(57)【要約】【課題】  化学式ロケットは、主推進剤としての燃料の装着が不可欠であり、燃料を運ぶために大きなコストを費やしている。又、レーザ方式は、レーザ光源が高価であり、大電力の基地局の建設コストが高い。【解決手段】  １０ＧＨｚ〜１ＴＨｚのミリ波又はサブミリのマイクロ波帯電磁波を使用し、飛行体自身に推進用電磁波及び燃料を装備せずに、基地局にある電磁波源を用い、基地局からの電磁波を飛行体の反射板により収束させて収束点近傍でプラズマを生成し、その時に発生する推進力を利用するマイクロ波プラズマ推進装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０ＧＨｚ〜１ＴＨｚのミリ波又はサブミリのマイクロ波帯電磁波を使用してプラズマを生成し、生成時の圧力及び衝撃波を利用して推進力とするマイクロ波プラズマ推進装置。
【請求項２】
飛行体自身に推進用電磁波及び燃料を装備せずに、基地局にある電磁波源を用いて基地局からの電磁波を飛行体の反射板により収束させ、収束点近傍でプラズマを生成し、その時に発生する推進力を利用する請求項１記載の装置。
【請求項３】
基地局が地上又は基地宇宙ステーションに存在する請求項２記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波プラズマ推進装置に関し、特に、宇宙開発、宇宙商業衛星打ち上げ、宇宙ステーション、宇宙太陽発電衛星等の大型宇宙構造物の資材運搬において使用されるロケット等の飛行体用の推進装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、化学式ロケットと呼ばれる推進剤をロケットに積み込み、それを燃焼させて、推進力を発生する装置が使われている。現在のロケットは全てこの方式である。この場合、自重の約１０分の１の衛星部を飛ばすのに燃料も一緒に運ばねばならず、効率が悪い。又、一方、外部のレーザを使い、レーザ光を収束させ、プラズマを生成する宇宙推進技術は基礎実験や基本原理検証が既になされ、レーザパワーに対する推進力の測定により、推力電力比１５〜２５Ｋｇ重/ＭＷなる値が得られているが、打ち上げに必要なＧＷレベルの高出力レーザ施設の建設は、技術的、経済的に極めて難しいと考えられていた。
【０００３】
上記レーザーによる推進に関することは本願出願前に知られており（例えば、非特許文献１及び２）、又ミリ波の大電力マイクロ波源についても本願出願前に知られている（例えば、非特許文献３）。
【非特許文献１】Myrabo, L.N.: World Record Flights of Beamed-Riding Pocket Lightcraft: Demonstrating of "Disruptive" Propulsion Technology, AIAA Paper, 2001-3798, 2001
【非特許文献２】Bohn, W.L.: Laser Lightcraft Performance, Proceedings of SPIE, Vol. 3885, 2000, 48-53
【非特許文献３】Sakamoto, K. et al., High power 170GHz gyrotron with synthetic diamond window, Review of Scientific  Instrument, Vol. 70, 1999, 208-212
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１）  化学式ロケットでは、宿命である主推進剤としての燃料の装着が不可欠であり、燃料を運ぶために大きなコストを費やしている。
２）  レーザ方式は、レーザ光源が高価で、大電力の基地局の建設コストが高い。
【０００５】
３）  電力からレーザへの変換効率が２０％以下と低く、レーザ方式では運転コストが高く、又排熱が難しい。
４）  レーザでは、多数のレーザ源を束ねて位相の揃った大口径のビームを作る技術が確立しておらず、単体で出力・口径の大きいレーザ源を開発しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基地局からのマイクロ波ビームを飛行体の反射鏡で収束してプラズマを生成させ、その時に発生する推進力を利用するマイクロ波プラズマ推進装置である。
そして、本発明は、以下の点にその特徴を有するものである。
【０００７】
１）  主たる推進用エネルギー源を外部の基地局にあるマイクロ波源とする。
２）  マイクロ波として、ミリ波、サブミリ波帯を用いる。
３）  飛行高度に合わせてマイクロ波ビーム径を制御するために、多数のマイクロ波源を束ねて位相の揃った大口径のビームを作る技術（フェズドアレイ技術）を用いる。
【０００８】
４）  飛行体にマイクロ波収束用反射鏡を保持させる。又、大気の薄い高度でも推進力を得るための推進剤を保持させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマイクロ波プラズマ推進装置により、低コストで物資を地球周回軌道に打ち上げることができ、又宇宙ステーションや太陽発電衛星等の大型宇宙構造物の建設コストの大幅低減が可能となり、それらの経済的実現可能性が飛躍的に高まる。又、従来から使用されている放送・通信衛星や気象衛星等のコストの大幅な削減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、図１に示されるように、基地局に置かれたマイクロ波源からのマイクロ波ビームをパラボラアンテナ又はフェイズドアレイアンテナ等の指向性アンテナを用いて飛行体に照射し、それを飛行体の反射鏡により収束し、プラズマを生成する。その時に発生する衝撃波や気体の膨張圧力を、反射鏡の凹面形状がノズルの働きをすることになって、飛行体の推進力に変化させる。
【００１１】
又、本発明においては、図２の原理検証実験の写真に示されるように、円錐状の部分が飛行体の上部で、反射鏡を有している。そこへ照射された１００ＧＨｚ帯のマイクロ波により、円柱状プラズマが生成された瞬間を高速カメラで捉えた写真である。マイクロ波ビームは下から放射されている。この写真には、円錐状の飛行体上部の下に円筒状の透明なノズルが取り付けられており、それを通して円柱状のマイクロ波プラズマが生成された様子が見える。
【実施例】
【００１２】
先頭部が円錐状で、その後部に反射鏡及び円筒状の透明なノズルを設けた飛行体であって、その総重量が１１．５ｇのものを製作した。この飛行体を発射台に先頭部を上にして垂直に発射可能状態に保持した。その飛行体の後部の反射鏡に向けてマイクロ波強度約９２０ｋＷ、パルス幅０．４ｍｓのマイクロ波帯電磁波を照射した。その電磁波照射により飛行体の反射鏡後部にプラズマを発生させた。そのプラズマ発生による圧力及び衝撃波が飛行体後部のノズルから噴出された。その結果、飛行体は、初期飛行速度が５ｍ/ｓで、最終高度１．２ｍまで上昇した。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
１）  推進用のエネルギーを外部の基地から電磁波を使って送電することにより飛行体の重さを大幅に低減する。
２）  レーザ源に比較し、マイクロ波源の単位出力当たりのコストが安価で、建設コストが大きく低減できる。
【００１４】
３）  エネルギー源としてマイクロ波を用いることにより、電力変換率やシステム効率が高いことから運転コストが低減できる。又、排熱の負担が少ない。
４）  地上基地局のアンテナにフェイズドアレイ技術を用いることにより、飛行体の高度・大きさに合わせたビーム径にでき、大電力での送電が容易である。
【００１５】
その結果、本発明のマイクロ波プラズマ推進装置により、低コストで物資を地球周回軌道に打ち上げることができ、又宇宙ステーションや太陽発電衛星等の大型宇宙構造物の建設コストの大幅低減が可能となり、それらの経済的実現可能性が飛躍的に高まる。又、従来から使用されている放送・通信衛星や気象衛星等のコストの大幅な削減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のマイクロ波によるビーム推進装置を示す図である。
【図２】本発明の小型飛行体による原理検証実験を示す写真である。
【図１】
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【図２】
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