(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の液体推進薬を供給／遮断する推薬弁と、
内部に触媒粒からなる触媒層を有する中空のスラストチャンバと、
該推薬弁の出口から触媒層まで延びる中空の極細チューブと、を備えた一液スラスタであって、
触媒層に向けて開口する極細チューブの噴射口を囲み、これから供給される液体推進薬を内部で分散して触媒層に供給する分散部材を有し、
前記分散部材は、前記極細チューブの先端に直接取り付けられており、
前記極細チューブの噴射口は、触媒層の内部又は触媒層の壁面に位置し、
前記分散部材は、噴射口の最大径より小さい開口を有する複数の網からなり、かつ各網の目は噴射口に対して交互にずらして積層されている、ことを特徴とする一液スラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の液体推進薬から分解ガスを発生して推進力を生ずる一液スラスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の液体推進薬から分解ガスを発生して推進力を生ずる一液スラスタは、主として人工衛星の姿勢制御用に使われる小型エンジンの一種であり、例えば、非特許文献１，２及び特許文献１に開示されている。
【０００３】
非特許文献１に開示された一液スラスタは、ヒドラジン一液推薬ロケットエンジン（ｈｙｄｒａｚｉｎｅ  ｍｏｎｏｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  ｒｏｃｋｅｔ  ｅｎｇｉｎｅ）と呼ばれ、図４に示すように、推薬弁５１、インジェクタ５２、およびスラストチャンバ５３からなる。スラストチャンバ５３内には、上流側触媒層５４と下流側触媒層５５が充填され、触媒支持板５６で外部に流出しないように保持されている。推薬弁５１とインジェクタ５２は、細い供給チューブ５７で連結され、インジェクタ５２内で複数の流路５２ａに分岐し、上流側触媒層５４にヒドラジンを噴射する。インジェクタ５２と上流側触媒層５４の間には、分散板５８（例えばスクリーン）が取り付けられ、ヒドラジン（液体）を分散させるようになっている。
また、スラストチャンバ５３の下流端には分解ガスを噴出するノズル５３ａが設けられている。なおノズル５３ａをオリフィスに置き換えたものは、ガス発生器と呼ばれる。
【０００４】
非特許文献２に開示された一液スラスタは、図５に示すように、インジェクタヘッド組立体６１、インジェクタエレメント６２、およびチャンバ−ノズル組立体６３からなる。チャンバ−ノズル組立体６３内には、触媒６４が充填され、その下流側には触媒保持板−スクリーン組立体６５が取り付けられ、その上流側には触媒を保持するスクリーン６６が取り付けられている。インジェクタエレメント６２には、オリフィス孔６２ａが設けられ、液体推進薬は単一チューブを介してインジェクタヘッド組立体６１内の分散マニフォールドに供給される。
【０００５】
特許文献１の触媒ガス発生器は、２，０００時間を超える長い耐用寿命を有する低流量ガス発生器を目的とする。
そのため、図６に示すように、この熱電スラスタ用の触媒ガス発生器７０は、触媒室７１と、触媒室と連通している推進材供給細管７２と、細管７２を触媒室７１に接続する管状の隔離断熱器７３とを有し、細管７２は、触媒室７１への細管７２の入口７４から間隔をおいた個所で断熱器７３と結合されている。
細管７２の入口７４は、間隔を隔てた金属製積層スクリーン７５と円板ディスク状のインゼクタプレート７６で覆われており、その周囲にスロット７７が設けられている。細管７２から出る推進材は、スクリーン７５内へ入りインゼクタプレート７６の表面に沿って進み、スロット７７から触媒室７１に入るようになっている。
【０００６】
【非特許文献１】Ｅｃｋａｒｔ  Ｗ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，  “ＨＹＤＲＡＺＩＮＥ  ＡＮＤ  ＩＴＳ  ＤＥＲＩＶＡＴＩＶＥＳ”，  ＷＩＬＥＹ−ＩＮＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥ，  Ａ  ＪＯＨＮ  ＷＩＬＥＹ  ＆  ＳＯＮＳ，  ＩＮＣ．，  ＰＵＢＬＩＣＡＴＩＯＮ
【非特許文献２】“ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ  ＯＦ  ＤＥＳＩＧＮ  ＡＮＤ  ＳＣＡＬＩＮＧ  ＣＲＩＴＥＲＩＡ  ＦＯＲ  ＭＯＮＯＰＲＯＰＥＬＬＡＮＴ  ＨＹＤＲＡＺＩＮＥ  ＲＥＡＣＴＯＲＳ  ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ  ＳＨＥＬＬ  ４０５  ＳＰＯＮＴＡＮＥＯＵＳ  ＣＡＴＡＬＹＳＴ”，  Ｒｏｃｋｅｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｊａｎｕａｒｙ  １９，  １９６７
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７３７７４号公報、「触媒ガス発生器」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７は、上述した従来の一液スラスタの模式図である。この図に示すように、従来の一液スラスタは、一般的に、推薬弁８１、極細チューブ８２、分散スペース８３、およびスラストチャンバ８４からなる。
【０００９】
また図７において、スラストチャンバ８４は、内部に充填された触媒８５、触媒の上流側と下流側に位置する金網８６，８７、およびノズル８８を備える。触媒８５は粒径１ｍｍ前後の粒体であり、金網８６，８７の目（開口寸法）はこの粒体が通過できない大きさ（例えば、０．５ｍｍ程度）に設定される。
上流側金網８６は、非特許文献１ではインジェクタ５２と上流側触媒層５４の間に位置する分散板５８に相当し、非特許文献２ではスクリーン６６に相当し、特許文献１ではスクリーン７５に相当する。
【００１０】
上述した従来の一液スラスタは、推進薬（例えばヒドラジン）を推薬弁８１、極細チューブ８２、および分散スペース８３を介してスラストチャンバ８４内の触媒層に噴射し、触媒により推進薬を分解して、分解ガスを発生させ、これをノズル８８から噴射することで、推進力を生む仕組みになっている。
【００１１】
この一液スラスタを、例えば人工衛星の姿勢制御用に用いた場合、推薬弁８１の閉鎖に追従して、その直後に分解ガスの発生が止まり、推進力が０になることが好ましい。そのため、極細チューブ８２には、例えば内径０．２ｍｍ程度の非常に細い管が用いられる。
しかし、この極細チューブ８２から供給された推進薬は、極細であるため高速であり、これが上流側金網８６の網目（例えば、０．５ｍｍ程度）から触媒層内の触媒８５に直接衝突してそこで局所的に反応するため、極細チューブ８２の先端部に位置する触媒が局所的に劣化して、触媒が破砕し、粉砕した触媒が網目から流出し、或いは粒径が微細化して、触媒性能が劣化する問題点があった。
【００１２】
また、従来の一液スラスタでは、この問題点を軽減するために、触媒層の上流に分散スペース８３が設けられているが、そのため、このスペースに推進薬が滞留するため、（１）推薬弁８１の閉鎖後に推進力が０になるまでの時間が長くなって応答性が低下する、（２）推進薬の滞留に起因して起動時等に爆燃（スパイク）が発生しやすくなる、等の問題点があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、触媒の局所的な劣化を防止することができ、推薬弁の閉鎖後に推進力が０になるまでの時間を短縮して応答性を高めることができ、推進薬の滞留に起因する爆燃（スパイク）の発生を低減または皆無にすることができる、一液スラスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、単一の液体推進薬を供給／遮断する推薬弁と、
内部に触媒粒からなる触媒層を有する中空のスラストチャンバと、
該推薬弁の出口から触媒層まで延びる中空の極細チューブと、を備えた一液スラスタであって、
触媒層に向けて開口する極細チューブの噴射口を囲み、これから供給される液体推進薬を内部で分散して触媒層に供給する分散部材を有し、
前記分散部材は、前記極細チューブの先端に直接取り付けられており、
前記極細チューブの噴射口は、触媒層の内部又は触媒層の壁面に位置し、
前記分散部材は、噴射口の最大径より小さい開口を有する複数の網からなり、かつ各網の目は噴射口に対して交互にずらして積層されている、ことを特徴とする一液スラスタが提供される。
【００１６】
また、参考例によれば、前記分散部材は、触媒粒の粒径より小さい連続開口を有する焼結体からなる。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の構成によれば、中空の極細チューブが触媒粒からなる触媒層まで延び、分散部材が、触媒層に向けて開口する極細チューブの噴射口を囲みこれから供給される液体推進薬を内部で分散して触媒層に供給するので、触媒層に推薬が分散供給されることで、局所的な分解反応を防ぎ、触媒の破砕と性能劣化を低減させることができる。
【００１８】
また、中空の極細チューブが触媒粒からなる触媒層まで延び、分散部材を介して直接触媒層に推薬が分散供給されるので、極細チューブの噴射口と触媒層の間に、余分な滞留スペース（例えば従来の分散スペース）がないため、推薬弁の閉鎖後に推進力が０になるまでの時間を大幅に短縮して応答性を高めることができ、かつ推進薬の滞留に起因する爆燃（スパイク）の発生を実質的に皆無にすることができる。
【００１９】
前記極細チューブの噴射口は、触媒層の内部又は触媒層の壁面に位置するので、分散部材を介して触媒層に推薬を分散供給でき、かつ余分な滞留スペース（例えば従来の分散スペース）を無くすことができる。
また、前記分散部材が、噴射口の最大径より小さい開口を有する複数の網（例えば細目の金網）からなり、かつ各網の目は噴射口に対して交互にずらして積層されている構成により、余分な滞留スペースを設けることなく、複数の網に液体推進薬が衝突して推進薬を触媒層内に分散供給することができる。
【００２０】
また、前記分散部材が、触媒粒の粒径より小さい連続開口を有する焼結体（例えば焼結金属）からなる構成により、余分な滞留スペースを設けることなく、焼結体内で推進薬を分散させて触媒層内に分散供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明による一液スラスタの第１実施形態を示す図である。この図において、本発明の一液スラスタ１０は、推薬弁１２、中空のスラストチャンバ１４、および中空の極細チューブ１６を備える。
【００２３】
推薬弁１２は、遠隔操作可能な開閉弁であり、単一の液体推進薬１（例えば、ヒドラジン）の供給源（図示せず）に入口側が連結しており、液体推進薬１をスラストチャンバ１４に供給し、かつ必要時に遮断するようになっている。
【００２４】
スラストチャンバ１４は、上流側が閉鎖板１４ａにより閉じた中空容器であり、下流端にノズル１４ｂが設けられている。また、スラストチャンバ１４の内部には、触媒層１５があり触媒粒が充填されている。触媒粒は、例えば粒径１ｍｍ前後の粒であり、液体推進薬１を分解して分解ガス２を発生させる周知の触媒からなる。
スラストチャンバ１４は、さらに触媒層１５の下流側に位置する金網１７を有する。この金網１７の目（開口寸法）は。触媒粒が通過できない大きさ（例えば、０．５ｍｍ程度）に設定されている。
【００２５】
極細チューブ１６は、推薬弁１２の閉鎖に対する追従性を高めるために、非常に細い内径（例えば内径０．２ｍｍ程度）のチューブからなる。この極細チューブ１６は、一端が推薬弁１２の出口に連結され、触媒層１５まで延び、他端が開口して噴射口を構成している。極細チューブ１６は、耐熱金属製の管であり、その中間部に弛み又はループ１６ａを有し、熱膨張を吸収するようになっている。
【００２６】
図２（Ａ）は、図１のＡ部拡大図であり、図２（Ｂ）はその第２実施形態である。
この図に示すように、本発明の一液スラスタ１０は、さらに分散部材２０を有する。
分散部材２０は、触媒層１５に向けて開口する極細チューブ１６の噴射口を囲み、これから供給される液体推進薬１を内部で分散して触媒層１５に供給する。
図２（Ａ）において、極細チューブ１６の噴射口は、触媒層１５の内部に位置する。また、図２（Ｂ）において、極細チューブ１６の噴射口は、触媒層１５の壁面（閉鎖板１４ａ）に位置する。
【００２７】
この例において、分散部材２０は、噴射口の最大径より小さい開口を有する複数（この図では６枚）の網２１からなり、かつ各網２１の目は噴射口に対して交互にずらして積層されている。網２１は、例えば、開口寸法が０．１〜０．２ｍｍの耐熱金属製の金網であるのがよい。
網２１は図２（Ａ）の例では、取付板２２に積層して固定されている。分散部材２０の形状はこの例では直方体であるが、円筒形でもその他の形状でもよい。
また、図２（Ｂ）のように、取付板２２を省略して壁面（閉鎖板１４ａ）と一体に形成してもよい。
【００２８】
この構成により、余分な滞留スペースを設けることなく、複数の網２１に液体推進薬が衝突して推進薬を触媒層内に分散供給することができる。
【００２９】
図３は、参考例による一液スラスタを示す図であり、図２（Ａ）に相当する拡大図である。
この例において、分散部材２０は、触媒粒の粒径より小さい連続開口を有する焼結体２４からなる。焼結体は、耐熱金属製粉末またはセラミックス粉末の焼結体であるのがよい。焼結体２４はこの例では球形であるが、円筒形、その他の形状でもよい。
その他の構成は図１、図２（Ａ）と同様である。また、図２（Ｂ）のように、極細チューブ１６の噴射口を、触媒層１５の壁面（閉鎖板１４ａ）に設けてもよい。
【００３０】
この構成により、余分な滞留スペースを設けることなく、焼結体内で推進薬を分散させて触媒層内に分散供給することができる。
【００３１】
上述した本発明の構成によれば、推進薬１（例えばヒドラジン）を推薬弁１２、極細チューブ１６、極細チューブ１６の噴射口、および分散部材２０を介してスラストチャンバ１４内の触媒層１５に噴射し、触媒により推進薬１を分解して、分解ガス２を発生させ、これをノズル１４ｂから噴射することで、推進力を生むことができる。
【００３２】
また、中空の極細チューブ１６が触媒粒からなる触媒層１５まで延び、分散部材２０が、触媒層１５に向けて開口する極細チューブ１６の噴射口を囲みこれから供給される液体推進薬１を内部で分散して触媒層１５に供給するので、触媒層１５に推薬１が分散供給されることで、局所的な分解反応を防ぎ、触媒の破砕と性能劣化を低減させることができる。
【００３３】
さらに、中空の極細チューブ１６が触媒粒からなる触媒層１５の内部まで延び、分散部材２０を介して直接触媒層１５に推薬１が分散供給されるので、極細チューブ１６の噴射口と触媒層１５の間に、余分な滞留スペース（例えば従来の分散スペース）がないため、推薬弁１２の閉鎖後に推進力が０になるまでの時間を大幅に短縮して応答性を高めることができ、かつ推進薬１の滞留に起因する爆燃（スパイク）の発生を実質的に皆無にすることができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による一液スラスタの第１実施形態を示す図である。
【図２】図１のＡ部拡大図とその第２実施形態である。
【図３】参考例による一液スラスタを示す図である。
【図４】非特許文献１に開示された一液スラスタの模式図である。
【図５】非特許文献２に開示された一液スラスタの模式図である。
【図６】特許文献１の触媒ガス発生器の模式図である。
【図７】従来の一液スラスタの模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  液体推進薬、２  分解ガス、
１０  液スラスタ、１２  推薬弁、
１４  スラストチャンバ、
１４ａ  閉鎖板、１４ｂ  ノズル、
１５  触媒層、１６  極細チューブ、
１６ａ  弛み又はループ、１７  金網、
２０  分散部材、２１  網（金網）、
２２  取付板、２４  焼結体
【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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【図６】
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【図７】
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