JP2000103396A - 高々度滞留気球用降下開始機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高々度気球の帰還と回収のための降下開始を
確実にするため、高々度の空域の低温、低圧環境でも他
の二次的エネルギーを使わずに、電気信号入力と火薬の
火力のみで確実に気球のガス嚢に穿孔できるようにした
降下開始機構を提供する。 【解決手段】 浮揚ガスの浮力により高々度に滞留させ
る気球のガス嚢３に付設する耐熱性の燃焼箱１内に、火
薬２３，２４の発火により高温の燃焼ガスを発生させる
熱風発生体２を収容し、上記燃焼箱１に、燃焼ガスの噴
出方向をガス嚢の穿孔部分に集中させる噴出口１３を設
ける。熱風発生体２は、通電により発火する点火玉２１
をポーラス状の無煙火薬２３で被包し、さらにその周囲
を、一部を残して有煙火薬２４で被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】地上２０ｋｍの弱風域の成層
圏に風で流されないような動力を持った気球もしくは無
人飛行船を滞留させる技術の開発が始まっている。これ
らの地上２０ｋｍに及ぶ成層圏等の高々度に滞留するプ
ラットフォームの降下開始には、高々度の空域の低温、
低圧環境にあるガス嚢を確実に穿孔し、浮揚ガスを放出
する必要がある。本発明は、上記気球や飛行船の降下開
始を確実なものとして、飛行の安全を確保し、これらの
プラットフォームのミッション分野である通信中継、環
境や交通流の監視等の新市場を拓くことに資するため
の、軽量、コンパクトな高々度滞留気球用降下開始機構
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高々度をヘリウム・ガス等の浮力で飛行
する気球や飛行船などは、予め定められた飛行区域から
逸脱して、他の航空機との不適切な遭遇の機会等を避け
るために、そのミッションの終了後、もしくは非常時な
どには、浮力を保持するヘリウム・ガスを確実に放出し
て、地上に帰還できるようにすることが、航空保安当局
から求められている。しかしながら、成層圏下層に長期
間滞空し、地上に帰還できるような技術的に高度の制御
を必要とする高々度浮揚体では、地上や低空での従来の
気球や飛行船における浮揚ガスの放出法をそのまま適用
することは困難である。例えば地上から約１７ｋｍの高
度は、時には−８０℃を下回る最低温の高度であり、そ
の上と下の高度もこれに次ぐ低温域であり、また、高々
度では空気が著しく希薄であり、そのため、火薬や導火
線に点火したり、燃焼を継続することは極めて難しい。

【０００３】一方、従来から知られている高々度気球の
浮揚ガス放出法としては、図７の科学気球に見られるよ
うなリップ・パネルの引き裂き法がある。この方法は、
気球３１に搭載重量物３２を吊り下げるケーブル３３を
火薬式のケーブル・カッター３４で切断し、その際、予
め搭載重量物３２に接続した別の引裂用ケーブル３５
を、気球３１におけるガス嚢に設けたリップ・パネル
（引き裂き用の膜材）３６の上端に接続しておき、落下
する投下物（搭載重量物３２）の衝撃力でリップ・パネ
ル３６をその上端部から引き裂き、ガス嚢内の浮揚ガス
を放出させるようにしている。また、上記引裂用ケーブ
ル３５には、遅延装置付きのケーブル・カッター３７を
設けて、気球と搭載物が完全に分離するようにしてお
り、搭載物は落下傘で降下させる。この場合、気球は廃
棄される。

【０００４】ｓｑｕｉｂ（爆竹）と呼ばれる上記火薬式
ケーブル・カッター３４は、人工衛星のアンテナ・パネ
ルの展張や、太陽電池パネルの展開、土木工事でのケー
ブル切断等に用いられているもので、図８及び図９に示
すように、切断しようとするケーブル３５を閉鎖円筒か
らなるカッター・ケース３８の一端部に挿通し、そのカ
ッター・ケース３８内において、上記ケーブル３５に対
向配置した刃３９ａ付きのピストン３９の背後に、火薬
４０と共に通電線４２に接続した点火玉４１を収容して
いる。このケーブル・カッター３４によるケーブル３５
の切断は、カッター・ケース３８内で火薬４０を爆発さ
せ、それによりケース内のピストン３９を移動させて、
このピストン３９に設けた刃３９ａで、ケース３８を貫
通しているケーブル３５を切断するものであり、すでに
製品化されている。

【０００５】このような従来のリップ・パネル３６の引
き裂きによる浮揚ガスの放出方法では、ガス嚢皮膜の切
断は火薬４０の爆発力とは別の力（例えば、重力で落下
する物体の衝撃力やバネに貯えられた力）を使うことに
なり、二次元的な力に頼ることになって、この力を発生
させる機構が別に必要となるため、気球への搭載物の容
積がかさばり、また、部品数が多い分だけ信頼性が低く
なる。したがって、複雑な制御弁内や送風機内などの限
られた空間内で電気信号を入力するだけで確実にガス嚢
に大きな浮揚ガス放出用の穴をあけることは出来ない。

【０００６】また、本発明者らは、数多くの試作と実験
により、種々の問題点を把握している。これを具体的に
説明すると、先ず、当初は電熱線によって円形や角形に
ガス嚢の膜材を焼き切ることを試みたが、高々度の−８
０℃に及ぶ低温環境下では、大きな電力が必要で、電池
重量が大きくなるばかりでなく、発熱線を膜材にうまく
接触させて保持することが困難で、確実に穿孔すること
は不可能であった。色々な異なる種類の導火線を用い、
それを膜材上にリング状に設置して穿孔する方法も試み
たが、−８０℃に及ぶ低温と１／２０気圧以下の低圧の
環境では、点火玉は十分な電力を供給すれば発火はする
が、導火線自体に点火することも困難で、導火線によっ
ては一度点火が出来ても燃焼を継続させることが困難で
あり、燃焼した場合でも、燃焼速度が速く、穿孔部に十
分な火力を集中させることも困難であった。導火線の場
合も、電熱線と同様に、気球の膜材への密着保持が困難
である。

【０００７】さらに、火薬による燃焼方式に関しても、
最適な構成法が分からず、当初は点火がうまくいった場
合でも燃焼が早すぎて爆発状態になり、火薬のほとんど
が吹き飛んでうまく穿孔することが出来なかった。ま
た、火力が強く、発生ガス量の多い水溶性の有煙火薬の
みでガス発生体を作り、それを発火させた場合には、水
溶性の有煙火薬が固化するときに隙間無く点火玉を密封
してしまい、点火玉の発生ガスの逃げ場が無く、このた
め、ガス発生体がガス圧で破裂放散して火薬が燃焼せ
ず、ガス嚢をうまく穿孔できなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の高々度滞留気
球用降下開始機構は、これらの試作、実験の結果を基に
して完成したものであり、その基本的な技術的課題は、
高々度気球（または飛行船）の帰還と回収のための降下
開始を確実にするため、安定的に気球のガス嚢に穿孔で
きるようにした降下開始機構を提供することにある。

【０００９】本発明のさらに具体的な技術的課題は、従
来のケーブル・カッターを利用したリップ・パネルの引
き裂き法に比して、ガス嚢穿孔のための遥かに大きな火
力エネルギーを直接集中的に利用でき、しかも、高々度
の空域の低温、低圧環境でも確実にガス嚢を穿孔するこ
とが可能な高々度滞留気球用降下開始機構を提供するこ
とにある。本発明のさらに他の技術的課題は、気球に設
置した弁や送風機器内のガス嚢の限られた部位などで、
火薬を主体とする熱風発生体を発火、燃焼させる燃焼箱
を設置できる小空間さえあれば設置できる、簡単で軽量
な高々度滞留気球用降下開始機構を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の高々度滞留気球用降下開始機構は、浮揚ガス
の浮力により高々度に滞留させる気球のガス嚢に、上記
浮揚ガスを放出するための穿孔を行う手段として、上記
気球に付設する耐熱性の燃焼箱内に、火薬の発火により
高温の燃焼ガスを継続して一定時間発生させる熱風発生
体を固定し、上記燃焼箱に、火力がほぼ一定な継続した
燃焼状態を得るためと、燃焼ガスの噴出方向をガス嚢の
穿孔部分に集中させるための形状と寸法を有する噴出口
を設けたことを特徴とするものである。

【００１１】上記高々度滞留気球用降下開始機構におい
ては、必要数の燃焼箱の噴出口を、ガス嚢を折れ線状ま
たは曲線状に焼き切るように配設し、その焼き切り線に
より囲まれる部位のみの浮揚ガス放出穴をガス嚢に開設
可能にするのが有効であり、また、上記熱風発生体を、
通電により発火する点火玉を無煙火薬等からなるポーラ
ス状の低火力火薬で被包し、さらにその周囲を、一部を
残して有煙火薬等の高火力火薬で被覆することにより構
成するのが有効である。

【００１２】上記構成を有する降下開始機構を備えた高
々度滞留気球は、ヘリウム等の浮揚ガスの浮力により高
々度に滞留し、降下を開始するには、浮力を与える上記
浮揚ガスの全部もしくは一部を気球のガス嚢から放出す
るが、その浮揚ガスの放出には、熱風発生体における火
薬の発火により高温の燃焼ガスを連続して一定時間発生
させ、その燃焼ガスを燃焼箱の噴出口からガス嚢の穿孔
部分に集中的に噴出させ、効率よく確実にガス嚢を焼き
切り、そのガス嚢に穴をあける。この場合に、必要数の
燃焼箱の噴出口を、ガス嚢を折れ線状または曲線状に焼
き切るように配設すると、その焼き切り線により囲まれ
る大きな浮揚ガス放出穴をガス嚢に開設することが可能
である。

【００１３】また、上記熱風発生体として、点火玉をポ
ーラス状の無煙火薬で被包し、さらにその周囲を高火力
の有煙火薬等で被覆したものを用いると、点火玉に通電
して点火したとき、点火玉の周囲においてポーラスな状
態にある無煙火薬に確実に炎が移って無煙火薬が燃焼
し、それらの燃焼ガスが熱風発生体から外部に直接的に
放出されると同時に、炎が火力の強い有煙火薬に移って
それを連続して３秒以上燃焼させることができるので、
ガス嚢の焼き切りに適した燃焼を得ることが可能にな
る。

【００１４】このような手段によれば、−８０℃に及ぶ
低温と１／２０気圧以下の低圧の成層圏でも動作し、頑
健な膜材で出来たガス嚢に、従来のリップ・パネルの引
き裂きによる場合と同様に、確実に充分大きい浮揚ガス
放出用の穴を穿孔することができる。しかも、この機構
では、確実に発火させることができるばかりでなく、十
分な火力を有するものとし、適度な燃焼速度を維持させ
て、球皮に設置した機器類内の限られた部分の気球のガ
ス嚢に浮揚ガスを放出するための穿孔を行うことができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る高々度滞留気球用の
降下開始機構は、図３及び図４に示す熱風発生体２を、
図１及び図２に示すような燃焼箱１内に固定し、この燃
焼箱１を高々度滞留気球（または飛行船）のガス嚢３に
付設することにより構成されるものである。さらに具体
的に説明すると、まず、上記熱風発生体２は、その内部
に、電源に接続する通電線２２を接続したところの電気
式発火器の点火玉２１を備え、この点火玉２１を、樹脂
等のバインダーによる固化後もポーラス（多孔）状とな
る無煙火薬２３内に埋め込み、さらにその周囲を、同様
の樹脂等のバインダーで固化した有煙火薬２４で被覆す
ることにより構成している。

【００１６】この最外層の有煙火薬２４は、燃焼時の火
力が無煙火薬２３に比して強いものであるが、樹脂等に
よって固化した場合に、その固化密度が高いため、この
有煙火薬２４内に点火玉２１及び無煙火薬２３を完全に
埋め込むと、燃焼時にそれらの点火玉２１及び無煙火薬
２３の燃焼ガスで内部の燃焼部分が高圧になり、爆発的
に周囲の火薬を粉砕することになるため、点火玉２１及
び無煙火薬２３の燃焼ガスが直接外部に放出されるよう
に、多孔（ポーラス）状の無煙火薬２３の周囲の一部を
残して有煙火薬２４で被覆している。

【００１７】このように、点火玉２１の周囲をポーラス
な無煙火薬２３で被包すると共に、その周囲を有煙火薬
（または他の高火力火薬）２４で被覆した熱風発生体２
は、点火玉２１に通電して点火すると、点火玉２１の周
囲においてポーラスな状態にある無煙火薬２３に確実に
炎が移って無煙火薬２３が一定の速度で燃焼し、それら
の燃焼ガスが熱風発生体２から外部に放出されると同時
に、炎が火力の強い有煙火薬２４に移るので、以下に説
明するガス嚢３の膜材の焼き切りに適した連続した燃焼
状態と十分な火力を得ることが可能になる。

【００１８】一方、図１及び図２に示す燃焼箱１は、そ
の内部に上記熱風発生体２を固定状態で配設し、その熱
風発生体２の火薬の発火、燃焼により発生する高温の燃
焼ガスを気球におけるガス嚢３の穿孔部分に噴出させる
もので、軽量高強度で耐熱性の高い素材からなる箱本体
１１と、発生した高温の燃焼ガスをガス嚢３の穿孔部分
に集中して噴出させるための噴出口１３を形成する偏向
ガイド１２とを備えている。上記燃焼箱１は、その必要
数をガス嚢３における穿孔部分に設け、その燃焼箱１の
噴出口１３を、ガス嚢３を折れ線状または曲線状に焼き
切るように配設して、その焼き切り線により囲まれる浮
揚ガス放出穴をガス嚢３に開設するものであり、図１の
実施例は、二つの燃焼箱１をそれらの噴出口１３がＶ字
状をなすようにガス嚢３上に配置する場合を示してい
る。このような燃焼箱１の配設により、従来のリップ・
パネルの引き裂きによる場合と同様の大きい浮揚ガス放
出穴を特定の部位に限って開設することが可能になる。

【００１９】上記箱本体１１は、熱風発生体２の火薬量
との関連において、熱風発生体２の燃焼により内圧が異
常に高くならないような形状及び内容積と、噴出口１３
の開口面積を持たせたものであり、図示の実施例では、
扁平で噴出口１３側に向かって拡幅する容器状をなし、
その中央の内側寄りに熱風発生体２を固定して、その熱
風発熱体から導出した通電線２２を、シール材１４を通
して外部に導出している。また、上記偏向ガイド１２に
より形成される噴出口１３は、発生した燃焼ガスを焼き
切るべきガス嚢３の膜材上の必要箇所へ略垂直に噴出す
る開口部を有している。この噴出口１３の開口部は、図
示したように直線状に伸びるものであっても、あるい
は、円弧状等の曲線状に伸びるものであってもよい。上
記燃焼箱１は、その箱本体１１の下面に粘着剤１５を塗
着し、それをガス嚢３の膜材に貼着するようにしている
が、他の任意手段で気球の一部に固定することができ
る。

【００２０】上記構成を有する降下開始機構を備えた高
々度滞留気球は、ヘリウム等の浮揚ガスの浮力により高
々度に滞留し、降下を開始するには、上記浮揚ガスの全
部もしくは一部を気球のガス嚢３から放出するが、その
浮揚ガスの放出には、熱風発生体２における点火玉２１
への通電により無煙火薬２３及び有煙火薬２４の発火に
より高温の燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスを燃焼箱
１の噴出口１３からガス嚢３の穿孔部分に集中的に噴出
させる。この直接的なガス嚢３への燃焼ガスの噴出によ
り、効率よく確実にガス嚢３を折れ線状または曲線状に
焼き切り、その焼き切り線により囲まれる大きな浮揚ガ
ス放出穴をガス嚢３に開設することができる。

【００２１】このような手段によれば、−８０℃に及ぶ
低温と１／２０気圧以下の低圧の成層圏でも動作し、頑
健な膜材で出来たガス嚢３に、従来のリップ・パネルの
引き裂きによる場合と同様に、確実に充分大きい浮揚ガ
ス放出用の穴を穿孔することができる。しかも、熱風発
生体２により確実に発火させることができるばかりでな
く、十分な火力を有するものとし、適度な燃焼速度を維
持させて、ガス嚢３に確実に穿孔を行うことができる。
さらに、ガス嚢３上に燃焼箱１を貼着等により設置でき
る空間さえあれば、非常に大きな穿孔のための火力エネ
ルギーを直接集中して噴射できるので、高々度の空域の
低温、低圧環境でも厚い丈夫な膜材からなるガス嚢を確
実に穿孔することが出来る。

【００２２】図５及び図６は、本発明に係る滞留気球用
降下開始機構の一適用例を示すもので、この適用例で
は、高々度気球等が降下開始する場合に、上述した実施
例と同様に、浮力を保持しているヘリウム・ガス嚢を穿
孔し、ヘリウム・ガスを放出するが、それと同時に、降
下にしたがって大気を気球内に吸入して気球形状を保つ
ため、ファン１７の送気通路１８を穿孔により形成する
ための熱風発生体を収容した燃焼箱１を組み込んでい
る。

【００２３】

【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、高々度
気球（または飛行船）の帰還と回収のための降下開始を
確実にするため、安定的に気球のガス嚢に穿孔できるよ
うにした降下開始機構を提供することができ、しかも、
装置がコンパクト、軽量でありながら、非常に大きなガ
ス嚢穿孔のための火力エネルギーを直接ガス嚢に噴射し
て、高々度の空域の低温、低圧環境でも確実にガス嚢を
穿孔することが可能な降下開始機構を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高々度滞留気球用の降下開始機構
の要部の構成を示す平面図である。

【図２】同側断面図である。

【図３】上記降下開始機構において用いる熱風発生体の
平面図である。

【図４】同断面図である。

【図５】上記降下開始機構の使用例を示す要部側断面図
である。

【図６】同要部下面図である。

【図７】従来の気球の浮揚ガス放出法について説明する
ための説明図である。

【図８】従来のケーブル・カッターの構成を示す断面図
である。

【図９】同端面図である。

【符号の説明】

１ 燃焼箱 ２ 熱風発生体 ３ ガス嚢 １３ 噴出口 ２１ 点火玉 ２３ 無煙火薬 ２４ 有煙火薬

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浮揚ガスの浮力により高々度に滞留させる
   気球のガス嚢に、上記浮揚ガスを放出するための穿孔を
   行う降下開始機構であって、 上記気球に付設する耐熱性の燃焼箱内に、火薬の発火に
   より高温の燃焼ガスを発生させる熱風発生体を固定し、
   上記燃焼箱に、燃焼ガスの噴出方向をガス嚢の穿孔部分
   に集中させる噴出口を設けることにより構成した、こと
   を特徴とする高々度滞留気球用降下開始機構。
2. 【請求項２】必要数の燃焼箱の噴出口を、ガス嚢を折れ
   線状または曲線状に焼き切るように配設し、その焼き切
   り線により囲まれる部位のみの浮揚ガス放出穴をガス嚢
   に開設可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の高
   々度滞留気球用降下開始機構。
3. 【請求項３】熱風発生体を、通電により発火する点火玉
   をポーラス状の低火力火薬で被包し、さらにその周囲
   を、一部を残して高火力火薬で被覆することにより構成
   したことを特徴とする請求項１または２に記載の高々度
   滞留気球用降下開始機構。