(57)【要約】  宇宙物体を捕獲するための装置（１）が提供され、装置は、物体を貫通するための銛エレメントであって、物体に向けて打つための銛（３）の一部を形成するように構成されている銛エレメントと、物体への銛エレメントの貫通を制御する貫通制御手段（１８、１２）と、を備える。貫通制御手段は、銛の運動エネルギーの一部を吸収するための、銛の一部を形成する圧縮性部品（１８）を備えることができる。代替として、または加えて、貫通制御手段は、銛の発射速度を変える手段（１２）も備えていてよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙物体を捕獲するための装置であって、
物体を貫通するための銛エレメントであって、前記物体に向けて打つための銛の一部を形成するように構成されている前記銛エレメントと、
前記物体への前記銛エレメントの貫通を制御する貫通制御手段と、
を備え、
前記貫通制御手段が、やはり前記銛の一部を形成し前記銛エレメントに結合されている減速手段を備え、前記減速手段が、前記宇宙物体との衝撃時に縮むことにより前記物体への前記銛エレメントの貫通の程度を制御するように配置された圧縮性部品を備える、装置。
【請求項２】
前記減速手段の前記部品が、前記宇宙物体との衝撃時に変形することにより貫通の程度を制御するように配置されたクラッシャブルエレメントを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記銛エレメントと前記減速手段とを備える銛を備え、前記銛が、前記銛エレメントを提供する第１のセクションと、前記第１のセクションに同軸状に接合された第２のセクションとを備え、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションが、各々、前記第１のセクションおよび前記第２のセクションの長手方向に延在する外面を有し、前記第１のセクションが前記第２のセクションに接合する前記第１のセクションの基部の周りに端面を提供するように、前記第２のセクションが、前記第１のセクションより大きい断面積を有し、前記減速手段が、少なくとも部分的に、前記第１のセクションの前記長手方向の外面の少なくとも一部分の周りに延在し、前記第２のセクションの前記端面が、前記減速手段のための支持面を提供するように配置されている、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記減速手段が、フロントプレートと、バックプレートと、前記フロントプレートと前記バックプレートとの間の前記圧縮性部品とを備え、前記フロントプレート、前記バックプレートおよび前記圧縮性部品が、各々、前記第１のセクションを受けるようにその他の穴と同軸状に配置される穴を有し、前記穴は、前記バックプレートが前記第２のセクションの前記端面の少なくとも一部分と接触するように位置する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記圧縮性部品が、柱状ハニカム構造体を備え、前記柱状ハニカム構造体の柱軸が前記第１のセクションおよび前記第２のセクションの軸線に対しておおむね平行になるように方向付けられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記銛エレメントが前記物体から外れるのを防ぐための前記銛エレメントに結合されたかえし装置を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記銛エレメントがおおむね細長い形状を有し、前記かえし装置が、前記銛エレメントにヒンジ結合された少なくとも１つのかえしを備え、前記少なくとも１つのかえしが、展開されると前記細長い銛エレメントの長手方向軸に対して鋭角に配置されるように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
捕獲された宇宙物体をデオービットするためのデオービタをさらに備え、前記デオービタが、前記銛の一部を形成し、ロケット、スラスタまたは帆を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
宇宙物体めがけて発砲して前記宇宙物体を捕獲するための１または複数の銛を打つための発射装置であって、前記宇宙物体への前記１または複数の銛の貫通を制御する手段を備える前記発射装置を備え、
貫通を制御する前記手段が、前記銛の発射速度を変える手段を備える、宇宙船。
【請求項１０】
前記発射装置が、前記銛を打つための、膨張室、ガスフロー装置および圧縮ガス供給源を備え、前記発射速度を変える前記手段が、前記膨張室内のガスの圧力を変えることによって前記銛の発射速度を変えて前記物体への銛エレメントの貫通の深さを制御するための制御装置を備える、請求項９に記載の宇宙船。
【請求項１１】
前記発射装置が、複数の銛を打つように構成されており、前記複数の銛の各々について膨張室を備え、前記制御装置が、前記複数の銛を同時にまたは個別に打つために各膨張室へ提供されるべき前記ガスを制御するように構成されている、請求項９または１０に記載の宇宙船。
【請求項１２】
宇宙機と、物体に向けて打つための少なくとも１つの銛とを備えるシステムを用いて宇宙空間で前記物体を捕獲する方法であって、
前記少なくとも１つの銛のうちの前記銛または各銛が、前記物体を貫通するための銛エレメントを備え、前記システムが、前記物体への前記銛エレメントの貫通を制御する手段をさらに備え、
前記方法が、
捕獲されるべき物体を特徴付けるステップと、
前記物体への前記銛エレメントの貫通の深さを制御するための少なくとも１つのパラメータを選択するステップであって、発射速度に対応するパラメータと、前記少なくとも１つの銛が複数の銛を含む場合において前記複数の異なる銛のうちの１または複数の銛を識別する特性とのうちの少なくとも１つを選択する工程を含む、少なくとも１つのパラメータを選択する前記ステップと、
前記銛を打つための前記宇宙機への命令を提供するステップであって、前記命令は前記少なくとも１つのパラメータを含む、命令を提供する前記ステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
前記宇宙機が発射装置を備え、前記発射装置が、圧縮ガス供給源と、前記少なくとも１つの銛のうちの前記銛または各銛について前記圧縮ガス供給源からのガスを用いて前記少なくとも１つの銛を打つための発射機構とを備え、前記方法は、前記１または複数の銛を前記選択された速度で打つように前記発射機構または各発射機構に提供される前記ガスの圧力を制御するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は宇宙空間での物体の捕獲に関する。より詳細には、それだけに限らないが、本発明はスペースデブリといった物体の捕獲に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球周回軌道内の人口的なスペースデブリの量については少なからぬ懸念がある。非常に小型のデブリ物体でさえも、軌道内での相対速度が毎秒何キロメートルにも到達しうるため、宇宙空間の他の物体に多大な損傷を生じる可能性がある。地球軌道を周回しているスペースデブリの中には大型の物体を含むものがあり、それらの物体は機能していない衛星から使用済みのロケットブースタ段にまで及ぶ。上述のようなデブリ物体は、衝突時に宇宙機に深刻な損傷を生じ、宇宙船または他のデブリ物体と衝突した場合には、多量のさらなる小型デブリ破片の発生源となりうる。すでに軌道内にあるスペースデブリの量は、いくつかの軌道帯の継続した使用に脅威をもたらすと考えられている。
【０００３】
デブリ物体が提示する問題を無害化する（neutralising）適切な方法を見つけることが望ましい。廃棄された地球低軌道（ＬＥＯ：low Earth orbit）衛星をデオービットし、地球の大気圏内で燃え尽きさせることができるはずであること、および、貴重な軌道位置を占有している廃棄された静止軌道（ＧＥＯ：geosynchronous orbit）衛星を、ＧＥＯ帯のどちらかの側の墓場軌道へ移動させることができるはずであることが提案されている。
【０００４】
宇宙船を使用してデブリ物体を捕獲し、次いでそのデブリ物体をデオービットするという案が提案されている。しかし、この作業を安全に、効率的に、確実に実行することは、デブリの性格上難しい。問題となる物体はそのサイズ、形状、および構造に大きな差異があり、また、これらの物体は異なる角速度で回転している場合もある。
【０００５】
さらに、その内部構造に関してほとんど知られていない可能性のあるデブリ物体もある。デブリ物体は、損傷を与えたくない内部構成部品、例えば燃料タンクや原子炉などを含んでいる場合もある。
【０００６】
本発明はこうした状況においてなされたものである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明によれば、宇宙物体を捕獲するための装置が提供され、装置は、宇宙物体を貫通するための銛エレメントであって、物体に向けて打つための銛の一部を形成するように構成されている銛エレメントと、物体への銛エレメントの貫通を制御する貫通制御手段と、を備える。
【０００８】
貫通制御手段は、宇宙物体との衝撃時の銛の運動エネルギーの一部を吸収するための、銛の一部を形成する減速手段を備えていてよい。代替として、または加えて、貫通制御手段は、銛の発射速度を変える手段も備えていてよい。物体への銛エレメントの貫通を制御することができることにより、捕獲プロセスを、特定の物体が捕獲されるように適応させることができる。本発明は、小型のデブリ物体と大型のデブリ物体の両方の捕獲を可能にする。さらに本発明は、異なる厚さの壁を有し、異なる材料で構築されている異なる物体の捕獲を可能にする。
【０００９】
貫通制御手段が減速手段を備える場合、減速手段は銛エレメントに結合されていてよく、減速手段と宇宙物体との間の衝撃時に縮むことにより物体への銛エレメントの貫通の程度を制御するように配置された圧縮性部品を備えていてよい。圧縮性部品は、縮む際に銛の運動エネルギーの一部を吸収する。減速手段の圧縮性部品は、宇宙物体との衝撃時に変形することにより貫通の程度を制御するように配置されたクラッシャブルエレメントを備えていてよい。
【００１０】
銛は、銛エレメントを提供する第１のセクションと、第１のセクションに同軸状に接合された第２のセクションとを備えていてよく、第１のセクションおよび第２のセクションは、各々、銛の長手方向に延在する外面を有し、第２のセクションは、第１のセクションの基部の周りに端面を提供するように、第１のセクションより大きい断面積を有し、減速手段は、少なくとも部分的に、第１のセクションの外面の少なくとも一部分の周りに延在し、第２のセクションの端面は、少なくとも衝撃時に、減速手段と接し、減速手段がそれに当たって圧縮されるための減速手段の支持面を提供するように配置されている。
【００１１】
減速手段は、フロントプレートと、バックプレートと、フロントプレートとバックプレートとの間の前記圧縮性部品とを備えていてよく、フロントプレート、バックプレートおよび圧縮性部品は、各々、第１のセクションを受けるように配置された穴を有していてよい。減速手段は、バックプレートが第２のセクションの端面の少なくとも一部分と接触するように配置されうる。
【００１２】
圧縮性部品は、柱状ハニカム構造体の柱軸が第１のセクションおよび第２のセクションの長手方向軸に対しておおむね平行になるように方向付けられた柱状ハニカム構造体を備えていてよい。圧縮性部品は、代替として、発泡樹脂製品、粘性ダンパまたは渦電流ダンパを備えていてもよい。
【００１３】
装置は、銛のための発射装置をさらに備えていてよく、貫通制御手段は、発射装置内に、銛の発射速度を変える手段を備えていてよい。発射装置は、銛を打つための、膨張シリンダ、ガスフロー装置および圧縮ガス供給源を備えていてよく、発射速度を変える手段は、膨張室内のガスの圧力を変えることによって銛の発射速度を変えて物体への銛エレメントの貫通の深さを制御するための制御装置を備えていてよい。したがって発射速度は、チャージ圧力を変更することにより飛行中に変更することができる。
【００１４】
発射装置は、複数の銛を打つように構成されていてよく、複数の銛の各々について膨張室を備えていてよい。制御装置は、複数の銛を同時にまたは個別に打つために各膨張室へのガスの流れを制御するように構成されていてよい。
【００１５】
銛または各銛は、銛エレメントが銛を打たれた物体から外れるのを防ぐための銛エレメントに結合されたかえし装置を備えていてよい。銛エレメントは、おおむね細長い形状を有していてよく、かえし装置は、銛エレメントにヒンジ結合された少なくとも１つのかえしを備えていてよく、少なくとも１つのかえしは、展開されると細長い銛エレメントの長手方向軸に対して鋭角に配置されるように構成されている。
【００１６】
銛または各銛は、捕獲された宇宙物体をデオービットするためのデオービタをさらに備えていてよく、デオービタは、ロケット、スラスタまたは帆を備える。代替として、または加えて、銛は、宇宙機に係留されていてもよく、宇宙機は、捕獲された物体をデオービットするための推進装置を備えていてもよい。
【００１７】
本発明によれば、上記装置を備えるシステムも提供されうる。システムは、宇宙機と、１または複数の銛とを備えていてよい。物体への銛エレメントの貫通を制御する手段は、１または複数の銛の発射速度を制御する上述の手段および上述の減速手段のうちの一方または両方を備えていてよい。宇宙機は、発射速度を制御する前記手段を備える発射装置を備えていてよく、１または複数の銛の銛または各銛は、宇宙物体との衝撃時の銛の運動エネルギーの一部を吸収する減速手段を備えていてよい。システムが複数の銛を備える場合、各銛は、当該の銛の減速手段の種類に応じてターゲット物体ごとに適切な銛が選択されうるように、異なる特性を有する減速手段を備えていてよい。
【００１８】
本発明によれば、１または複数の宇宙物体めがけて発砲し、１または複数の宇宙物体を捕獲するための１または複数の銛を打つための発射装置を備える宇宙船がさらに提供され、発射装置は、宇宙物体への１または複数の銛の貫通を制御する手段を備える。
【００１９】
本発明によれば、宇宙機と、物体に向けて打つための少なくとも１つの銛とを備えるシステムを用いて宇宙空間で物体を捕獲する方法も提供され、少なくとも１つの銛のうちの銛または各銛は、物体を貫通するための銛エレメントを備え、システムは、物体への銛エレメントの貫通を制御する手段をさらに備え、方法は、捕獲されるべき物体を特徴付けるステップと、物体への銛エレメントの貫通の深さを制御するための少なくとも１つのパラメータを選択するステップであって、発射速度に対応するパラメータと、少なくとも１つの銛が複数の銛を含む場合において複数の異なる銛のうちの１または複数の銛と関連付けられる特性とのうちの少なくとも１つを選択する工程を含む、少なくとも１つのパラメータを選択するステップと、銛を打つための宇宙機に命令を提供するステップであって、前記命令は前記少なくとも１つのパラメータを含む、命令を提供するステップと、を含む。
【００２０】
宇宙機は発射装置を備え、発射装置は、圧縮ガス供給源と、少なくとも１つの銛のうちの銛または各銛について前記圧縮ガス供給源からのガスを用いて前記少なくとも１つの銛を打つための各発射機構とを備えていてよく、方法は、１または複数の銛を選択された速度で打つために発射機構または各発射機構に提供されるガスの圧力を制御するステップをさらに含んでいてよい。発射速度に対応する少なくとも１つのパラメータを選択するステップは、該発射速度を選択すること、または所望の発射速度を実現するためのガスの圧力および／または量を選択する工程を含んでいてよい。
【００２１】
少なくとも１つの銛は複数の銛を含んでいてよく、各銛は、物体を貫通するための銛エレメントと、宇宙物体との衝撃時に縮むことにより物体への銛エレメントの貫通の程度を制御するように配置された圧縮性部品を備える減速手段とを備え、少なくとも１つのパラメータを選択するステップは、銛のそれぞれの減速手段の特性または銛エレメントの長さのうちの少なくとも１つを選択する工程を含んでいてよい。
【００２２】
次に、本発明の実施形態を、例示として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】宇宙空間で物体を捕獲するためのシステムの構成要素を示す概略図である。
【図２】銛ランチャおよびランチャに装填された銛の構成要素を示す概略図である。
【図３】銛ランチャおよびランチャに装填された複数の銛の構成要素を示す概略図である。
【図４】デオービット装置を備える銛を示す図である。
【図５】宇宙物体を特徴付け、捕獲するためのプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１を参照すると、宇宙船２と、銛３と、地上制御装置４とを備える、宇宙空間で物体を捕獲するためのシステム１が示されている。宇宙船は、銛ランチャ５と、制御装置６と、推進装置７と、観測装置８と、通信モジュール９とを備える。宇宙船は、例えば、地心軌道にあってよい。宇宙船は、例えば、地球低軌道（ＬＥＯ）または静止軌道（ＧＥＯ）にあってよい。
【００２５】
銛３はスペースデブリめがけて発砲され、スペースデブリを捕獲することができ、銛がスペースデブリと係合すれば、システム１を使用してスペースデブリをデオービットすることができる。銛ランチャ５は、スペースデブリに向けて銛を打つのに使用される。システムは、以下でより詳細に説明するように、銛が物体中を進む距離の制御を可能にする。銛および銛ランチャについては、以下で図２、図３、および図４を参照してより詳細に説明する。
【００２６】
推進装置７は宇宙船２を推進することができ、例えば、宇宙船の向きはもとより宇宙船の軌道のパラメータを制御することができるロケットスラスタのシステムを備えていてよい。推進装置は、例えば、宇宙空間での物体と宇宙船のランデブーを制御するのに使用されうる。さらに推進装置は、銛３を捕獲すべき物体に向けるために宇宙船を方向付けるのに使用されうる。加えて、必要に応じて、推進装置は、以下でより詳細に説明するように、銛を打たれた物体をデオービットするのに使用されてもよい。
【００２７】
観測装置８は、宇宙空間の物体に関する情報を特定することができる１または複数の計器を備えていてよい。例えば観測装置８は、宇宙空間の物体の視覚的特性を観測するための光センサを備えていてよい。例えば観測装置は、観測される物体の範囲を決定するための、物体の三次元画像を生成するステレオカメラを備えていてよい。さらに観測装置は、例えば、捕獲すべき物体からの反射放射を検出することにより、物体の特性の検査を可能にするためのレーダシステムを備えていてもよい。例えばレーダシステムは、宇宙空間の物体の方位、範囲、相対運動、およびサイズを特定することができてもよい。さらにレーダシステムは、物体の構造の態様を、物体が回転している場合には、物体の回転軸および回転速度を特定することができてよい。このようにして観測装置は、宇宙空間の物体の捕獲に際して有用となるはずの、それら物体に関する情報を提供することができる。例えば観測装置は、銛を打つのに適した物体の領域をその中から選択するための物体に関する情報を特定してもよく、あるいは観測装置は、物体と宇宙船２のランデブーを円滑化するために物体に関する情報を特定してもよい。また観測装置８は、ターゲット物体を識別するための情報を特定するのに使用されてもよい。例えば、観測装置によって取得されたデータ、または観測装置によって取得されたデータから導出されたデータが、スペースデブリ物体のデータベースに記憶されたデータと比較されてもよい。データベースは、いくつかの物体の、軌道情報、質量特性、幾何学的特性といった情報を記憶していてよく、観測装置を用いて取得されたデータは、遭遇した物体がターゲット物体であることを、その遭遇した物体がデータベースに記憶されたターゲット物体についての情報により指示される特性を有することを検証することによって検証するのに使用することができる。
【００２８】
地上制御装置４は、地上から宇宙船２を制御するのに使用され、宇宙船の通信モジュール９へ命令を含む信号を送信し、宇宙船の通信モジュールから信号を受信することができる。地上制御装置４は、１または複数の地上局に位置する設備を備えていてよい。地上制御装置４は、１または複数のアンテナと、通信モジュール９からダウンリンク信号を受信し、通信モジュールへアップリンク信号を送信するための信号処理装置とを含んでいてよい。また地上制御装置は、データ分析を実行するための１または複数の汎用コンピュータまたは専用データ処理デバイスと、宇宙物体の捕獲に必要とされる情報を記憶するためのメモリも含んでいてよい。例えば地上のオペレータは、地上制御装置４を用いて、宇宙船の性能をモニタし、宇宙船により収集された情報を分析し、宇宙船の動作の態様を制御することができるはずである。さらに通信モジュール９は、１または複数のアンテナと、地上制御装置４からのアップリンク無線信号を受信し、増幅すると共に、地上制御装置へダウンリンク無線信号を送信するように構成された信号処理装置とを備えていてよい。例えば通信モジュール９は、地上制御装置４から、宇宙船制御装置６が実行すべき命令を含む信号を受信してよく、通信モジュール９は、観測装置８からの観測情報を含む宇宙船に搭載したシステムからの情報を、地上制御装置４へ返信してよい。
【００２９】
宇宙船制御装置６は、銛ランチャ５と、推進装置７と、観測装置８と、通信モジュール９とを含む宇宙船２のシステムとインターフェースし、システムを制御装置する。例えば制御装置６は、１または複数のプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）を備えていてよい。さらに、通信モジュール９を介して地上制御装置４から受信した命令を実行するのみならず、制御装置は、いくつかのタスクを自動的に実行してよい。
【００３０】
軌道内のスペースデブリ物体に推力を与えることにより、物体の軌道の特性を変更することができ、または物体を軌道から出すことができる。例えば、ある期間にわたって、ＬＥＯ内の物体に対して、物体の運動の方向と反対方向に力が加えられる場合には、物体の軌道半径が減少することになる。
【００３１】
さらに、このプロセスは、物体が地球の大気圏に突入することにより物体がデオービットされるまで継続させることができる。銛３が宇宙船２に係留されている場合、推進装置７は、物体が銛を打たれた後で物体の経路を変更するために物体に推力を作用させるのに使用されうる。上述のように、これは、物体の軌道を変更するために、または物体をデオービットするためになされうる。さらに、銛３が宇宙船２に係留されている場合、推進装置７は、宇宙船の姿勢を銛が打たれた物体と一緒に制御するのに使用されうる。推進装置は、銛が打たれた物体、テザー、および宇宙船を含む複合システムの運動を安定化し、システムの向きを制御するのに使用することができるはずである。あるいは銛３は、宇宙船３に係留されなくてもよく、代わりに、図４を参照してより詳細に説明するように、銛が打たれた物体の軌道を変更し、または物体をデオービットするために独立して物体に推力を作用させる手段を備えていてもよい。
【００３２】
図２を参照すると、銛ランチャ５および銛３の構成要素がより詳細に示されている。銛ランチャ５は、発射制御装置１０と、ガス供給源１１と、フロー制御装置１２と、発射機構１３と、テザー管理装置１４と、銛をランチャに固定するための固定機構１５とを備える。
【００３３】
銛３は、打たれる前に銛ランチャ５の発射機構１３に装填された状態で示されており、テザー１６を介して銛ランチャのテザー管理装置１４に連結されている。
【００３４】
銛３は、本体１７と、ターゲット中への銛の貫通を制御するための減速部品１８と、銛がターゲット物体を貫通した後で銛をターゲット物体に固定するためのかえし１９と、ランチャの固定機構１５と協働するための固定エレメント２０と、銛をテザー１６に接続するための接続エレメント２１とを備える。
【００３５】
ガス供給源１１は、フロー制御装置１２への加圧ガスの供給源を提供する。例えばガス供給源１１は、加圧窒素ガスまたは他の適切な加圧ガスを含む圧力容器であってよい。ガス供給源１１は、ガスを圧力容器からフロー制御装置へ受け渡すための配管を介してフロー制御装置１２へ接続されていてよい。
【００３６】
フロー制御装置１２は、以下でより詳細に説明するように、発射機構１３の仕組みによってガスが銛３を銛ランチャ５から発射させることになるように、ある量のガスをガス供給源１１から発射機構１３まで送るよう発射制御装置１０によって制御される。フロー制御装置１２は、フロー制御装置１２が発射機構１３まで送るガスの圧力および／または量を変更し、制御するように発射制御装置１０によりさらに制御される。発射機構１３の仕組みを介して、銛３が打たれる力、したがって、打たれる銛の速度は、フロー制御装置１２によって発射機構１３へ送られるガスの圧力および／または量に依存して決定される。フロー制御装置１２は、例えば、ガス配管と、電磁弁と、１または複数の電子圧力センサとを備えていてよい。
【００３７】
発射機構１３は、図２に示すように、発射筒２２と、ピストンブッシュ２３と、アライメントブッシュ２４と、ガスポート２５とを備えていてよい。発射筒２２は、任意の適切な材料で形成された円筒形の空間であってよい。例えば発射筒２２は、中空の金属シリンダの内側であってもよい。ガスポート２５は、発射筒の第１の端部のところにある。ガスポート２５は、フロー制御装置１２によって提供されるガスを受け、ガスが発射筒２２の第１の端部まで通るための通路を提供するが、それ以外では発射筒の第１の端部を封止する。発射筒２２は、銛３を発射筒から押し出すための加圧ガスの膨張室を提供する。
【００３８】
アライメントブッシュ２４は、発射筒２２の第２の端部近くの発射筒２２の内側に同軸状に固定され、発射筒の内径に適合する管状のブッシュである。ピストンブッシュ２３は管状のブッシュであるが、ブッシュの円筒形穴の第１の端部が閉じている。ピストンブッシュは、アライメントブッシュ２４とガスポート２５との間の発射筒の内側に同軸状に配置されており、ピストンブッシュの閉じた端部はガスポート２５に面している。開いた端部は銛の後端部を受ける。ピストンブッシュは発射筒内で上下に自由に移動し、発射筒の壁に当たって締め付けられる。以下でより詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、発射機構は、ピストンブッシュを含んでいなくてよく、ガスの圧力が、ガスが膨張する際に、銛の後端部を直接押し出てよい。発射機構１３の動作を以下でより詳細に説明する。
【００３９】
発射制御装置１０は、フロー制御装置１２、固定機構１５およびテザー管理装置１４とインターフェースし、これらの装置を制御する。さらに発射制御装置１０は、フロー制御装置１２を制御してガス供給源１１から発射機構１３へ適切な圧力および／または量ガスを送り込むことによって、銛３が銛ランチャから打たれる速度を制御する。発射制御装置１０は、例えば、１または複数のプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）を備えていてよい。発射制御装置は、図１に関して説明した宇宙船の制御装置６とさらにインターフェースしうる。宇宙船の中央制御装置６は、発射制御装置１０に、発射制御装置が実行するはずの銛ランチャ５の動作のための命令を提供しうる。さらに、中央制御装置６から受信した命令を実行するのみならず、発射制御装置１０は、いくつかのタスクを自動的に実行しうる。
【００４０】
銛の本体１７は、前方セクション１７ａ、中央セクション１７ｂ、後方セクション１７ｃの順序で同軸状に接合された３との円筒形のセクションを備える。前方セクションは、銛が打たれる対象の物体を貫通することになる銛の端部に対応する銛の本体の第１の端部のところに位置する。前方セクションは、ターゲット物体の表面を貫通するための点に向かって先細りになっている。銛の中央セクション１７ｂは前方セクション１７ａより直径が大きい。また中央セクション１７ｂは後方セクション１７ｃより直径が大きくてもよい。中央セクション１７ｂは、前方セクションから長手方向に延在し、前方セクションより直径が大きいため、第１のセクションの基部の周りに、中央セクションおよび前方セクションが延在する方向と交差する端面を提供する。前方セクションおよび中央セクションは、本体の長手方向軸に平行な外面を有していてよく、中央セクションの端面はその外面と交差する。端面は、以下でより詳細に説明するように、減速部品１８のための支持面を提供する。銛の本体１７は、例えば、ステンレス鋼製またはタングステン製であってよい。
【００４１】
銛の後方セクション１７ｃは、後方セクションがアライメントブッシュ２４を通過し、アライメントブッシュ２４内を自由に移動するように、また、後端部に対応する本体の第２の端部がピストンブッシュ２３の開いた端部内に配置されるように、発射前に、発射筒２２内に嵌め込まれる。このようにして、アライメントブッシュ２４およびピストンブッシュ２３は共に、宇宙銛の発射前の、発射筒と宇宙銛の後方セクション１７ｃの同軸整列を維持する。
【００４２】
減速部品１８は、フロントプレート１８ａと、吸収材部品１８ｂと、バックプレート１８ｃとを備える。図２に示すように、吸収材部品、フロントプレートおよびバックプレートは、減速部品を形成するように同軸状に連結された同様の直径のシリンダであってよく、吸収材部品１８ｂはフロントプレート１８ａとバックプレート１８ｃとの間に配置される。吸収材部品、フロントプレートおよびバックプレートの各々を同軸穴が貫通しており、同軸穴内には、バックプレート１８ｂが銛の中央セクション１７ｃの端面と接触するように銛の前方セクション１７ａが位置する。端面は外面に対して厳密に直交している必要はないことが理解されるであろう。端面は、減速部品のための支持を提供するように銛の本体の長手方向に対しておおむね交差する少なくとも一部分を含んでいてよい。
【００４３】
銛の前方領域は、銛の本体の円筒軸に沿って銛の第１の端部の前方の位置から銛の第１の端部を見たときに見える銛の領域である。したがって銛の前方領域は、銛本体の前方セクション１７ａのみならず、減速部品のフロントプレート１８ａも含むはずである。図２に示す銛では、一例として、円筒形の減速部品１８は、前方セクション１７ａより長さが短い。しかし、異なる実施形態では、減速部品の長さは、減速部品が銛の前方セクションの前部から突出するような長さとすることもできるはずである。具体例として、銛は３００ｍｍの長さを有するのに対し、減速部品はおおよそ７０ｍｍの長さしか有していなくてもよい。円筒形の減速部品の直径は４０ｍｍであってよい。銛の全重量はちょうど２００ｇであってよい。
【００４４】
吸収材部品は、圧縮性部品を提供し、典型的には、銛が打たれる対象である物体に衝撃を与えると予期されうるおおよそのレベルの力で圧縮された場合に、徐々に構造的に破損する、すなわち変形することになる材料を含むはずである。例えば、吸収材部品は、その柱軸が、銛の本体の軸線に対応する吸収材部品の円筒軸に平行になるように方向付けられた、アルミニウム柱状ハニカム構造体といったクラッシャブル構造体を含んでいてよい。代替として、吸収材部品は、異なる金属でできた軽量柱状ハニカム構造体を含むこともできるはずである。吸収材部品１７ｂは、圧縮に際して、あるターゲット物体の表面が同様の荷重の下で構造的に破損し、または変形することになる前に構造的に破損し、または変形することになるようにさらに構成されていてよい。
【００４５】
銛の本体の各セクションを円筒形として説明したが、これらのセクションは任意の適切な形状を有しうるはずであることが理解されるであろう。減速部品１８は、任意の適切な手法で、銛の本体に、したがって、宇宙物体を貫通する端部に結合することができる。上述のように、減速部品は本体の外面の周りに延在させることができる。さらに本体は、少なくとも衝撃時に減速部品が接し、減速部品をそれに当てて圧縮することができる表面を提供するように、宇宙物体を貫通することになる銛のセクションより大きい断面を有するセクションを有していてよい。しかし、減速部品のバックプレートは、代替として、吸収材部品をバックプレートに当てて圧縮するための別のやり方で本体に結合されていてもよい。減速部品は円筒形のフロントプレートと、吸収材部品と、バックプレートとを備えるものと説明されているが、減速部品は任意の適切な形態を取りうることも理解されるであろう。例えばフロントプレート、吸収材部品およびバックプレートは円筒形でなくてもよく、あるいは減速部品は、フロントプレート、吸収材部品またはバックプレートの各々を含まなくてもよい。
【００４６】
吸収材部品は、具体例として、アルミニウム製であると上述されているが、異なる品位の金属を使用することも当然ながらできるはずである。さらに代替として、減速部品は、発泡樹脂製品またはダンピング機構、例えば、ガスダンパといった粘性ダンパや渦電流ダンパを含む吸収材部品を含んでいてもよい。この場合、ダンピング機構は、前方セクションの円筒軸におおよそ平行な方向で減速部品に対して圧縮力が加えられるときに、減速部品の圧縮を弱めるように構成されるはずである。
【００４７】
かえし１９は、かえしが、前方セクションの円筒形の側面とおおむね同一平面上にあり、後方の、銛本体の第２の端部を指し示す第１の位置と、前方セクションの側面に対して鋭角をなして、後方を指し示す第２の位置との間で自由に旋回するように、減速部品の前方において、前方セクションの両側に旋回可能に取り付けられた２つのかえしを備える。かえしは、例えば、ステンレス鋼製またはタングステン製であってよい。またかえしは、かえしを旋回の第１の位置に保持するように働くことにより移動中にかえしを抑止することになる、引張ばねまたはトーションばね（不図示）を用いてばね留めされていてもよい。あるいは、移動中にかえしが、かえしおよびかえしのところの前方セクション１７ａの外周の周りにぴったり合うプラスチックバンド（不図示）によってその第１の位置で固定されうることも構想される。銛が打たれる物体を刺し貫く銛の場合には、このプラスチックバンドは、前方セクションに沿って後方へ外れ、したがって、かえしを解放して自由に旋回させるはずである。さらに同じ目的で、上述のバンドと同様のバンドが、かえしのばね留めと併用されてもよい。
【００４８】
銛の固定エレメント２０は、銛ランチャの固定機構１５と協働して、ランチャにおいて銛を固定する。固定機構１５は、ピン抜きと突出ピンとを備えていてよい。固定エレメントは、銛の中央セクション１７ｂに、銛が発射筒に装填されるときに固定機構１５のピン抜きの引っ込められていないピンをその中に配置することができる穴を備えていてよい。ピン抜きは、発射制御装置１０からの命令時に銛の本体内の対応する穴からピンを引っ込めるように構成されていてよい。このようにしてピン抜きのピンは、銛が打たれる前に銛を発射筒２２内に固定することになる。固定機構および固定エレメントは、ピン抜きがそのピンを引っ込める場合に、ピンが穴から外れ、したがって、銛を解放して発射筒から出すようにさらに構成されている。ピン抜きは、例えば、電磁式ピン抜きや、形状記憶材料のアクチュエータによって動作するピン抜きであってもよい。固定機構および固定エレメントは、ピン抜きと、ピンと、銛の本体内の対応する穴であるものだけに限定されない。他の種類の固定エレメントおよび／または固定機構が、銛が打たれる前に銛を固定するのに使用されてよい。例えば固定エレメントは、銛に連結された鉄系材料片であってよく、固定機構は、スイッチが入れられると、固定エレメントの鉄系材料を強く引き付けることができる電磁石であってよい。
【００４９】
テザー１６の第１の端部は銛の接続エレメント２１に接続されてよく、テザーの第２の端部はテザー管理装置１４に接続されてよい。銛３をテザー管理装置１４に接続するためのテザーは、例えば、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭｗＰＥ：ultra-high-molecular-weight polyethylene）の合成繊維、例えば、DyneemaやSpectraで形成されたケーブルを備えていてよい。
【００５０】
テザーに接続するための接続エレメント２１は、銛の本体の中央セクション内のねじ穴にねじ込まれるアイボルトを備えていてよく、テザー１６の第１の端部はアイボルトの輪に固定されうる。典型的には、接続エレメントは、減速部品１８の後方に位置するはずである。しかし接続エレメントは、銛上の様々な異なる位置に配置することができるはずである。
【００５１】
打たれた後の銛の運動挙動の求められる安定性に関連した理由で、銛の質量の中心は、典型的には、宇宙物体を貫通することになる端部に対応する本体の第１の端部に近くであると同時に、本体の第１の端部と接続エレメント２１との間に位置することになるはずである。
【００５２】
テザー管理装置１４は、テザー収納庫２６と、モータ２７と、テザー放出機構２８とを備える。テザー収納庫２６はある長さのテザーを収納し、例えば、留められていないテザー１６を巻き取ることができるドラムを備えていてよい。モータ２７は、接続エレメント２１とテザー管理装置１４との間である長さのテザーの一部分を引っ込め、展開するのに使用することができる。例えばモータは、テザー収納庫へテザーを引っ込め、テザー収納庫からテザーを展開することができ、引っ込め、展開する際の速度および力を制御することができるクラッチモータを備えていてよい。いくつかの実施形態では、モータは不要であり、テザーは、銛が打たれる際にテザーにかかる力によってテザーの収納庫２６から巻き戻されうることが理解されるであろう。テザー放出機構は、テザー管理装置から、テザーの第１の端部を含むある量のテザーを放出する。例えばテザー放出機構は、テザーを切断し、したがってテザー管理装置から、銛に接続されたある一定の長さのテザーを放出することができる切断装置であってよい。
【００５３】
次に、銛ランチャ５の発射機構１３の動作を説明する。フロー制御装置１２は、銛を打つために発射機構１３へある圧力および／または量のガスを送る。ガスは、発射機構のガスポートを通過し、発射筒の第１の端部とピストンブッシュ２３との間の発射筒２２内の空間へ入ることになる。次いでピストンブッシュにかかるガスの圧力は、ピストンブッシュ２３を、またピストンブッシュと共に銛３を発射筒の第２の端部の方へ押し出し、ついにはピストンブッシュがアライメントブッシュ２４と接触し、アライメントブッシュ２４によって止まる。この時点で、銛３の運動量は銛に発射筒２２を離れさせ、発射筒２２の軸線とおおよそ一致する経路に沿って引き続き移動させることになる。
【００５４】
発射機構は図２に示す発射機構に関して説明されているが、発射機構は図２に示す機構と異なっていてよいことが理解されるであろう。例えば、上述のように、発射機構はピストンブッシュ２３を備えなくてもよい。この場合には、銛の第２の端部および発射筒は、ガスがガスポート２５を通過するときに、銛の第２の端部にかかるガスの圧力が銛を発射筒から押し出して、銛を打つように構成されうる。例えば、ピストンブッシュを備えないのみならず、発射機構はアライメントブッシュ２４も備えなくてよく、銛の後方セクション１７ｃの直径は、発射筒の内側にぴったり嵌まるように発射筒の内径に対応していてよい。
【００５５】
別の状況では、発射体、例えばジャベリンに、発射体の飛行をジャイロ安定化するために発射体の長軸を中心とした回転を与えることが知られている。銛へのテザー１６の接続および宇宙空間での空力効果の欠如に関連した理由で、発射筒２２および銛３は、銛が打たれる際に銛の本体の円筒軸を中心とする大きな回転力を銛に作用させないように構成されうる。
【００５６】
次にターゲット物体との銛３の衝撃について説明する。銛が物体と接触した後で、銛本体１７の先細り状の第１の端部は物体を貫通することになる。その場合銛の運動量は、銛が静止する前に銛の第１の端部が物体中をどれほどの深さまで進むかに作用することになる。したがって、銛が銛ランチャ５によって打たれる速度は、銛が物体を貫通することになる深さに作用する。上述のように、発射制御装置１０は、フロー制御装置１２により発射機構１３へ送られるガスの圧力および／または量を制御することによって、銛が打たれる速度を制御することができる。したがって発射制御装置１０は、銛打ち込みの深さを制御することができる。
【００５７】
銛が十分に深く物体を貫通する場合、減速部品のフロントプレート１８ａは物体の表面と接触することになる。この接触時に、銛の運動量が銛の前方セクションを引き続き物体中へ送る際に、物体の表面は、銛の本体１７と共に減速部品１８の連続運動に抵抗することになる。これにより減速部品に圧縮力が加わることになる。この荷重の下で、吸収材部品は徐々に構造的に破損する、すなわち変形するはずである。したがって吸収材部品は、銛の運動エネルギーの一部を吸収するはずであり、その結果として減速部品は、そうでなければ物体の構造に対して加わり、おそらくは物体を損傷したはずのエネルギーを吸収しながら、銛を徐々に静止させることになるはずである。銛の様々な態様を変更することにより、銛の打ち込み挙動に対する減速部品の影響を適応させることが可能である。例えば、短くした前方セクションを有する、すなわち、吸収材部品の材料が圧縮されにくい銛は、減速部品によって静止状態になる前に物体中にさほど深く貫通しないはずである。
【００５８】
さらに、所与のターゲット物体について、減速部品はしたがって、ある範囲の銛発射速度を見込んでおく一方で、常に、吸収材部品が十分に圧縮されることになる最大可能銛打ち込み深さと、吸収材部品がごくわずかしか圧縮されない最小銛打ち込み深さとの間の銛打ち込み深さで銛が確実に静止することになるようにする。例えば銛は、最小銛打ち込み深さでは、かえしが物体を把捉することができるように物体内で十分な量の前方セクションが突き刺さることになるように、また、最大銛打ち込み深さでは、損傷したくないはずの物体のいかなる内部部品にも銛が依然として到達しえないように構成されうる。
【００５９】
さらに、吸収材部品が、上述のように、当該物体の表面が構造的に破損する、すなわち変形する前に、吸収材部品が構造的に破損する、すなわち変形するように、あるターゲット物体を意図して構成されていた場合には、減速部品は、やはり、物体の表面構造に実質的な損傷を生じないようにしつつ、銛打ち込み深さを制御するのに使用することができるはずである。
【００６０】
したがって、図２の銛ランチャ５および銛３は、物体に銛を打つことによって物体を捕獲し、また同時に、連係して、または単独で、銛打ち込み深さを制御することもできる手段を提供する。
【００６１】
図３を参照すると、複数の銛を装填された銛ランチャ５が示されている。銛ランチャは、図２に関して説明したように、発射制御装置１０と、ガス供給源１１と、フロー制御装置１２とを備える。図２には、１つの発射機構１３しか示されていないが、図３は複数の発射機構１３i、１３ii、１３iii、１３ivを示している。各銛３i、３ii、３iii、３ivは、銛ランチャの対応する発射機構１３i、１３ii、１３iii、１３ivに装填された状態で示されている。
【００６２】
図３に示すように、フロー制御装置１２は、フロー制御弁２９と、チャージ室３０と、各々が銛ランチャの異なる発射機構１３i、１３ii、１３iii、１３ivに対応する複数のランチャ弁３１i、３１ii、３１iii、３１ivと、圧力計３２とを備える。
【００６３】
フロー制御弁２９は、ガス供給源１１からガスを受け、発射制御装置１０により、チャージ室３０へのガスの流れを制御するように制御される。例えばフロー制御弁は電磁弁であってよい。チャージ室３０は、フロー制御弁からのガスを室内へ送るための第１の開口と、ガスを室から排出し、各ランチャ弁３１i、３１ii、３１iii、３１ivへ送るための第２の開口とを有する室を備える。チャージ室は高圧のガスを収容することができる。
【００６４】
各ランチャ弁３１i、３１ii、３１iii、３１ivは、発射制御装置１０により、ガスをチャージ室３０から当該ランチャ弁に対応する発射機構へ送るための経路を開閉するように制御される。例えばランチャ弁は遮断弁であってよい。
【００６５】
圧力計３２は、チャージ室３０内のガスの圧力を検出し、発射制御装置１０にこの情報を提供する。したがって発射制御装置は、圧力計３２から受け取られるガス圧力に関する情報に基づいてフロー制御装置を制御することができる。例えば圧力計は、電子圧力センサ、例えばピエゾ抵抗ひずみゲージや光圧力センサであってよい。
【００６６】
各発射機構３１i、３１ii、３１iii、３１ivは、チャージ室３０から適切な圧力でガスの供給がなされるときに、意図される方向に銛を打つことができる。各発射機構の仕組みを介して、銛が打たれる力、したがって、打たれる銛の速度は、チャージ室から発射機構へ送られるガスの圧力に依存して決定される。
【００６７】
次に、複数の銛のうちの１つを打つための、発射制御装置１０によるフロー制御装置の操作を説明する。しかし、制御装置は、複数の銛の一部または全部を同時に打つこともできることが理解されるであろう。言い換えると、圧縮ガス供給源１１は、複数の銛のうちの一部または全部が個別に、または同時に発射されることを可能にするのに使用することができる。１または複数の銛を打つ前に、発射制御装置１０は、フロー制御弁２９およびランチャ弁３１i、３１ii、３１iii、３１ivを閉じているはずである。発射制御装置は次いで、フロー制御弁２９を制御することにより、ガス供給源からチャージ室３０へのある速度のガスフローを可能にするはずである。同時に発射制御装置は、圧力計３２によって測定されるチャージ室３０内のガスの圧力をモニタするはずである。次いで発射制御装置１０は、圧力計からの読取り値に基づき、チャージ室内のガスが所望の圧力に達したときに、フロー制御弁を閉じるはずである。次いで発射制御装置１０は、打たれるべき銛が装填された発射機構に対応するランチャ弁を開くはずである。したがってチャージ室３０からのガスが当該の発射機構まで送られ、そこで銛を打たせるはずである。次いで発射制御装置１０は、開いたランチャ弁を閉じ、別の銛でこのプロセスを繰り返すために銛ランチャ５を作動可能状態のままとするはずである。したがって発射制御装置は、どのランチャ弁を介してチャージ室のガスが放出されるか制御することによって、どの銛が打たれるかを制御することができる。さらに発射制御装置は、チャージ室に蓄えられたガスが関連付けられた発射機構へ放出される前のこのガスの圧力を制御するによって、各個別の銛が打たれる速度を制御することもできる。上述のように、物体めがけて銛ランチャから打たれた銛の運動量は、銛が静止する前に銛が物体中をどれほどの深さまで進むかに作用することになる。したがって発射制御装置１０は、個々の銛の各々がターゲット物体を貫通しうる深さを制御することができる。
【００６８】
チャージ室３０内のガスの圧力は、２本以上の銛を同時に打つのに十分なほど高くなるように制御することができる。あるいは、単一のチャージ室を有するのではなく、各銛が同時に打たれてもよいが、銛ごとのチャージ圧力を別々に設定することができるように、発射機構ごとに別個のチャージ室を設けることもできる。したがって、複数の銛が同時に打たれる場合には、それらの銛を、同じ発射速度または異なる発射速度で打たれるように制御することができる。
【００６９】
フロー制御弁２９、チャージ室３０、ランチャ弁３１i、３１ii、３１iii、３１iv、および圧力計３２は複数の銛のためのランチャに関して説明されているが、１本の銛を搬送するように構成されているにすぎない宇宙船のためのランチャのフロー制御装置１２も、フロー制御弁、チャージ室、圧力計およびランチャ弁を含みうることが理解されるであろう。しかし、ランチャは単一の発射機構へ加圧ガスを提供しさえすればよいはずであるため、ランチャは、図３に関して説明したランチャ弁のうちの１つがありさえすればよいはずであり、発射制御装置は、どのランチャ弁を開くべきか決定するように構成されなくてもよいはずである。
【００７０】
図３の銛の少なくとも１つの様々な態様が、その少なくとも１つの銛が異なる銛打ち込み挙動を有することになるように、その他の銛と異なっていてもよい。例えば、図２の銛の説明を参照すると、銛のうちの１つがその他の銛より短い前方セクションを有していてもよく、したがってその銛は、減速部品１８によって静止状態になる前に物体中をさほど深くまで貫通しないはずである。減速部品は銛の支持体として働くため、銛がターゲット物体中で静止した後には、前方セクション１７ａの長さから減速部品１８の長さを差し引いた長さだけが、ターゲット物体を貫通することになるはずである。銛はターゲット物体の壁だけを貫通し、いかなる内部部品に貫通せず、異なる銛は、異なる物体の壁を貫通するのに適するように異なる長さの前方セクションを有しうることが望ましい場合もある。同じ目的で、異なる銛の吸収材部品は、例えば異なる材料を含み、そのため、所与の荷重の下で異なる程度まで構造的に破損する、すなわち変形するものであってもよい。これにより、銛打ち込み深さを制御する別の手段が提供されるはずである。というのは、物体がそこまで銛を打たれる必要のある深さに応じて、複数の銛の異なる銛が選択されうるはずだからである。
【００７１】
あるいは、異なる銛の吸収材部品は、例えば異なる材料を含み、そのため、異なる圧縮荷重レベルで構造的に破損する、すなわち変形するものであってもよい。この場合には、ある所望の貫通の深さが与えられると、ターゲット物体の初期貫通を達成するのにどんな発射速度が必要とされるかに応じて打つための銛が選択されうる。これにより、ある範囲の銛打ち込み速度にわたって同じ銛打ち込み深さを維持する手段が提供されるはずである。
【００７２】
したがって図３の銛ランチャ５および銛は、物体に銛を打ち込むことによって物体を捕獲し、また同時に、連係して、または単独で、銛打ち込み深さを制御することもできる手段を提供する。
【００７３】
図３のシステムを備える宇宙船は、複数の物体を捕獲した後で、それらの物体をデオービットすることができるはずである。各銛は、図２に関して説明したようにテザー管理システム１４に連結されていてよく、第１の銛が打たれたときに、テザー管理システムは、システムを銛が打たれた第１の物体に連結しているテザーを切断するのに使用することができるはずである。宇宙船は、テザーが切断される前に物体をデオービットするのに使用することができる。次いで宇宙船は、第２の物体を捕獲し、デオービットした後で、再度連結テザーを切断するはずである。このようにしてシステムは、複数の物体を順次に捕獲し、デオービットすることができるはずである。あるいは、銛はテザーを介して宇宙船に連結されなくてもよく、代わりに、図４を参照してより詳細に説明するように、銛が打たれた物体をデオービットするために物体に独立して推力を作用させる手段を備えていてもよい。これによりシステムは、複数の物体を捕獲し、独立してデオービットすることができるはずである。
【００７４】
図４を参照すると、宇宙空間で物体を捕獲し、デオービットするための銛が示されている。銛は、それぞれ図２を参照して説明した、本体１７と、減速部品１８と、かえし１９とを備える。加えて銛は、推進力部品３３も備える。推進力部品は、銛に推進力を及ぼすことができる任意の部品とすることができる。推進力部品は、銛が打たれた物体に推力を与えることができ、したがって、銛が打たれた物体をデオービットする、すなわちその軌道を変更するのに使用することができる。
【００７５】
推進力部品３３は、能動的手段または受動的手段によって銛に推進力を及ぼしてよい。例えば能動的な推進力部品が、固体燃料ロケットまたはスラスタを備えていてもよいはずである。あるいは、受動的な推進力部品が、例えば、銛が打たれたＬＥＯ物体が受ける空力抵抗を増大させることによって当該物体を受動的にデオービットするための空力抵抗装置、例えば展開可能な帆や帆様の装置を備えていてもよいはずである。上述の例のような受動的に働く推進力部品の使用は、小型物体のデオービットに特に適切であると考えられ、小型物体のデオービットの場合、地球の大気圏への再突入点、または地球表面の最終的な衝撃点でさえもが制御されなくてよい。これは、再突入時に完全に燃え尽きるはずの物体、または衝撃時のエネルギーがごくわずかで地上の人間に脅威を及ぼさないはずの物体について該当する可能性が高い。
【００７６】
銛に備わる推進力部品を使用することにより、複数の銛を搬送するための宇宙船は、別の物体を捕獲する前に各物体をデオービットする必要がなくなる。宇宙船は、第１の物体を捕獲するために第１の銛を打ち込み、次いで第２の物体へ移動し、打たれた銛にそれぞれの推進力部品を用いて捕獲された物体をデオービットさせることができる。
【００７７】
図５を参照すると、図１の地上制御装置４が物体の銛打ち込みを制御するための方法が示されている。この方法は、宇宙船がすでに銛を打たれるべき物体とのランデブーを達成しており、したがって物体の銛打ち込み範囲内にあるものと想定している。例えば、地上制御装置４は、銛打ち込みのための物体のデータベースの中から物体を選択し、通信モジュール９を介して宇宙船の制御装置６に、宇宙船の推進装置を物体とランデブーするように利用するよう指示しているものとする。そうした物体のデータベースは例えば、簡単に上述したような、物体に関する質量、形状および軌道情報を含んでいてよい。
【００７８】
ステップ５．１で、地上制御装置４は、宇宙船の観測装置８によって特定され、制御装置６により通信モジュール９を介して地上制御装置４へ送信された、物体に関する情報を受信する。例えば地上制御装置は、最初に宇宙船の制御装置へ、観測装置８を利用し、観測された情報を地上制御装置へ中継するよう求める命令を送信してある。観測装置によって特定される物体に関する情報は、例えば、視覚的画像や、物体からの電磁放射の他の帯域、例えば赤外線放射、電波放射、マイクロ波放射に関する情報を含みうる。
【００７９】
ステップ５．２で、地上制御装置は、ステップ５．１で受信した物体に関する情報を使用して、物体のある特性を特定する。例えば地上制御装置は、宇宙船２に対する物体の方位および範囲を特定してもよい。さらに地上制御装置４は、物体が回転しているかどうか判定し、回転している場合、物体の回転軸および回転速度をさらに特定することもできる。さらに地上制御装置４は、受信した情報から物体のある物理特性を特定することもできる。例えば地上制御装置は、物体のサイズ、物体の形状、ならびに／または物体の外部構造および／または内部構造の態様を特定することもできる。また地上制御装置は、情報に基づいて、物体の質量を推定することもできる。さらに、物体が人間に由来するもの、例えば廃棄された衛星である場合、地上制御装置は物体を識別し、したがって、その物体の外部構造および内部構造に関する詳細な情報を特定することもできる。特徴付けのプロセスは、少なくとも部分的に、地上制御装置でコンピュータによって実行されうる。さらに、特定の物体がターゲットとされた場合には、物体の観測情報および特定された特性は、地上制御装置によって、宇宙船が正しい物体をターゲットとしていることを検証するのに使用されうる。例えば、観測情報および他の導出情報は、銛打ち込みの対象とされた物体がその中から地上制御装置によって最初に選択された既知の物体のデータベースに記憶された情報と比較されうる。
【００８０】
ステップ５．３で、地上制御装置４は、ステップ５．２で特定された物体の特性を使用して、銛を打つべき物体の領域を選択する。例えば、物体が廃棄された衛星である場合、地上制御装置が、その衛星の表面の特定の領域が、銛打ち込みに特に適するパネル部分を含むと判定している場合もある。
【００８１】
ステップ５．４で、次いで地上制御装置４は、銛が適切な深さまで物体を貫通するようにするのに適した銛および／または発射速度を選択する。選択される速度は、フロー制御装置１２によって発射機構１３に提供されるべきガス圧および／またはガスの量を選択することによって取得されうる。地上制御装置４が速度を選択し、発射制御装置１０が選択された速度を達成するためのガス量および／またはガス圧を選択してもよく、地上制御装置４が所望の速度を達成するのに必要なガスの量および／またはガス圧を決定し、決定した値を宇宙船に送信し、発射制御装置が、地上制御装置から受信した決定された値に従って発射機構に提供されるガスの流れを制御してもよい。上述のように、発射制御装置は、チャージ室に連結された圧力計からの情報をモニタすることによって、発射機構へのガスの流れを制御しうる。したがって地上制御装置４は、１または複数の銛の打ち込みのためにチャージ室で必要とされるガス圧を決定することができ、発射制御装置は、１または複数の銛が打たれる前に、チャージ室に連結された圧力計から提供される読取り値が地上制御装置から受信した、決定されたガス圧に対応するガス圧値と確実に一致させることができる。
【００８２】
地上制御装置は、銛に物体の表面を、銛が物体にしっかり取り付けられ、しかも、衝撃時に、選択された銛の減速部品に適する運動量より高い運動量を有しないような深さまで貫通させるのに適した速度を選択しうる。例えば、物体がロケット本体である場合には、物体は３〜４ｍｍの厚さのアルミニウム壁を有し、地上制御装置は、銛は、ロケットの壁を貫通するために２００〜３００ジュールの比較的高い運動エネルギーを必要とするはずであると判定し、したがって比較的高い発射速度を選択しうる。あるいは、例えば物体が、両側に１ｍｍの外板厚さを構成するアルミニウムサンドイッチパネルを有する機能していない衛星である場合には、物体の表面を貫通するのに、例えばわずか２０ジュールの低い運動エネルギーで済み、低い速度が選択されうる。上記２つの例で言及した物体を捕獲するための銛の減速部品１８は、これら２つの例では異なる量の運動エネルギーを吸収することが必要とされるはずであるため、これら２つの例には異なる種類の減速部品を有する銛が適しうる。さらに、物体の内部構造が分かっている場合には、銛の本体に沿った減速部品の位置に依存して銛が選択されうる。例えば、地上制御装置が銛を打つべき物体を識別しており、物体内部の燃料の位置を知っている場合には、地上制御装置は、燃料タンクを突き刺さないように適切に位置決めされ、配置された減速部品１８を有する銛を選択しうる。宇宙船は、異なる材料、設計、寸法、および銛に沿った位置の減速部品を有する複数の銛を備えていてよい。したがって地上制御装置は、それらの材料、設計、寸法、および位置に対応する減速部品の１または複数の特性を選択しうる。各銛は、銛または銛の種類を識別する識別データを有していてよい。さらに、減速部品の１または複数の特性の選択は、所望の特性を有する１または複数の銛に対応する識別データを選択すること、および宇宙船の制御装置６が識別データに基づいて銛を選択するために宇宙船へ識別データを送信することを含みうる。当然ながら、宇宙船が１本の銛または複数の同一の銛を搬送するにすぎない場合には、地上制御装置は、適切な速度を選択することによって貫通の深さを制御することしかできない。
【００８３】
ステップ５．５で、地上制御装置４は、銛を物体の選択された領域に向けるために追加のマヌーバまたは宇宙船２の向きの変更が必要であるかどうか判定する。必要である場合、地上制御装置は、宇宙船の中央制御装置６へ必要な命令を送信し、次いで制御装置６は推進装置７を用いてこれらの命令を実行する。
【００８４】
ステップ５．６で、地上制御装置は次いで、銛を打つのに適する時刻を選択する。例えば、ターゲット物体が回転している場合、地上制御装置は、ターゲットの運動を分析し、ターゲットのモーメントを考慮して銛を打つのに最適な時刻を特定しうる。
【００８５】
次いで地上制御装置４は、ステップ５．７で宇宙船の中央制御装置６へ、銛の発射のための命令を送信する。中央制御装置６は地上制御装置から命令を受信し、それらの命令を発射制御装置１０へ渡す。発射制御装置は、打たれる銛を選択し、銛の発射機構へのガスの流れを制御することにより、所望の発射速度を提供するのに必要なガス圧を達成する。次いで発射制御装置は、地上制御装置からの命令に従った時刻に銛を打つ。
【００８６】
図５に関して説明した各ステップは、地上制御装置において、ハードウェアまたはソフトウェアとして、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実行することができる。これらのステップを実行するための命令は、地上制御装置において１台のコンピュータやいくつかのコンピュータといった処理装置によって実行されるコンピュータプログラムに記憶されうることが企図されている。いくつかのステップが人間のオペレータからの入力を必要とする場合もあり、その場合命令は、命令および情報についての人間の入力を促すことができる。
【００８７】
本発明の具体例を説明したが、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、これらの例に限定されるものではない。したがって本発明は、当業者には理解されるように、他のやり方で実装することもできるはずである。
【００８８】
スペースデブリ物体への貫通の深さは、減速部品と、発射制御装置によって設定されるガス圧との両方によって決定されると説明したが、本発明は、貫通の深さを制御するための両方の手段を含むものだけに限定されないことが理解されるであろう。システムは減速部品なしの銛を含んでいてよく、その場合、貫通の深さは、銛に備わる減速部品によってではなく、ランチャ５によって制御されるはずである。あるいは、ランチャは発射速度を制御することができなくてもよく、その場合、貫通の深さは、ランチャによってではなく、銛に備わる減速部品のみによって制御されるはずである。
【００８９】
さらに、貫通の深さを制御するためのランチャの機構は加圧ガスの供給源を使用するものと説明したが、銛を打つための代替の手段が使用されてもよい。加圧ガスを使用する代わりに、銛ランチャは、爆発物または力学的エネルギーを用いて銛を打つように構成されていてもよい。銛ランチャが、発射速度の変更を可能にする銛打ち込みのための機構を使用する場合、銛ランチャは、ターゲット中への貫通の深さを、発射速度を制御することによって制御することができる。
【００９０】
宇宙船を制御するための地上制御装置を説明したが、宇宙船を制御するための制御装置は地上に位置していなくてよい。例えば、宇宙船が地球以外の天体の周回軌道内の衛星である場合、地上制御装置は宇宙船上に配置された制御装置であってよい。さらに、情報を受信し、宇宙船へ直接命令を送信するのではなく、制御装置４は、別の宇宙機を介して情報を受信し、命令を送信してもよい。
【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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【国際調査報告】
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