(57)【要約】  燃焼室（５０）での燃焼のために、アンモニウムジニトラミドベースの液体の単元推進薬を分解して高温可燃性ガスにするためのリアクタと、そのようなリアクタを備えるロケットエンジンまたはスラスタとであって、リアクタが、ヒートベッド（２５）および触媒ベッド（３０）を備え、ヒートベッドが、触媒活性を有する。【選択図】図１
2015517621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性および耐熱性を有する金属材料の中空ボディ（５）を備える、液体のアンモニウムジニトラミドベースの単元推進薬を分解して高温可燃性ガスにするためのリアクタであって、前記中空ボディ（５）が、上流側端部から順番に、
噴射器（２０）と、
ヒートベッド（２５）と、
ヒートベッドリテーナ（２７）と、
少なくとも１０００℃の温度までの耐熱性を有する多孔質触媒ペレット（３５）の触媒ベッド（３０）と、
触媒ベッドリテーナ（４０）と
を装備し、
前記ヒートベッドが、触媒活性を有するヒートベッド材料（２６）を備え、前記ヒートベッド材料は、触媒活性を有する貴金属で被覆される非多孔質または低多孔質の高温抵抗セラミックおよび／または金属材料から形成される
ことを特徴とする
リアクタ。
【請求項２】
前記触媒活性を有する貴金属が、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕの群またはそれらの組合せから選択される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記ヒートベッド材料（２６）がペレットの形態である、請求項１または２に記載のリアクタ。
【請求項４】
ヒートベッドリテーナ（２７）が、上流側の前記ヒートベッド内および／または下流側の前記触媒ベッド内まで延在するフランジを有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記ヒートベッドおよび前記触媒ベッドを前記中空ボディ（５）の内側表面に接触させないように分離させる、前記中空ボディ（５）内に装着される内側リアクタハウジングをさらに備え、前記内側リアクタハウジングが熱伝導性を有し、前記ヒートベッドおよび前記触媒ベッドが前記内側リアクタハウジングに熱接触する、請求項１から４までのいずれか１項に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記ペレット（３５）および前記ペレット（２６）のサイズがリアクタハウジング（５）の内径の約１０分の１以下、または、内側リアクタハウジングが存在する場合には前記内側リアクタハウジングの内径の約１０分の１以下である、請求項３から５までのいずれか１項に記載のリアクタ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のリアクタと、
前記リアクタのすぐ下流側にある燃焼室（５０）と
を備える
アンモニウムジニトラミドベースの液体の単元推進薬のためのロケットエンジン。
【請求項８】
０．５Ｎから約３ｋＮといったような、０．５Ｎから数ｋＮの間隔内の推進力、好適には０．５Ｎから１ｋＮの推進力、より好適には０．５Ｎから５００Ｎの推進力を有するように寸法決定される、請求項７に記載のロケットエンジン。
【請求項９】
液体のＨＡＮベースの単元推進薬を分解するための、請求項１から６までのいずれか１項のリアクタまたは請求項７または８のロケットエンジンの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率グリーン推進（ＨＰＧＰ：Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｇｒｅｅｎ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）単元推進薬などのアンモニウムジニトラミドベースの液体単元推進薬のための改善されたリアクタ、および、そのようなリアクタを備えるスラスタ、特には０．５Ｎから数ｋＮのスラスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星発射台、衛星および別の宇宙船などの、発射用途および宇宙ビークル用途では、液体推進薬スラスタ、液体推進薬ロケットエンジンおよび液体推進薬ガスジェネレータがしばしば使用される。このようなスラスタおよびロケットエンジンは、例えば衛星の軌道操縦および姿勢制御のために、および、別の宇宙ビークルの主推進システムの例えば回転制御および推進薬定置（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  ｓｅｔｔｌｉｎｇ）のために使用され得、この場合、連続的点火、オフモジュレーションの点火、パルスモードのシングルパルスの点火においてしばしばロケットエンジンまたはスラスタが使用され、この継続時間は通常は数分の一秒から１時間となり得る。このような目的のために、通常は０．５Ｎから約１．５ｋＮの推進力を有する、小型のロケットエンジンまたはスラスタが一般に使用される。
【０００３】
このようなスラスタは、ＷＯ２００２／０９６８３２およびＷＯ２０１２／１６６０４６に記述されるようなアンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ：ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｄｉｎｉｔｒａｍｉｄｅ）ベースの液体単元推進薬上で作動され得る。一部のＡＤＮベースの液体単元推進薬は高効率グリーン推進（ＨＰＧＰ：Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｇｒｅｅｎ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ）単元推進薬とも称される。
【０００４】
上記のＡＤＮベースの液体単元推進薬のためのリアクタは、このようなリアクタを備えるスラスタと共に、ＷＯ０２／０９５２０７に記述されている。このようなスラスタはＨＰＧＰスラスタとも称される。
【０００５】
本発明者らが、特定のパルスモードでＷＯ０２／０９５２０７で説明されるようにスラスタを動作させる場合にハードスタートが起こることを発見した。ハードスタートとは、スラスタ内で推進薬を点火するときに過圧状態になることを意味する。最悪のケースでは、これは爆発の形態をとる。一回のハードスタートでもエンジンに有害であることは明白であり、最悪の場合には破壊に至る。ハードスタートの問題は、５Ｎ、２２Ｎおよび２００Ｎのスラスタの場合に、液体のＡＤＮベースの単元推進薬を使用してスラスタを動作させるときに観察されている。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、アンモニウムジニトラミドベースの液体の単元推進薬を使用する場合にハードスタートが起こると立ち上がり時間および減衰時間が大幅に増大してしまうことを理由として、その特定の動作範囲内でスラスタに有害であるハードスタートを排除または少なくとも抑制すること、加えて、スラスタのための公称の反応時間を維持することである。
【０００７】
本発明の別の目的および利点が、以下の説明、実施例および添付の特許請求の範囲から明らかとなる。
【０００８】
本明細書では、「ロケットエンジン」および「スラスタ」という用語は、ノズルを含むようにノズルまで下流側に延在する、推進薬を中に噴射するための、本発明の液体推進薬ロケットエンジンの一部分を示すのに互換的に使用される。
【０００９】
本明細書で参照される本発明のロケットエンジンの推進力は通常は０．５Ｎから数ｋＮであり、例えば０．５Ｎから約３ｋＮまたは０．５Ｎから１ｋＮであり、より好適には０．５Ｎから約５００Ｎである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ＷＯ０２／０９５２０７に記述されるスラスタの場合、請求項１の特徴的な技術的特徴により上記の問題が解決され、ここでは、ヒートベッドが、ヒートベッド内で推進薬の分解／燃焼を開始する触媒活性を有する。
【００１１】
したがって、一態様では、本発明が請求項１に記載のリアクタに関連する。
【００１２】
別の態様では、本発明が、本発明のリアクタを含むスラスタに関連する。
【００１３】
約２０Ｎ以上のスラスタの場合に上記の問題を解決するために、ヒートベッドおよび触媒ベッドを中空ボディ５の内側表面に接触させないように分離させる内側リアクタハウジングが含まれることが有利であることが分かっている。このような「内側リアクタハウジング」は「ヒートベッドおよび触媒ベッド・ハウジング（ｈｅａｔ  ｂｅｄ  ａｎｄ  ｃａｔａｌｙｓｔ  ｂｅｄ  ｈｏｕｓｉｎｇ）」とも称される。したがって、一実施形態では、本発明のリアクタおよびスラスタは内側リアクタハウジングを有する。このような内側リアクタハウジングは米国特許出願第６１／６４４，７９４号に開示されており、本願と同一日付で出願された、本出願人の同時係属の米国仮特許出願にも開示される。好適な一実施形態では、内側リアクタハウジングがエンジン内の上流側の熱伝達能力をさらに向上させる構造物要素を装備する。例えば、ヒートベッドリテーナが、後でより詳細に説明されるフランジを装備することができる。
【００１４】
ヒートベッドを再加熱するのをさらに改善することを目的として、および、１つのパルスから次のパルスまでの回復時間を短縮させることを目的として、２０Ｎ未満のエンジンなどの小型のエンジンがこのような内側リアクタハウジングを有することも有利となる可能性がある。しかし、実用的な理由により、つまり寸法が縮小されるとそれに付随して複雑さが増すことを理由として、５Ｎ以下のスラスタで内側リアクタハウジングが使用されることは稀である。
【００１５】
また、アンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）およびヒドロキシル基硝酸アンモニウム（ＨＡＮ：ｈｙｄｒｏｘｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｎｉｔｒａｔｅ）のそれぞれの分解経路は類似することから、本発明のリアクタおよびスラスタは、ＨＡＮベースの液体単元推進薬にも適すると考えられる。
【００１６】
本発明で使用される液体単元推進薬は通常は水性である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】５が中空ボディであり、１０が推進薬供給パイプであり、２０が噴射器であり、２５がペレット２６を備える触媒活性を有するヒートベッドであり、２７がヒートベッドリテーナであり、３０が触媒ペレット３５を含有する触媒ベッドであり、４０が触媒ベッドリテーナである、リアクタを示す図である。リアクタに関連して、中空ボディ５はリアクタハウジング５とも称される。
【図２】５０が燃焼室を示している、本発明のリアクタを備える本発明のロケットエンジンすなわち改善されたＨＰＧＰスラスタを示す図である。スラスタに関連して、中空ボディ５はスラスタハウジング５またはスラスタエンベロープ５とも称される。
【図３】２つの異なる液体ＡＤＮベースの単元推進薬、すなわちＬＭＰ−１０３Ｓおよび１１２７−３（ＷＯ２０１２／１６６０４６の実施例３の単元推進薬に相当する）をそれぞれ使用する、従来の２２ＮのＨＰＧＰスラスタのパルスモードの点火でのハードスタートの問題を示す図である。
【図４】従来の２２ＮのＨＰＧＰスラスタを使用する場合（図４Ａ）と、同一の液体ＡＤＮベースの単元推進薬すなわち１１２７−３を使用する本発明の２２ＮのＨＰＧＰスラスタの場合（図４Ｂ）とを比較する、パルスモードの点火時の推力の反応を示す図である。
【図５】上流側の本発明の触媒性ヒートベッド２５内および下流側の触媒ベッド３０内まで延在するフランジを装備するヒートベッドリテーナ２７の好適な一実施形態を示す図である。リテーナが下流側から示される。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者らは、パルスドモード（ｐｕｌｓｅｄ  ｍｏｄｅ）の点火時に見られるハードスタートの原因がヒートベッドが過度に冷却されることが原因であることを証明した。ハードスタートは比較的短いパルスとの組合せでミディアムデューティ領域から高デューティ領域で観察されており、これは例えば、デューティファクタが少なくとも約５％であり、約１００ｍｓから数秒のパルスの継続時間である。パーセンテージとして与えられるデューティファクタは本明細書では以下のように定義される：１００ＴＯＮ／（ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）。
【００１９】
スラスタを点火する前に、リアクタが通常は３００℃から４００℃（ベッドロード（ｂｅｄ  ｌｏａｄ）および個別の単元推進薬に応じる）の十分な温度まで予加熱される。反応はヒートベッドの温度が２００℃を超える時点で既に開始されるが、公称のスタート（ｎｏｍｉｎａｌ  ｓｔａｒｔ）を実現するには３５０℃が好ましい。長パルスまたは定常状態の点火の間、触媒ベッド内および燃焼室内に発生する熱が、スラスタ内に噴射される単元推進薬を継続的に加熱するのに十分な量となり、この場合、単元推進薬は触媒ベッドに入るときに実質的に気相となる。液相単元推進薬が触媒ベッドに入る場合には、多孔質触媒ボディが、下流側の燃焼からの熱に露出されるときに、その多孔質ボディ内で発生する高い蒸気圧を原因として、分解する可能性がある。また、着火遅れを原因として液相単元推進薬がヒートベッドの大部分を充填する場合には通常はハードスタートが起こる。
【００２０】
パルスドモードの点火では、個別のデューティおよびパルスの継続時間に応じて、触媒ベッド内および燃焼室内で発生した熱がヒートベッドを再加熱するのに十分な速さでは伝達されない可能性があり、それにより、必要となる予加熱温度よりも大幅に低い温度までヒートベッドが冷却されてしまう。例えば、２２Ｎのスラスタの場合、少なくとも約１０％のデューティで、約１００ｍｓから数秒のパルス継続時間で、ハードスタートが起こる傾向がある。
【００２１】
また、パルスドモードの点火では通常はベッドロードが高くなり、つまり、触媒ベッドの所与の断面積を通って流れる推進薬の単位時間当たりの質量が増大し、例えば安定状態の点火時を超える。
【００２２】
本発明者らは、例えばＬＭＰ−１０３Ｓよりもエネルギー含有量が少なくかつ冷却効果が高い１１２７−３で示される単元推進薬などの、ＷＯ２０１２／１６６０４６に記述される新たに開発された単元推進薬を用いる場合にはパルスドモードの点火時のハードスタートの問題がより顕著になることを見出した。
【００２３】
図３が、ＴＯＮ＝２３０ｍｓ、ＴＯＦＦ＝１ｓのパルスモードの点火を利用して従来の２２ＮのスラスタでのＬＭＰ−１０３Ｓおよび１１２７−３の推力の反応を示す。示されるように、ＬＭＰ−１０３Ｓを用いる場合にハードスタートが起こっており、１１２７−３を使用する場合にさらに深刻にハードスタートが起こっている。
【００２４】
しかし、シングルパルスの点火では上記の２つの異なる単元推進薬は類似する。例えば、従来の２２ＮのＨＰＧＰスラスタでの１ｓのシングルパルスの点火の場合、２つの異なる単元推進薬は、後者の場合にヒートベッドがより迅速に冷却されることを除いて、同様の推力プロファイル、燃焼安定性および反応時間を示す。
【００２５】
上記の問題はヒートベッドに触媒活性を加えることによって解決されてきた。
【００２６】
本発明者らが、ヒートベッドに触媒活性を加えることにより、エンジンのさらに上流側で推進薬の分解／燃焼が開始され得、それにより、ヒートベッド内にさらに反応熱が発生するようになり、それによりヒートベッドがより効率的に再加熱されることで、パルス点火（ｐｕｌｓｅｄ  ｆｉｒｉｎｇ）時にヒートベッドが冷却されることが軽減される。
【００２７】
ＷＯ０２／０９５２０７が、ＡＤＮを分解するのを向上させるためにヒートベッドに触媒活性を加えることにより、必要となる予加熱温度を低下させることが可能となる可能性があることを提案している。
【００２８】
しかし、本発明では、別の目的のためにヒートベッドに触媒活性が加えられ、これは必要となる予加熱温度には影響しないが、エンジン内の上流側での推進薬の分解／燃焼を変化させる。したがって、本発明の触媒活性はＷＯ０２／０９５２０７で提案される触媒活性とは種類が明確に異なる。
【００２９】
したがって、ＷＯ０２／０９５２０７で提案される触媒活性をヒートベッドに加えることとは異なり、本発明で使用されるヒートベッドの触媒活性はエンジンの動作時にヒートベッドの温度を上昇させる。温度が上昇することで、ヒートベッド内で液体が気相に変化することにより発生する負荷と相まって、より多くの触媒が必要となり、したがって、下流側で使用される触媒とは別の触媒を使用しなければならない。
【００３０】
ヒートベッドで使用されるのに適する触媒は上昇した温度で液体推進薬に接触するのに抵抗しなければならず、熱衝撃に抵抗しなければならず、推進薬の液体から気相への変化に抵抗しなければならず、特定の推進薬を燃焼させるために触媒活性を有さなければならず、燃焼ガスの存在時の高い温度に抵抗しなければならない。ＡＤＮベースの推進薬の燃焼温度は通常は１５００℃〜１８００℃の範囲であり、特定の動作条件下では、ヒートベッドが特にヒートベッドの下流側部分でこのような温度を受ける可能性がある。適切な触媒性ヒートベッド材料は非多孔質または低多孔質（触媒ボディに液体が入るのを回避するため）の高温抵抗セラミックおよび／または金属材料であり、好適にはＩｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕなどまたはそれらの任意の組合せから選択される、触媒活性を有する貴金属で被覆される。触媒性ヒートベッド材料２６の好適な形状はペレットであるが、ハニカム構造が適切となる場合もある。ヒートベッド材料２６がペレットの形態で設けられる場合、ペレット２６の適切なサイズはリアクタハウジング５の内径の約１０分の１以下、好適には約１０分の１であり、または、内側リアクタハウジングが存在する場合には内側リアクタハウジングの内径の約１０分の１以下、好適には約１０分の１である。
【００３１】
本発明のリアクタは、好適には、ロケットエンジンまたはスラスタの一部分を形成する。
【００３２】
図１を参照するその最も一般的な実施形態では、本発明のリアクタが、上流側端部から順番に、噴射器２０と、ヒートベッド材料２６による触媒活性を有するヒートベッド２５と、ヒートベッドを触媒ベッドから分離させるリテーナ２７と、少なくとも約１０００℃の温度までの耐熱性および耐焼結性を有する多孔質触媒ペレット３５の触媒ベッド３０と、触媒ベッド内で触媒ボディを保持するためのリテーナ４０と、を装備する中空ボディ５を備える。
【００３３】
リアクタ内の全体の空隙容積は、本質的に、ヒートベッド内に含有されるヒートベッド材料内の任意の隙間スペースと、触媒ベッド内に含有される触媒ベッド材料内の任意の隙間スペースと、触媒ベッド内の材料の孔とで形成される。中空ボディ５は熱伝導性を有し、ヒートベッドおよび触媒ベッドが中空ボディ５に熱接触する。
【００３４】
ロケットエンジンの場合、リアクタが図２に示されるエンジンの一部を形成する。分かり易いように、例えば、推進薬供給システム、推進薬バルブ、サーマルスタンドオフ（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｔａｎｄｏｆｆ）といった、上流側部品など、さらには、ヒートベッドを加熱するための加熱器（ヒドラジンエンジンの場合に触媒ベッドを加熱するのに従来使用されている）、および、加熱器のためのサーマルスタンドオフなどの、ロケットエンジンに取り付けられる従来使用されるいかなる部品も図では排除されている。本開示を読むことにより、ロケットエンジンのための別の部品も必要になることは当業者であれば直ちに認識するであろう。したがって、リアクタを閉じ込める中空ボディはエンジンの中空ボディであり、その中空ボディ内に推進薬が噴射されて燃焼される。したがって、リアクタによって発生する可燃成分を燃焼させるための燃焼室がリアクタの下流側に存在する。
リアクタおよびスラスタの構成要素
噴射器２０
噴射器は、意図される機能を実行すること、つまり、ヒートベッドに対して推進薬を一様に分布させることが可能である限りにおいて、本発明において重要ではない。適切な噴射器は当技術分野では既知であり、本明細書でさらには説明しない。
ヒートベッド２５
ヒートベッドは触媒ベッドに入る前に推進薬を蒸発させるために設けられる。ヒートベッドは、スタート時および熱がベッドへと上流側に伝達される前の時点で十分な量の推進薬を蒸発させることを目的として十分な熱容量を有さなければならない。また、ヒートベッドは、ベッド全体にわたって熱を分散させるのを可能にするために十分な熱伝導率を有さなければならず、この熱はリアクタボディ５のリアクタ壁を介して下流側からベッドへと部分的に伝達される。次いで、ベッドを通って流れる推進薬に熱が伝達される。さらに、ベッドの材料は、例えば硝酸などの、ベッド内のＡＤＮの分解時に発生する成分からのいかなる有害の影響にも耐えることが可能でなければならない。したがって、ヒートベッドの材料は例えば耐酸性である。
ヒートベッド２５のリテーナ２７
リテーナは、ヒートベッドを定位置で維持するように、および、ヒートベッドを下流側の触媒ベッドから分離した状態で維持するように機能する。適切なリテーナの一例は、Ｉｒは関連する燃焼化学種に対して不活性であるから、Ｉｒ、または、Ｒｅで支持されるＩｒの多孔プレートである。
【００３５】
好適な実施形態では、リテーナが、本発明の触媒性ヒートベッド内へと上流側に延在するフランジまたは同様の構造物を装備する。フランジは、エンジンの動作時にエンジン内の上流側へと戻すための熱誘導能力を向上させるように機能し、それにより、ヒートベッドリテーナからヒートベッド材料へと上流側に戻すように熱を効果的に伝達することにより、触媒性ヒートベッドを再加熱することが改善される。
【００３６】
代替の好適な実施形態では、ヒートベッドリテーナが、触媒ベッド内へと下流側に延在するフランジまたは同様の構造物を装備する。フランジは、エンジンの動作時にエンジン内の上流側へと戻すための熱誘導能力を向上させるように機能し、それにより、触媒ベッドからヒートベッドリテーナへと上流側に戻すように熱を効果的に伝達することにより、触媒性ヒートベッドを再加熱することが改善される。
【００３７】
触媒ベッド内へと下流側に延在するフランジを有するヒートベッド２７リテーナが使用される場合、上記のフランジは触媒ベッドリテーナ４０に接触するように載置され得る。
【００３８】
より好適な実施形態では、ヒートベッドをより効率的に再加熱するために、ヒートベッドリテーナが、本発明の触媒性ヒートベッド内へと上流側におよび触媒ベッド内へと下流側に延在するフランジまたは同様の構造物を有する。ヒートベッドリテーナ２７のこの実施形態が図５に示されており、これが、触媒ベッドから本発明の触媒性ヒートベッドへの熱伝達をさらに改善する。
触媒ベッド３０
適切な触媒ベッドはＷＯ０２／０９５２０７に記述されており、本明細書では詳細には説明しない。適切な触媒物質およびペレットは当技術分野で既知であり、ＷＯ０２／０９４７１７およびＷＯ０２／０９４４２９にそれぞれ記述されている。触媒ベッド３０のペレット３５の適切なサイズはリアクタハウジング５の内径の約１０分の１以下、好適には約１０分の１であり、または、内側リアクタハウジングが存在する場合には内側リアクタハウジングの内径の約１０分の１以下、好適には約１０分の１である。
触媒ベッド３０のためのリテーナ４０
触媒ベッドはリテーナにより定位置で維持される。適切なリテーナの一例は、Ｉｒは関連する燃焼化学種に対して不活性であるから、Ｉｒ、または、Ｒｅで支持されるＩｒの多孔プレートである。
内側リアクタハウジング（図示せず）
ヒートベッドおよび触媒ベッドを中空ボディ５の内側表面に接触させないように分離させる内側リアクタハウジングが好適には使用され得る。このような「内側リアクタハウジング」は「ヒートベッドおよび触媒ベッド・ハウジング」とも称される。したがって、一実施形態では、本発明のリアクタおよびスラスタが内側リアクタハウジングを有する。内側リアクタハウジングはヒートベッドを再加熱するのをさらに改善するように機能し、さらに、１つのパルスから次のパルスまでの回復時間を短縮させるように機能する。内側リアクタハウジングは触媒ベッドリテーナ４０と一体となるように作られてよく、その場合には触媒ベッドリテーナ４０が内側リアクタハウジングの底部を形成するが、内側リアクタハウジングは、内側リアクタハウジングの周囲底部を基準として触媒ベッドリテーナが特に径方向に膨張するのを許容するのを可能にすることを目的として好適には触媒ベッドリテーナ４０から分離されて作られ得る。また、ヒートベッドおよびヒートベッドリテーナが内側リアクタハウジング内に収容される。好適な一実施形態では、ヒートベッドリテーナが上述したフランジを装備する。下流側で触媒ベッド内まで延在するフランジを有するヒートベッドリテーナが使用される場合、上記フランジは触媒ベッドリテーナ４０に接触するように載置され得る。内側リアクタハウジングの周囲底部を基準として触媒ベッドリテーナが特に径方向に膨張するのを許容するために、触媒ベッドリテーナ４０は例えば内側リアクタハウジングの底部にある円周フランジ上に載置され得る。
燃焼室５０（スラスタの場合）
燃焼室を含めたリアクタの壁は、推進薬の燃焼時に発生する高温に耐えることが可能でなければならない。また、リアクタの壁は、リアクタ内に発生するいかなる排出ガスまたは中間段階の分解生成物に対しても耐性を有さなければならない。長寿命の用途に適する材料はレニウムである。分解の最終ステップで発生する窒素ガスに耐えるために、壁の燃焼室部分がイリジウムで適切に裏張りされる。
【００３９】
リアクタハウジング、スラスタエンベロープおよびリテーナなどの、噴射器の下流側のエンジンの異なる部品ための適切な材料は例えばＩｒおよびＲｅである。短寿命用または低温用に設計される用途では、モリブデン合金のＴＺＭおよびＭＨＣ、白金の合金、および、モリブデンの別の合金などの、別の材料が適切となる可能性もある。
リアクタの機能および分解のプロセス
本発明の触媒性ヒートベッド、ヒートベッド内および／または触媒ベッド内まで延在する内部構造物要素、ならびに、内側リアクタハウジングを除くと、リアクタおよびその構成要素の一般機能さらには分解のプロセスはＷＯ０２／０９５２０７により既に知られており、本明細書では詳細には説明しない。
【００４０】
ＷＯ０２／０９５２０７のヒートベッドは推進薬を蒸発させ、同時に、ＡＤＮの熱分解を開始させ、これは、ＷＯ０２／０９５２０７に記載される反応スキームに従うと、下流側の触媒ベッド内で推進薬を完全に触媒燃焼させるのに必要である。
【００４１】
一方、本発明の触媒性ヒートベッドは、さらに、推進薬の最終的な触媒分解／燃焼を開始させ、これは、従来技術のエンジンと比較して本発明のエンジン内のさらに上流に熱を発生させ、この場合、熱が主に触媒ベッド内に発生する。
（実施例）
これらの実施例では、１１２７−３で示される液体ＡＤＮベースの単元推進薬を使用して、ＴＯＮ＝２３０ｍｓ、ＴＯＦＦ＝１ｓのパルスモードの点火で２２Ｎのスラスタを動作させた。
【実施例１】
【００４２】
（比較例）
この実施例では、ＷＯ０２／０９５２０７に開示される一般的な概念の２２ＮのＨＰＧＰスラスタを使用した。本発明のスラスタとの違いは、この使用されるスラスタが触媒活性を有さないヒートベッドを有することのみである。
【００４３】
流量制御バルブコマンド対推力を示す図４Ａに結果が示される。示されるように、ハードスタートが起こっており、また、流量制御バルブコマンドと比較して推力エンベロープ（ｔｈｒｕｓｔ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ）内で遅延が発生している。
【実施例２】
【００４４】
（本発明）
この実施例では、触媒活性を有するヒートベッドを有する本発明の２２ＮのＨＰＧＰスラスタを使用した。
【００４５】
流量制御バルブコマンド対推力を示す図４Ｂに結果が示される。示されるように、ハードスタートが起こっておらず、また、流量制御バルブコマンドと比較して推力エンベロープ内で遅延も実質的に発生していない。
【００４６】
また、上で言及したように、ＨＡＮおよびＡＤＮのそれぞれの分解経路が類似することを理由として、本発明のリアクタおよびスラスタはＨＡＮベースの液体単元推進薬にも適すると考えられる。
【図１】
2015517621.tif 000003
【図２】
2015517621.tif 000004
【図３】
2015517621.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性および耐熱性を有する金属材料の中空ボディ（５）を備える、液体のアンモニウムジニトラミドベースの単元推進薬を分解して高温可燃性ガスにするためのリアクタであって、前記中空ボディ（５）が、上流側端部から順番に、
噴射器（２０）と、
ヒートベッド（２５）と、
ヒートベッドリテーナ（２７）と、
少なくとも１０００℃の温度までの耐熱性を有する多孔質触媒ペレット（３５）の触媒ベッド（３０）と、
触媒ベッドリテーナ（４０）と
を装備し、
前記ヒートベッドが、触媒活性を有するヒートベッド材料（２６）を備え、前記ヒートベッド材料は、触媒活性を有する貴金属で被覆される非多孔質または低多孔質の高温抵抗セラミックおよび／または金属材料から形成され、
ヒートベッドリテーナ（２７）が、上流側の前記ヒートベッド内および／または下流側の前記触媒ベッド内まで延在するフランジを有する
ことを特徴とする
リアクタ。
【請求項２】
前記触媒活性を有する貴金属が、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｒｕの群またはそれらの組合せから選択される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記ヒートベッド材料（２６）がペレットの形態である、請求項１または２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記ヒートベッドおよび前記触媒ベッドを前記中空ボディ（５）の内側表面に接触させないように分離させる、前記中空ボディ（５）内に装着される内側リアクタハウジングをさらに備え、前記内側リアクタハウジングが熱伝導性を有し、前記ヒートベッドおよび前記触媒ベッドが前記内側リアクタハウジングに熱接触する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記ペレット（３５）および前記ペレット（２６）のサイズがリアクタハウジング（５）の内径の約１０分の１以下、または、内側リアクタハウジングが存在する場合には前記内側リアクタハウジングの内径の約１０分の１以下である、請求項３または４に記載のリアクタ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のリアクタと、
前記リアクタのすぐ下流側にある燃焼室（５０）と
を備える
アンモニウムジニトラミドベースの液体の単元推進薬のためのロケットエンジン。
【請求項７】
０．５Ｎから約３ｋＮといったような、０．５Ｎから数ｋＮの間隔内の推進力、好適には０．５Ｎから１ｋＮの推進力、より好適には０．５Ｎから５００Ｎの推進力を有するように寸法決定される、請求項６に記載のロケットエンジン。
【請求項８】
液体のＨＡＮベースの単元推進薬を分解するための、請求項１から５までのいずれか１項のリアクタまたは請求項６または７のロケットエンジンの使用。
【国際調査報告】
2015517621.tif 000008
2015517621.tif 000009
2015517621.tif 000010