JP2003182699A - ロケットとペイロードとのクランプバンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロケットとペイロードの分離時にペイロード
にかかる衝撃力を少なくする。 【解決手段】 上段ロケット２の前端のフランジ２ａと
ペイロード１の後端のフランジ１ａとを全周で包囲し
て、上段ロケット２とペイロード１とを連結するととも
に、上段ロケット２の噴射終了後分離する環状のクラン
プバンド８であって、２個の半円形の部材８ａ、８ｂで
構成され、その内の少なくとも１個８ｂが形状記憶合金
製で、内部に極低温の推進薬の通路９を有していて、推
進薬を流通させると部材８ｂの曲率半径が増大して部材
同士８ａ、８ｂの結合が解除され、上段ロケット２とペ
イロード１とが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】本発明は上段ロケットと人口
衛星などのペイロードとの結合・分離装置に使用するク
ランプバンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気を必要とするジェットエンジンに対
して、真空中で自分の持っている燃料と酸化剤を燃焼さ
せて推進するものをロケットという。ロケットの推進薬
は、燃料と酸化剤から構成されているが、固体（ポリウ
レタン、硝酸アンモンなど）と液体（ヒトラジンなど）
がある。固体は取り扱いに便利、必要なときにすぐ発射
できるなどの利点があるが、一旦点火したらその後の制
御ができないなどの欠点がある。固体ロケットは、大型
ロケットのブースタとして使用することもある。大型ロ
ケットの推進薬は、ほとんどが液体で、最近は液体水素
と液体酸素の組み合わせの液水ロケットが主流になって
いる。

【０００３】図３ないし図５は、ロケットとペイロード
の従来の分離機構の図面であり、図３はロケットとペイ
ロードの側面図、図４は従来のクランプバンドの斜視
図、図５は割れナットの説明図である。図３において、
１は人工衛星などのペイロードである。ペイロード１の
後端にはフランジ１ａが設けられている。２は上段（ま
たは最終段）ロケットである。上段ロケット２の前端に
はフランジ２ａが設けられている。２ｂは推進薬タンク
であり、液体水素タンクと液体酸素タンクが前後に別々
に設けられている。

【０００４】３は一対のフランジ１ａ、７ａまたはフラ
ンジ７ａ、２ａを包囲するクランプバンドであり、７は
スペーサである。クランプバンド３が２個並んで設けら
れているのは、もし一方の火薬が着火しなくても、もう
１つの方が着火すれば外れるような工夫であり、冗長系
（リダンダンシィ）として採用されている。しかし、信
頼性が高い場合は、クランプバンド３は１個でもよく、
その場合はスペーサ７は不要である。

【０００５】クランプバンド３は、２個の半円形の部材
３ａからなり、各部材３ａは両端にフランジ部３ｄを有
しており、フランジ部３ｄにはボルト孔３ｃが穿設され
ている。部材３ａの内側にはＵ字状の溝３ｂが設けられ
ていて、その溝３ｂ内にフランジ１ａ、７ａまたはフラ
ンジ７ａ、２ａを収容して、ペイロード１とロケット２
を連結している。４はナット、５はボルトであり、この
ボルト・ナット５、４により、一対の部材３ａ、３ａを
締結している。ナット４は図５に示すように割れナット
である。

【０００６】以下、図５について説明する。ナット４は
中心線を通る放射状の平面によって４個ないし６個に分
割されており、各分割片はホルダ６によって支持されて
いる。ホルダ６は火薬室６ｅとピストン６ｃを収容する
ケーシング６ｄとケーシング６ｄとから支持されるリン
グ６ｂと先端にナット４の各分割片が固着された２本な
いし３本のＵ字状に形成された板ばね６ａとからなる。
板ばね６ａは花の蕾状にナット４の各分割片を狭窄する
方向に付勢するとともに、板ばね６ａの底部中心はピス
トン６ｃをケーシング６ｄに押し付けている。６ｆは火
薬室６ｅの火薬に点火する点火栓である。

【０００７】点火栓６ｆに通電して火薬に点火すると、
ピストン６ｃは矢印６gの方向にケーシング６ｄから飛
び出し、リング６bとピストン６ｃにより板ばね６ａの
底部は上方に向かって凸状に変形し、板ばね６ａの先端
は花びらが開くように矢印６ｈ方向に拡がり、ナット４
の各分割片はボルト５から離れる。したがって、一対の
部材３ａ、３ａのボルト・ナット５、４による締結は解
除され、クランプバンド３は分離して、ペイロード１と
上段ロケット２とが分離する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ペイロード１
と上段ロケット２との分離が、以上述べたように火工品
により行われると、作動時に数千Ｇの高い衝撃が発生す
るため、人工衛星などのペイロードに高い耐衝撃性が求
められ、構造重量が嵩む原因となっている。

【０００９】本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み
案出されたもので、ペイロード１と上段ロケット２の分
離機構に火工品を使用せず、クランプバンドに形状記憶
性合金を使用して、その変形を利用して分離を行うよう
にし、ペイロードの重量の軽減を図ることができるロケ
ットとペイロードのクランプバンドを提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のロケットとペイロードのクランプバンド
は、上段ロケットの前端のフランジとペイロードの後端
のフランジとを全周で包囲して、上段ロケットとペイロ
ードとを連結するとともに、上段ロケットの噴射終了後
分離する環状のクランプバンドであって、２個の半円形
の部材で構成され、その内の少なくとも１個が形状記憶
合金製で、内部に極低温の推進薬の通路を有していて、
推進薬を流通させると部材の曲率半径が増大して部材同
士の結合が解除され、上段ロケットとペイロードとが分
離するようになっているものである。

【００１１】半円形の部材は、一端が凸形に、他端が凹
形に形成されていて、凹凸を組み合わせて環状を形成す
るようになっているのが好ましい。

【００１２】上段ロケット前端のフランジとペイロード
後端のフランジとの間にスペーサが設けられ、クランプ
バンドは２個並列に設けられていれば信頼性が向上す
る。

【００１３】次に本発明のロケットとペイロードのクラ
ンプバンドの作用を説明する。内側にＵ字状の溝を有
し、両端に締結部を有する２個の半円形の部材を組み合
わせて環状に形成し、上段ロケットの前端のフランジと
ペイロードの後端のフランジの周縁部を包囲して、上段
ロケットとペイロードとを連結する。２個の半円形の部
材の内の少なくとも１個は形状記憶合金製であり、内部
に極低温の推進薬の流通可能な通路が形成されている。
形状記憶合金製の部材は、常温では半円形であり、極低
温に冷却すると曲率半径が大きくなるように作られてい
る。したがって、通路に極低温の推進薬を流すと冷却さ
れて曲率半径が大きくなり、締結部の締結が解除され、
クランプバンドはばらばらになり、上段ロケットとペイ
ロードとは分離する。

【００１４】このように、本発明のクランプバンドは、
従来のように火工品を使用しないので、ペイロードに大
きな衝撃が発生しない。したがって、人工衛星などのペ
イロードに大きな耐衝撃性を付与する必要がなく、重量
低減が可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１実施形態につい
て図面を参照しつつ説明する。図１に本発明のロケット
とペイロードのクランプバンドの平面図である。図２は
クランプバンドの一方の部材の斜視図である。これらの
図において、８はクランプバンドである。クランプバン
ド８は内側にＵ字状の溝８ｃを有していて、上段ロケッ
ト２の前端のフランジ２ａとペイロード１の後端のフラ
ンジ１ａの周縁部を全周で包囲して、上段ロケット２と
ペイロード１とを連結するとともに、上段ロケットの噴
射終了後分離する働きをする環状の部品である。なお、
冗長系として、クランプバンド８を２個設ける場合に
は、ペイロード１のフランジ１ａと上段ロケットのフラ
ンジ２ａとの間にスペーサ７を介在させればよい。クラ
ンプバンド８は２個の半円形状の部材８ａ、８ｂで構成
されている。半円形状の部材８ａ、８ｂの一端には内側
に開いた凹部が形成された締結部８ｄが設けられ、他端
には外方に向かって突出した凸部が形成された締結部８
ｅが設けられていて、凸部を凹部に挿入して部材８ａと
部材８bとが締結する。部材８ａは通常の金属製であ
り、部材８bは形状記憶合金製で、内部に極低温の推進
薬が流通する通路９を有している。形状記憶合金は、任
意の形状をあらかじめ記憶させておくと、低温相または
高温相で変形を加えても、加熱または冷却して高温相ま
たは低温相にすると変形前の元の形状に戻る性質がある
合金であり、低温相と高温相では金属の組織が異なって
いる。形状記憶合金には、たとえば、ニッケル・チタン
合金、銅・亜鉛・アルミ合金などがあり、適用する温度
範囲によって適当なものを選べばよい。

【００１６】通路９には推進薬の入口９aと出口９ｂが
あり、入口９aには推進薬の配管が接続されている。推
進薬は、液体水素（温度２０Ｋ）と液体酸素（温度９０
Ｋ）であり、それぞれ別々に上段ロケット２内の２個の
推進薬タンク２ｂ、２ｂ内に収容されている。推進薬タ
ンク２ｂ、２ｂと通路９の入口９aとの間は、配管１０
によって接続されていて、途中に液体水素の遮断弁１０
aと液体酸素の遮断弁１０bが設けられている。

【００１７】次に本実施形態の作用を説明する。クラン
プバンド８は、内側にＵ字状の溝８ｃを有し、両端に締
結部８ｄ、８ｅを有する２個の半円形の部材８ａ、８ｂ
を組み合わせて環状に形成し、上段ロケット２の前端の
フランジ２ａとペイロード１の後端のフランジ１ａの周
縁部を包囲して、上段ロケット２とペイロード１とを連
結する。半円形の部材８ｂは形状記憶合金製であり、内
部に極低温の推進薬の流通可能な通路９が形成されてい
る。形状記憶合金製の部材は、通常では半円形であり、
極低温に冷却すると曲率半径が大きくなるように作られ
ている。したがって、通路に極低温の推進薬を流すと冷
却されて曲率半径が大きくなり、締結部８ｄ、８ｅの締
結が、図１の点線で示すように解除され、クランプバン
ド８はばらばらになり、上段ロケット２とペイロード１
とは分離する。なお、上段ロケット２の噴射終了時には
推進薬の液体水素または液体酸素のいずれか一方は必ず
残っているので、残っている方の推進薬の遮断弁１０ａ
または１０bを開いて、通路９内に極低温の推進薬を流
通させる。また、凹部および凸部の一方の辺は図に示す
ように斜めに形成されているので、部材８ｂが変形した
ときに容易に分離する。

【００１８】このように、本発明のクランプバンド８
は、従来のように火工品を使用しないので、ペイロード
１に大きな衝撃が発生しない。したがって、人工衛星な
どのペイロード１に大きな耐衝撃性を付与する必要がな
く、重量低減が可能になる。

【００１９】本発明は以上述べた実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。たとえば、クランプバンドの一方が形
状記憶合金製であるとして説明したが、両方が形状記憶
合金製であってもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のロケットと
ペイロードとのクランプバンドは、従来のように火工品
を使用しないので、ペイロードに大きな衝撃が発生しな
い。したがって、人工衛星などのペイロードに大きな耐
衝撃性を付与する必要がなく、重量低減が可能になるな
どの大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロケットとペイロードとのクランプバ
ンドの平面図である。

【図２】クランプバンドの一方の部材の斜視図である。

【図３】従来のクランプバンドの側面図である。

【図４】従来のクランプバンドの斜視図である。

【図５】割れナットの説明図である。

【符号の説明】

１ ペイロード １ａ ペイロード後端のフランジ ２ 上段ロケット ２ａ 上段ロケット前端のフランジ ８ クランプバンド ９ 推進薬の通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上段ロケットの前端のフランジとペイロ
   ードの後端のフランジとを全周で包囲して、上段ロケッ
   トとペイロードとを連結するとともに、上段ロケットの
   噴射終了後分離する環状のクランプバンドであって、２
   個の半円形の部材で構成され、その内の少なくとも１個
   が形状記憶合金製で、内部に極低温の推進薬の通路を有
   していて、推進薬を流通させると部材の曲率半径が増大
   して部材同士の結合が解除され、上段ロケットとペイロ
   ードとが分離するようになっていることを特徴とするロ
   ケットとペイロードとのクランプバンド。
2. 【請求項２】 上記半円形の部材は、一端が凸形に、他
   端が凹形に形成されていて、凹凸を組み合わせて環状を
   形成するようになっている請求項１記載のロケットとペ
   イロードとのクランプバンド。
3. 【請求項３】 上段ロケット前端のフランジとペイロー
   ド後端のフランジとの間にスペーサが設けられ、クラン
   プバンドは２個並列に設けられている請求項１または請
   求項２記載のクランプバンド。