JP2007162643A - Small-sized thrust generating device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a small thrust generator suitable for disconnecting a device such as a relatively small artificial satellite that navigates space and controlling its attitude.
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。 Space navigation devices such as artificial satellites and spacecraft are released after being launched into space by a rocket. In addition, attached devices may be disconnected from artificial satellites. A thrust generator is used for such separation and posture control after separation. In order to generate thrust in outer space, there are methods of injecting combustion gas obtained by burning liquid or solid fuel using liquid oxygen transported from the ground, or vaporizing and injecting liquid nitrogen or the like. Some small and simple thrust generating devices use explosives or gas generating agents. Patent Document 1 describes a method for heating a solid-state sublimation substance housed in a container and injecting the sublimation gas from a propulsion nozzle by a method for obtaining a thrust of a small artificial satellite or the like.
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。
On the other hand,
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。 Conventional thrust generators for equipment in outer space are large in size and complicated in structure. Many of the small-sized devices cannot obtain sufficient thrust or lack in operation reliability.
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。 An object of the present invention is to provide a thrust generator that eliminates the drawbacks of such a conventional thrust generator, that is small in size and that can provide sufficient thrust and that has high operational reliability.
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。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 has a plasma generating semiconductor bridge in a cylinder, and at least one of the cylinders is closed, and the plasma A small thrust generator in outer space characterized in that a generating semiconductor bridge is connected to a power source.
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。
Similarly, the invention described in
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。
The invention described in
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。
The invention described in
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。
The invention described in
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。
Further, the invention described in
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。
The invention described in claim 7 has a propellant selected from explosives, gas generating agents, combustible liquids, and combustible solids in addition to the plasma generating semiconductor bridge in the cylinder. A small thrust generator in outer space according to
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。
The invention described in claim 8 is characterized in that a sealing lid is fixed to the cylinder on the side opposite to the substrate, and the small thrust generator in outer space according to
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。 According to the ninth aspect of the present invention, a sealing lid is fixed to the cylinder on the side opposite to the substrate, the surface is opposite to the one surface of the substrate, and corresponds to each plasma generating semiconductor bridge. The small thrust generator in outer space according to claim 6 or 7, further comprising an injection nozzle at a position.
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。 The small thrust generator of the present invention is a thrust generator suitable for use in outer space, and can obtain a thrust of μ to mNs depending on conditions. Thereby, it is possible to disconnect a relatively small device such as an artificial satellite that navigates the outer space, correct the navigation posture, and control with high accuracy.
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。 The small thrust generator of the present invention has a simple configuration and can be easily manufactured. As output energy generation sources for generating thrust, plasma, explosives, gas generating agents, flammable liquids, and flammable solid fuels generated from semiconductor electric bridges and output energy corresponding to the application can be selected.
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。
Further, as in the inventions described in
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the small thrust generator of the present invention. The small thrust generator 1 according to this embodiment obtains a thrust by plasma generated from the
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。
When the switching circuit of the small thrust generator 1 existing in the universe is turned on and a voltage is applied from the power source to the
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the small thrust generator of the present invention. The
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。
When the switching circuit of the
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。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the small thrust generator of the present invention. The
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。
On the opposite side of the
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。
When the switching circuit of the
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。
In the
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。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the small thrust generator of the present invention. The
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。
A
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。
When the switching circuit of the
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。
FIG. 5 is a perspective view showing still another embodiment of the small thrust generator of the present invention. The
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。
As shown in the sectional view of FIG. 6, the
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。
When the switching circuit of the
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。
5 and 6, the remaining portion of the
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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the small thrust generator of the present invention. In this embodiment, the
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。
When the switching circuit of this small thrust generator existing in space is turned on and a voltage is applied from the power source to the
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。 1, 3, 4, 6, 9, 10, 11 are thrust generators, 2 is a spacecraft, 5 is a propellant, 12 is a cylinder, 13 is a semiconductor bridge, 14 is a ceramic substrate, 15 is an electrode pin, 17 Is a sleeve, 21 is a printed board, 23 is a printed wiring, 24 is a silicon substrate, 25 is a lid, 26 is a glass substrate, 28 is a lid plate, and 29 is a plastic printed board.
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