JP2002068099A - ロケットの推進方法及び推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量化を実現しつつ効率の良い推進を実現す
ることができるロケットの推進方法及び推進装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 燃料を用いて推力を発生させる推力発生
部６を備えたロケットＲの推進装置Ｓは、燃料を収容す
る複数のタンク１〜４と、これらタンクを支持するタン
ク支持部５と、複数のタンクのそれぞれから推力発生部
６に燃料を供給可能な燃料供給装置７と、複数のタンク
のうち、第１、第３タンク１、３から推力発生部に燃料
を供給するよう燃料供給部７を調整する切替装置８と、
タンクをタンク支持部５から分離可能な分離装置９とを
備えている。分離装置９は、推力発生部６に燃料を供給
することにより収容する燃料の量が所定値以下になった
第１、第３タンク１、３をタンク支持部５から分離する
ようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロケットの推進方
法及び推進装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人工衛星の打ち上げ用ロケットには、図
４に示すような２段型ロケットが用いられる。このロケ
ットＲは、１段推進系（１段推進装置）４１と、２段推
進系（２段推進装置）４２と、搭載した人工衛星を内側
に収容するフェアリング４３とを備えている。そして、
ロケットＲによって人工衛星を打ち上げる際には、ま
ず、このロケットＲを地上から１段推進系４１の推力に
よって打ち上げる。そして、１段推進系４１による推進
が終わったら、この１段推進系４１を２段推進系４２か
ら切り離し、２段推進系４２の推力によって推進させ
る。そして、目的の高度に達したら、フェアリング４３
を切り離し、人工衛星を軌道上に投入する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
て、２段推進装置４２には、推薬を収容するタンクと、
酸化剤を収容するタンクとがそれぞれ１つずつ設けられ
ているが、これらのタンクは燃焼終了まで２段推進装置
本体（２段ステージ）に固定されている構成である。し
たがって、２段推進装置本体は燃焼終了までタンクを保
持することになる。この場合、推進効率を向上させるた
め、可能な限り推進装置全体の重量を軽量化することが
好ましい。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、推進装置全体の軽量化を実現しつつ効
率の良い推進を実現することができるロケットの推進方
法及び推進装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のロケットの推進方法は、ロケット本体に設
けられた燃料を収容する複数のタンクのうち、所定のタ
ンクに収容された燃料を用いて推力を発生させた後、該
タンクを前記ロケット本体から分離し、次いで、他のタ
ンクに収容された燃料を用いて前記推力を発生させるこ
とを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、燃料を複数のタンクに分
けて収容し、所定のタンクに収容された燃料を用いて推
力を発生させた後、このタンクをロケット本体から分離
し、次いで、他のタンク収容された燃料を用いて推力を
発生させるようにしたので、先に使用した所定のタンク
を分離した分、推進装置全体の重量を軽量化することが
できる。したがって、効率良く推力を得ることができ
る。

【０００７】このとき、前記所定のタンク内の燃料が空
になった時など所定量以下になった時点で前記分離動作
を行うことにより、複数のタンク内のそれぞれの燃料を
使用する際、１回の切替動作で無駄なく燃料を使用する
ことができる。したがって、効率良い推進を実現するこ
とができる。

【０００８】このようなロケットの推進方法は、燃料を
用いて推力を発生させる推力発生部を備えたロケットの
推進装置において、前記燃料を収容する複数のタンク
と、前記複数のタンクを支持するタンク支持部と、前記
複数のタンクのそれぞれから前記推力発生部に前記燃料
を供給可能な燃料供給装置と、前記複数のタンクのう
ち、所定のタンクから前記推力発生部に前記燃料を供給
するように前記燃料供給装置を調整する切替装置と、前
記タンクを前記タンク支持部から分離可能な分離装置
と、を備えることを特徴とする分離装置によって行うこ
とができる。

【０００９】前記タンク支持部は、前記それぞれのタン
クの一端を支持する一端支持部と、他端を支持する他端
支持部とを備え、前記複数のタンクを前記推力発生部に
よる推進方向に沿って並列に支持するとともに、前記分
離装置は、前記一端支持部及び他端支持部にそれぞれ設
けられており、前記他端支持部は、前記推力発生部に隣
接して設けられているとともに、前記それぞれのタンク
と回動部を介して連結されており、前記他端支持部の径
は、前記推力発生部の径より大きく設定され、前記分離
装置は、前記タンクを分離する際、前記一端支持部側か
ら分離するので、一端支持部との支持が解かれたタンク
は、他端の回動部に支持されながら倒れるように回動す
る。このとき、推力発生部に隣接して設けられた他端支
持部は、推力発生部の径より大きい径を有するように設
定されているので、タンクが回動した際、タンクと推力
発生部との干渉（接触や衝突など）を防止することがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のロケットの推進方
法及び推進装置を図面を参照しながら説明する。図１は
本発明のロケットの推進装置Ｓの一実施形態を説明する
ための概略構成図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線
矢視断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図で
ある。ここで、本実施形態において説明する推進装置Ｓ
は、図４に示したロケットＲの２段推進装置４２であ
る。

【００１１】図１、図２において、推進装置Ｓは、第１
の燃料（ＬＯＸ、酸化剤）を収容する第１タンク１及び
第２タンク２と、第２の燃料（ＬＮＧ、推薬）を収容す
る第３タンク３及び第４タンク４と、これらのタンク１
〜４を支持するタンク支持部５と、これらタンク１〜４
に収容された燃料を用いて推力を発生させる推力発生部
（エンジンノズル）６と、それぞれのタンク１〜４内の
燃料をエンジンノズル６に供給可能な燃料供給装置７
と、複数のタンク１〜４のうち、任意のタンクからエン
ジンノズル６に対して燃料を供給するよう燃料供給装置
７を調整する切替装置８とを備えている。

【００１２】それぞれのタンク１〜４は正面視長円形状
に設けられており、各タンクの長手方向とエンジンノズ
ル６による推進方向（図１中、矢印ｙ）とが沿うように
それぞれ並列に設けられている。このとき、推進装置Ｓ
全体の軸線方向と推進方向とは一致している。

【００１３】タンク支持部５は、４つのタンク１〜４を
それぞれ支持するものであって、それぞれのタンクの一
端（上端）を支持する上端支持部５ａと、他端（下端）
を支持する下端支持部５ｂと、タンクの胴部を支持する
フレーム部５ｃとを備えている。

【００１４】下端支持部５ｂは、回動部（ヒンジ部）５
ｄを介して各タンクに連結されている。また、下端支持
部５ｂの径は、エンジンノズル６の径より大きく設定さ
れている。ヒンジ部５ｄは、各タンクの外側（推進装置
Ｓの径方向外側）と下端支持部５ｂの径方向外側とを連
結している。

【００１５】上端支持部５ａは、リング状に形成されタ
ンク上端を拘束するベルト部材を備えており、これによ
って各タンクが推進装置Ｓの径方向に分離するのを規制
している。

【００１６】図１、図２（ｂ）に示すように、それぞれ
のタンクの下端側には、各種配管及び配線（以下、「配
管」と称する）を備えた燃料供給装置７が設けられてい
る。そして、各タンクに収容されている燃料は、この燃
料供給装置７によりタンクの下端側に設けられたエンジ
ンノズル６に供給され、燃料を供給されたエンジンノズ
ル６は推力を発生するようになっている。それぞれのタ
ンクと燃料供給装置７（配管）とは、これらを任意のタ
イミングで分離可能な継手によって接続されている。

【００１７】燃料供給装置７には、複数設けられたタン
クのうち、所定のタンクからエンジンノズル６に燃料を
供給するよう調整する切替装置８が設けられている。こ
の切替装置８は、燃料供給装置７の配管に設けられたバ
ルブ等によって構成されており、不図示の制御装置の指
示に基づいて切り替えられるようになっている。

【００１８】タンク支持部５には、それぞれのタンクを
このタンク支持部５から分離可能な分離装置９が設けら
れている。この分離装置９は、上端支持部５ａ側に設け
られた上端分離装置と、下端支持部５ｂ側に設けられた
下端分離装置とを備えている。これら分離装置９は結合
部品とスプリングとによって構成されており、はじめに
結合部品を分離し、その後、スプリングを解放すること
により、タンク支持部５とタンクとが分離されるように
なっている。なお、スプリングのかわりにレトロモータ
を用いてもよい。

【００１９】以上説明したような構成を備えるロケット
の推進装置によって、ロケットを推進する方法について
図３を参照しながら説明する。人工衛星を搭載したロケ
ットＲは、１段推進系によって地上から発射される。そ
して、１段推進系による推進が終わったら、この１段推
進系は２段推進系（推進装置Ｓ）から切り離される。

【００２０】図３（ａ）に示すように、１段推進系が切
り離されたロケットは、推進装置Ｓ（２段推進系）によ
って推進される。切替装置８は、複数のタンクのうち、
第１の燃料（ＬＯＸ）を収容している第１タンク１及び
第２の燃料（ＬＮＧ）を収容している第３タンク３から
エンジンノズル６に対して燃料を供給するように燃料供
給装置７を調整する。このとき、もう１つの第２タンク
２及び第４タンク４からはエンジンノズル６に対して燃
料は供給されない。

【００２１】エンジンノズル６は、第１タンク１及び第
３タンク３から供給された燃料を用いて推力を発生させ
る。エンジンノズル６に燃料を供給することにより、第
１タンク１及び第３タンク３に収容されている燃料は減
少する。

【００２２】第１タンク１及び第３タンク３内の燃料が
予め設定されている所定値以下に達したら、図３（ｂ）
に示すように、これら第１タンク１及び第３タンク３を
タンク支持部５から分離する準備を行う。すなわち、切
替装置８によって、エンジンノズル６に対する燃料の供
給を第１タンク１及び第３タンク３から第２タンク２及
び第４タンク４に行わせるように燃料供給装置７を調整
する。次いで、この第１タンク１及び第３タンク３に接
続されている燃料供給装置７の配管と、これらタンク
１、３とを分離する。さらに、下端支持部５ｂ以外の、
上端支持部５ａをはじめとする第１タンク１及び第３タ
ンク３に対する各支持部の支持を解く。なお、このと
き、第２タンク２及び第４タンク４はタンク支持部５に
対して支持されている。

【００２３】第１タンク１及び第３タンク３を分離する
準備ができたら、図３（ｃ）に示すように、はじめに、
上端支持部５ａ側に設けられた上端分離装置９ａを駆動
する。上端分離装置９ａは、第１タンク１及び第３タン
ク３の上端を推進装置Ｓの径方向外側に押し出す。この
とき、それぞれのタンク１、３の下端はヒンジ部５ｄを
介して下端支持部５ｂに連結されているので、第１タン
ク１及び第３タンク３は、下端を回転中心として推進装
置Ｓの径方向外側に倒れるように回転する。

【００２４】このとき、下端支持部５ｂの径はエンジン
ノズル６の径より大きく設定されているとともに、ヒン
ジ部５ｄは、タンクの下端のうち推進装置Ｓの径方向外
側と下端支持部５ｂの径方向外側とを連結しているの
で、タンクが倒れるように回転した際、このタンクとエ
ンジンノズル６とは干渉（接触）しない。

【００２５】そして、図３（ｄ）に示すように、上端分
離装置９ａによって第１タンク１及び第３タンク３を、
その長手方向が推進装置Ｓの軸線に対してほぼ垂直にな
るまで回動させたら、下端支持部５ｂ側に設けられてい
る下端分離装置９ｂを駆動する。下端分離装置９ｂは、
このタンクを推進装置Ｓの径方向外方に移動させる。こ
うして、使用済みの第１タンク１及び第３タンク３は推
進装置Ｓ本体から分離される。

【００２６】第１タンク１及び第３タンク３が分離され
た推進装置Ｓは、残った第２タンク２及び第４タンク４
内に収容されている燃料を用いて推力を発生する。そし
て、目標高度に達したら、ロケットから人工衛星を軌道
上に投入する。

【００２７】以上説明したように、燃料を複数（４つ）
のタンクに分けて収容するとともにそれぞれのタンクを
タンク支持部５に対して分離可能に設け、第１タンク１
及び第３タンク３に収容された燃料を用いて推力を発生
させた後、この第１タンク１及び第３タンク３をタンク
支持部５から分離し、第２タンク２及び第４タンク４に
収容された燃料を用いて推力を発生させるようにしたの
で、先に使用した第１タンク１及び第３タンク３を分離
した分、第２タンク２及び第４タンク４の燃料を用いて
推力を発生させる際、推進装置Ｓ全体の重量を抑えるこ
とができる。したがって、推進効率が向上する。

【００２８】タンク支持部５は、それぞれのタンクの上
端を支持する上端支持部５ａと、下端を支持する下端支
持部５ｂとを備えており、推進装置Ｓの推進方向（推進
装置Ｓの軸線方向）とタンクの長手方向とが沿うよう
に、且つそれぞれのタンクを並列に支持している。そし
て、それぞれのタンクの下端と下端支持部５ｂとはヒン
ジ部５ｄを介して連結されているので、上端分離装置９
ａによりタンクの上端を推進装置Ｓの径方向外側に押し
出すように分離することにより、タンクはヒンジ部５ｄ
に支持されながら回動する。このとき、下端支持部５ｂ
の径はエンジンノズル６の径より大きく設定されている
ので、タンクが回動した際、タンクとエンジンノズル６
との干渉（接触や衝突など）を防止することができる。
したがって、安定且つ安全なタンクの分離動作を行うこ
とができる。

【００２９】なお、第１タンク１及び第３タンク３の分
離動作は、タンク内の燃料が所定値以下になった時点で
行われる。すなわち、タンク内の燃料が空になった時点
で行ってもよいし、燃料が残っている時点で行ってもよ
い。同様に、切替装置８による切替のタイミングも、任
意に設定することができる。なお、タンク内が空になっ
てから分離動作を行うことにより、複数のタンク内のそ
れぞれの燃料を使用する際、１回の切替動作で無駄なく
燃料を使用することができる。したがって、効率良い推
進を実現することができる。

【００３０】本実施形態においては、下端分離装置９ｂ
の駆動は、タンクが所定量倒れた時点（タンクの長手方
向が推進装置Ｓの軸線に対して垂直になった時点）で行
うように説明したが、上端分離装置９ａを駆動してから
予め設定しておいた時間後に下端分離装置９ｂを駆動さ
せる。この際、上端分離装置９ａの出力に基づいて所定
時間後におけるタンクの回動量を予め求めておくことに
より、タンクを所定量（所定角度）倒した後に分離動作
を行うことができる。

【００３１】本実施形態においてはタンクの数は４つで
あるが、もちろん、任意の複数のタンクを備えた構成と
することができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のロケットの推進方法及び推進装
置によれば、燃料を複数のタンクに分けて収容し、所定
のタンクに収容された燃料を用いて推力を発生させた
後、このタンクをロケット本体から分離し、次いで、他
のタンク収容された燃料を用いて推力を発生させるよう
にしたので、先に使用した所定のタンクを分離した分、
推進装置全体の重量を軽量化することができる。したが
って、効率良く推力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロケットの推進装置の一実施形態を説
明するための構成図である。

【図２】図１の矢視断面図であって、図２（ａ）は図１
のＡ−Ａ線矢視断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−
Ｂ線矢視断面図である。

【図３】本発明のロケットの推進方法の一実施形態を説
明するための図である。

【図４】本発明の推進装置が搭載された２段式ロケット
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 第１タンク ２ 第２タンク ３ 第３タンク ４ 第４タンク ５ タンク支持部 ５ａ 上端支持部 ５ｂ 下端支持部 ５ｃ フレーム部 ５ｄ ヒンジ部（回動部） ６ エンジンノズル（推力発生部） ７ 燃料供給装置 ８ 切替装置 ９ 分離装置 ９ａ 上端分離装置 ９ｂ 下端分離装置 Ｒ ロケット Ｓ 推進装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロケット本体に設けられた燃料を収容す
   る複数のタンクのうち、所定のタンクに収容された燃料
   を用いて推力を発生させた後、該タンクを前記ロケット
   本体から分離し、次いで、他のタンクに収容された燃料
   を用いて前記推力を発生させることを特徴とするロケッ
   トの推進方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のロケットの推進方法に
   おいて、 前記所定のタンク内の燃料が所定量以下になった時点
   で、前記分離動作を行うことを特徴とするロケットの推
   進方法。
3. 【請求項３】 燃料を用いて推力を発生させる推力発生
   部を備えたロケットの推進装置において、 前記燃料を収容する複数のタンクと、 前記複数のタンクを支持するタンク支持部と、 前記複数のタンクのそれぞれから前記推力発生部に前記
   燃料を供給可能な燃料供給装置と、 前記複数のタンクのうち、所定のタンクから前記推力発
   生部に前記燃料を供給するように前記燃料供給装置を調
   整する切替装置と、 前記タンクを前記タンク支持部から分離可能な分離装置
   と、を備えることを特徴とする推進装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のロケットの推進装置に
   おいて、 前記タンク支持部は、前記それぞれのタンクの一端を支
   持する一端支持部と、他端を支持する他端支持部とを備
   え、前記複数のタンクを前記推力発生部による推進方向
   に沿って並列に支持するとともに、 前記分離装置は、前記一端支持部及び他端支持部にそれ
   ぞれ設けられており、 前記他端支持部は、前記推力発生部に隣接して設けられ
   ているとともに、前記それぞれのタンクと回動部を介し
   て連結されており、 前記他端支持部の径は、前記推力発生部の径より大きく
   設定され、 前記分離装置は、前記タンクを分離する際、前記一端支
   持部側から分離することを特徴とするロケットの推進装
   置。