(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤の燃焼ガスを生成する副燃焼器と、
前記燃料と前記副燃焼器から排出された前記燃焼ガスとの混合ガスを燃焼する主燃焼器と、
前記燃焼ガスの流通によって回転するタービンと、前記タービンの回転によって駆動されるポンプとを有し、燃料タンクから前記副燃焼器に前記燃料を供給し、且つ、酸化剤タンクから前記副燃焼器及び前記主燃焼器に前記酸化剤を供給するターボポンプと、
前記タービンを回転させる電動モータと、
前記電動モータと前記タービンの連結及び前記連結の解除を行うクラッチと、
前記ターボポンプから排出された前記燃料及び前記酸化剤をそれぞれ前記燃料タンク及び前記酸化剤タンクに戻す還流路と、
電力によって稼働し、前記燃料タンク及び前記酸化剤タンクを冷却する冷却装置と
を備える電動アシスト液体燃料ロケット推進システム。
【請求項２】
前記副燃焼器への前記燃料の供給量を調整する第１バルブと、
前記主燃焼器への前記酸化剤の供給量を調整する第２バルブと、
前記副燃焼器への前記酸化剤の供給量を調整する第３バルブと、
を更に備え、
前記第１バルブ、前記第２バルブおよび前記第３バルブは、何れも可変流量バルブである請求項１に記載の電動アシスト液体燃料ロケット推進システム。
【請求項３】
レーザー光を用いて前記副燃焼器及び前記主燃焼器を着火するレーザー着火装置を更に備える請求項１または２に記載の電動アシスト液体燃料ロケット推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、推進薬として液体燃料及び液体酸化剤を用いる電動アシスト液体燃料ロケット推進システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体燃料ロケットは固体燃料ロケットよりも装置が複雑であるものの、推力制御に優れていることが知られている。一般的な液体燃料ロケットは、燃料として液体水素を用い、酸化剤として液体酸素を用いている。また、燃料に液化メタンを用いたロケットの開発も進められている（特許文献１参照）。これらのいわゆる推進薬は、極低温の液体のままロケットの推進システムに導入されている。【０００３】
推進システム内で推進薬の不測の気化が発生すると誤作動が生じるおそれがある。従って、推進システムは十分に予冷（予備冷却）されていなければならない。この予冷時には、推進システムに大量の推進薬が導入され、外部に排出される。つまり、推進システムの予冷では大量の推進薬が消費される。特許文献２はこの大量消費を抑制するための構成を開示している。この構成では、推進薬が流通する冷却部が、貯蔵タンクからポンプまでのフィードラインの外周に設けられている。これによりフィードラインの冷却が促進され、推進薬の消費が抑制される。【０００４】
また、推進システム始動時に推進薬に着火するためには、ある程度の推進薬流量と圧力が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６７８１号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１４１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の通り、ロケットの推進システムは予め十分に冷却されていなければならない。しかしながら、推進薬は予冷時に推進システム内を流通した後、推進システムの外に排出される。即ち、このときの推進薬はエンジンの燃焼に用いられず、そのまま破棄される。予冷時における推進薬の大量消費は、推進システム質量の増大、即ち軌道に投入されるペイロード質量の減少をもたらし、打上げ費を上昇させる一因になる。【０００７】
従来の推進システムには、エンジンの着火前に、推進薬を昇圧するためのターボポンプを駆動する動力がない。従って、推進薬の供給を燃焼器の熱容量に依存していたり、始動専用のガスボトルで補っていた。しかしながら、燃焼器の熱容量は設計変更等により定まりにくく、周囲の環境等によっても変動してしまう。ガスボトルは推進システム質量を過度に増大させてしまう。【０００８】
そこで本開示は、予冷時における推進薬の消費を抑えることが可能な電動アシスト液体燃料ロケット推進システムの提供を目的とする。【０００９】
また、本開示は、始動時のターボポンプ駆動の安定化とそのための装置の質量軽減を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様は電動アシスト液体燃料ロケット推進システムであって、燃料と酸化剤の燃焼ガスを生成する副燃焼器と、前記燃料と前記副燃焼器から排出された前記燃焼ガスとの混合ガスを燃焼する主燃焼器と、前記燃焼ガスの流通によって回転するタービンと、前記タービンの回転によって駆動されるポンプとを有し、燃料タンクから前記副燃焼器に前記燃料を供給し、且つ、酸化剤タンクから前記副燃焼器及び前記主燃焼器に前記酸化剤を供給するターボポンプと、前記タービンを回転させる電動モータと、前記電動モータと前記タービンの連結及び前記連結の解除を行うクラッチと、前記ターボポンプから排出された前記燃料及び前記酸化剤をそれぞれ前記燃料タンク及び前記酸化剤タンクに戻す還流路と、電力によって稼働し、前記燃料タンク及び前記酸化剤タンクを冷却する冷却装置とを備えることを要旨とする。
【００１３】
電動アシスト液体燃料ロケット推進システムは、前記副燃焼器への前記燃料の供給量を調整する第１バルブと、前記主燃焼器への前記酸化剤の供給量を調整する第２バルブと、前記副燃焼器への前記酸化剤の供給量を調整する第３バルブとを更に備えてもよく、前記第１バルブ、前記第２バルブおよび前記第３バルブは、何れも可変流量バルブであってもよい。【００１４】
電動アシスト液体燃料ロケット推進システムは、レーザー光を用いて前記副燃焼器及び前記主燃焼器を着火するレーザー着火装置を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、予冷時における推進薬の消費を抑えることが可能な電動アシスト液体燃料ロケット推進システムを提供することができる。【００１６】
また、始動時のターボポンプ駆動の安定化とそのための装置の質量軽減を達成することが可能な電動アシスト液体燃料ロケット推進システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る電動アシスト液体燃料ロケット推進システムの概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す電動アシスト液体燃料ロケット推進システムの予冷時の一動作を示す図である。
【図３】図３は、本開示の一実施形態に係る電動アシスト液体燃料ロケット推進システムの変形例を示す概略構成図である。
【図４】図４は、図３に示す電動アシスト液体燃料ロケット推進システムの予冷時の一動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本開示の一実施形態に係る電動アシスト液体燃料ロケット推進システムについて添付図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下、説明の便宜上、電動アシスト液体燃料ロケット推進システムを、単に液体燃料ロケット推進システムと称する。
【００１９】
図１は本実施形態に係る液体燃料ロケット推進システムの概略構成図である。図１に示すように、液体燃料ロケット推進システムは、主燃焼器１０と、副燃焼器１１と、ターボポンプ２０とを備えている。以下、説明の便宜上、液体燃料ロケット推進システムを単に「推進システム」と称する。また、「予冷時」とは、主燃焼器１０や副燃焼器１１が燃焼していない状態で、推進システムの冷却が必要な期間を意味する。従って、「予冷」とは、ロケットが地上から発射する前の冷却に限られず、主燃焼器１０や副燃焼器１１が再燃焼する前の冷却も含む。
【００２０】
本実施形態の推進システムは、燃料として液体水素や液化炭化水素（例えば液化メタン）を用い、酸化剤として液体酸素を用いている。推進システムの動作サイクルは二段燃焼サイクルである。即ち、副燃焼器（プリバーナ）１１で生成された燃焼ガスは、ターボポンプ２０（具体的にはタービン２１）を駆動し、その後、主燃焼器１０で更に燃焼される。
【００２１】
燃料は、ターボポンプ２０によって燃料タンク３０から吸引され、主燃焼器１０に設けられた熱交換器１２を介して、副燃焼器１１に供給される。熱交換器１２において燃料は主燃焼器１０の燃焼室を冷却する。
【００２２】
酸化剤もターボポンプ２０によって酸化剤タンク４０から吸引される。吸引された酸化剤の多くは主燃焼器１０に供給され、その残りが副燃焼器１１に供給される。副燃焼器１１は、燃料と酸化剤の燃焼ガスを生成する。生成された燃焼ガスは、ターボポンプ２０のタービン２１の駆動ガスとしてターボポンプ２０のタービンを流通し、その後、主燃焼器１０に供給される。
【００２３】
主燃焼器１０は、ターボポンプ２０から排出された酸化剤と副燃焼器１１から排出された燃焼ガスとの混合ガスを燃焼する。主燃焼器１０では、燃焼ガスがスロートを介してノズルから排出される。この時の燃焼ガスの膨張に伴った加速によってロケットの推力が得られる。
【００２４】
なお、本実施形態はガス発生器サイクルの推進システムにも適用可能である。この場合、ターボポンプ２０のタービン２１を通過した副燃焼器（ガス発生器）１１の燃焼ガスは、外部に排出される。
【００２５】
ターボポンプ２０は、主燃焼器１０及び副燃焼器１１に推進薬（即ち燃料及び酸化剤）を供給する。例えば、ターボポンプ２０は、燃料タンク３０から副燃焼器１１に燃料を供給し、且つ、酸化剤タンク４０から副燃焼器１１及び主燃焼器１０に酸化剤を供給する。ターボポンプ２０は、タービン２１と、タービン２１によって駆動される第１ポンプ（燃料ポンプ）２２及び第２ポンプ（酸化剤ポンプ）２３とを有する。タービン２１、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３の各構成には周知のものが採用できる。ただし、後述するように、ターボポンプ２０の回転軸は、クラッチ２４を介して電動モータ２５の回転軸に連結（接続）している。
【００２６】
タービン２１は、副燃焼器１１から主燃焼器１０に至る燃焼ガスの流通によって回転し、この回転力を第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３に伝達する。即ち、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３は、タービン２１によって駆動される。第１ポンプ２２は、燃料タンク３０の燃料を吸引するとともに、当該燃料を昇圧して排出する。第２ポンプ２３は、酸化剤タンク４０の酸化剤を吸引するとともに、当該酸化剤を昇圧して排出する。各ポンプ２２、２３は、例えばインペラ（ホイール）を有する遠心式のポンプである。
【００２７】
本実施形態の推進システムは、電動モータ２５と、クラッチ２４とを備えている。電動モータ２５は、クラッチ２４を介してターボポンプ２０のタービン２１に連結している。クラッチ２４は、電動モータ２５の回転軸とタービン２１の回転軸の連結及びこの連結の解除を行う。クラッチ２４の構成には周知のものが採用できる。電動モータ２５とタービン２１が連結している状態で電動モータ２５が回転すると、この回転力がタービン２１に伝達され、タービン２１が回転する。このタービン２１の回転によって、ターボポンプ２０の各ポンプ２２、２３の各インペラが回転する。即ち、クラッチ２４及びタービン２１を介して、電動モータ２５は各ポンプ２２、２３を駆動することができる。また、クラッチ２４が電動モータ２５とタービン２１の連結を解除すると、電動モータ２５からタービン２１への回転力の伝達が遮断される。なお、電動モータ２５及びクラッチ２４はコントローラ１３によって制御されている。
【００２８】
電動モータ２５は少なくとも次の２つを目的として設けられている。第１の目的は、微量の推進薬を低速回転数のターボポンプ２０で還流させることにより推進システムの冷却状態を維持することである。第２の目的は、推進システムの始動時に、中速回転数のターボポンプ２０で着火に必要な流量・圧力環境を主燃焼器１０や副燃焼器１１内に作り出すことである。後者の動作について、推進システムが自律的に立ち上がった後は、電動モータ２５の運用領域を超えた領域までターボポンプ２０の回転数が上昇する。この場合、電動モータ２５の過大な起電力によって電力系が破壊されることを回避するため、クラッチ２４がターボポンプ２０の回転軸から電動モータ２５を物理的（機械的）に切り離す。
【００２９】
電動モータ２５の電源は、ロケット外の環境に応じて変更（切替）可能である。例えば、ロケットが発射する前であれば、電動モータ２５の電力は、当該ロケットに搭載された蓄電池（図示せず）や外部電源（図示せず）から供給され、ロケットが発射した後は、前述の蓄電池（図示せず）或いは太陽電池（図示せず）から供給される。
【００３０】
タービン２１、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３は、図１に示す１本の回転軸に取り付けられていてもよく、ギヤ等の伝達機構を介してそれぞれの回転軸に取り付けられていてもよい。何れの場合も、タービン２１からの回転力は第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３に伝達される。
【００３１】
また、ターボポンプ２０は、個別にタービン２１を有し、燃料及び酸化剤をそれぞれ吸引、供給する第１ポンプ２２と、第２ポンプ２３とによって構成されてもよい。この場合、電動モータ２５とクラッチ２４は、第１ポンプ２２と第２ポンプ２３とに個別に設けられ、副燃焼器１１から排出された燃焼ガスは、各タービンを経由して主燃焼器１０に供給される。また、第１ポンプ２２と第２ポンプ２３の各回転数は、燃料及び酸化剤の各物性と想定される混合比に応じて個別に設定される。
【００３２】
ターボポンプ２０（第１ポンプ２２）から排出された燃料の流路は、分岐点３１において、熱交換器１２に至る主燃料流路３２と、予冷時に燃料が流通する副燃料流路３３とに分岐する。主燃料流路３２には、燃料供給バルブ（第１バルブ）３４が設けられている。燃料供給バルブ３４は、副燃焼器１１への燃料の供給量を調整する。一方、副燃料流路３３には燃料排出バルブ３５が設けられており、その下流側は外部（大気、宇宙空間）に開放されている。
【００３３】
燃料供給バルブ３４および燃料排出バルブ３５は、コントローラ１３によって制御されている。予冷時において、例えば、燃料供給バルブ３４は閉じており、燃料排出バルブ３５は開いている。また、燃焼時には、燃料供給バルブ３４は開いており、燃料排出バルブ３５は閉じている。
【００３４】
ターボポンプ２０（第２ポンプ２３）から排出された酸化剤の流路は、分岐点４１において、主燃焼器１０に至る主酸化剤流路４２と、予冷時に酸化剤が流通する副酸化剤流路４３とに分岐する。主酸化剤流路４２には、酸化剤供給バルブ（第２バルブ）４４が設けられている。酸化剤供給バルブ４４は、主燃焼器１０への酸化剤の供給量を調整する。一方、副酸化剤流路４３には酸化剤排出バルブ４５が設けられている。酸化剤排出バルブ４５の下流側は外部（大気、宇宙空間）に開放されている。
【００３５】
酸化剤供給バルブ４４および酸化剤排出バルブ４５は、コントローラ１３によって制御されている。予冷時において、例えば、酸化剤供給バルブ４４は閉じており、酸化剤排出バルブ４５は開いている。また、燃焼時には、酸化剤供給バルブ４４は開いており、酸化剤排出バルブ４５は閉じている。
【００３６】
ターボポンプ２０から副燃焼器１１に至る酸化剤の流路３７には、酸化剤調整バルブ第３バルブ）３６が設けられている。酸化剤調整バルブ３６はコントローラ１３によって制御され、副燃焼器１１への酸化剤の供給量を調整する。
【００３７】
推進システムの動作について説明する。なお、以下の各動作の順序は一例に過ぎない。
【００３８】
推進システムに推進薬が導入される前の状態では、燃料供給バルブ３４が閉じており、燃料排出バルブ３５が開いている。また、酸化剤供給バルブ４４は閉じており、酸化剤排出バルブ４５は開いている。さらに、酸化剤調整バルブ３６は閉じている。
【００３９】
電動モータ２５とタービン２１は、クラッチ２４を介して連結されている。この連結が維持されている間に、電動モータ２５がタービン２１を回転させ、ターボポンプ２０（第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３）を駆動する。電動モータ２５によるタービン２１の回転速度は、推進システムが自律的に作動しているときのタービン２１の回転速度よりも遥かに低い。
【００４０】
ターボポンプ２０が駆動されると、燃料が燃料タンク３０から推進システム内に導入され、酸化剤が酸化剤タンク４０から推進システム内に導入される。燃料は液体の状態で、第１ポンプ２２を通過し、副燃料流路３３を経由して外部に排出される。同様に、酸化剤は液体の状態で、第２ポンプ２３を通過し、副酸化剤流路４３を経由して外部に排出される。この結果、少なくとも、燃料タンク３０から分岐点３１までの流路、酸化剤タンク４０から分岐点４１までの流路、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３が冷却される。図２は、上述の動作によって冷却された流路を太線で示している。
【００４１】
さらに、燃料供給バルブ３４、酸化剤供給バルブ４４および酸化剤調整バルブ３６が開くと、図１に示す全ての流路に、燃料或いは酸化剤が流入し、各流路が冷却される。
【００４２】
このように、電動モータ２５とタービン２１が、クラッチ２４を介して互いに連結された状態で、電動モータ２５がタービン２１を回転（駆動）させる。その結果、推進システム全体が十分に冷却される。これにより第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３は、電動モータ２５の駆動力で対応できる範囲の回転数で、燃料と酸化剤を昇圧して副燃焼器１１内に燃料と酸化剤を供給することができる。副燃焼器１１内の燃料と酸化剤の混合比が所定の値に達した後、着火装置６２は副燃焼器１１を着火（点火）する。副燃焼器１１は燃料と酸化剤の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスはターボポンプ２０のタービン２１を流通する。燃焼ガスの流通によってタービン２１が回転し、第１ポンプ２２及び第２ポンプ２３は駆動される。第１ポンプ２２は燃料を昇圧して副燃焼器１１に供給する。また、第２ポンプ２３は酸化剤を昇圧して主燃焼器１０および副燃焼器１１に供給する。これらの一連の動作により主燃焼器１０内の圧力が上昇し、酸化剤と副燃焼器１１からの燃焼ガスの混合比が所定の値に達した後、着火装置６１は主燃焼器１０を着火（点火）し、定常燃焼に移行する。
【００４３】
主燃焼器１０の燃焼モードが定常燃焼に移行する前に、コントローラ１３からの制御によってクラッチ２４は電動モータ２５とタービン２１の連結を解除する。即ち、クラッチ２４は、電動モータ２５からのタービン２１への回転力の伝達を遮断する。例えば、主燃焼器１０が着火したときに、クラッチ２４は電動モータ２５とタービン２１の連結を解除する。この連結の解除は、燃焼時のターボポンプ２０の高回転による、電動モータ２５の過回転や逆起電力の発生を防止する。
【００４４】
このように、本実施形態では、推進薬タンク（即ち、燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０）から推進薬を吸引し、推進薬を推進システムに供給するターボポンプ２０を駆動するために電動モータ２５を用いている。また、副燃焼器１１からの燃焼ガスによるタービン２１の駆動が不十分な期間（例えば始動時）は、電動モータ２５はターボポンプ２０を駆動するための補助装置として機能する。従って、予冷時では従来のように加圧タンクによって推進薬タンクを加圧する必要がなく、加圧タンクを小型化或いは省略することができ、効率的な冷却が可能になる。つまり、推進薬の無駄な消費を抑えることが可能になる。これは推進システムの軽量化にも寄与する。さらに推進システムの始動時に電動モータ２５の回転数を制御することで、推進システムへの推進薬の供給量を調整することができるので、安定に着火する推進薬の圧力設定が容易になり、始動に必要な装置が電動モータ２５のみの単純なシステムとすることができる。
【００４５】
なお、推進システムの動作初期においては、徐々にではあるが、副燃焼器１１の燃焼ガスもタービン２１を駆動する。従って、電動モータ２５に要求される最大馬力（最大出力）は、主燃焼器１０が安定に着火する圧力が得られる程度の値でよい。このような値は、定常燃焼時に高圧の推進薬を排出しなければならないターボポンプ２０の馬力（数万馬力）に比べて百分の１程度で済む。つまり、電動モータ２５は比較的小型のもので十分であり、これも推進システムの軽量化に寄与する。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態の推進システムは、ターボポンプ２０から排出された燃料及び酸化剤をそれぞれ燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０に戻す還流路５３を更に備えてもよい。この場合、還流路５３は副燃料流路３３と副酸化剤流路４３とによって構成され、副燃料流路３３の下流側が燃料タンク３０に接続し、且つ、副酸化剤流路４３の下流側が酸化剤タンク４０に接続する。換言すれば、副燃料流路３３は主燃料流路３２と燃料タンク３０との間を連通させ、副酸化剤流路４３は主燃料流路と酸化剤タンク４０との間を連通させる。
【００４７】
副燃料流路３３と副酸化剤流路４３が還流路５３を構成することで、推進薬は燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０に戻ることができる。例えば、燃料供給バルブ３４が閉、燃料排出バルブ３５が開、酸化剤供給バルブ４４が閉、酸化剤排出バルブ４５が開である予冷時の一状態において、燃料は液体の状態で第１ポンプ２２を通過し、副燃料流路３３を経由して燃料タンク３０に戻る。同様に、酸化剤は液体の状態で、第２ポンプ２３を通過し、副酸化剤流路４３を経由して酸化剤タンク４０に戻る。即ち、推進薬が推進システムから破棄されず、推進システム内を循環する。図４は、上述の動作によって冷却された流路を太線で示している。
【００４８】
上述した推進薬の循環は、電動モータ２５がターボポンプ２０を駆動することによって達成されている。つまり、電動モータ２５によるターボポンプ２０の駆動が、推進システムの冷却や各燃焼器の燃焼の為の推進薬の再利用を可能にし、推進薬の消費量の大幅な抑制を可能にしている。この消費量の抑制は、外部からの推進薬の補充ができない軌道上（宇宙空間）において特に効果的となる。
【００４９】
また、推進薬を還流路５３から燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０に充填する際に、各タンク内の推進薬が撹拌される。即ち、電動モータ２５、ターボポンプ２０、および還流路５３は燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０内の推進薬の撹拌装置を構成する。軌道上では、対流による推進薬の温度拡散を利用できないため、推進薬の温度分布に偏りが生じやすい。しかしながら、本実施形態では、上述した推進薬の再充填によって推進薬が撹拌される。その結果、タンク内の推進薬の温度分布の偏りが抑制される。
【００５０】
なお、還流路５３に加え、冷却効率等の要望に応じて冷却装置（冷凍機、保冷器）５０を設けてもよい。冷却装置５０は、電力によって稼働する極低温冷凍機である。少なくとも燃料タンク３０及び酸化剤タンク４０を冷却する。例えば、冷却装置５０は、燃料タンク３０を冷却する第１冷却器５１と、酸化剤タンク４０を冷却する第２冷却器５２とを備える。ただし、これらは１台の冷却器に統合されていてもよい。冷却装置５０は、各タンク内の推進薬を冷却し、推進薬の長期的な保存と蒸発の抑制、液化に寄与する。
【００５１】
上述の通り、主燃料流路３２には燃料供給バルブ（第１バルブ）３４が設けられ、主酸化剤流路４２には酸化剤供給バルブ（第２バルブ）４４が設けられている。また、ターボポンプ２０から副燃焼器１１に至る酸化剤の流路３７には、酸化剤調整バルブ（第３バルブ）３６が設けられている。これらのバルブ３４、４４、３６としては、全開及び全閉の何れかの位置を保持する所謂オンオフ（ＯＮ／ＯＦＦ）バルブが一般的である。しかしながら、本実施形態では、開度を連続的に（段階的に）変化させることが可能な可変流量バルブを用いてもよい。この場合、可変流量バルブの開度はコントローラ１３によって制御される。
【００５２】
可変流量バルブは、上述の電動モータ２５のアシストによる始動時に燃焼ガスの混合比を一定化するなど、推進システムの運転の安定性を増すために用いられる。同時に、自律運転時に開度を適切に調整することで混合比を保ちながら推力を増減させるスロットルとしても機能する。
【００５３】
ところで、副燃焼器１１に流入する燃料と酸化剤の混合比は燃料リッチ或いは酸化剤リッチな値に設定され、これにより燃焼ガスの温度の過剰な上昇が抑制し、副燃焼器１１の溶損を防いでいる。一方、燃料リッチ或いは酸化剤リッチな混合ガスは、混合比の変化に対して燃焼温度が急激に変化する傾向をもつ。本実施形態では、予冷時の初期において、電動モータ２５が推進システム内に供給される燃料と酸化剤の量を規定している。従って、酸化剤調整バルブ３６が可変流量バルブである場合は、副燃焼器１１に流入する燃料の量に対して、酸化剤の量を精度良く調整することができる。これにより、混合比を、供給量の無駄が少なく、副燃焼器１１やタービン２１などが溶損しない程度に高温、高圧な燃焼ガスが得られる値に設定できる。また、副燃焼器１１内の混合比の操作が容易になるため、副燃焼器１１の着火タイミングも最適化できる。
【００５４】
また、燃料供給バルブ３４及び酸化剤供給バルブ４４として、可変流量バルブを採用することで、定格燃焼時における推力調整や、推進薬の消費量を調整するための混合比の変更を、連続的に（換言すれば細かく）行うことができる。また、主燃焼器１０内の混合比の操作も容易になるため、主燃焼器１０の着火タイミングも容易に制御できる。
【００５５】
上述の通り、推進システムは主燃焼器１０の着火装置６１と、副燃焼器１１の着火装置６２とを備えている。これらの着火装置６１、６２は、例えば、点火薬、スパークプラグや、その制御装置によって構成されている。しかしながら、着火装置６１、６２は、レーザー光を用いたレーザー着火装置によって構成されてもよい。レーザー着火装置はパルス状で高出力のレーザー光を発生する光源を有し、光源から発射したレーザー光は、主燃焼器１０や副燃焼器１１内のターゲット（図示せず）を加熱あるいは蒸発（いわゆるアブレーション）させ、その周囲の混合ガスを着火させる。
【００５６】
周知のように、レーザー光の時間的な制御は非常に容易である。また、レーザー光による着火は、他の着火方式と比べて、着火時の環境に影響されにくい。従って、低圧下での着火時から高圧下での定格燃焼時まで広い作動範囲で運転できる。一方、電動モータ２５によって推進システムに供給される推進薬の量が規定されていることから、主燃焼器１０や副燃焼器１１内の推進薬の混合比の制御も容易になっている。従って、最適且つ確実な着火タイミングを設定することが可能になり、着火シーケンスが簡略化され、開発リスクの大幅な低減や、開発コストの低減が可能となる。
【００５７】
また、レーザー着火装置は、他の着火装置に比べて簡便な構成である。例えば、スパークプラグ等を用いた従来の着火装置は、一般的に、その制御装置も含めてエンジン全体の質量の１０％近くを占めており、これをレーザー着火装置に置換することで軽量化が可能になる。
【００５８】
本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図１】
0006627983.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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