(57)【要約】【課題】再使用可能な航空宇宙システム及びその動作方法を提供する。【解決手段】航空宇宙システム（1170）は、外向き外面（1173）を有する細長い打上げ用ビークル（1100）及びビークルによって支持された環状要素（1180）を含む。環状要素は、内向き外面（1184）を有すると共にビークル軸線に沿ってそれぞれ第１の方向及びこれと逆の第２の方向に向いた第１及び第２の縁面（1181,1182）を有する。ビークルに搭載された推進システム（1110）は、打上げ用ビークルの第１の端部寄りに配置された少なくとも１つのノズル（1111）を有し、打上げ用ビークルと通信可能なコントローラ（1190）には、ビークル上昇中にビークルを第１の方向に方向付け、ビークル下降中にビークルを第２の方向に方向付ける命令がプログラムされている。【選択図】図１１
2014181030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空宇宙システムであって、
第１の端部及びこの第１の端部と全体として反対側に位置する第２の端部とを備えた打上げ用ビークルを有し、この打上げ用ビークルは、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるビークル軸線に沿って細長く、この打上げ用ビークルは、外向きの外面を有し、
更に、前記打上げ用ビークルによって支持された環状要素を有し、この環状要素は、前記ビークル軸線から半径方向に間隔を置いて位置すると共に前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記ビークル軸線に沿う位置で前記外面の少なくとも一部分にわたって前記ビークル軸線周りに円周方向に延びる内向きの外面を有し、この環状要素は、前記ビークル軸線に沿って第１の方向に向いた第１の縁面及び前記ビークル軸線に沿って第２の方向に向いた第２の縁面を有し、前記第２の方向は、前記第１の方向と逆であり、
前記打上げ用ビークルに搭載された推進システムを含み、この推進システムは、前記打上げ用ビークルを打ち上げるよう前記打上げ用ビークルの前記第１の端部寄りに配置された少なくとも１つのノズルを有する、航空宇宙システム。
【請求項２】
前記内向きの外面は、前記打上げ用ビークルの前記外向きの外面から半径方向に間隔を置いて位置し、且つ、その外向きの外面周りに少なくとも部分的に延びている、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項３】
前記環状要素は、前記打上げ用ビークルに対して固定的に配置されている、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項４】
前記環状要素は、固定フィンを支持している、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項５】
前記環状要素は、少なくとも１つの展開可能な要素を備え、前記コントローラには、実行されると前記少なくとも１つの展開可能な要素を収納位置から前記打上げ用ビークルの下降のための展開位置に動かす命令がプログラムされている、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項６】
前記展開可能な要素は、前記ビークル軸線と全体として平行に整列した表面を有するフィンを含む、請求項５記載の航空宇宙システム。
【請求項７】
前記展開可能な要素は、展開形態において前記ビークル軸線に対して横方向に配置される減速面を含む、請求項５記載の航空宇宙システム。
【請求項８】
前記展開位置は、多数の展開位置のうちの１つである、請求項５記載の航空宇宙システム。
【請求項９】
前記第１の縁面は、前記打上げ用ビークルの上昇中に外部流れから遮蔽され、前記打上げ用ビークルの下降中に外部流れに対して露出される、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１０】
前記第１の縁面は、前記打上げ用ビークルの前記第２の端部よりも前記打上げ用ビークルの前記第１の端部の近くに配置され、前記第２の縁面は、前記打上げ用ビークルの前記第１の端部よりも前記打上げ用ビークルの前記第２の端部の近くに配置され、前記第２の縁面は、前記第１の縁面よりも平坦である、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１１】
前記環状要素の前記内向きの外面は、前記打上げ用ビークルの前記半径方向外向きの外面よりも前記ビークル軸線から半径方向に更に離れた位置に配置されている、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１２】
前記打上げ用ビークルの前記第２の端部は、前記ビークル軸線回りに円周方向に延びる縁を形成する湾曲した途絶部を備えた閉鎖部を有する、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１３】
前記環状要素は、前記ビークル軸線に沿って、前記第２の端部の最も遠くの軸方向末端部及び前記第１の端部の最も遠くの軸方向末端部から間隔を置いて配置されている、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１４】
前記打上げ用ビークルは、
前記ビークル軸線に沿って配置された第１段と、
前記ビークル軸線に沿って配置されると共に所定の切り離し位置で前記第１段に連結された第２段とを有し、前記第２段は、飛行中、前記切り離し場所で前記第１段から切り離し可能であり、
前記環状要素は、前記第１段と前記第２段を連結したときに前記打上げ用ビークルの第１の全長に対して第１の位置を有し、前記第２段を前記第１段から切り離したときに前記打上げ用ビークルの第２の全長に対して第２の位置を有する、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１５】
前記打上げ用ビークルと通信し、前記打上げ用ビークルの上昇中にこの打上げ用ビークルを前記第１の方向に方向付け、前記打上げ用ビークルの下降中にこの打上げ用ビークルを前記第２の方向に方向付けるよう構成されたコントローラを更に含む、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記打上げ用ビークルに搭載されている、請求項１５記載の航空宇宙システム。
【請求項１７】
前記第２の縁面は、全体として平坦であり、前記第１の縁面は、全体として湾曲している、請求項１記載の航空宇宙システム。
【請求項１８】
前記環状要素は、前記第１段によって支持されている、請求項１４記載の航空宇宙システム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのノズルは、前記第１段によって支持された第１のノズル及び前記第２段によって支持された第２のノズルを含み、前記第２のノズルは、排出生成物を前記貫流隙間中に方向付けると共にこれを通過させるよう配置されている、請求項１４記載の航空宇宙システム。
【請求項２０】
前記打上げ用ビークルは、前記第１段及び前記第２段のうちの少なくとも一方を他方から押し離すよう配置される機械的アクチュエータを備えていない、請求項１４記載の航空宇宙システム。
【請求項２１】
航空宇宙システムを作動させる方法であって、
打上げ用ビークルのノズルからの推力を方向付けて前記打上げ用ビークルを離陸させるステップを含み、前記打上げ用ビークルは、上側端部、下側端部及び前記上側端部と前記下側端部との間に延びるビークル軸線を有し、前記上側端部は、打上げ中、前記下側端部の上方に位置し、
打上げに続き、前記打上げ用ビークルを方向付けて、前記下側端部が前記上側端部の下に位置した状態で、この打上げ用ビークルを下降させて着陸させるステップを含み、
打上げ用ビークルの下降中、空気が前記打上げ用ビークルの前記下側端部から遠ざかる方向で前記打上げ用ビークルの外面に沿って流れて、前記打上げ用ビークルによって支持された環状要素を通って流れるようにするステップを含む、航空宇宙システムを作動させる方法。
【請求項２２】
前記打上げ用ビークルは、前記ビークル軸線に沿って配置された第１段と、前記ビークル軸線に沿って配置されると共に既定の切り離し位置で前記第１段に連結された第２段とを有し、前記航空宇宙システムを作動させる方法は、
前記打上げ用ビークルを前記第１段と前記第２段が互いに連結された状態で且つ前記環状要素が前記打上げ用ビークルの第１の全長に対して第１の位置にある状態で前記打上げ用ビークルを上方に方向付けるステップと、
前記第１段と前記第２段を切り離すステップと、
前記環状要素が前記打上げ用ビークルの第２の全長に対して第２の位置にある状態で前記第１段を下方に方向付けるステップとを更に含み、前記第２の位置は、前記第１の位置とは異なっている、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記環状要素は、前記打上げ用ビークルが上方に方向付けられているときと前記第１段が下方に方向付けられているときの両方において前記第１段に対して単一の固定位置を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記環状要素は、前記下側端部の方へ向いた第１の縁面及び前記上側端部の方へ向いた第２の縁面を有し、前記第２の縁面は、前記第１の縁面よりも平坦であり、前記航空宇宙システムを作動させる方法は、
前記打上げ用ビークルの上昇中に、前記第２の縁面が前縁面となるようにこの第２の縁面を配置するステップと、
前記打上げ用ビークルの下降中に、前記第１の縁面が前縁面となるようにこの第１の縁面を配置するステップとを更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記環状要素は、前記ビークル軸線に沿って第１の方向に向いた第１の縁面及び前記ビークル軸線に沿って第２の方向に向いた第２の縁面を有し、前記第２の方向は、前記第１の方向とは逆であり、前記方法は、
前記第１の縁面をビークル上昇中、外部流れから遮蔽するステップと、
前記第１の縁面をビークル下降中、外部流れに露出させるステップとを更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
前記ノズルは第１のノズルであり、前記打上げ用ビークルは、前記第１のノズルを支持した第１段と、第２のノズルを支持した第２段とを有し、前記航空宇宙システムを作動させる方法は、
打上げに続き、前記第２のノズルを作動させて前記第１段と前記第２段を切り離すステップと、
前記環状要素が前記第１段によって支持されている間、前記第２のノズルからの排気を環状要素中に方向付けるステップを更に含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
前記第１段と前記第２段を切り離すステップは、前記第１段及び前記第２段のうちの少なくとも一方を他方から押し離す機械的アクチュエータを用いないで前記第１段と前記第２段を切り離すステップを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記第２のノズルからの排気を方向付けるステップは、前記排気の少なくとも一部分を方向付けて、その部分が前記第２のノズルの方へ向いた前記第１段の閉鎖面に当たるようにするステップを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記第２のノズルからの排気を方向付けるステップは、前記排気の少なくとも一部分を前記環状要素と前記第１段の外向きの外面との間の隙間に方向付けるステップを含む、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記第２段は、乗員を搭載し、前記第２のノズルを作動させるステップは、乗員脱出手順の一部として前記第２のノズルを作動させるステップを含む、請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容、即ち、本発明は、一般に、環状外側要素を備えた打上げ用ビークル並びに関連システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロケットは、長年にわたり、ペイロードとしての人間及びペイロードとしての人間ではないものを軌道に打ち上げるために用いられている。かかるロケットは、最初の人類を宇宙空間や月に送り出し、そしてかかるロケットは、数え切れないほどの人工衛星を地球の軌道に、そして軌道の向こう側に打ち上げている。かかるロケットは、無人宇宙探査機を推進し、最近においては、構造物、補給品又は食料・物資並びに人員を軌道上の国際宇宙ステーションに送るために用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ロケットミッションと関連した継続的に要望されている１つの課題は、システムの再利用性である。本発明の各態様は、この課題に取り組むことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、航空宇宙システムであって、第１の端部及びこの第１の端部と全体として反対側に位置する第２の端部とを備えた打上げ用ビークルを有し、この打上げ用ビークルは、第１の端部と第２の端部との間に延びるビークル軸線に沿って細長く、この打上げ用ビークルは、外向きの外面を有し、更に、打上げ用ビークルによって支持された環状要素を有し、この環状要素は、ビークル軸線から半径方向に間隔を置いて位置すると共に第１の端部と第２の端部との間でビークル軸線に沿う位置で外面の少なくとも一部分にわたってビークル軸線周りに円周方向に延びる内向きの外面を有し、この環状要素は、ビークル軸線に沿って第１の方向に向いた第１の縁面及びビークル軸線に沿って第２の方向に向いた第２の縁面を有し、第２の方向は、第１の方向と逆であり、打上げ用ビークルに搭載された推進システムを含み、この推進システムは、打上げ用ビークルを打ち上げるよう打上げ用ビークルの第１の端部寄りに配置された少なくとも１つのノズルを有する、航空宇宙システムが提供される。
【０００５】
また、本発明の別の態様によれば、航空宇宙システムを作動させる方法であって、打上げ用ビークルのノズルからの推力を方向付けて打上げ用ビークルを離陸させるステップを含み、打上げ用ビークルは、上側端部、下側端部及び上側端部と下側端部との間に延びるビークル軸線を有し、上側端部は、打上げ中、下側端部の上方に位置し、打上げに続き、打上げ用ビークルを方向付けて、下側端部が上側端部の下に位置した状態で、この打上げ用ビークルを下降させて着陸させるステップを含み、打上げ用ビークルの下降中、空気が打上げ用ビークルの下側端部から遠ざかる方向で打上げ用ビークルの外面に沿って流れて、打上げ用ビークルによって支持された環状要素を通って流れるようにするステップを含む、航空宇宙システムを作動させる方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本発明の実施形態による展開可能なフレア状の面部を有する代表的なビークルを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による展開可能なフレア状の面部を有する代表的なビークルを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による上昇中における代表的なビークルを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による下降中における代表的なビークルを示す図である。
【図３Ａ】収納位置にある展開可能なフレア状の面部を示す代表的なビークルの一部分の拡大図である。
【図３Ｂ】展開位置にある展開可能なフレア状の面部を示す代表的なビークルの一部分の拡大図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態に従って構成された収納状態の展開可能な面部を有するビークルの部分概略側面図である。
【図４Ｂ】展開可能な面部が展開された状態の、図４Ａに示されたビークルの部分概略側面図である。
【図４Ｃ】展開可能な面部が展開された状態の、図４Ｂに示されたビークルの部分概略平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による並進面部を有するビークルの部分概略側面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による並進面部を有するビークルの部分概略平面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による２組の展開可能なフレア状の面部を有するビークルの部分概略側面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による２組の展開可能なフレア状の面部を有するビークルの部分概略平面図である。
【図７】本発明の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分概略等角図である。
【図８Ａ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図８Ｂ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図８Ｃ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図８Ｄ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図８Ｅ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図８Ｆ】本発明の別の実施形態による上方且つ外方にテーパした形状を有するビークルの部分の部分概略側面図である。
【図９】本発明の更に別の実施形態に従って構成された形状及び特徴部を有する燃料タンクの部分概略等角図である。
【図１０】本発明の更に別の実施形態に従って構成された燃料タンクの部分切除側面図である。
【図１１】本発明の実施形態に従って構成された環状要素を含む代表的なビークルシステムの部分概略側面図である。
【図１２Ａ】第２段が取り外された状態の図１１に示されたビークルの実施形態の部分概略側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示されたビークルの代表的な実施形態の等角底面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａに示されたビークルの代表的な実施形態の等角底面図及び等角上面図である。
【図１３】本発明の実施形態に従って構成された展開可能なフィン及び関連ハウジングの部分概略等角図である。
【図１４】本発明の別の実施形態に従って構成された環状要素を有する多段ビークルの部分概略等角図である。
【図１５】本発明の実施形態による平面状の閉鎖面を有するビークル第１段の第２の端部の部分概略側面図である。
【図１６】第２段及び環状要素が本発明の実施形態に従って配置された状態の図１５に示された第１段の実施形態の部分概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、一般に、環状外側要素及び／又は固定状態の面部及び展開可能な減速面部を備えた打上げ用ビークル（例えば、ロケット）並びに関連のシステム及び方法に関する。周知であると共にロケット流れ面部と関連している場合の多い構造体及びプロセス及び／又は他の構造体を説明する幾つかの細部は、説明が煩雑になるのを避けるために以下の説明には記載されていない。さらに、以下の開示は、幾つかの実施形態に関するが、幾つかの他の実施形態は、このセクションに記載された形態、配置及び／又はコンポーネントとは異なる形態、配置及び／又はコンポーネントを有しても良い。具体的に説明すると、他の実施形態は、追加の要素を有すると共に／或いは図１Ａ〜図１６を参照して以下に説明する要素のうちの１つ又は２つ以上を欠いていても良い。
【０００８】
以下に説明する本発明の多くの実施形態は、プログラム可能なコンピュータ又はコントローラによって実行されるルーチンを含むコンピュータにより実行可能な命令の形態をしていても良い。当業者であれば理解されるように、本発明は、図示すると共に以下に説明するコンピュータシステム以外のコンピュータシステムで実施できる。本発明は、以下において説明するコンピュータにより実行可能な命令のうちの１つ又は２つ以上を実施するよう特別にプログラムされ、構成され又は構築された専用コンピュータ又はデータプロセッサで具体化できる。したがって、一般に本明細書において用いられる「コンピュータ」及び「コントローラ」という用語は、任意のデータプロセッサを意味すると共にインターネット機器及び手持ち型装置（パームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、セルラーフォン、モバイルフォン、マルチプロセッサシステム、プロセッサ利用又はプログラム可能家電、ネットワークコンピュータ、ミニコンピュータ等）を含む場合がある。これらコンピュータにより取り扱われる情報は、ＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤを含む任意適当なディスプレイ媒体で提供できる。
【０００９】
本発明は又、タスク又はモジュールが通信ネットワークを介してリンクされた遠隔処理装置によって実施される分散型環境で実施可能である。分散型コンピュータ処理環境では、プログラムモジュール又はサブルーチンをローカル記憶装置又は遠隔記憶装置に配置可能である。以下において説明する本発明の観点は、磁気又は光学的に読み取り可能な又は取り外し可能なコンピュータディスクを含むコンピュータ可読媒体上に記憶又は分散可能であると共にネットワークにより電子的に分散可能である。特定の実施形態では、本発明の観点に特有のデータ構造及びデータの伝送も又、本発明の範囲に含まれる。
【００１０】
図１Ａは、本発明の実施形態に従って構成されたビークル１００の上から見た等角図である。図１Ｂは、図１Ａに示されたビークル１００の側面図である。図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、ビークル１００は、ペイロードモジュール１３０を支持した推進モジュール１１０を含むロケット（例えば、軌道ビークル又は弾道ビークル）であるのが良い。推進モジュール１１０は、ビークル１００の第１の又は船尾側の端部１０５寄りに配置された対応のエンジン排気ノズル１１１を有する１つ又は２つ以上のエンジンを含むのが良い。ビークル１００は、長手方向ビークル軸線Ｖに沿って細長いのが良く、第１の端部１０５寄りの第１の領域１０３及びビークル１００の第２の又は前方側端部１０２寄りに配置された第２の領域１０４を有する外方に向いた露出面１０１を有する。ビークル１００は、ビークル１００が尾部下げ向きで着陸することができるよう第１の端部１０５寄りに配置された着陸装置１２０を有するのが良い。ビークル１００は、ビークル１００の第２の端部１０２寄りに配置された展開可能な又は違ったやり方で動くことができる減速面部（例えば、フレア（ラッパ形）面部）１４０を更に有するのが良い。展開可能な面部１４０は、上昇中、収納可能であり、尾部下げ下降及び着陸中のビークル１００の速度を安定化すると共に減少させるよう、下降中に展開可能である。特定の実施形態では、展開可能な減速面部１４０は、尾部下げ下降及び着陸中、安定性を高めると共に／或いはビークルの空気力学的揚力と抗力の比を向上させるような仕方でビークル１００の空気力学的圧力中心の位置を高くすることができる（例えば、ビークル１００の重心の上に）。ビークル１００の船尾側端部１０５寄りに設けられたフィン１５０が上昇中、安定器及び／或いは制御面として働くことができ、又、下降中にも安定器及び／又は制御面として働くことができる。したがって、フィン１５０は、２０１０年２月２４日に出願された同時係属中の米国特許出願第１２／７１２，０８３号明細書（発明の名称：BIDIRECTIONAL CONTROL SURFACES FOR USE WITH HIGH SPEED VEHICLES, AND ASSOCIATED SYSTMES AND METHODS）に更に記載されているように前方方向（例えば、上昇中）及び逆方向（例えば、下降中）に作動可能である。
【００１１】
特定の実施形態では、ペイロードモジュール１３０は、貨物及び／又は乗員を運ぶよう構成されているのが良い。図１Ａ及び図１Ｂに示された実施形態では、ペイロードモジュール１３０は、半球形の形をしているのが良く、他の実施形態では、ペイロードモジュール１３０は、他の形状をしていても良い。
【００１２】
特定の実施形態では、ビークル１００は、ビークル１００の内部に設けられた５つのエンジン（図１Ａ及び図１Ｂでは見えず）を有し、各エンジンは、対応のエンジン排気ノズル１１１を有している。エンジンは、ビークル１００を上方に推進するために（例えば、ダウンレンジコンポーネントの有無にかかわらず、垂直に）ブースト段階中に用いられる。オプションとして、エンジンは又、単独で又は他の制御システムと組み合わさってブースト段階中、ビークル１００を操舵する推力偏向をもたらすことができる。
【００１３】
エンジンがブースト段階を完了した後、展開可能な面部１４０を展開すると、ビークル１００の下降状態を遅くすることができる。展開可能な面部１４０は、ビークル１００が下降しているとき（尾部下げ状態で）、ビークル抗力を増大させると共にビークル１００の終端速度を減少させることによってビークル安定性を向上させることができ、その後、エンジンは、垂直着陸に先立って再始動する。特定の実施形態では、展開可能な面部１４０は、飛行中、１回だけ用いられ、ビークル１００が着陸した後、次に地上整備員によって格納される。フィン１５０は、下降及び着陸中、ビークル１００を制御すると共に操舵するために使用できる。したがって、ビークル１００を操舵してこれが打ち上げられた場所まで直接戻すことができる。他の実施形態では、ビークル１００を他の場所まで操舵することができる。これら実施形態のうちの任意のものにおいて、ビークル１００が着陸場所に接近すると、エンジンを再始動させてビークル１００を一段と減速するのが良い。次に、着陸装置１２０を最終の着陸のために展開する。
【００１４】
図２Ａは、矢印Ａで示された上昇中におけるビークル１００の実施形態の部分概略側面図である。上昇段階中、展開可能な面部１４０（外面１０１の一部をなす）を収納し、従って、これをビークル１００の下に位置する表面１０６に当てて平らにした状態で且つ一般に外面１０１の残部と面一をなして配置することができる。上昇段階中、着陸装置１２０（図１Ａ及び図１Ｂ）は、収納される。
【００１５】
図２Ｂは、矢印Ｄで示された下降中におけるビークル１００を示している。下降中、例えば展開可能な面部１４０を回動させて、その下に位置する表面１０６から外方に拡張するようにすることによって展開可能な面部１４０を展開する。上述したように、この形態は、ビークル１００を減速させることが見込まれ、この形態は又、ビークルを安定化することができる。例えば、上述したように、面部１４０を展開することにより、ビークル１００に上方に作用する圧力中心をずらすことができ（例えば、ビークルの重心の上方に）、その結果、ビークル１００に加わる重力は、ビークル１００に作用する空気力学的な力によって生じる場合のある摂動を安定化する傾向がある。
【００１６】
面部１４０を展開した場合の一作用効果は、第１の領域１０３に対し第２の領域１０４でのビークル１００の横断面積又は平面形フットプリントを増大させることにある。例えば、第１の領域１０３内にある第１の位置１９１（フィン１５０の横断面積を含む）又は第２の位置１９２におけるビークル１００の横断面積は、展開可能な面部１４０を展開したときに第２の領域１０４内にある第３の位置１９３におけるビークル１００の横断面積よりも小さいであろう。横断面積のこの変化は、展開可能な面部１４０を続いて収納し又は他の方法で動かすことができるので、一時的であると言える。図７〜図１０を参照して後述する他の実施形態では、かかる増大した横断面積は、ビークルの外側幾何学的形状の固定部分であり得る。
【００１７】
図３Ａは、展開可能な面部１４０が収納された状態における、例えばビークル１００のブースト又は上昇段階中におけるビークル１００の第２の領域１０４の部分概略側面図である。展開可能な面部１４０は、多数の展開可能なペタル（花弁状部）１４１又は他の適当な表面若しくは表面要素を含むのが良い。収納形態では、ペタル１４１は、下に位置するビークル１００の表面１０６に当てて閉じられている。したがって、ペタル１４１は、円筒形外面１０１の形状に合致するように筒体の断片で作られるのが良い。他の実施形態では、ペタル１４１は、他の形状を有していても良い。これら実施形態のうちの任意のものにおいて、外側ペタル１４１ａは、内側ペタル１４１ｂと交互に位置して、間の内側ペタル１４１ｂとオーバーラップするのが良い。
【００１８】
図３Ｂは、ビークル１００の第２の領域１０４を上方から見た部分概略等角図であり、展開可能な面部１４０を展開形態で示している。この形態では、ペタル１４１は、例えば１つ又は２つ以上のアクチュエータ１４２により下に位置するビークル１００の表面１０６から外方に回動されている。特定の実施形態では、隣り合うペタル１４１は、収納時に互いにオーバーラップするのが良く、展開時には互いにオーバーラップし又は当接するのが良い。他の実施形態では、ペタル１４１は、展開時に互いに間隔を置いて配置され又は少なくとも部分的に互いに間隔を置いて配置されるのが良い。展開可能な面部１４０について選択される特定の配置は、展開可能な面部１４０により提供されることが見込まれる制動レベル、ビークル１００との一体化及び／又は他の要因で決まる場合がある。
【００１９】
特定の実施形態では、展開可能な面部１４０は、１６枚のペタル１４１を含み、各ペタルは、別個の空気圧、油圧、電気又は他のアクチュエータによって展開される。ペタル１４１は、収納時に互いにオーバーラップするのが良く、第１の組をなす８枚のペタル１４１は、外側に配置され、第２の組をなす８枚のペタル１４１は、内側に配置されると共に第１の組に属するペタルと交互に配置され、その結果、フレア状の面部１４０を完全に展開すると、隣り合うペタル１４１相互間にはそれほど大きな隙間が存在しないようになる。ビークル１００は、ペタル１４１を開くための指令が与えられるまでペタル１４１を収納位置に保持する保持ラッチ又は他の特徴部を有するのが良い。特定の実施形態では、ビークル１００の第２の領域１０４は、剛性を追加するためのアルミニウムリングフレームによって裏打ちされた複合サンドイッチパネルを含むのが良い。ペタル１４１も、複合サンドイッチパネルで形成できる。他の実施形態では、これら構造体のうちのいずれも他の構成のものであっても良い。
【００２０】
特定の実施形態では、個々のペタル１４１を一斉に動かし、１つ１つを他のものと同じ量、同じ速度及び同じ方向に（例えば、外方に又は内方に）動かす。他の実施形態では、展開可能な面部１４０の個々のペタル１４１は、個々に動くことができると共に制御可能であるのが良い。かかる実施形態では、ペタル１４１を例えばビークル１００をその減速に加えて操舵するよう互いに異なる速度で、互いに異なる量だけ且つ／或いは互いに異なる方向に互いに対して動かすのが良い。ペタル１４１の運動は、コントローラ１６０によって制御されるのが良い。一実施形態では、コントローラ１６０は、ビークル１００に搭載された電気機械式装置である。他の実施形態では、コントローラ１６０は、ビークル１００に搭載され又は地上に設置されたディジタル又はコンピュータ利用装置１６０であり、適当な命令を含むコンピュータ可読媒体を有する。コントローラ１６０は、種々のセンサのうちの任意のもの（例えば、加速度計、ＧＰＳセンサ、高度センサ、圧力センサ又は時間センサ（例えば、クロック））から入力信号を受け取ることができ、かかる入力信号に基づいて、コントローラ１６０は、ペタル１４１を操作するための命令を出す。コントローラ１６０は、他のビークル機能、例えばエンジンの作動、着陸装置の作動及び制御面の操作も制御することができる。
【００２１】
上述したように、ペタル１４１は、展開時に互いに密封可能に係合することができる。他の実施形態では、隣り合うペタルは、展開時、互いに間隔を置いて位置しても良く、それにより軸方向に延びる隙間が生じる。さらに別の実施形態では、ペタル１４１にはベント孔が設けられても良い。例えば、ペタル１４１は、空気がペタル１４１を通過することができるようにするベント孔１４３（図３Ｂでは破線で示されている）を有しても良い。ベント孔１４３は、碁盤目状に又は他の適当なパターンをなして配置されるのが良い。この実施形態の別の観点では、個々のベント孔１４３は、ベント孔１４３を通る空気の量を制御するために選択的に開閉可能であるのが良い（例えば、作動パネル、絞り又は他の適当な装置により）。これにより、展開可能な面部１４０により生じる抗力を制御することができる。この実施形態の別の観点では、ビークル１００を操舵するために使用できる抗力差をもたらすため、１つの周方向位置のベント孔１４３は開放可能であり、別の周方向位置のベント孔１４３は閉鎖可能である。
【００２２】
図１Ａ〜図３Ｂを参照して上述した実施形態では、展開可能な面部は、ビークルの上側又は第２の端部寄りに配置されている。図４Ａは、本発明の別の実施形態に従って下端部寄りに配置された展開可能な面部を有するビークル４００の部分概略側面図である。この実施形態の一態様では、ビークル４００は、外方にラッパ状に広がった形状を備えた第１の又は下側の領域４０３と第１の領域４０３の上方に位置する第２の又は上側の領域４０４とを備えた外面４０１を有している。展開可能な面部４４０は、第１の領域４０３に配置されている。展開可能な面部４４０は、収納位置で示されている４枚の展開可能なパネル４４１（これらのうち３つが図４Ａで見える）を含むのが良い。図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ、展開可能な面部４４０が展開位置にあるビークル４００の側面図及び平面図である。この位置では、パネル４４１は、第１の領域４０３におけるラッパ状に広がった外面４０１による横断面積を超えてビークル４００の横断面積を増大させるために、下に位置するビークル４００の面部４０６から外方に遠ざかって回動されている。この構成により、下降時におけるラッパ形本体形状の安定性を一段と高めることができる。
【００２３】
図５Ａは、作動中に回動するのではなく、並進する展開可能な面部５４０を備えたビークル５００の部分概略側面図である。図５Ｂは、図５Ａに示されたビークル５００の部分概略平面図である。次に図５Ａ及び図５Ｂをまとめて参照すると、展開可能な面部５４０は、上昇中、ビークル５００の第１の又は下側領域５０３寄りに配置された多数のフィン又はベーン要素５４１（４つが図５Ａ及び図５Ｂに示されている）を含むのが良い。したがって、展開可能な面部５４０は、安定性を提供すると共にオプションとしてビークルの重心の下の位置からのビークル５００の制御を可能にする。尾部下げ状態の下降に先立って又は尾部下げ状態の下降中、フィン要素５４１は、ビークルの第２の又は上側領域５０４のところに配置されるよう矢印Ｕによって指示されるように上方に並進する。この位置では、フィン要素５４１は、ビークル５００の圧力中心を上方に、例えばビークル重心の上方に動かすよう作用することができる。フィン要素５４１は、揚力発生装置なので、ビークルは、代表的には、フィンに十分な揚力を生じさせる迎え角をもたらすように、完全に垂直な傾斜角からひっくり返ることになる。ビークル５００は、着陸に先立って完全に垂直の位置に戻ることができる。ビークル５００は、フィン要素５４１の並進運動を案内する軌道、レール又は他の適当な案内構造体を有するのが良い。
【００２４】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、ビークル重心に対するビークル圧力中心の存在場所を制御するよう一斉に動作する多数の展開可能な面部を有するビークル６００の部分概略側面図及び平面図である。特に、ビークル６００は、ビークル６００の第１の又は下側の領域６０３に配置された第１の又は下側の展開可能な面部６４０ａとビークル６００の第２の又は上側の領域６０４に配置された第２の又は上側の展開可能な面部６４０ｂとを有するのが良い。第１の展開可能な面部６４０ａは、第１のフレア要素６４１ａを含むのが良く、第２の展開可能な面部６４０ｂは、第２のフレア要素６４１ｂを含むのが良い。第１のフレア要素６４１ａと第２のフレア要素６４１ｂの両方は、それぞれ矢印Ｐ１，Ｐ２で指示されているように、ビークル６００に対して外方に展開することができ、次に、収納位置に戻ることができる。上昇中、第２のフレア要素６４１ｂをビークル６００の外面に全体として平行に収納することができ、他方、第１のフレア要素６４１ａを外方に回動させて安定性を提供すると共に／或いは制御可能にする。特定の実施形態では、第１のフレア要素６４１ａは、追加の安定性を提供する必要性がない場合、上昇中、収納状態のままであって良い。かかる必要性は、１つ又は２つ以上のエンジンが上昇中に故障した場合に生じる場合がある。下降中、第１及び第２のフレア要素６４１ａ，６４１ｂの相対向きを逆にすることができる。具体的に説明すると、第１のフレア要素６４１ａをビークル６００の外面に全体として平行に収納することができ、他方、第２のフレア要素６４１ｂを展開して図１Ａ〜図２Ｂを参照して上述した圧力運動中心とほぼ同じ圧力運動中心を提供する。
【００２５】
図１Ａ〜図６Ｂを参照して上述した実施形態のうちの幾つかにおいて、展開可能な面部は、ビークル上昇とビークル下降との間における圧力中心の変化を制御する。展開可能な面部を含む更に別の構成例について図１１〜図１６を参照して後で説明する。図７〜図１０を参照して以下に説明する他の実施形態では、ビークルの全体的形状は、一定のままであるのが良いが、従来型の円筒形又は上方及び内方にテーパしたロケット形状と比較したときに下降中に抗力を増大させる、ビークルの下側端部と上側端部との間の横断面形状の変化を有しても良い。したがって、ビークルの外面は、所望の横断面形状の変化を達成するよう位置決めされる（例えば、固定される）又は位置決め可能である（例えば、動くことができる）のが良い。
【００２６】
図７は、第１の端部７０５と第２の端部７０２との間のビークル軸線Ｖに沿って細長い打上げ用ビークル７００の部分概略等角図である。ビークル７００は、第２の端部７０２寄りに位置するペイロードモジュール７３０及び第１の端部７０５寄りに位置する１つ又は２つ以上の排気ノズル７１１を備えた推進モジュール７１０を有している。特定の実施形態では、ビークル７００は、３つの排気ノズル７１１を有し、これらのうちの外側の２つは、固定されており、中央の排気ノズルは、ビークル制御のために偏向可能である。他の実施形態では、ビークル７００は、他の数及び／又は他の構成のエンジン及び関連ノズルを有しても良い。ビークル７００は又、上昇中と下降中の両方において追加のビークル制御を可能にするよう作動可能なフィン７５０を有するのが良い。ビークル７００の外面７０１は、第１の端部７０５寄りの第１の領域７０３及び第２の端部７０２寄りの第２の領域７０４を含む。外面７０１によって画定されるビークル７００の横断面領域は、ビークル軸線Ｖに沿って第１の領域７０３から第２の領域７０４まで増大している。したがって、第１の領域７０３内における第１の位置７９１のビークル７００の横断面積は、第２の領域７０４における第２の位置７９２の対応する横断面積よりも小さい。
【００２７】
推進モジュール７１０及びペイロードモジュール７３０の外面７０１の形状は、上昇と下降の両方について所要の抗力特性を生じさせるよう選択されるのが良い。具体的に説明すると、外面７０１の形状は、一般に、上昇中、特に遷音速でバフェットを減少させ又は最小限に抑える一方で、尾部下げ状態の下降中、ビークルを安定させる空気力学的な力をもたらすよう選択される。
【００２８】
図７を参照して上述した構成の一特徴は、これにより、展開可能な減速面を不要にできるということにある。したがって、この構成は、ビークル全高を減少させることができると見込まれる。これとは逆に、図１Ａ〜図６Ｂを参照して上述した展開可能な面部について見込まれる利点としては、これらは展開可能な面部がビークル７００の外側成形線（ＯＭＬ）により生じる効力よりも大きな減速力をもたらすことができ、それにより、下降中、ビークルを減速させるようエンジンにより使用される燃料の量が減少するということにある。この構成は、展開可能な面部に起因して生じると見込まれる追加の重量を相殺することができ又は部分的に相殺することができる。減速面部（例えば、展開可能な面部又は固定されたフレア状面部）の特定の選択は、ビークルが成し遂げようとしている任務及びビークルが運搬しようとするペイロードを含む種々の要因で決まる場合がある。これら２つの構成例は、相互に排他的である必要はない。したがって、他の実施形態では、展開可能な面部を固定ＯＭＬ形状と組み合わせると、減速力とビークル重量の所望の組み合わせを得ることができる。
【００２９】
ビークルの固定外面は、単独で用いられるにせよ展開可能な減速面部と組み合わせて用いられるにせよ、上昇中にビークル抗力を甚だしくは増大させず、ビークル下降中に抗力を増大させることが見込まれる種々の形状を有するのが良い。図８Ａ〜図８Ｆは、かかるビークル形状の代表的な選択肢を示している。説明の目的上、ペイロードモジュール及びエンジン／ノズル構造体並びに他の外部ビークル特徴部（例えば、フィン）は、図８Ａ〜図８Ｆには示されていない。作動中、ペイロードモジュールは、図８Ａ〜図８Ｆに示されているように推進モジュールとは別個に下降しても良く又は図７に示されているように下降中、推進モジュールに取り付けられたままであっても良い。図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ、対応のビークル軸線の長さにわたって非単調に変化するＯＭＬ表面を備えた対応のビークル８００ａ，８００ｂ，８００ｃを示している。具体的に説明すると、これらの形状は、ビークルの下端部寄りの全体として円筒形の部分と、ビークルの上端部寄りの外方且つ上方にテーパした部分とを含む。テーパは、直線状（例えば、円錐形）であっても良く、非直線状（例えば、凹状又は凸状）であっても良い。図８Ｄ、図８Ｅ及び図８Ｆに示されている他の実施形態では、対応するビークル８００ｄ，８００ｅ，８００ｆは、それぞれ、ビークルの下端部から対応するペイロードカプセル（図示せず）との接合部まで連続的にテーパした外面を有する。ビークル軸線に対するこれら表面の特定の開き角度は、例えば、下降中には大きな抗力を付与し且つ上昇中には抗力を僅かに漸増させるように、ビークルの任務の内容及びビークルペイロードに応じて選択されるのが良い。
【００３０】
上述の実施形態のいずれにおいても、燃料は、ビークルの外面内に位置決めされた（又はその一部をなす）タンクに入れて運ばれる。本発明の特定の実施形態に従って構成され、打上げ用ビークルに適した液体推進剤（液体燃料）タンクは、（ａ）タンク内のスロッシング流体の動的効果を減少させると共に（ｂ）上方且つ外方にテーパしたビークルＯＭＬ内に嵌まり込むようカスタマイズされた形状を有する。例えば、タンクの半径を調節してスロッシング流体の非安定化効果を減少させることによりタンクＯＭＬを変化させるのが良い。この実施形態の別の特定の態様では、燃料タンクは、プラスチック製タンクライナ内に成形された内部スロッシングバッフルを有するのが良い。この構成は、バッフルをタンク内に機械的に締結する必要性をなくすことができる。他の実施形態では、バッフルをタンクの内部から形成しても良い。上述の実施形態の別の態様では、タンクの形状は、ビークル内における推進剤の質量中心の位置を向上及び／又は最適化するよう構成されているのが良く、それにより、もしそうでなければタンク内の液体推進剤が通常の作動中にスロッシングしたときに結果として生じる恐れのある非安定化効果が減少する。
【００３１】
図９は、本発明の特定の実施形態に従って構成された燃料タンク９６０を備えたビークル９００（例えば、ロケット）の一部分の部分概略側面図である。ビークル９００は、図９に実線で示されているような全体として円筒形の形状のものであっても良く、或いは、図９に破線で示されているように上述した上方且つ外方にテーパした形状のうちの任意のものを有していても良い。この実施形態の特定の観点では、液体推進剤タンク９６０は、全体としてドーム状の外面を備えた大きな前方の又は上側の領域９６１及びこれまた全体としてドーム状の外面を備えているが前方領域９６１の直径よりも小さな直径を持つ小さな後方又は下側の領域９６３を有している。上側及び下側領域９６１，９６３は、長さ方向に沿って半径が直線的に変化する全体として円錐形の形をした中間領域９６２に対して、互いに反対側に配置されるのが良い。したがって、タンク９６０は、全体として「セイヨウナシ」形の形状のものであるのが良く且つタンクの長手方向中央軸線９６６に関して対称であるのが良い。しかしながら、タンク９６０の形状は、横方向中央軸線９６７に関して非対称である。この形状は、ビークル９００内部の有効高さ及び容積に基づき、推進剤の質量中心を上昇中におけるビークル９００内の高い位置から下降中におけるビークル９００内の低い位置に調節する要望により、ビークルＯＭＬの形状（例えば、テーパ付き形状）により、及び／又は種々の推進剤充填率に対してスロッシング減衰要件を調節する要望により、選択されるのが良い。
【００３２】
上述したように、ビークル９００は、上昇の際、矢印Ａにより示されているように前方方向（例えば、先端部を前にして）移動するよう構成され、下降の際、矢印Ｄにより示されているように後方方向（例えば、尾部を先にして）運動することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、上昇中、推進剤の質量中心をビークル９００内の高い位置に維持することが望ましい。加うるに、燃料スロッシングは、上昇に付随する高い充填率では問題が少ない。したがって、前方領域９６１の半径は、ビークル９００の幅又は直径に対して比較的大きいのが良い。推進剤の自由表面が前方領域９６１を下回って中間領域９６２中に入ると、推進剤が全体として一定の体積流量でタンク９６０から流出し、タンク半径は長さ方向に沿って線形的に減少するので、推進剤の質量中心はより迅速に低下する。これにより、下降中の安定性が得られる所望の場所まで質量中心がビークル９００内の下部に移動する。したがって、質量中心は、上昇の後半中及び／又は下降中、迅速に低下することができる。
【００３３】
図９に示された実施形態の特定の観点では、燃料タンク９６０は、燃料がタンク９６０内でスロッシングする傾向を制限する特徴を有するのが良い。例えば、タンク９６０は、スロッシングを制御する（例えば、減少させる）ためにタンク９６０の内部領域内に内方に延びるバッフル９６４を有するのが良い。スロッシング周波数とスロッシング質量の両方は、タンク半径の非線形関数なので、タンク半径の減少の結果としてスロッシング質量の減少及びスロッシング周波数の増大が生じ、これらの両方により、ビークル制御安定性を維持するのに必要なスロッシング減衰度が減少する。充填率が低いとき（スロッシングがより重大であるとき）に、推進剤の質量中心を下降させることにより、推進剤の質量中心からビークルの質量中心までのモーメントアームは短くなり、したがって、ビークル９００に対するスロッシングの非安定化効果が減少する。タンク形状に起因して、推進剤の自由表面は、一定の流出量の間、非線形的に降下し、スロッシング振幅が増大するのにある程度の時間がかかる。特定の実施形態では、隣り合うスロッシングバッフル９６４相互間の間隔は、例えば上述の非線形性を考慮に入れるために前方領域９６１と後方領域９６３との間で様々であって良い。他の実施形態では、バッフルの間隔は、一定であるのが良い。後方領域９６３が極めて少量の推進剤を収容するので、バッフル９６４がこの領域で必要とされる可能性は低く、それにより、モールド設計及び製作を単純化することができる。
【００３４】
特定の実施形態では、タンク９６０は、成形プラスチックライナと、グラファイト／エポキシ複合材料のオーバーラップとで作られるのが良い。ライナは、燃料とオーバーラップとの接触を阻止することができる。したがって、タンク９６０は、もしそうでなければオーバーラップと不適合の燃料（例えば、過酸化水素燃料）に使用可能である。他の実施形態では、タンク９６０は、他の燃料及び／又は他の成分を収容することができる。
【００３５】
上述の実施形態のいずれにおいても、伝統的な形式のバッフルをタンク９６０内に設置することが困難な場合がある。というのは、（少なくとも幾つかの実施形態においては）タンクライナが回転成形により一体品の状態に製作されているからである。したがって、一方式は、スロッシングバッフル９６４をライナの一部として成形することである。この作業に用いられる金型は、バッフル９６４を形成し、金型が開かれたときに外方に引き出されてタンク９６０を取り出すことができるようにする内方に延びるフランジを有するのが良い。この方式により、ライナの外側成形線（ＯＭＬ）に向かって開口した中空キャビティ（例えば、隙間９６５）が生じる。これらキャビティ又は隙間９６５は、タンク内に突き出たバッフル９６４に幾分かの剛性を与えると共にグラファイト／エポキシ複合材料のオーバーラップをフィラメント巻きする滑らかな外面を提供するように、低密度の発泡材又は他の材料で充填されるのが良い。
【００３６】
図１０は、ビークル９００内に位置決めされていて、本発明の別の実施形態に従って配列されると共に構成されたバッフル９６４を備えた燃料タンク９６０の部分概略部分切除図である。この実施形態の一態様では、燃料タンク９６０は、予備成形されており（例えば、回転成形により）、バッフル９６４は、後で追加される。タンク９６０は、タンク９６０の内部へのアクセスを可能にする１つ又は２つ以上のマンホールカバー９７０（頂部マンホール９７０ａ及び底部マンホールカバー９７０ｂとして示されている）を有するのが良い。カバー９７０は又、特定の実施形態では、適当な燃料入口及び／又は出口ポートを支持するのが良い。支持リング９７１（上側支持リング９７１ａ及び下側支持リング９７１ｂとして示されている）がタンク９６０の内部に位置決めされ、これら支持リングは、マンホールカバー９７０の近くに又はこれに直接取り付けられるのが良い。バッフル９６４は、上側支持リング９７１ａと下側支持リング９７１ｂとの間に連結されると共にこれらによって支持されている。したがって、バッフル９６４は、支持リング９７１ａ，９７１ｂ相互間に延びる軸方向バッフル要素９７２及び隣り合う軸方向バッフル要素９７２に連結されると共にこれら相互間に延びる横方向バッフル要素９７３を有するのが良い。軸方向バッフル要素９７２は、扁平なパネル形の形状のものであるのが良く、「グレープフルーツ」形のバッフルを形成するのが良い。特定の実施形態では、軸方向バッフル要素９７２は、上側支持リング９７１ａ及び下側支持リング９７１ｂにのみ連結されるのが良い。横方向バッフル要素９７３も又、扁平なパネル形の形をしているのが良く、これら横方向バッフル要素は、タンク９６０の内壁９６５内に位置決めされたリングを形成するよう配置されるのが良い。横方向バッフル要素９７３は、軸方向バッフル要素９７２のみ連結されるのが良い。したがって、バッフル要素９７２，９７３は、タンク９６０の内壁９６５に接触することなく、スロッシングを減少させ又は阻止することができる。軸方向バッフル要素９７２及び／又は横方向バッフル要素９７３には孔が設けられるのが良く、これらバッフル要素は、薄手の軽量材料（例えば、適当な金属）で作られるのが良い。
【００３７】
特定の実施形態では、バッフル９６４は、上側マンホールカバー９７０ａを開放し、オペレータをタンク９６０の内容積部内に下降させることによりタンク内に位置決めされるのが良い。オペレータは、バッフル９６０の要素（例えば、軸方向バッフル要素９７２及び横方向バッフル要素９７３）を受け取ってこれら要素を互いに且つ支持リング９７１ａ，９７１ｂに取り付けるのが良い。特定の実施形態では、軸方向バッフル要素９７２は、当初、多数のコンポーネント、例えば、下側コンポーネント９７２ａ、中間コンポーネント９７２ｂ及び上側コンポーネント９７２ｃを有するのが良い。これらコンポーネント９７２ａ〜９７２ｃを別々にタンク９６０内に下降させてタンク内においてオペレータにより現場で組み立てられるのが良い。オペレータとタンク９６０の内壁９６５の接触を阻止するため、オペレータは、タンクの外部に設けられたガントリ又は他の構造体から吊り下げられたブランコ又は他の適当なプラットホームにより支持されるのが良い。タンク９６０へのアクセス口の寸法に応じて、コンポーネント９７２ａ〜９７２ｃのうちの或る特定のものは、タンク９６０内への下降に先立ってあらかじめ取り付けられるのが良い。例えば、特定の実施形態では、下側コンポーネント９７２ａと上側コンポーネント９７２ｂを互いに取り付けるのが良い。アクセス口が十分に大きい場合、軸方向バッフル要素９７２全体を一ユニットとしてタンク９６０内に下降させることができる。横方向バッフル要素９７３は、当初、セグメント化されても良く、例えば、個々のセグメントは、隣り合う軸方向バッフル要素９７３相互間で連結される。
【００３８】
図１１〜図１６は、本発明の更に別の実施形態に従って構成された代表的なビークル及びビークルシステムを示している。これら実施形態のうちの多くに関し、ビークルは、２つの方向、代表的には上昇方向と下降方向の両方においてビークル又はビークルの部分の作動を容易にすることができる環状要素を有する。有利には、これら構造体及び関連技術は、尾部下げ形態でビークル又はビークルの部分若しくは各段の発射と回収の両方を行うよう使用できる。
【００３９】
図１１は、互いに逆の方向にしかしながら全体として同じ向きで、例えば、尾部下げ状態で上昇したり下降したりするよう構成された打上げ用ビークル１１００を含むシステム１１７０を示している。したがって、ビークル１１００は、第１の方向１１５１に下降することができ、第２の方向１１５２に上昇することができる。打上げ用ビークル１１００は、第１段１１７１と第２段１１７２とを有し、ペイロードモジュール１１３０内に人及び／又は他のペイロードを乗せることができる。他の実施形態では、ビークル１１００は、３つ以上の段を有するのが良い。ビークル１１００は、第１段１１７１内に推進システム１１１０を搭載し、この推進システムは、排気生成物をビークル１１００の第１の端部１１０５寄りに配置された１つ又は２つ以上のノズル１１１１中に差し向ける。ビークル１１００は、ビークル軸線Ｖに沿って細長く、ペイロードモジュール１１３０は、ビークルの第２の端部１１０２寄りに配置されるのが良い。ビークル１１００は、所定の切り離し位置１１７８を有するのが良く、この切り離し位置で、第１段１１７１は、代表的には上昇中、第２段１１７２から切り離される。ビークル１１００は、１つ又は２つ以上の外方に向いた外面１１７３を有する。本明細書で用いられる「外面」という用語は、一般に、ビークルの外部の環境に露出される表面を意味している。フィン、例えば第１のフィン１１５０ａが安定性をビークル１１００にもたらす。コントローラ１１９０がビークル１１００の作動を制御し、このコントローラは、ビークル１１００に設置されても良く且つ／或いはビークルから離れて（例えば、空中ステーション、陸上ステーション、海上ステーション又は宇宙ステーションに）設置されても良い。
【００４０】
システム１１７０は、ビークル１１００を安定化すると共に／或いは制御するために用いられる環状要素１１８０を更に含むのが良い。環状要素１１８０は、第１段１１７１と第２段１１７２との間で切り離し位置１１７８の近くに配置されるのが良い。代表的な実施形態では、環状要素１１８０は、第１段１１７１を安定化すると共に／或いは第１段１１７１を第２段１１７２から切り離した後に尾部下げ着陸に誘導するよう第１段１１７１によって支持されている。したがって、ビークルの全長に対する環状要素１１８０の位置は、第２段１１７２が取り付けられているか切り離されているかに応じて異なる。環状要素１１８０は、ビークル軸線Ｖの方へ向いている内向き外面１１８４を有するのが良い。内向き外面１１８４は、外向き外面１１７３と同様、ビークル１１００の外部の環境に露出されるが、全体として、ビークル軸線Ｖから外方に向くのではなくビークル軸線Ｖの方へ内方に向く。環状要素１１８０は、第１の方向１１５１に向いた第１の縁面１１８１及び第２の方向１１５２に向いた第２の縁面１１８２を更に有するのが良い。特定の実施形態では、第２の縁面１１８２は、例えば第２段１１７２の下流側に配置されることによって、上昇中、ビークル１１００を通る空気の流れから遮蔽され又は少なくとも部分的に遮蔽される。この形態では、第１の縁面１１８１は、第２の縁面１１８２が上昇中遮蔽されるとき、後縁を形成する。第２段１１７２が打上げ用ビークル１１００から切り離した後であって第１段１１７１が第１の方向１１５１に下降を始めた後、第１の縁面１１８１は、前縁表面を形成し、今や露出状態の第２の縁面１１８２は、後縁表面を形成する。環状要素１１８０が打上げ用ビークルを安定化することができると共にこれを制御することができる構成のそれ以上の細部について以下に説明する。
【００４１】
図１２Ａは、図１１を参照して上述した特徴部とほぼ同じ多くの特徴部並びに幾つかの追加の特徴部を有する第１段１１７１の実施形態の部分概略側面図である。追加の特徴部は、ビークルの第１の端部１１０５の近くでビークル軸線Ｖに全体として平行に延びるのが良い第２のフィン１１５０ｂを含む。図１２Ａに示された構成では、第２段１１７２（図１１）は、ビークル１１００から切り離してある。環状要素１１８０は、１つ又は２つ以上のストラット１１８３によって第１段１１７１によって支持され、この環状要素は、１つ又は２つ以上の展開可能な要素１１３９を有するのが良い。展開可能な要素１１３９は、１つ又は２つ以上の第３のフィン１１５０ｃ及び／又は１つ又は２つ以上の空気力学的ブレーキ１１４０を有するのが良い。第３のフィン１１５０ｃは、ビークル１１００が第１の方向１１５１に移動しているときにビークル１１００を安定化するよう展開可能である。ブレーキ１１４０を用いると、ビークルの下降を遅くすることができる。一般に、第３のフィン１１５０ｃ（及び他のフィン表面）は、ビークル軸線Ｖに平行に整列し、ブレーキ表面は、ビークル軸線Ｖに対して少なくとも部分的に横方向に配置されている。展開可能な面部１１３９はどれも、適当な操舵を提供するよう他の展開可能な面部と比較して異なる仕方で展開可能である（例えば、部分的に展開可能であり又は全く展開可能ではない）。
【００４２】
図１２Ｂ及び図１２Ｃは、それぞれ、図１２Ａに示された第１段１１７１の実施形態の上方及び下方から見た部分概略等角図である。まず図１２Ｂを参照すると、環状要素１１８０は、ビークル軸線Ｖから半径方向外方に配置され、この環状要素は又、第１段１１７１の外方に向いた外面から１１７３から半径方向外方に配置されるのが良い。このように、第２段１１７２（図１１）が取り外された状態で、空気流又は貫流隙間１１８５が環状要素１１８０の内方に向いた外面１１８４と第１段１１７１の外方に向いた外面１１７３との間に形成される。ビークルが第１の方向１１５１に下降しているとき、空気がストラット１１８３に隣接して隙間１１８５を通って流れる。したがって、ストラット１１８３及び環状要素１１８０は、第１段１１７１に追加の安定性をもたらすことができる。これら表面は、ビークルが下降しているときにビークル軸線に沿って船尾側に位置しているので、これらの表面は、前方に配置された第１及び第２のフィン１１５０ａ，１１５０ｂによっては利用できない安定性をもたらす場合がある。船尾側に取り付けられたブレーキ１１４０は又、上述したようにビークル１１００の下降を遅くすることができる。特定の実施形態では、船尾側に取り付けられたブレーキ１１４０は、図１Ａ〜図３Ｂを参照して上述した展開可能な面部１４０の向きに対して逆になっている。したがって、ブレーキ１１４０は、ビークル１１００が下降しているとき、隣接する流れの中に傾けられ又はその中に向いて、制動力を著しく増大させることができる。
【００４３】
図１２Ｂ及び図１２Ｃに示された実施形態では、ビークル１１００が下降しているとき、第１の縁面１１８１は、前縁を形成し、第２の縁面１１８２は、後縁を形成する。この実施形態の特定の態様では、第１の縁面１１８１は、下降中、滑らかな空気力学的流れを提供するよう鋭利にされ又は丸くされるのが良い。この実施形態の別の観点では、第２の縁面１１８２は、方形にされ又は平滑にされるのが良い（例えば、第１の縁面１１８１よりも平滑に）。この形態における第２の縁面１１８２により画定される平滑な後縁により、上昇時に複数の迎え角をなす環状要素１１８０から流れが分離する位置を予測することができ、それにより、高い迎え角で流れの分離位置が変化したことで環状要素１１８０に作用する空気力学的な力が著しく変化する恐れが減少する。平滑な第２の縁面１１８２は、滑らかな縁面の場合よりも上昇時に大きな抗力を生じさせる場合があるが、上述の利点の方がこの問題よりも価値が高いことが見込まれる。加うるに、揚力を減少させることにより、平滑な第２の縁面１１８２は、上昇中、例えば横風条件において、空気力学的な力が変化する恐れを減少させることができる。
【００４４】
図１２Ｃは、図１２Ｂに示された第１段１１７１を上方から見た等角図であり、方形の又はその他の平滑な第２の縁面１１８２を示している。図１２Ｃは又、環状要素１１８０の内向き外面１１８４を更に示している。第３のフィン１１５０ｃは、完全展開状態で図１２Ｃに示されている。図１３を参照して以下に更に説明するように、第３のフィン１１５０ｃは、より能動的な動的ビークル制御を可能にするよう部分的に展開されるのが良い。
【００４５】
次に図１３を参照すると、各第３のフィン１１５０ｃは、ビークル軸線Ｖに向かって内方に延びるフィンハウジング１１５３（図１２Ｂ）内に移動可能に配置されるのが良い。第３のフィン１１５０ｃを展開することにより、下降中におけるビークルの圧力中心を変更することができ、それにより下降中におけるビークルの安定性及び操縦性を変えることができる。各フィンハウジング１１５３は、対応のストラット１１８３（図１２Ｃ）と共に配置されるのが良く、その結果、第３のフィン１１５０ｃは、収納時にストラット１１８３内に収容されるようになる。この構成により、第３のフィン１１５０ｃを動かすための作動機構体と関連した追加の抗力を減少させ又はなくすことができる。フィンハウジング１１５３は、第３のフィン１１５０ｃを収納位置から１つ又は２つ以上の展開位置に駆動するアクチュエータ１１５４を更に収納するのが良い。代表的な実施形態では、第３のフィン１１５０ｃは、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と示されている３つの代表的な既定の位置のうちの任意の位置に展開可能である。第３のフィン１１５０ｃは、微調整された方向性のある制御力を、これが収納されるビークルに作用させるように、中間位置にも展開可能である。別の実施形態では、第３のフィン１１５０ｃは、より多くの位置に又は種々の完全展開位置と収納位置との間で連続的に展開可能である。同様の構成を用いると、第３のフィンを異なる位置に展開することに加えて又はこれに変えて、ブレーキ１１４０（図１２Ｃ）を異なる位置に展開することができる。
【００４６】
図１４は、本発明の更に別の実施形態に従って構成された環状要素１４８０を有するビークル１４００を下方から見た部分概略等角図である。ビークル１４００は、既定の切り離し位置１４７８で第２段１４７２に取り外し可能に取り付けられた第１段１４７１を有するのが良い。ビークル１４００は、ビークルの第１の端部１４０５寄りに配置された１つ又は２つ以上のノズル１４１１及び第２段１４７２の第２の端部１４０２ｂ寄りに配置されたペイロードモジュール１４３０を更に有している。環状要素１４８０は、少なくとも第１段１４７１と第２段１４７２を接合したときに、ビークルの軸方向末端部相互間に配置される。上昇中、第２段１４７２の第２の端部１４０２ａは、ビークル全体の第２の端部となり、第２段１４７２を第１段１４７１から切り離した後においては、第１段１４７１の第２の端部１４０２ｂは、第１段１４７１が下降しているときにビークルの第２の端部となる。したがって、環状要素は、第１段１４７１が第２段１４７２と結合しているにせよ切り離されているにせよ、第１段１４７１に対して単一の固定位置を有することができるにもかかわらず、第１段と第２段を互いに連結したときにビークルの第１の全長に対して第１の位置を有すると共に、第１段と第２段を切り離したとき、第１の位置とは異なる、打上げ用ビークル（例えば、第１段１４７１のみ）の第２の全長に対する第２の位置を有することができる。図１１〜図１２Ｃを参照して上述した構成とは異なり、第２段１４７２は、第１段１４７１の直径よりも小さな直径を有するのが良い。したがって、環状要素１４８０の第２の縁面１４８２がビークル上昇中とビークル下降中の両方において外部流れに露出される。上昇中、空気は、環状要素１４８０とビークル１４００の他の部分との間にある空気流又は貫流隙間１４８５を通って第１の方向１１５１に流れる。下降中、空気は、この同じ隙間１４８５を通って逆方向１１５２に流れる。
【００４７】
特定の実施形態では、第１段１４７１は、第２の端部１４０２ｂに平滑な又は平坦な部分を有するのが良い。この特徴の代表的な実施形態のこれ以上の細部について図１５及び図１６を参照して以下に説明する。
【００４８】
図１５は、本発明の実施形態に従って構成された、閉鎖面１５７５を備えた第２の端部１５０２を有するビークルの第１段１５７１の一部分の部分概略側面図である。この種の従来型ビークルは、図１５に破線で示されているように円錐形の閉鎖面１５７４を有する場合が多い。かかる従来型ビークルは、尾部を前にして下降する場合、円錐形表面１５７４周りの空気流は、一般に、矢印Ａで示された流路を辿る。かかる表面の潜在的な一欠点は、ビークルの迎え角が下降中に変化したとき、流れが円錐形表面から分離する箇所が劇的に変化する場合があるということである。これにより、第１段１５７１の第２の端部１５０２のところでの力が劇的に変化すると共に潜在的に不安定になる場合がある。したがって、本発明の実施形態は、平坦な又は湾曲の少ない部分１５７６を有する閉鎖面１５７５を有する。特定の実施形態では、閉鎖面１５７５は、（断面で見て）平坦な又は第１の湾曲を有する輪郭を備えた第１の円周方向に延びる部分１５７８ａ、第１の円周方向に延びる部分から半径方向内方に配置されていて、平坦であり又は第２の湾曲を有する輪郭を備えた第２の円周方向に延びる部分１５７８ｂ、及び、第１の円周方向に延びる部分１５７８ａと第２の円周方向に延びる部分１５７８ｂとの間に配置された第３の円周方向に延びる部分１５７８ｃを含む。第３の円周方向に延びる表面１５７８ｃは、第１の湾曲よりも急であり（例えば、半径が小さい）且つ第２の湾曲よりも急な第３の湾曲を有するのが良い。換言すると、第３の部分１５７８ｃは、第１の部分１５７８ａと第２の部分１５７８ｂの両方よりも急に湾曲している。本明細書で用いられる「急に湾曲し」という語句は、相対的な表現として、平坦な輪郭と比較したときに任意の程度に湾曲した輪郭を含む。
【００４９】
特定の実施形態では、第３の円周方向に延びる表面１５７８ｃは、途絶部又は縁１５７７を形成している。この途絶部又は縁１５７７（又は第３の円周方向に延びる表面１５７８ｃにとって他の形状）は、ビークル軸線Ｖ回りに円周方向に延びるのが良く且つ流れが第２の端部１５０２から分離する固定された予測可能な場所を提供することができる。かかる流れの分離は、矢印Ｓで示されている。加うるに、尾部下げ下降中に第１段１５７１のこの船尾部分に起因して生じる抗力は、第１段の下降を一段と遅くすることができる。その結果、第１段１５７１を一段と遅くするのに必要な他の力（例えば、ロケット力）を減少させることができる。
【００５０】
図１６は、図１５を参照して上述した第１段１５７１の実施形態を第２段１５７２及び環状要素１６８０と組み合わせた状態で示している。この実施形態の特定の態様では、第２段１５７２は、乗員カプセルを含み、この乗員カプセルは、第２段１５７２内に乗っている乗員のための非常時脱出機能を提供するよう配置された第２段のノズル１６１１を有する。特に、第２段のノズル１６１１は、第２段１５７２を第１段１５７１から離れる方向に向けるように非常時に作動されるのが良い。環状要素１６８０は、露出した内向き表面１６８４、鋭利な又は湾曲した第１の縁面１６８１、及び平滑な又は方形の第２の縁面１６８２を有するのが良い。
【００５１】
閉鎖面１５７５の平坦な部分１５７６の一特徴は、この平坦な部分が第１段１５７１から離れる第２段１５７２の能力を妨害しないでこれを高めるように第２ステージノズル１６１１からの排出ガスを方向付けることができるということにある。特に、閉鎖面１５７５が円錐形の形状（図１５を参照して上述した円錐形表面１５７４によって示されているように）を有しているとすれば、第２段ノズル１６１１を出た流れは、環状要素１６８０と第１段１５７１との間の隙間１６８５（例えば、空気流又は貫流隙間）を通って加速することができ、それにより第２段１５７２を第１段１５７１から遠ざけるのではなくこれに向かって引き寄せる。平坦な部分１５７６（又は図１５に示された円錐形表面１５７４と同じ程度には強く湾曲していない他の部分）は、第１及び第２段１５７１，１５７２を適切に互いに遠ざけるように、流れを方向付けると共に／或いは第１段１５７１に作用する大きな軸方向の反力を生じさせることができる。
【００５２】
図１１〜図１４Ｃ及び図１６に示された上述の構成は、言い換えれば、第２段が環状要素と組み合わされた状態で、第２段及び環状要素の配置により得られる更なるシステムの利点を提供できるということである。例えば、ロケットの第１段と第２段との間の少なくとも幾つかの従来型インターフェースは、第１段の頂部のところに、第２ステージノズルが嵌まり込む上方に開いた「缶」形状の領域を有する。この領域は、ベントされないので、第２段のロケットモータが始動したとき、この領域内に極めて高い圧力が生じると共に／或いは第２段に加わる極めて大きな力が生じる場合がある。この結果を回避するため、従来型設計例は、典型的には、第２段モータを始動させる前に第１段と第２段を押し離すばねシステム又は他のアクチュエータを含む。また、この切り離しは、典型的には地球の大気圏外で実施され、それにより大気による影響が回避される。これらの従来型構成とは異なり、上述の環状要素の実施形態は、図１６に示されているように第２段ノズルが嵌まり込むベント領域を提供することができる。その結果、システムは、第２段モータを始動させる前に各段を互いに切り離すばね又は他のアクチュエータを必要とせず、それによりシステムの重量が軽減される。加うるに、環状要素は、２つの段を押し離す全体的圧力を増大させることができる（例えば、平坦な部分１５７６が円錐の場合よりも大きな軸方向推力を受けるので）と共にピーク力を減少させることができる（ベントにより）。ピーク力を減少させることにより、第２段により輸送される宇宙飛行士及び／又は貨物に加わる衝撃が減少する。
【００５３】
上述の構成は又、切り離しを行なう時間帯を拡大することができる。特に、この構成は、ロケット推力により引き起こされる切り離しの予測性を高めることができ、これは、地球の大気圏内を含む低い高度での切り離しを可能にし、それにより潜在的な空気流の不確実性が少なくなり又は最小限に抑えられる。それどころか、システムコンポーネントは、変化する大気条件においても、再現可能な挙動を生じさせることができる。特に、この構成の流体の動的効果は、一層予測可能なようにスケール変更が可能であると思われ（小スケールの試験がより正確になる）、しかもフルスケールの運転において一層予測可能である。したがって、この構成は、乗員の脱出マヌーバ（これは、大気圏内で発生する場合がある）に特に適していると言えるが、例えばアポロ計画に用いられた牽引式脱出タワーが不要である。かかる脱出タワーは、通常飛行時に切り離されなければならず、それにより、飛行安全上のリスクが生じる場合があり、かかるタワーは、再使用可能ではない。
【００５４】
上述の内容から理解されるように、本発明の特定の実施形態は、説明の目的のために本明細書において説明されたが、本発明は、他の実施形態をも含むことができる。例えば、展開可能な面部１４０は、図示すると共に上述した形状及び／又は配置とは異なる形状及び／又は配置のペタル１４１を有しても良い。別の例では、燃料タンクの別の特徴を打上げ用ビークルと一体化しても良い。例えば、打上げ用ビークルの外面の少なくとも一部は、燃料タンクの外面により形成されても良い。環状要素は、打上げ用ビークルを取り囲む完全なリングとして形作られても良く、或いは、他の実施形態では、１つ又は２つ以上の環状要素がビークルの一部分だけ又は幾つかの部分周りに延びても良い。或る特定の実施形態では、環状要素は、ビークルに対して固定され（例えば、ビークルの第１段に対して固定され）、他の実施形態では、環状要素は、これを垂下させているビークルの部分に対して動いても良い。例えば、環状要素は、多数の位置の間で軸方向に摺動することができる。特定の実施形態においては、第３のフィン１１５０ｃを展開可能であるとして説明した。他の実施形態では、第３のフィン１１５０ｃは、固定されても良く、例えば環状要素１１８０に対して固定されても良い。閉鎖面は、平坦な形状又は閉鎖面の中央部分にわたって著しく平坦なプロフィールを提供する別の形状を備えた中央部分を有するのが良く且つ／或いは途絶部から内方か外方かのいずれかよりも途絶部のところに高い曲率を有する。図１１〜図１６を参照して上述した環状要素は、図１Ａ〜図６Ｂを参照して上述したフレア面及び／又は図７〜図１０を参照して上述した燃料タンク及び関連ビークル形状と組み合わせ可能である。
【００５５】
特定の実施形態と関連して説明した本発明の或る幾つかの態様は、他の実施形態において組み合わされても良く省かれても良い。例えば、図９及び図１０を参照して上述したテーパ付き燃料タンクは、開示したテーパ付き外側ビークル表面のうちの任意のものと組み合わせ可能であると共に／或いは、テーパ付き外面は、上述の展開可能な減速面部のうちの任意のものと組み合わせ可能である。さらに、或る特定の実施形態と関連した利点をこれらの実施形態との関連で説明したが、他の実施形態も又、かかる利点を奏することができ、また、本発明の範囲に含まれる実施形態が全て、かかる利点を必然的に奏する必要はない。したがって、本発明は、本明細書において明示しておらず又は説明していない他の実施形態を含むことができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００，１１００  ロケット又はビークル
１０１  露出面部
１０２，１１０２  第２の端部
１０３  第１の領域
１０４  第２の領域
１０５，１１０５  第１の端部
１１０，１１１０  推進モジュール
１１１，１１１１  エンジン排気ノズル
１２０  着陸装置
１３０，１１３０  ペイロードモジュール
１４０，４４０  展開可能な面部
１４１  ペタル
１５０，１１５０ａ  フィン
１６０，１１９０  コントローラ
１１５１  第１の方向
１１５２  第２の方向
１１７０  宇宙空間システム
１１７１  第１段
１１７２  第２段
１１７３  外向き外面
１１７８  切り離し位置
１１８０  環状要素
１１８１  第１の縁面
１１８２  第２の縁面
１１８４  内向き外面
【図１Ａ】
2014181030.tif 000003
【図１Ｂ】
2014181030.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2014181030.tif 000008
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2014181030.tif 000010
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2014181030.tif 000020
【図８Ｅ】
2014181030.tif 000021
【図８Ｆ】
2014181030.tif 000022
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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