(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船内タンク（１２０）に繋がる供給オリフィス（１１２）を有するフレーム（１１０）、および
前記供給オリフィス（１１２）を選択的に開閉するように作動するように適合されたバルブ（１３４）
を備えた船内デバイス（１００）と、
自由端（２１２）を有する供給ダクト（２１０）、および
供給ダクト（２１０）の前記自由端（２１２）を囲み、アクチュエータ（２５０）が設けられた制御本体（２４０）
を備えた地上デバイス（２００）と、を備え、
船内デバイス（１００）および地上デバイス（２００）は、開放構成では、推進剤が供給ダクト（２１０）から船内タンク（１２０）に移送され得、閉鎖構成では、船内タンク（１２０）が供給ダクト（２１０）から隔離され得るように関連づけることが可能であるように構成され、アクチュエータ（２５０）がバルブ（１３４）による供給オリフィス（１１２）の開閉を制御するように構成された、宇宙船に推進剤を供給するためのシステムであって、
前記アクチュエータ（２５０）が供給ダクト（２１０）の外周を囲むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
地上デバイスが、供給ダクト（２１０）が接続された地上タンク（２２０）を有する発射構造（２３０）を備え、前記システムが、
供給構成において、地上タンク（２２０）と船内タンク（１２０）との間で推進剤を移送することが可能であるように適合され、
閉鎖構成において、船内タンク（１２０）を地上タンク（２２０）から隔離するように適合されたシャッタ（２１４）をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記発射構造が、供給ダクト（２１０）をパージするように適合されたドレインシステムをさらに備え、コマンドが適用されると、前記ドレインシステムが供給ダクト（２１０）に含まれる推進剤を吸い上げ、この推進剤を地上デバイス（２００）のタンクに貯蔵する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アクチュエータ（２５０）が、スラスト力をアクチュエータ（２５０）に加え、アクチュエータ（２５０）がバルブ（１３４）を開く開放構成に向けてアクチュエータを移動させる傾向にある、弾性復帰手段（２６０）に結合された、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
アクチュエータを閉鎖構成に向かって移動させる傾向にあるように、弾性復帰手段（２６０）によって加えられたスラスト力に抗する力をアクチュエータ（２５０）に加えるように適合された制御部（２４５）を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記アクチュエータ（２５０）が、アクチュエータ（２５０）にスラスト力を加えて、バルブ（１３４）が供給オリフィス（１１２）を閉じるようにアクチュエータ（２５０）がバルブ（１３４）を閉じる閉鎖構成に向けて、アクチュエータを移動させる傾向にある弾性復帰手段（２６０）に結合された、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
アクチュエータを、バルブ（１３４）が供給オリフィス（１１２）を閉じない開放構成に向かって移動させる傾向にあるように、弾性復帰手段（２６０）によって加えられたスラスト力に抗する力をアクチュエータ（２５０）に加えるように適合された制御部（２４５）を含む、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御部（２４５）が気圧式制御部である、請求項５または請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙船に推進剤を供給するためのシステムの分野に関し、発射装置の極低温または非極低温スラスタに特定の用途を見出している。
【背景技術】
【０００２】
ロケットなどの宇宙船は、推進剤がロケットのタンクに貯蔵されている時間を最小にするために、できるだけ発射時間の直前に推進剤を供給することが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、宇宙船のタンクに推進剤を供給するための既存のデバイスは大きな水頭損失を生じ、それにより、タンクに充填することができる割合がかなり低減され、充填継続時間がかなり長くなる。それにより、推進剤が宇宙船のタンクに貯蔵されている時間が長くなる。
【０００４】
さらに、極低温推進剤の使用により、特定の技術の使用が問題となる。特に、そのような温度、たとえば約−２５３℃と適合しない電磁アクチュエータの使用が問題となる。
【０００５】
最後に、宇宙船の構成要素を変更することは、実施が複雑かつ時間がかかる複数の試験を行う必要があるため、問題がある。したがって、船内、すなわち宇宙船の構造の変更を避けることが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これら様々な問題を、少なくとも部分的に満足するために、本発明は、
船内タンクに繋がる供給オリフィスを有するフレーム、および
前記供給オリフィスを選択的に開閉するように作動するように適合されたバルブ
を備えた船内デバイスと、
自由端を有する供給ダクト、および
供給ダクトの前記自由端を囲み、アクチュエータが設けられた制御本体
を備えた地上デバイスと、を備え、
船内デバイスおよび地上デバイスは、開放構成では、推進剤が供給ダクトから船内タンクに移送され得、閉鎖構成では、船内タンクが供給ダクトから隔離され得るように関連づけることが可能であるように構成され、アクチュエータはバルブによる供給オリフィスの開閉を制御するように構成された、宇宙船に推進剤を供給するためのシステムであって、
前記アクチュエータが供給ダクトの外周を囲むことを特徴とするシステムを提案する。
【０００７】
したがって、本発明は、宇宙船と地上設備との間の連結部における水頭損失が最小になり、このため、宇宙船のタンクに充填するために必要な時間が著しく短縮される、宇宙船用の推進剤供給システムを提案する。さらに、バルブの寸法が小さく、それにより、船内の重量を低減することに寄与する。
【０００８】
提案のシステムは、宇宙船自体の変更を必要とすることなく、既存の宇宙船に使用することも可能である。
【０００９】
最後に、提案のシステムは極低温推進剤にも適合する。
【００１０】
特定の実施形態では、地上デバイスが、供給ダクトが接続された地上タンクを有する発射構造を備え、発射構造が、
供給構成において、前記供給ダクトを地上タンクに接続するように適合され、
閉鎖構成において、供給ダクトを地上タンクから隔離するように適合されたシャッタをさらに含む。
【００１１】
次いで、発射構造は通常、供給ダクトをパージするように適合されたドレインシステムをさらに備え、それにより、コマンドが適用されると、前記ドレインシステムが供給ダクトに含まれる推進剤を吸い上げ、この推進剤をベースのタンクに貯蔵する。
【００１２】
次いで、推進剤供給システムは、バルブが供給オリフィスを閉じる際に、前記供給ダクトにおいて漏洩試験を実施するように適合された、漏洩を検出するための手段をさらに含み得る。
【００１３】
アクチュエータは通常、スラスト力をアクチュエータに加え、アクチュエータがバルブを開く開放構成に向けてアクチュエータを移動させる傾向がある、弾性復帰手段に結合されている。
【００１４】
次いで、本システムは、アクチュエータを閉鎖構成に向かって移動させる傾向にあるように、弾性復帰手段によって加えられたスラスト力に抗する力をアクチュエータに加えるように適合された制御部、たとえば空気圧式制御部を含むことが有利である。
【００１５】
反対に、アクチュエータが、アクチュエータにスラスト力を加えて、アクチュエータがバルブを閉じる閉鎖構成に向けて、アクチュエータを移動させる傾向にある弾性復帰手段に結合されていてもよい。
【００１６】
次いで、本システムは、アクチュエータを開放構成に向かって移動させる傾向にあるように、弾性復帰手段によって加えられたスラスト力に抗する力をアクチュエータに加えるように適合された制御部、たとえば空気圧式制御部を含むことが有利である。
【００１７】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。以下の詳細な説明は、純粋に説明的かつ非限定的なものであり、添付図面を参照して読まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一態様の、供給構成における推進剤供給システムを示す図である。
【図２】図２は、閉鎖構成の図１のシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
各図において、共通の要素は同一の参照符号によって識別される。
【００２０】
図１は、本発明の一態様の、供給構成における推進剤供給システムを示す図である。
【００２１】
この図は、船内側１０および地上側２０を示しており、船内側１０と地上側２０とはそれぞれ、宇宙船内の設備と、地上に設置された設備とに対応する。
【００２２】
したがって、図１に示す供給システムは、船内側設備１０および地上側設備２０を備えている。
【００２３】
より正確には、図示のシステムは船内側１０に、
船内タンク１２０に接続された供給オリフィス１１２を有するフレーム１１０と、
バルブガイド１３０と結合され、フレーム１１０の供給オリフィス１１２を閉じるか閉じないか、選択的に作動するように適合された、滑動可能に取り付けられたバルブ１３４と、を備えた船内デバイス１００を備えている。
【００２４】
バルブ１３４は、バルブガイド１３０内のバルブの動きに応じて、供給オリフィス１１２を閉じるか閉じないか、するような方式で配置されている。
【００２５】
ガイド要素１４０は、バルブガイド１３０とフレーム１１０との間に配置されるのが有利である。
【００２６】
バルブガイド１３０は、加えられる追加の力がない場合に、供給オリフィス１１２を閉じる位置にバルブ１３４を保持するように、バルブガイド１３０にスラスト力を加えるように適合されたスラスト手段１６０に結合されている。
【００２７】
地上側２０には、図１に示すように、
自由端２１２を有する供給ダクト２１０と、
発射構造２３０に取り付けられた地上タンク２２０と、を備えた地上デバイス２００が存在する。
【００２８】
供給ダクトは、自由端２１２を囲み、フレーム１１０に締結されることを可能にするように配置された制御本体２４０を有する。制御本体２４０には、供給ダクト２１０の外周上で自由端２１２周りに滑動可能に取り付けられたアクチュエータ２５０が嵌め込まれている。アクチュエータ２５０は、アクチュエータ２５０の自由端２５２が供給ダクト２１０の自由端２１２を越えて延びるように、アクチュエータ２５０にスラスト力を加え、アクチュエータ２５０を移動させる傾向にある弾性復帰手段２６０、具体的にはスラストバネと結合している。
【００２９】
図示の制御本体２４０は、弾性復帰手段２６０によって加えられるスラスト力に抗する、制御圧力がアクチュエータ２５０に加えられることを可能にするように適合された制御オリフィス２４５をも有する。したがって、アクチュエータ２５０が、アクチュエータ２５０の自由端２５２が供給ダクト２１０の自由端２１２に向かうように移動することを可能にする。
【００３０】
船内デバイス１００と地上デバイス２００とが相互に関連する場合、供給ダクト２１０の自由端２１２がフレーム１１０の供給オリフィス１１２に面する。
【００３１】
したがって、アクチュエータ２５０は同様に、フレーム１１０内で供給オリフィス２１２に面して配置される。アクチュエータ２５０は、船内デバイス１００と地上デバイス２００とがこの方式で関連する場合、アクチュエータ２５０の自由端２５２が、有利には、実質的に移動設備１３０の外周において、移動設備１３０と接触するように構成されている。
【００３２】
したがって、アクチュエータ２５０は、バルブ１３０を移動させ、そしてひいては、たとえば、バルブ１３４が供給オリフィス１１２付近に配置された供給チャネルを閉じるか閉じないようにバルブガイド１３０を移動させることにより、供給オリフィス１１２を開くか開かないことが可能である。
【００３３】
図示の弾性復帰手段２６０は、バルブ１３４が供給オリフィス１１２を開き、それによって流体が供給ダクト２１０から船内タンク１２０へ通過することを可能にするように、アクチュエータ２５０にスラスト力を加えて、バルブガイド１３０を移動させる傾向にある。
【００３４】
反対に、制御圧力を、制御オリフィス２４５を介して加えることで、アクチュエータ２５０がバルブ１３０に加えるスラスト力を低減させるか相殺するようにアクチュエータ２５０を作動させることが可能になる。次いで、バルブ１３０はスラスト手段１６０により、図２に示すように、バルブ１３４が供給オリフィス１１２を閉じる閉鎖構成に戻る。
【００３５】
したがって、供給オリフィス１１２は、制御オリフィス２４５を介して加えられる圧力を制御するための手段によって開閉することができる。
【００３６】
図示の実施形態では、制御オリフィス２４５を介して加えられる制御圧力がなければ、アクチュエータ２５０は弾性復帰手段２６０によるスラスト力を受けて、供給オリフィス１１２を開く傾向にある。このことは、供給オリフィス１１２を開く役割を果たす。
【００３７】
逆の構成を提供することもでき、この構成では、供給オリフィス１１２の閉鎖が制御される。弾性復帰手段は、このため、アクチュエータ２５０がバルブガイド１３０に対して加える力を除去するか少なくとも最小にし、これにより、制御オリフィス２４５を介して加えられる圧力がない場合にバルブ１３４が供給オリフィス１１２を閉じるように、力を加えてアクチュエータ２５０を移動させる傾向にあるように構成されている。
【００３８】
供給ダクト２１０は、地上タンク２２０に接続されている。地上タンク２２０は、推進剤などの流体が地上タンク２２０から船内タンク１２０に供給ダクト２１０および供給オリフィス１１２を介して移送されることを可能にするように構成されたポンプを通常備えている移送システム２２２と関連付けられている。
【００３９】
シャッタ２１４も、供給ダクト２１０の自由端２１２の付近に配置され、閉鎖構成において供給ダクト２１０を閉じ、供給構成において流体が地上タンク２２０から船内タンク１２０に移送されることを可能にするように適合させることができる。シャッタ２１４は、図１では供給構成で示されており、図２では閉鎖構成で示されている。
【００４０】
以下に、上述のシステムの動作を説明する。
【００４１】
船内デバイス１００と地上デバイス２００とがともに接続された初期の構成について考察する。シャッタ２１４は、バルブ１３４と同様に閉じられる。船内タンク１２０と地上タンク２２０とはこうして互いから隔離される。
【００４２】
船内デバイス１００と地上デバイス２００とは、図１に示すように関連付けられる。進入オリフィス１１２は、アクチュエータ２５０によって開かれる。
【００４３】
船内タンク１２０を地上タンク２２０に含まれた流体で充填するように、シャッタ２１４が開かれ、移送システム２２２が作動する。
【００４４】
船内タンク１２０が所望のレベルまで充填されると、充填が止められる。アクチュエータ２５０は、開く力をバルブ１３４のバルブガイド１３０に加えることを停止するように作動され、こうして、船内タンク１２０が供給ダクト２１０から隔離されるように、バルブ本体１３４が供給オリフィス１１２を閉じる。移送システム２２２は、地上タンク２２０から供給ダクト２１０への流体の送達を停止する。
【００４５】
こうして、供給ダクト２１０が流体で一杯になる。船内デバイス１００と地上デバイス２００とが分離する際にこの流体が流れ出るのを避けるために、供給ダクト２１０内に含まれる流体を除去するように、供給ダクト２１０の流体が抜かれ、次いでシャッタ２１４が閉じられる。供給ダクトは通常、たとえば供給ダクト２１０に圧力をかけるのに適切なドレインシステムによって流体が抜かれる。
【００４６】
次いで、特にバルブ１３４の漏洩が防止されていることを証明する目的のために、漏洩試験が供給ダクト２１０に行われる。
【００４７】
試験が行われると、次いで船内デバイス１００と地上デバイス２００とが分離した状態で、宇宙船を発射することができる。
【００４８】
したがって、提案のシステムによりいくつかの利点が与えられる。
【００４９】
まず、供給ダクト２１０内に配置するのとは対照的に、供給ダクト２１０の外周のアクチュエータ２５０に配置することで、供給ダクト２１０の内側に配置される構成要素の存在を制限し、したがって、供給ダクト２１０内の流体の流れの乱れを制限することができる。こうして水頭損失が制限され、流量を増大させることができ、したがって、小径の船内バルブ１３４で船内タンク１２０をより速く充填させることができる。
【００５０】
アクチュエータ２５０を供給ダクト２１０の外周に配置し、アクチュエータ２５０を制御するための要素のダクトを外側に移動することでも、供給オリフィス１１２に並設された供給ダクトを有することが可能になる。このことは、水頭損失を低減することに関して有利である。
【００５１】
アクチュエータ２５０およびアクチュエータ制御システムのための提案の構造も、宇宙船に一般的に使用される種類の極低温の推進剤に対応している。この極低温の推進剤は、約−２５３℃に達し、したがって、磁気アクチュエータなどの特定のタイプのアクチュエータに対応していない。
【００５２】
最後に、記載の地上デバイス２００は、船内デバイス１００に構造的な変更を加える必要なく使用することができる。供給ダクト２１０およびアクチュエータ２５０の形状のみが、バルブ１３４を作動させる役割を果たす。したがって、提案の地上デバイス２００は、既存の船内デバイス１００に関連づけることができる。
【図１】
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【図２】
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