(57)【要約】  本発明は、超音速及び３０，０００フィートから宇宙空間への高度のために最適化された軽宇宙飛行乗物を含む。
2008539131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a.  骨組みと、
b.  前記骨組みに取り付けられた推進手段と、
c.  前記骨組みに固定的に取り付けられ、海抜３０キロメートルより高い高度で超音速移動するのに最適に形状付けられ、頂部及び底部を有する荷重外皮であって、
i.  軽飛行乗物に浮力を提供する前記荷重外皮頂部に隣接して、空気より軽い浮揚用気体を含有する浮揚用気体セルと、
ii.  前記荷重外皮又は前記骨組みに取り付けられた浮揚用気体ポンプと、
iii.  前記浮揚用気体セルを前記浮揚用気体ポンプに連結し、前記乗物の浮力及び高度を変更するように、浮揚用気体を浮揚用気体セルに送り出したり、浮揚用気体セルから汲み上げたりすることができる配管と、を含む荷重外皮と、
d.  前記荷重外皮または前記骨組みに固定的に取り付けられた浮揚用気体タンクと、
e.  前記浮揚用気体タンクを前記浮揚用気体ポンプに連結する配管と、
f.  前記荷重外皮を加圧する手段と、
g.  バルブ、前記浮揚用気体ポンプ、他のポンプ、及び前記推進手段のための制御ユニットを含む制御システムと、
h.  動力生産及び貯蔵のための手段と、を含む、
ことを特徴とする軽飛行乗物。
【請求項２】
前記乗物は、超音速からマッハ２５を超える速度まで加速することができる、
請求項１に記載の乗物。
【請求項３】
前記推進手段は、
a.  化学燃料ロケットエンジン及び電気プラズマエンジンと、
b.  前記骨組みに固定的に取り付けられた推進剤タンクと、
c.  前記推進剤タンクを前記エンジンに連結する配管と、を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項４】
前記推進手段は、
a.  前記乗物に主加速手段を提供することができる、大きな化学燃料ロケットエンジン及び電気プラズマエンジンと、
b.  前記乗物の高度を変更することができる、小さな化学燃料ロケット、電気プラズマスラスター、またはガススラスターと、
c.  前記骨組みに固定的に取り付けられた推進剤タンクと、
d.  前記推進剤タンクを前記エンジン及びスラスターに連結する配管と、を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項５】
遮光され、温度制御されたキャビンと、有人宇宙飛行を維持することができる生命維持システムと、を更に含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項６】
前記制御ユニットは、ｔｃｐ／ｉｐネットワークに連結する、
請求項１に記載の乗物。
【請求項７】
前記制御システムは、ポンプが、バラストガスを、前記荷重外皮または補助気嚢に送り出したり、前記荷重外皮または補助気嚢から汲み上げたりすることによって、前記荷重外皮上の外部荷重を補償する、
請求項１に記載の乗物。
【請求項８】
動力貯蔵及び生産のための前記装置は、
a.  ＡＣグリッドと、
b.  ＡＣ経路によって大きな距離にわたって連結された複数の領域ＤＣグリッドを含むＤＣグリッドと、
c.  ＡＣ／ＤＣ変換器と、
d.  ＲＦＩ保護手段と、を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項９】
前記骨組みは、強度−重量比が高い材料で作られたポール及び連結部を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１０】
前記骨組みは、加圧繊維チューブと、炭素複合材料で作られたポール及び連結部と、を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１１】
前記外皮の形状は、約１５度のくさび状である、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１２】
前記荷重外皮は、前記荷重外皮頂部を前記荷重外皮底部に連結するバッフルを含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１３】
前記荷重外皮は、前記荷重外皮頂部を前記荷重外皮底部に連結する、膨らませることができるバッフルを含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１４】
前記浮揚用気体セルは、前記荷重外皮底部に固定的に取り付けられる、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１５】
a.  前記荷重外皮は、
i.  前記荷重外皮底部に隣接する気嚢セルと、
ii.  前記気嚢セルをバラストガスポンプに連結し、前記乗物の浮力及び高度を変更するように、バラストガスを前記気嚢セルに送り出したり、前記気嚢セルから汲み上げたりすることができる前記配管と、を追加的に含み、
b.  バラストガスタンクは、前記骨組み又は前記荷重外皮に固定的に取り付けられ、
c.  配管は、前記バラストガスタンクを前記バラストガスポンプに連結する、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１６】
前記荷重外皮を加圧するための前記手段は、
a.  前記骨組みまたは前記荷重外皮に固定的に取り付けられたバラストガスタンクと、
b.  前記骨組み又は前記荷重外皮に固定的に取り付けられたバラストポンプと、
c.  前記バラストガスタンクを前記バラストポンプに連結する配管と、
d.  前記バラストポンプを前記荷重外皮に連結する配管と、を含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１７】
他の乗物及び宇宙船と合体する手段を更に含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１８】
一つの乗物から他の乗物にペイロードを移送する手段を更に含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項１９】
ペイロードを軌道に運ぶ手段を更に含む、
請求項１に記載の乗物。
【請求項２０】
a.  繊維の加圧チューブと、炭素複合材料で作られたポール及び連結部と、を含む骨組みと、
b.  推進手段であって、
i.  前記骨組みに固定的に取り付けられた推進剤タンクと、
ii.  前記乗物に主加速手段を提供することができる大きな化学燃料ロケットエンジン及び電気プラズマエンジンと、
iii.  前記乗物の高度を変更することができ、前記骨組みに取り付けられた、小さな化学燃料ロケット、電気プラズマスラスター、またはガススラスターと、
iv.  前記推進剤タンクを前記ロケット及び前記スラスターに連結する配管と、を含む推進手段と、
c.   前記骨組みに固定的に取り付けられ、海抜３０キロメートルより高い高度で超音速からマッハ２５を超える速度まで加速することができるように約１５度のくさび状に最適に形状付けられ、頂部及び底部を有する荷重外皮であって、
i.  前記荷重外皮頂部を前記荷重外皮底部に連結するバッフルと、
ii.  前記荷重外皮頂部に隣接し、前記バッフルの間で前記荷重外皮底部に固定的に取り付けられ、前記乗物に浮力を提供する空気より軽い浮揚用気体を含む浮揚用気体セルと、
iii.  前記荷重外皮、前記バッフル、または前記骨組みに取り付けられた浮揚用気体ポンプと、
iv.  前記浮揚用気体セルを前記浮揚用気体ポンプに連結し、前記乗物の浮力及び高度を変更するように、浮揚用気体を前記浮揚用気体セルに送り出したり、前記浮揚用気体セルから汲み上げたりすることができる配管と、
v.  前記骨組み、前記荷重外皮、または前記バッフルに固定的に取り付けられた浮揚用気体タンクと、
vi.  前記浮揚用気体タンクを前記浮揚用気体ポンプに連結する配管と、
vii.  前記前記荷重外皮底部に隣接する気嚢セルと、
viii.  前記骨組み、前記荷重外皮、または前記バッフルに固定的に取り付けられたバラストガスポンプと、
ix.  前記気嚢セルを前記バラストガスポンプに連結し、バラストガスを、前記乗物の浮力及び高度を変更するように、前記気嚢セルに送り出したり、前記気嚢セルから汲み上げたりすることができる配管と、
x.  前記骨組み、前記バッフル、または前記荷重外皮に固定的に取り付けられ、配管によってバラストポンプに連結されるバラストガスタンクと、
xi.  ｔｃｐ／ｉｐネットワークに連結され、バルブ、前記ポンプ、及び推進手段のための制御ユニットを含み、前記バラストポンプが、バラストガスを、前記荷重外皮または前記気嚢セルに送り出したり、前記荷重外皮または前記気嚢セルから汲み上げたりすることにより、前記荷重外皮上の外部荷重を補償する制御システムと、
xii.  動力貯蔵及び生産のための手段であって、
1.  ＡＣグリッドと、
2.  ＡＣ経路によって大きな距離にわたって連結された複数の領域ＤＣグリッドを含むＤＣグリッドと、
3.  ＡＣ／ＤＣ変換器と、
4.  ＲＦＩ保護手段と、を含む動力貯蔵及び生産のための手段と、を含む荷重外皮と、
d.  前記骨組み及び有人宇宙飛行のための生命維持システムに固定的に取り付けられた、遮光され、温度制御されたキャビンと、
e.  他の乗物及び宇宙船と合体するための手段と、を含む、
ことを特徴とする軽飛行乗物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗員及び積み荷を軌道に乗せるための軽超音速飛行乗物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度を得てロケット燃料を節約するために、気球の浮力を利用して、高い高度で気球からロケットを発射することが、技術分野でよく知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
米国特許第６，１１９，９８３号及び同第６，３５７，７００号は、浮揚用気体、即ち水素を、球形の飛行船／宇宙船を軌道に乗せる動力を供給する燃料として使用することを教示する。その中で示唆される飛行船／宇宙船は、地球表面から軌道までずっと移動する。超音速のためには、球形は、高い抵抗が効率を減少させるので、理想的でない。
【０００４】
本発明者は、軽飛行乗物が、大気圏上層部及び宇宙空間での超音速飛行のために最適化された従来技術を知らない。
本発明者は、効率的な超音速飛行のための形状を有する軽飛行乗物を知らない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、乗員及び積み荷を、従来の宇宙船に関連する強いスラスト荷重にさらすことなく、約３０，０００フィートから軌道へ効率よく移動させる手段を提供することにある。
【０００６】
本発明の更なる目的は、約３０ｋｍの高度で亜音速で始まり、効率的に軌道速度及び軌道高度に達し、ペイロード及び乗員を運び、決定された期間巡航し、そして３０ｋｍ近くの高度に制御された降下を行いながら亜音速に減速することができる、軽飛行宇宙乗物２００を提供することにある。宇宙乗物２００の特徴は、その形状が、揚抗比を改善し、且つ宇宙乗物２００の音速でのより高い効率を可能にするものである。本発明の他の特徴は、宇宙乗物２００が、熱分散のための荷重外皮１の広い表面を用いて軌道高度および速度から安全に降下することができ、再利用することができることである。
【０００７】
宇宙乗物２００の他の特徴は、他の飛行船１００及び宇宙船と合体させることができることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、図５の宇宙乗物２００を含み、３０，０００フィートから宇宙空間へ、超音速及び高度のために最適化されている。
宇宙乗物
１  荷重外皮及び骨組み
２  ガス容器及び移動
３  動力貯蔵、生産、及び分配
４  スラスト生産
５  指令及び制御航空電子工学
６  生命維持
７  ペイロード維持
【０００９】
１  荷重外皮及び骨組み
構造的剛性及び荷重伝達が、荷重外皮１の主な機能である。マッハ１からより高速への経路は、外皮１の形状を変形させる可能性のある、外皮１の外側の動圧力を置く。この外皮１の形状は、骨組み７のタイプ及び配置による変形と、骨組み７内で圧力を変化させる能力を考慮に入れる。
【００１０】
荷重外皮１の好ましい形状は、くさびのようなものである。くさびの円錐角は、約１５度程度であり、よいＣＦＤアプリケーションでの解析によって決定される。
【００１１】
この乗物の骨組み７は、或るセクションでの炭素複合ポールと及び連結部を含んでもよい。好ましくは、骨組み７は、荷重外皮に使用されるのと同様の、一組の繊維の加圧チューブであってもよい。様々な圧力が必要とされるようなので、様々な繊維が使用されるであろう。
【００１２】
２  ガス容器及び移動
バッフル５が、リフトセル３及び補助気嚢セル２を分離する責務を行う。ポンプ４，６は、セル３からの浮揚用気体を除去し、加圧タンク８にそれを貯蔵するためにある。これらのユニットは、乗物２００が、非常に高い高度で且つ比較的低速で動作しているとき、荷重外皮１の過圧を減少するのを助ける。
【００１３】
３  動力貯蔵、生産、及び分配
宇宙乗物２００は、動力貯蔵及び生産のための装置を使用し、また、ＡＣグリッドを含む。ＤＣグリッドが、ＡＣ経路でより小さい領域グリッドに分割され、ＡＣグリッドは、それらの領域グリッドを、より大きな距離にわたって連結する。これは、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＲＦＩ保護手段、及び他の既知の構成要素を必要とする。
【００１４】
４  スラスト生産
宇宙乗物２００は、スラストを生産するシステムを船上に有する。小さい化学燃料ロケット及び電気プラズマ／ガススラスターが、高度変更を管理するのに必要であろう。
【００１５】
好ましい実施形態では、この乗物は、乗物を高い高度及び高速に押し出すように取り付けられた比較的大きな化学燃料ロケット９を有する。これらのロケットは、軌道に到達するのに必要ないくつかの大部分の速度及び高度に乗物を押し出す。それが終了すると、電気プラズマエンジンが取って代わり、必要な残りの運動量を配達する。化学燃料エンジン９の操作と電気エンジンとの間の切換点は、乗物の設計に依存し、更に決定されければならない。電気エンジンは、宇宙乗物２００がほぼ軌道に乗るまで、おそらく使用されない。
【００１６】
５  指令及び制御航空電子工学
制御ユニットが、エンジン、ポンプ、及びモータを制御するために、ｔｃｐ／ｉｐネットワークに取り付けられる。
【００１７】
６  生命維持
熱分散が、人工衛星の場合と同様に、遮光及び冷却流体によって管理される。炭素壁を厚くし且つ堅くすることは、放熱保護を提供する。
【００１８】
７  ペイロード維持
通信ハードウェアが、ドップラー偏移を軌道速度で処理するが、ペイロードはその複雑さからは隔離される。
【００１９】
前述の記載は、本発明の単なる例示的な実施形態を開示し、記載する。当業者は、そのような解説及び添付図面及び請求項から、次の請求項で定められるように本発明の精神及び範囲から逸脱しない範囲で、様々な変更、改造、及び変形がなされてもよいことは、容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】上昇乗物１００を示す図である。
【図２】上昇乗物１００の飛行輪郭を示す図である。
【図３】合体操縦を行っている２つの上昇乗物１００を示す図である。
【図４】乗物１００，２００の内部構成部品を示す図である。
【図５】宇宙乗物２００を示す図である。
【図６】宇宙乗物２００の飛行輪郭を示す図である。
【図７】上昇乗物１００に向かう、宇宙乗物２００の低巡航進入を示す図である。
【図８】上昇乗物１００と合体する宇宙乗物２００を示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
2008539131.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
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