わされる。
【００２２】
酸化剤３は押さえ板26に絶縁管25を介して取り付けられた棒状電極６に嵌め込まれた状態で本体１の内部に配置されており、押さえ板26は複数のボルト22によって本体１に固定されている。
【００２３】
上記の如くして固体燃料２及び酸化剤３を本体１に固定したとき、固体燃料２の表面と酸化剤３の表面との間に放電空間４が形成される。尚、固体燃料にはポリブタジェンを結合剤とした過塩素酸アンモニウム30％〜70％を含む成形体を用いた。また酸化剤３には過塩素酸アンモニウム単体の加圧成形体，ポリテトラフルオロエチレン成形体，過塩素酸アンモニウムにポリテトラフルオロエチレンを結合成分として５％〜30％混合した圧搾成形体を用いた。
【００２４】
環状電極５及び棒状電極６は通電時に放電空間４でアーク放電が可能なように配置されている。また環状電極５は陽極として作用するように、棒状電極６は陰極として作用するように構成され、これらの電極５，６には図示しない直流電源と高周波電源が並列に接続されている。これらの電源は電流及び電圧の調整が可能であり、安定したアークが得られ且つ必要なエネルギーが供給出来るように調整される。尚、前記直流電源と高周波電源は夫々アークの必要エネルギー発散用及びアーク開始用に用いられる。
【００２５】
上記の如く構成されたロケットモータでは、環状電極５及び棒状電極６に通電すると、放電空間４内でアーク放電し、このアーク放電エネルギーによって固体燃料２が分解して可燃性ガスが発生し、同時に酸化剤３も分解して酸化性のガスが発生する。発生したガスはアーク放電の高温下で放電空間４内で燃焼し、高温の燃焼ガスとなってガス流出孔７を経てノズル８から放出する。そして環状電極５及び棒状電極６に対する通電を停止すると、固体燃料２及び酸化剤３の分解が中断し、各ガスの発生がなくなる。
【００２６】
次に、本発明に係るロケットモータの第２実施例について図２を参照しつつ説明する。
【００２７】
本実施例は、燃焼によって固体燃料２及び酸化剤３が短くなるのに伴って放電空間４が大きくなるとアーク放電エネルギーが有効でなくなると共に、放電空間４の蓄熱により通電を停止してもガスの発生が中断しないことがあるという問題を解決したものであり、長さの大きい固体燃料２及び酸化剤３を用いるロケットモータに適用して有利なものである。尚、本実施例ではアークによるガスの発生機構は基本的に前述の第１実施例と同一である。このため、第１実施例と同一部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点のみを説明する。
【００２８】
固体燃料２と押さえ板23の間にガス流路32によって放電空間４と導通する室Ｐが形成され、この室Ｐには固体燃料２の端面に接触する押出板31と、押さえ板23と押出板31の間に配置されて押出板31及び固体燃料２を放電空間４の方向に付勢するコイルバネ30が設けられ、これらの各部材によって固体燃料２の押出機構９が構成されている。固体燃料２の外周及び環状電極５との間には断熱材33が配置されており、環状電極５の熱が固体燃料２に伝わることを防止すると共に固体燃料２を円滑に放電空間４方向に押し出し得るようにスライド可能に覆われている。
【００２９】
酸化剤３の押出機構10は、上記固体燃料２の押出機構９と同様に構成されている。即ち、酸化剤３と押さえ板26の間にガス流路36によって放電空間４と導通する室Ｑが形成され、この室Ｑには酸化剤３の端面に接触する押出板34と、押さえ板26と押出板34の間に配置されて押出板34及び酸化剤３を放電空間４の方向に付勢するコイルバネ35が設けられている。酸化剤３の外周及び環状電極５との間には断熱材37が配置されており、環状電極５の熱が酸化剤３に伝わることを防止している。また酸化剤３は円滑に放電空間４方向に押し出されるように断熱材37及び絶縁管25にスライド可能に覆われている。
【００３０】
上記の如く構成された押出機構９，10では、燃焼ガスがガス流路32，36から室Ｐ，Ｑに導入され本質的に放電空間４と圧力が等しくなる。このため、コイルバネ30，35の付勢力が常に固体燃料２，酸化剤３を放電空間４の方向に押し出すように作用し、固体燃料２，酸化剤３が短くなっても放電空間４を一定に維持することが可能である。
【００３１】
尚、断熱材33，37としてはフェノール樹脂の複合材料成形体を用いている。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロケットモータでは、電極に通電するとノズルの反対側に推力が発生し、飛翔体や人工衛星の軌道修正或いは姿勢制御が可能である。前記通電命令は遠隔的に容易に行なうことが出来る。
【００３３】
燃焼室を放電空間と兼用することによって、燃焼面にアークが容易に接触し得るように設計することが可能であり、燃焼反応を安定させることが出来る。即ち、この種のロケットモータでは燃焼の中断が必須である。従来の方式では、固体燃料内又は酸化剤内に燃焼室を設けていたため、燃焼時の熱が燃焼室内に残留し、通電遮断時にも燃焼が継続することがあった。然し、本発明では放電空間を燃焼室と兼用すると共に放電空間にガス流出孔を設けて熱発散を助長することによって、高い信頼性を持って燃焼の中断が出来る。
【００３４】
固体燃料及び酸化剤を夫々押出機構によって放電空間方向に押し出すことで、燃焼の進行に関わらず放電空間を一定に維持し、燃焼及び燃焼中断に対する信頼性を向上させることが出来る。即ち、放電空間に面している固体燃料及び酸化剤の表面は、燃焼に伴って放電アークから離れて行くため、次第に放電空間が大きくなり、ついにはアーク放電のエネルギーが有効に利用し得なくなり、且つ放電空間が大きくなって蓄熱され、この蓄熱で固体燃料及び酸化剤が分解を継続する虞があったが、押出機構によって燃焼面を放電空間側に押し出すことで、前記虞がなくなり、高い信頼性を維持することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係るロケットモータの断面図である。
【図２】第２実施例に係るロケットモータの断面図である。
【符号の説明】
Ｐ，Ｑ        室
１            本体
１ａ          通電側部材
１ｂ          ノズル側部材
２            固体燃料
３            酸化剤
４            放電空間
５            環状電極
６            棒状電極
７            ガス流出孔
８            ノズル
９，10        押出機構
21            絶縁体
22            ボルト
23，26        押さえ板
24            ノズル押さえ
25            絶縁管
27            電導部品
30，35        コイルバネ
31，34        押出板
32，36        ガス流路
33，37        断熱材
【図１】
0003688749.tif 000002
【図２】
0003688749.tif 000003