(57)【要約】    【課題】小型で十分な推力が得られ、構造が簡易で、動作の信頼性が高い、宇宙空間での使用に適した推力発生装置を提供する。    【解決手段】筒１２内にプラズマ発生半導体電橋１３を有し、筒１２の少なくとも一方が塞がれ、プラズマ発生半導体電橋１３が電源に繋がっている。筒１２内に推進薬が充填されていてもよい。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内にプラズマ発生半導体電橋を有し、該筒の少なくとも一方が塞がれ、該プラズマ発生半導体電橋が電源に繋がっていることを特徴とする宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項２】
該筒内に該プラズマ発生半導体電橋に加えて、火薬、ガス発生剤、可燃性液体、および可燃性固体から選ばれる推進薬を有することを特徴とする請求項１に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項３】
該筒が該電源に繋がる配線の基板上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項４】
該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固設されていることを特徴とする請求項３に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項５】
該基板の該筒が配置されている面とは反対面に噴射ノズルを有することを特徴とする請求項４に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項６】
基板上の一面に複数並べられた各筒内にプラズマ発生半導体電橋を有し、夫々のプラズマ発生半導体電橋どうしが該基板上の配線で連結されて電源に繋がっていることを特徴とする宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項７】
該筒内に該プラズマ発生半導体電橋に加えて、火薬、ガス発生剤、可燃性液体、および可燃性固体から選ばれる推進薬を有することを特徴とする請求項６に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項８】
該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固設されていることを特徴とする請求項６または７に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【請求項９】
該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固着され、該基板の前記一面とは反対面であって、各プラズマ発生半導体電橋に対応する位置に噴射ノズルを有することを特徴とする請求項６または７に記載の宇宙空間における小型推力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙空間を航行する比較的小型な人工衛星等の機器を切り離したり、姿勢制御するのに適した小型な推力発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星や宇宙船などの宇宙航行機器は、ロケットによって宇宙空間に打ち上げられてから切り離される。また人工衛星等から付属機器が切り離されることもある。かかる切り離しや、切り離し後の姿勢制御には推力発生装置が使用される。宇宙空間で推力を発生させるには、地上から運搬した液体酸素を使って液体または固体燃料を燃焼させた燃焼ガスを噴射したり、液体窒素等を気化噴射したりという方法がある。小型で簡易な推力発生装置としては火薬やガス発生剤を利用するものもある。特許文献１には小型の人工衛星等の推力を得る方法で、容器内に収容されている固相状態の昇華物質を加熱し、その昇華ガスを推進ノズルから噴射する方法が記載されている。
【０００３】
一方、特許文献２には、プラズマを発生する半導体電橋の構造が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１９７５９２号公報
【特許文献２】特表２００４−５１３３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の宇宙空間の機器用推力発生装置は、大型が多く構造が複雑であった。小型なものは、十分な推力が得られなかったり、動作の信頼性に欠けるものが多かった。
【０００６】
本発明は、このような従来の推力発生装置の欠点を解消し、小型で十分な推力が得られ、また動作の信頼性が高い推力発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された発明は、筒内にプラズマ発生半導体電橋を有し、該筒の少なくとも一方が塞がれ、該プラズマ発生半導体電橋が電源に繋がっていることを特徴とする宇宙空間における小型推力発生装置である。
【０００８】
同じく特許請求の範囲の請求項２に記載された発明は、該筒内に該プラズマ発生半導体電橋に加えて、火薬、ガス発生剤、可燃性液体、および可燃性固体から選ばれる推進薬を有することを特徴とする請求項１に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【０００９】
また請求項３に記載された発明は、該筒が該電源に繋がる配線の基板上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１０】
請求項４に記載された発明は、該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固設されていることを特徴とする請求項３に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１１】
請求項５に記載された発明は、該基板の該筒が配置されている面とは反対面に噴射ノズルを有することを特徴とする請求項４に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１２】
また、前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項６に記載された発明は、基板上の一面に複数並べられた各筒内にプラズマ発生半導体電橋を有し、夫々のプラズマ発生半導体電橋どうしが該基板上の配線で連結されて電源に繋がっていることを特徴とする宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１３】
請求項７に記載された発明は、該筒内に該プラズマ発生半導体電橋に加えて、火薬、ガス発生剤、可燃性液体、および可燃性固体から選ばれる推進薬を有することを特徴とする請求項６に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１４】
請求項８に記載された発明は、該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固設されていることを特徴とする請求項６または７に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【００１５】
請求項９に記載された発明は、該筒に、該基板とは逆の側で密封蓋が固着され、該基板の前記一面とは反対面であって、各プラズマ発生半導体電橋に対応する位置に噴射ノズルを有することを特徴とする請求項６または７に記載の宇宙空間における小型推力発生装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の小型推力発生装置は、宇宙空間において使用するのに適した推力発生装置であり、条件によりμ〜ｍＮｓまでの推力を得ることができる。これにより、宇宙空間を航行する比較的小型な人工衛星等の機器を切り離したり、航行姿勢を矯正し、精度良く制御することができる。
【００１７】
本発明の小型推力発生装置は、構成が簡易であり、容易に製造ができる。推力発生の出力エネルギー発生源として、半導体電橋から発生するプラズマ、火薬、ガス発生剤、可燃性液体、および可燃性固体燃料と、用途に応じた出力エネルギーを選択できる。
【００１８】
さらに本発明の請求項６〜９に記載された発明のように、出力エネルギー発生源を複数有する推力発生装置では、エネルギー発生源毎に推力を制御することで、多様な幅広い推力を得ることができる。また、１箇所のエネルギー発生源の故障で、全体が動作不能になるということがない。
【発明を実施するための好ましい形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい形態を図面により説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の小型推力発生装置の一実施形態を示す断面図である。この実施形態の小型推力発生装置１は、半導体電橋１３から発生するプラズマによって推力を得て矢印Ａ方向に飛翔するものである。推力発生装置１の金属の円筒１２に蓋を兼ねたセラミックの基板１４が取り付けられる。セラミック基板１４上であって円筒１２の内部空間に５mm程度の大きさのプラズマ発生半導体電橋１３が形成される。半導体電橋１３からは電極ピン１５が伸びており、リード線およびスイッチング回路を（図示省略）を介して電源、例えば太陽電池に繋がる。推力発生装置１は、例えば人工衛星などの宇宙航行体２に連結されている。尚、円筒の材質はガラス、樹脂、あるいはセラミックであってもよい。
【００２１】
宇宙に存在するこの小型推力発生装置１のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電すると、プラズマが発生し、円筒１２の空間を通って矢印Ｂ方向に噴射する。これにより推力を得て宇宙航行体２は矢印Ａ方向に飛翔する。通電電流の大きさにより、出力するプラズマ量が変わるため、電流値を変えることにより、目的の推力の微量調整ができる。
【００２２】
図２は、本発明の小型推力発生装置の別な一実施形態を示す断面図である。この実施形態の推力発生装置３は、推進薬５によって推力を得て矢印Ａ方向に飛翔するものである。推力発生装置３の円筒１２に蓋を兼ねた基板１４が取り付けられる。基板１４上であって円筒１２の内部にプラズマ発生半導体電橋１３が形成され、円筒１２の残余の内部に推進薬５が充填される。推進薬５は、硝酸塩と金属を主とする火薬（例えばボロン／硝酸カリウム）や塩素酸塩と金属を主とする火薬（例えばロダン鉛／塩素酸カリウム）が使用できる。半導体電橋１３からは電極ピン１５が伸びており、リード線およびスイッチング回路を介して電源に繋がる。小型推力発生装置１は、宇宙航行体に連結される。
【００２３】
宇宙空間に存在するこの小型推力発生装置３のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電するとプラズマが発生し、プラズマが発生して推進薬５を点火する。すると、推進薬５から気体が矢印Ｂ方向に噴射することで推力を得て宇宙航行体は矢印Ａ方向に飛翔する。推進薬５の量を変えることにより、目的の推力に調整できる。
【００２４】
図３は、本発明の小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す断面図である。この実施形態の推力発生装置４は、矢印Ｄ方向に飛翔するものである。推力発生装置４の円筒１２にシリコンの基板２４が取り付けられ、基板２４上であって円筒１２の内部にプラズマ発生半導体電橋１３が形成される。同じく基板２４の裏側には、スリーブ１７が取り付けられ、中央に噴射ノズルが形成される。
【００２５】
円筒１２のシリコン基板２４とは反対側には金属の蓋２５が密封して固着される。半導体電橋１３からは電極ピン１５が基板２４を通って伸びており、リード線およびスイッチング回路を介して電源に繋がる。推力発生装置４は、蓋２５側で宇宙航行体２に連結される。尚、基板は、シリコンの他、ガラス、樹脂、薄いセラミックなど衝撃により破損する材質が使える。
【００２６】
宇宙空間に存在するこの小型推力発生装置４のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電するとプラズマが発生する。その衝撃により基板２４が破損し（鎖線参照）、ノズルからプラズマが矢印Ｅ方向に噴射して推力を得、宇宙航行体２は矢印Ｄ方向に飛翔する。
【００２７】
この実施の形態の推力発生装置４は、プラズマが発生したとき蓋２５と基板２４の密閉によって円筒１２の内圧が上がり、基板２４の破損によりプラズマが一気に噴出して大きな推力を得ることが可能となる。
【００２８】
図４は、本発明の小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す断面図である。この実施形態の推力発生装置６は、矢印Ｄ方向に飛翔するものである。推力発生装置６の円筒１２にガラスの基板２６が取り付けられ、基板２６上であって円筒１２の内部にプラズマ発生半導体電橋１３が形成される。円筒１２の残余の内部に推進薬５が充填される。半導体電橋１３からは電極ピン１５が基板２６を通って伸びており、リード線およびスイッチング回路を介して電源に繋がる。同じく基板２６の裏側には、スリーブ１７が取り付けられ、中央に噴射ノズルが形成される。
【００２９】
円筒１２の基板２６とは反対側には蓋２５が密封して固着される。推力発生装置６は、蓋２５側で宇宙航行体２に連結される。
【００３０】
宇宙空間に存在するこの小型推力発生装置６のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電するとプラズマが発生して推進薬５を点火する。その衝撃により基板２６が破損し（鎖線参照）、推進薬５から気体が矢印Ｅ方向に噴射することで推力を得て宇宙航行体は矢印Ｄ方向に飛翔する。
【００３１】
図５は、本発明の小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す斜視図である。この実施形態の推力発生装置１０は、プリント基板２１上に個別の推力発生装置１１の多数のアレイを設置したもので、宇宙航行体２が連結されている。
【００３２】
個別の推力発生装置１１は、図６の断面図に示すとおり、プリント基板２１上に配置された円筒１２の内部にプラズマ発生半導体電橋１３が形成されている。各プラズマ発生半導体電橋１３どうしは、プリント基板２１の配線２３に連結している。プリント配線２３は、スイッチング回路、制御回路を介して電源に繋がる。
【００３３】
宇宙に存在するこの小型推力発生装置１０のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電すると、プラズマが発生し、円筒１２の空間を通って矢印Ｂ方向に噴射する。このとき、制御回路によりプリント配線の通電を制御することで、推力の方向を変えることができる。例えば推力発生装置１１のアレイのうち右一列を作動させると左に旋回し、所望の角度の旋回ができたら、他の推力発生装置１１を作動させれば、以後、直進する。
【００３４】
図５、図６の推力発生装置で、円筒１２の残余の内部に推進薬５を充填し、図２、図４に示したような作動をすることもできる。
【００３５】
図７は、本発明の小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す断面図である。この実施形態の推力発生装置９は、プラスチックのプリント基板２９上に個別の推力発生装置９の多数のアレイを設置し、内部にプラズマ発生半導体電橋１３が形成される円筒１２が蓋板２８で塞がれる。各プラズマ発生半導体電橋１３どうしは、プリント基板２９の配線２３に連結している。プリント基板２９の裏側には、個別の推力発生装置９に対応する位置にスリーブ１７が取り付けられてスリーブ１７の中央に噴射ノズルが形成される。蓋板２８に宇宙航行体２が連結している。
【００３６】
宇宙に存在するこの小型推力発生装置のスイッチング回路をオンにして電源から半導体電橋１３に電圧を印加し通電すると、プラズマが発生し、その衝撃によりプラスチックの基板２９が破損し（鎖線参照）、ノズルからプラズマが矢印Ｅ方向に噴射して宇宙航行体２は矢印Ｄ方向に飛翔する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用する小型推力発生装置の一実施形態を示す断面図である。
【００３８】
【図２】本発明を適用する小型推力発生装置の別な一実施形態を示す断面図である。
【００３９】
【図３】本発明を適用する小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す断面図である。
【００４０】
【図４】本発明を適用する小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す断面図である。
【００４１】
【図５】本発明を適用する小型推力発生装置のさらに別な一実施形態を示す斜視図である。
【００４２】
【図６】本発明を適用する小型推力発生装置に組み込まれている個別の推力発生装置の一実施形態を示す断面図である。
【００４３】
【図７】本発明を適用する小型推力発生装置に組み込まれている個別の推力発生装置の別の一実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、３、４、６、９、１０、１１は推力発生装置、２は宇宙航行体、５は推進薬、１２は円筒、１３は半導体電橋、１４はセラミック基板、１５は電極ピン、１７はスリーブ、２１はプリント基板、２３はプリント配線、２４はシリコン基板、２５は蓋、２６はガラス基板、２８は蓋板、２９はプラスチックのプリント基板である。
【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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