(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球周回軌道上における宇宙機の進行方向前側位置にて、該宇宙機の所要区画の前面側を覆うように配置したフレームの内側に、飛来するスペースデブリを衝突、貫通させることにより該スペースデブリを粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付け、且つ上記フレームに、個別に制御して上記金属板の姿勢及び位置を調整するための複数のガスジェット装置と、該各ガスジェット装置を制御するためのバス機器を、それぞれ備えてなる構成を有することを特徴とするデブリ粉砕衛星。
【請求項２】
スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにするため宇宙機の進行方向前面側を覆うようにするフレームの内側に取り付けた薄肉の金属板を、０．２ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚さとした請求項１記載のデブリ粉砕衛星。
【請求項３】
スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付けたフレームの所要個所に、姿勢安定用マスを取り付けた請求項１又は２記載のデブリ粉砕衛星。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有人宇宙活動中の宇宙飛行士に対する危険性を減らすべく、地球周回軌道上の宇宙機の所要区画に向けて飛来するスペースデブリを粉砕し、サイズを小さくするデブリ粉砕衛星に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球周回軌道上に恒久的且つ多目的な有人施設としての宇宙ステーションを構築し、該宇宙ステーションに連結した実験モジュールで、各種の実験や研究を行う計画が進められている。
【０００３】
上記実験モジュールとしては、宇宙ステーションから電力、空気等の供給を受ける有人の実験スペースとなる与圧部や、宇宙ステーション外部で宇宙環境をそのまま実験スペースとして使用できる曝露部等の各種の宇宙機を用いる計画がなされており、このうち、上記暴露部等では、有人宇宙活動も予定されている。
【０００４】
ところで、地球周回軌道上には、人工衛星やロケットの残骸、あるいは、これらが爆発したときの破片等の人工的な飛翔物体であるスペースデブリが浮遊しており、これらは高速で飛んでいるために、当たると大きな損傷をもたらす。
【０００５】
このため、宇宙機では、これらスペースデブリによる損傷を防止するための手段として、たとえば、直径が１０ｃｍを超えるような大きいサイズのスペースデブリに関しては、地上からレーダーにてこれを監視し、宇宙機自体の軌道を変更することで衝突を回避するようにしてあり、又、地上のレーダーでは監視のできないより小さいサイズのスペースデブリに対しては、宇宙機の外側にデブリバンパーを装備して、該デブリバンパーに飛来するスペースデブリを衝突させることで、デブリ衝突時の衝撃を吸収させて、宇宙機の損傷を防止するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記宇宙機の軌道変更やデブリバンパーの設置を行うことにより、宇宙機自体の損傷を防止することは可能になるが、有人宇宙活動を行う宇宙飛行士に対しては、地上レーダーで監視できないサイズのスペースデブリが衝突する虞を未然に防止するための効果的な手段は提案されていないというのが現状である。
【０００７】
因みに、有人宇宙活動中の宇宙飛行士に対して最も危険と考えられているのは、１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の大きさのスペースデブリであり、かかるサイズのスペースデブリが飛来した場合に、これを粉砕してより小さいサイズのものとすることができれば、その危険性は減らすことができると考えられている。
【０００８】
そこで、本発明者等は、デブリを粉砕してサイズを小さくするための工夫、研究を重ねた結果、模擬デブリとして超高速で飛ぶプロジェクタイルを用いた実験において、プロジェクタイルを、その大きさの１／１０〜１／５０の厚さとなる薄肉の金属板に衝突させると、プロジェクタイルが金属板を貫通する際に細かく粉砕されることを見出し、本発明をなした。
【０００９】
したがって、本発明の目的とするところは、有人宇宙活動中の宇宙飛行士に対する危険性を減らすべく、地球周回軌道上の宇宙機における有人宇宙活動が行われる所要区画に飛来するスペースデブリを粉砕して、そのサイズを小さくすることができるデブリ粉砕衛星を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、地球周回軌道上における宇宙機の進行方向前側位置にて、該宇宙機の所要区画の前面側を覆うように配置したフレームの内側に、飛来するスペースデブリを衝突、貫通させることにより該スペースデブリを粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付け、且つ上記フレームに、個別に制御して上記金属板の姿勢及び位置を調整するための複数のガスジェット装置と、該各ガスジェット装置を制御するためのバス機器を、それぞれ備えてなる構成とする。
【００１１】
バス機器からの指令に基づいてガスジェット装置を制御することにより、金属板の姿勢及び位置を調整し、該金属板を、宇宙機の進行方向前側位置にて、該宇宙機の所要区画の前面側を覆うように位置させると、該区画に向けて飛来するスペースデブリは、予め上記金属板に衝突させられ、該金属板を貫通する際に細かく粉砕されてサイズが小さくなる。このため、上記金属板により前面側を覆われた区画には、サイズの細かいデブリ粉砕物のみが達することとなり、スペースデブリがそのまま飛来する虞が解消されることから、該区画において有人宇宙活動を行う宇宙飛行士にスペースデブリが衝突する虞は未然に防止されるようになる。
【００１２】
又、スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにするため宇宙機の進行方向前面側を覆うようにするフレームの内側に取り付けた薄肉の金属板を、０．２ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚さとした構成とすることにより、直径１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の大きさを有するスペースデブリの粉砕に有利となる。
【００１３】
更に、スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付けたフレームの所要個所に、姿勢安定用マスを取り付けた構成とすることにより、周回軌道上を周回する金属板の姿勢を安定させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１（イ）（ロ）及び図２は本発明のデブリ粉砕衛星の実施の一形態を示すもので、縦横にそれぞれ数ｍずつ延びて、たとえば、宇宙ステーションにおける暴露部等、有人宇宙活動を予定している宇宙機Ｉの所要区画Ｉａの前面側を覆うことのできる寸法としてある矩形のフレーム１の内側に、飛来するスペースデブリを衝突、貫通させることにより該スペースデブリを粉砕できるようにしてある薄肉の金属板２を全面に展開させて取り付け、且つ上記フレーム１の各頂点部分に、姿勢制御用のガスジェット装置３を設け、更に、該各ガスジェット装置３によるガスの噴射を制御するためのバス機器４を備えた構成とする。
【００１６】
詳述すると、上記各ガスジェット装置３は、たとえば、図２に示す如く、金属板２の頂点部分で交わる２辺の延長線上となる２方向と金属板２の面に垂直な前後方向の計４方向に向くノズル５を備えた構成として、バス機器４からの指令により上記各ノズル５からのガスの噴射をそれぞれ独立して行わせることにより、金属板２をその面と平行に移動させたり、金属板２の面の角度を変化させることができるようにして、該金属板２の位置と姿勢を調整することができるようにしてある。なお、バス機器４より各ガスジェット装置３に送られる制御指令は、バス機器４と各ガスジェット装置３とを、フレーム１に沿わせて配設した図示しない信号伝達ケーブルを介して接続して有線で伝達するか、あるいは、バス機器４と各ガスジェット装置３に図示しない送受信装置をそれぞれ設けて、無線により伝達するようにすればよい。
【００１７】
上記バス機器４は、宇宙機Ｉと通信を行うことができるようにしてあり、宇宙機Ｉからの指令に従って、各ガスジェット装置３に、それぞれガスを噴射するノズル５の指定及び噴射時間の指定を行う制御指令を発することにより各ガスジェット装置３を個別に制御して、スペースデブリから保護すべき宇宙機Ｉの区画Ｉａに対する金属板２の相対位置及び姿勢を最適な状態に調整することができるようにしてある。
【００１８】
上記金属板２の厚さは、粉砕すべきスパースデブリの大きさに応じて、たとえば、有人宇宙活動中の宇宙飛行士に対する危険性が最も高いと考えられるスペースデブリの直径１ｃｍ〜１０ｃｍに対して１／１０〜１／５０の寸法となる０．２ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚さとして、上記サイズのスペースデブリの粉砕を効果的に行うことができるようにしてある。
【００１９】
更に、地球周回軌道の外周側となるフレーム１の端部（図では上端部）には、所要の重量を備えた姿勢安定用マス６を取り付けて、重心位置を地球周回軌道の外周側に位置させることができるようにし、これにより、地球周回軌道上を周回する際の金属板２の姿勢を安定させることができるようにしてある。
【００２０】
上記デブリ粉砕衛星を用いる場合は、先ず、バス機器４からの指令に基づいて各ガスジェット装置３を制御することにより、地球周回軌道上における宇宙機Ｉの進行方向前側位置にて、金属板２が、宇宙機Ｉにおける有人宇宙活動が予定されている区画Ｉａと所要間隔を隔てて正対し且つ該区画Ｉａの前面側を覆った状態に配置されるように位置及び姿勢を調整しておく。
【００２１】
この状態において、上記区画Ｉａに向けてスペースデブリが飛来すると、該スペースデブリは、上記区画Ｉａの前面側を覆うように配置してある金属板２に衝突させられ、この金属板２を貫通する際に該スペースデブリは細かく粉砕されてサイズの小さいデブリ粉砕物とされ、このデブリ粉砕物は、サイズが小さいことからエアードラグの影響により速やかに軌道上より落下させられるようになる。
【００２２】
このように、上記金属板２により前面側を覆われた区画Ｉａに向けて飛来するスペースデブリを、上記金属板２に衝突、貫通させることにより予め粉砕することができることから、上記区画Ｉａには、サイズの小さいデブリの粉砕物のみが達し、スペースデブリがそのまま飛来する虞を解消することができることから、該区画Ｉａにおいて有人宇宙活動を行う宇宙飛行士にスペースデブリが衝突する虞を未然に防止することができる。
【００２３】
又、スペースデブリが上記金属板２を貫通して粉砕されることにより、サイズの小さいデブリ粉砕物は一時的に増加するが、このデブリ粉砕物はエアードラグの影響により速やかに軌道上より落下させられて除去されることから、結果的に軌道上のデブリの数を減少させることができる。
【００２４】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、フレーム１の内側に金属板２を展開させて取り付けるものとして示したが、金属板２が、形状を保持できる強度を備えた厚さとしてあれば、フレーム１を設けることなく、ガスジェット装置３、バス機器４及び姿勢安定用マス６を、それぞれ金属板２の外周縁部に直接取り付けるようにしてもよいこと、金属板２は、正方形や円形等、矩形以外の形状としてもよく、又、そのサイズはスペースデブリからの保護を所望する区画Ｉａの大きさに応じて自在に決定してよいこと、更に、金属板２の形状やサイズに応じて、ガスジェット装置３の取り付け位置やその個数、及び、該各ガスジェット装置３に備えられるノズル５の方向についてはそれぞれ自在に決定してよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のデブリ粉砕衛星によれば、地球周回軌道上における宇宙機の進行方向前側位置にて、該宇宙機の所要区画の前面側を覆うように配置したフレームの内側に、飛来するスペースデブリを衝突、貫通させることにより該スペースデブリを粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付け、且つ上記フレームに、個別に制御して上記金属板の姿勢及び位置を調整するための複数のガスジェット装置と、該各ガスジェット装置を制御するためのバス機器を、それぞれ備えてなる構成としてあるので、宇宙機の進行方向前側位置にて、宇宙機における所要の区画の前面側を覆うように金属板の位置及び姿勢を調整して配置することにより、上記区画に向けて飛来するスペースデブリを金属板に衝突させ、該金属板を貫通する際に細かく粉砕することができて、スペースデブリのサイズを小さくすることができ、これにより上記区画においてはスペースデブリがそのまま飛来する虞を解消することができて、該区画にて有人宇宙活動を行う宇宙飛行士にスペースデブリが衝突する虞を未然に防止することができ、又、上記スペースデブリの粉砕によって生じる、サイズの小さいデブリの粉砕物はエアードラグの影響により速やかに軌道上より落下させて除去することができることから、軌道上のスペースデブリの数を減少させることができるという優れた効果を発揮し、更に、スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにするため宇宙機の進行方向前面側を覆うようにするフレームの内側に取り付けた薄肉の金属板を、０．２ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚さとした構成とすることにより、直径１ｃｍ〜１０ｃｍ程度の大きさを有するスペースデブリの粉砕に有利となり、更に又、スペースデブリを衝突、貫通させることにより粉砕させて地球周回軌道上より落下させるようにする薄肉の金属板を全面に展開させて取り付けたフレームの所要個所に、姿勢安定用マスを取り付けた構成とすることにより、周回軌道上を周回する金属板の姿勢を安定させることができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデブリ粉砕衛星の実施の一形態を示すもので、（イ）は宇宙機との関係で示す正面図、（ロ）はその側面図である。
【図２】図１の装置におけるガスジェット装置部分を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｉ  宇宙機
Ｉａ  区画
１  フレーム
２  金属板
３  ガスジェット装置
４  バス機器
６  姿勢安定用マス
【図１】
0004450265.tif 000002
【図２】
0004450265.tif 000003