(57)【要約】【課題】推進薬タンクの小型化を図り、推進薬タンクの質量の低減を実現すると共に、宇宙機全体に占める推進薬タンクの体積の割合を少なく抑え得る宇宙機用推進薬供給装置を提供する。【解決手段】宇宙機のスラスタＳに液状のヒドラジンＨを供給する宇宙機用推進薬供給装置１であって、ヒドラジンＨ及び推進薬押圧用の加圧された窒素ガスＧＮが気液分離状態で収容された推進薬タンク２と、推進薬タンク２のヒドラジンＨが収容される推進薬収容部２ｈに接続されて窒素ガスＧＮに押された液状のヒドラジンＨを複数個のスラスタＳ側に送る推進薬送給管４を備え、推進薬タンク２の窒素ガスＧＮが収容される加圧ガス収容部２ｎには、液状のヒドラジンＨを押す窒素ガスＧＮの膨張による該加圧ガス収容部２ｎ内の圧力の低下に伴って作動して圧力を上昇させる固体ガス発生剤１１ａを有する固体ガス発生器１１が複数接続されている。【選択図】図１
2014058904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙機の複数個のスラスタに液状の推進薬を供給する宇宙機用推進薬供給装置であって、
前記液状の推進薬及びこの推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスが気液分離状態で収容された推進薬タンクと、
前記推進薬タンクの前記推進薬が収容される推進薬収容部に接続されて前記推進薬押圧用加圧ガスに押された液状の推進薬を前記複数個のスラスタ側に送る推進薬送給管を備えた宇宙機用推進薬供給装置において、
前記推進薬タンクの前記推進薬押圧用加圧ガスが収容される加圧ガス収容部には、固体ガス発生器が少なくとも１個接続され、
前記固体ガス発生器は、前記液状の推進薬を押す前記推進薬押圧用加圧ガスの膨張による該加圧ガス収容部内の圧力の低下に伴って点火されて補充のガスを発生する固体ガス発生剤を有している
ことを特徴とする宇宙機用推進薬供給装置。
【請求項２】
前記推進薬タンク内において、前記液状の推進薬及びこの推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスがダイヤフラムにより気液分離されている請求項１に記載の宇宙機用推進薬供給装置。
【請求項３】
前記推進薬タンク内の圧力を検知することで前記加圧ガス収容部内の圧力を取得して、該加圧ガス収容部内の圧力が許容値に達した時点で前記固体ガス発生器を作動させて、前記加圧ガス収容部内の圧力を許容値以上に上昇させる制御部を備えている請求項１又は２に記載の宇宙機用推進薬供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、宇宙機であるスピン型衛星や３軸型衛星に搭載されて、衛星のスラスタに対して液状の推進薬を供給するのに用いられる宇宙機用推進薬供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような宇宙機用推進薬供給装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この宇宙機用推進薬供給装置は、液状の推進薬、例えばヒドラジン及び加圧された窒素ガスを収容した推進薬タンクを備えており、ヒドラジン及び窒素ガスは、この推進薬タンクの内部に互いに気液分離された状態で収容されている。
【０００４】
この推進薬タンクのヒドラジン収容部には、推進薬送給管を介して複数個のスラスタが接続されており、この推進薬送給管には、推進薬充填排出弁，フィルタ及び遮断弁が配置されている。
一方、推進薬タンクの窒素ガス収容部には、ガス注排気配管を介して注排気弁及び圧力センサが接続されている。
【０００５】
この宇宙機用推進薬供給装置では、推進薬タンク内に加圧された状態で収容された窒素ガスの圧力により、同じく推進薬タンク内に収容されたヒドラジンをタンク外に排出させて、推進薬送給管を介してスラスタ側に送るようになっており、スラスタ側では、併設された電磁弁が開かれてヒドラジンが供給されたスラスタのみが推力を発生するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平02-216395号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来の宇宙機用推進薬供給装置では、推進薬タンク内に加圧された状態で収容された窒素ガスが膨張することによって、ヒドラジンを推進薬タンク外に排出するようにしているので、推進薬タンク外にヒドラジンをすべて排出するためには、膨張することで圧力が低下する窒素ガスの最終的な圧力を、例えば、０．７ＭＰａ以上に維持する必要がある。
【０００８】
つまり、窒素ガスの最終的な圧力を必要とされる０．７ＭＰａ以上に維持するためには、推進薬タンクの最大作動圧力に基づいて、窒素ガスの初期圧力及び初期体積を大きく設定する必要があり、窒素ガスの初期圧力及び初期体積を大きくする分だけ、これを収容する推進薬タンクが大型化して、質量が増加してしまうという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、推進薬タンクを小型化することが可能であり、その結果、推進薬タンクの質量の低減を実現することができると共に、宇宙機全体に占める推進薬タンクの体積の割合を少なく抑えることが可能である宇宙機用推進薬供給装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、スピン型衛星や３軸型衛星等の宇宙機に搭載されて、その複数個のスラスタに液状の推進薬を供給する宇宙機用推進薬供給装置であって、前記液状の推進薬及びこの推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスが気液分離状態で収容された推進薬タンクと、前記推進薬タンクの前記推進薬が収容される推進薬収容部に接続されて前記推進薬押圧用加圧ガスに押された液状の推進薬を前記複数個のスラスタ側に送る推進薬送給管を備えた宇宙機用推進薬供給装置において、前記推進薬タンクの前記推進薬押圧用加圧ガスが収容される加圧ガス収容部には、固体ガス発生器が少なくとも１個接続され、前記固体ガス発生器は、前記液状の推進薬を押す前記推進薬押圧用加圧ガスの膨張による該加圧ガス収容部内の圧力の低下に伴って点火されて補充のガスを発生する固体ガス発生剤を有している構成としたことを特徴としており、この構成の宇宙機用推進薬供給装置を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
本発明の請求項２に係る宇宙機用推進薬供給装置は、前記推進薬タンク内において、前記液状の推進薬及びこの推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスが、例えばゴム製のダイヤフラムにより気液分離されている構成としている。
【００１２】
本発明の請求３に係る宇宙機用推進薬供給装置は、前記推進薬タンク内の圧力を検知することで前記加圧ガス収容部内の圧力を取得して、該加圧ガス収容部内の圧力が許容値に達した時点で前記固体ガス発生器を作動させて、前記加圧ガス収容部内の圧力を許容値以上に上昇させる制御部を備えている構成としている。
【００１３】
本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置において、固体ガス発生器の固体ガス発生剤としては、例えば熱安定性に優れていると共に低温（約２００℃）でスクイブにより点火されて、瞬時に大量のガスを発生し得るアジ化ナトリウムを主成分とするものを使用することが望ましく、このような固体ガス発生剤を有する固体ガス発生器は、推進薬タンクの容積の大きさに応じて装備個数が適宜増減される。
【００１４】
また、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置において、推進薬タンクには、アルミニウムやＳＵＳ等の材料を用いることができる。
さらに、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置において、この推進薬タンクに収容される液状の推進薬としては、一液式スラスタ用のヒドラジンや過酸化水素が用いられ、一方、この液状の推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスとしては、窒素ガスやヘリウムガスが用いられる。
【００１５】
本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置において、推進薬収容部内の液状の推進薬は、加圧ガス収容部内の推進薬押圧用加圧ガスが膨張することで、推進薬送給管を介してスラスタ側に送られる。
この推進薬押圧用加圧ガスの膨張によって加圧ガス収容部内の圧力が低下するが、この加圧ガス収容部に接続された固体ガス発生器の固体ガス発生剤が点火されて、加圧ガス収容部内の圧力低下を補うべくガスを発生して圧力を上昇させるので、推進薬収容部内の液状の推進薬をスラスタ側に送るのに必要な加圧ガス収容部内の圧力、例えば、０．７ＭＰａ以上の圧力が常に確保されることとなる。
【００１６】
このように、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置では、推進薬押圧用加圧ガスの膨張による加圧ガス収容部内の圧力低下を固体ガス発生器で生じるガスによって補うようにしているので、推進薬押圧用加圧ガスの初期圧力及び初期体積を大きく設定しなくても済む分だけ、推進薬タンクの小型化が図られ、質量の増加が抑えられることとなる。
【００１７】
加えて、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置では、推進薬押圧用加圧ガスの膨張による加圧ガス収容部内の圧力低下を補うものとして、固体ガス発生剤を有するコンパクトで設置し易い固体ガス発生器を採用しているので、宇宙機全体に占める固体ガス発生器の体積の割合を少なく抑え得ることとなる。
【００１８】
また、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置では、推進薬タンク内において、液状の推進薬と推進薬押圧用加圧ガスとをダイヤフラムで気液分離するように成せば、推進薬タンクからは、液状の推進薬のみがスラスタ側に供給されることとなる。
【００１９】
さらに、加圧ガス収容部内の圧力が許容値を下回った時点において、制御部が、この加圧ガス収容部内の圧力低下情報を取得して、固体ガス発生器を作動させて加圧ガス収容部内の圧力を許容値以上に上昇させるべく制御を行うので、加圧ガス収容部内の圧力が推進薬収容部内の液状の推進薬をスラスタ側に送るのに必要な値以上に確実に維持されることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に係る宇宙機用推進薬供給装置では、上記した構成としているので、推進薬タンクの小型化を実現したうえで、推進薬タンクの質量を低減させることができると共に、宇宙機全体に占める推進薬タンクの体積の割合を少なく抑えることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２１】
また、本発明の請求項２に係る宇宙機用推進薬供給装置では、上記した構成としているので、液状の推進薬と推進薬押圧用加圧ガスとを確実に気液分離することができ、その結果、推進薬タンクから液状の推進薬のみをスラスタ側に供給することが可能である。
【００２２】
さらに、本発明の請求項３に係る宇宙機用推進薬供給装置では、上記した構成としているので、加圧ガス収容部内の圧力を必要な値以上に確実に維持することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例による宇宙機用推進薬供給装置を含めた宇宙機の推進薬供給系統を示す概略システム説明図である。
【図２】図１に示した宇宙機用推進薬供給装置の固体ガス発生器の作動前後における推進薬タンク内の圧力の変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置をスピン型衛星に搭載した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１に示すように、この宇宙機用推進薬供給装置１は、宇宙機であるスピン型衛星のスラスタＳに液状の推進薬を供給する推進薬供給装置であって、液状の推進薬であるヒドラジンＨ及び推進薬押圧用の加圧された窒素ガスＧＮを収容した推進薬タンク２を備えており、ヒドラジンＨ及び窒素ガスＧＮは、この推進薬タンク２の内部においてゴム製のダイヤフラム３を介して互いに気液分離された状態で収容されている。
【００２６】
この推進薬タンク２のヒドラジンＨが収容される推進薬収容部２ｈには、推進薬送給管４を介して複数個のスラスタＳが接続されており、この推進薬送給管４には、推進薬充填排出弁５，圧力センサ６，フィルタ７及び遮断弁８が配置されている。
一方、推進薬タンク２の窒素ガスＧＮが収容される加圧ガス収容部２ｎには、ガス注排気配管９を介して注排気弁１０が接続されている。
【００２７】
この宇宙機用推進薬供給装置１では、推進薬タンク２の加圧ガス収容部２ｎ内に加圧された状態で収容された窒素ガスＧＮの圧力により、同じく推進薬タンク２の推進薬収容部２ｈ内に収容されたヒドラジンＨを推進薬タンク２外に排出させて、推進薬送給管４を介してスラスタＳ側に供給するようになっており、スラスタＳでは、併設された電磁弁ＳＢが開かれてヒドラジンＨが供給されたスラスタＳのみが推力を発生するようになっている。
【００２８】
この場合、推進薬タンク２の加圧ガス収容部２ｎには、固体ガス発生剤１１ａを有する固体ガス発生器１１がガス注排気配管９を介して接続されている。この固体ガス発生器１１は、複数個装備され、これらの固体ガス発生器１１の固体ガス発生剤１１ａは、圧力センサ６と接続して加圧ガス収容部２ｎ内の圧力を取得する制御部１２からの指令により点火されるようになっている。
【００２９】
つまり、図２に示すように、液状のヒドラジンＨを押す窒素ガスＧＮの膨張による加圧ガス収容部２ｎ内の圧力が許容値Ｐ、例えば、０．７ＭＰａに達すると、この時点ｔ１（ｔ２）において、圧力センサ６から圧力信号を取得した制御部１２からの指令により、固体ガス発生器１１の固体ガス発生剤１１ａが順次点火され、この固体ガス発生剤１１ａの点火で生じるガスを加圧ガス収容部２ｎ内に送り込むことで、その圧力を許容値Ｐ以上に上昇させるようになっている。なお、図示例では固体ガス発生器１１を２個装備しているが、固体ガス発生器１１の個数は、推進薬タンク２の容積の大きさに応じて適宜増減される。
【００３０】
この実施例による宇宙機用推進薬供給装置１において、推進薬収容部２ｈ内のヒドラジンＨは、加圧ガス収容部２ｎ内で膨張する窒素ガスＧＮに押圧されて、推進薬送給管４を介してスラスタＳ側に送られる。
【００３１】
この窒素ガスＧＮの膨張によって加圧ガス収容部２ｎ内の圧力が低下するが、加圧ガス収容部２ｎ内の圧力が許容値Ｐに達した時点において、制御部１２が、圧力センサ６からの圧力信号を取得して、固体ガス発生器１１の固体ガス発生剤１１ａを順次点火し、この固体ガス発生剤１１ａの点火で生じるガスを加圧ガス収容部２ｎ内に供給することで、加圧ガス収容部２ｎ内の圧力を許容値Ｐ以上に上昇させる。
【００３２】
したがって、加圧ガス収容部２ｎ内の圧力が推進薬収容部２ｈ内のヒドラジンＨをスラスタＳ側に送るのに必要な値以上に確実に維持されることとなる。
【００３３】
このように、この実施例による宇宙機用推進薬供給装置１では、窒素ガスＧＮの膨張による加圧ガス収容部２ｎ内の圧力低下を固体ガス発生剤１１ａが具備された固体ガス発生器１１によって補うようにしているので、窒素ガスＧＮの初期圧力及び初期体積を大きく設定する必要がない分だけ、推進薬タンク２の小型化が図られ、質量の増加が抑えられることとなる。
【００３４】
加えて、この実施例による宇宙機用推進薬供給装置１では、窒素ガスＧＮの膨張による加圧ガス収容部２ｎ内の圧力低下を補うものとして、固体ガス発生剤１１ａを有するコンパクトで設置し易い固体ガス発生器１１を採用しているので、宇宙機であるスピン型衛星全体に占める固体ガス発生器１１の体積の割合を少なく抑え得ることとなる。
【００３５】
また、この実施例による宇宙機用推進薬供給装置１では、推進薬タンク２内において、液状のヒドラジンＨと窒素ガスＧＮとをダイヤフラム３で気液分離するようにしているので、推進薬タンク２からは、液状のヒドラジンＨのみがスラスタＳ側に供給されることとなる。
【００３６】
上記した実施例では、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置をスピン型衛星に搭載する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置を、例えば、３軸型衛星に搭載することも可能である。
【００３７】
また、上記した実施例では、推進薬タンク２に収容される液状の推進薬として、一液式スラスタ用のヒドラジンＨを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、液状の推進薬として、例えば、過酸化水素を用いてもよい。
【００３８】
さらに、上記した実施例では、液状の推進薬を押圧する推進薬押圧用加圧ガスとして、窒素ガスＧＮを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、推進薬押圧用加圧ガスとして、例えば、ヘリウムガスを用いてもよい。
【００３９】
本発明に係る宇宙機用推進薬供給装置の構成は、上記した実施例の宇宙機用推進薬供給装置１の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１  宇宙機用推進薬供給装置
２  推進薬タンク
２ｈ  推進薬収容部
２ｎ  加圧ガス収容部
３  ダイヤフラム
４  推進薬送給管
１１  固体ガス発生器
１１ａ  固体ガス発生剤
１２  制御部
Ｈ  ヒドラジン（液状の推進薬）
ＧＮ  窒素ガス（推進薬押圧用加圧ガス）
Ｓ  スラスタ
【図１】
2014058904.tif 000003
【図２】
2014058904.tif 000004