JP2018114932A - スペースデブリ捕獲装置及びスペースデブリ除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペースデブリ除去機能を有する装置をスペースデブリに取り付けるために銛をスペースデブリに打ち込む際に必要な力や、銛を打ち込む際に発生する反力を小さく抑える。
【解決手段】デブリＸの表面Ｙに打ち込む銛４１′に、大径の第１銛部４３とその収容部４３ｂに収容した細径の第２銛部４４とを設け、表面ＹのリブＺで補強されていない部分に銛４１′が打ち込まれた場合は、銛４１′の全体が表面Ｙを突き抜けて裏側に係止されるようにした。また、表面ＹのリブＺで補強された部分に銛４１′が衝突した場合は、表面Ｙを既に突き破っている第２銛部４４を、表面Ｙで止まった第１銛部４３の収容部４３ｂから慣性により飛び出させ、表面Ｙを突き抜けさせて裏側に係止させるようにした。あるいは、デブリＸに打ち込まれた第２銛部４４が表面Ｙとの摩擦や金属結合、あるいは機械的係止によりデブリＸに連結されるようにした。
【選択図】図１２

Description

本発明は、地球周回軌道上を周回している比較的大型の使用済みの衛星やロケット等のスペースデブリの除去に適したスペースデブリ除去装置に関する。

現在、軌道上には、軍事衛星、通信衛星、科学衛星、観測衛星、航行衛星等、種々の目的の人工衛星が周回している。これらの人工衛星は、故障して機能しなくなったり、役目を終えて寿命に達したりした場合には、そのまま軌道上に放置され、スペースデブリ（宇宙ごみ）となることが多い。また、人工衛星等の打ち上げに使用したロケット等の残骸もスペースデブリとして軌道上に放置されている。

現在、軌道上を周回しているスペースデブリは、数千個以上にも及び、自然衝突により個数が増加する自己増殖の段階に突入している。このスペースデブリの自己増殖を停止させるには、最低でも年間５個程度のスペースデブリを除去する必要がある。スペースデブリは、地球の引力に引き寄せられて、いずれ落下消滅することとなるが、自然落下には長い年月を要し、効率的ではない。そこで、スペースデブリを積極的に除去する方法として、減速装置をスペースデブリに取り付ける方法が既に提案されている。

また、本出願人も、減速装置をスペースデブリに取り付ける方法として、スペースデブリ除去装置から発射した銛をスペースデブリに打ち込むこと（例えば、特許文献１参照）等を既に提案している。

このスペースデブリに銛を打ち込むスペースデブリ除去方法では、スペースデブリにトラス構造の梁等によって補強された部分が存在することを考慮して、スペースデブリ除去装置から複数の銛をスペースデブリに打ち込み、補強されていない部分に打ち込まれた銛によって減速装置をスペースデブリに取り付けるようにしている。

国際公開第２０１３／０６５７９５号

補強された部分でも貫通できるように銛を打ち込むには、通常の数倍〜数十倍ものエネルギーが必要となり、その反力に耐えるためにスペースデブリ除去装置を大型化する必要がある。これに対し、上述した複数の銛をスペースデブリに打ち込む除去方法ならば、各銛を通常のエネルギーで発射すればよいので、除去装置の大型化を避けることができる。

とはいえ、銛を発射するための構成を銛の数だけ設ける必要があることから、スペースデブリ除去装置がそれ相応に大型化することは避けられない。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、スペースデブリ除去機能を有する装置をスペースデブリに取り付けるために銛をスペースデブリに打ち込む際に必要な力や、銛を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができるスペースデブリ捕獲装置と、このスペースデブリ捕獲装置を用いて好適なスペースデブリ除去装置とを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様によるスペースデブリ捕獲装置は、
本体部から除去対象のスペースデブリであるターゲットデブリに向けて打ち込まれる銛を備えており、
前記銛は、大径の第１銛部と、該第１銛部の前記ターゲットデブリへの打ち込み方向における先端面から突出する小径の第２銛部とを有している。

本発明の第１の態様によるスペースデブリ捕獲装置によれば、ターゲットデブリに向けて銛が打ち込まれると、その際に銛に付与された力が第１銛部及び第２銛部に、それぞれの質量に応じた割合で加わる。そして、ターゲットデブリには、第１銛部の先端面が衝突するよりも先に、第１銛部の先端面から突出した第２銛部が衝突する。

第２銛部の先端部がターゲットデブリに衝突する際には、銛に付与されて第２銛部に加わった力が先端部にかかると共に、銛に付与されてターゲットデブリに衝突していない第１銛部に加わった力が、第２銛部の先端部にかかる。

つまり、銛に付与された力は、第１銛部よりも小径の第２銛部の先端部に全てかかる。この力により第２銛部の先端部は、ターゲットデブリの例えば肉厚な材料の使用や補強部材による補強等によって他の部分よりも強度が増した部分に衝突しても、ターゲットデブリに打ち込まれ易くなる。

したがって、少なくとも第２銛部がターゲットデブリに打ち込まれるのに必要な力を銛に付与すれば、ターゲットデブリと打ち込まれた第２銛部とを摩擦力や金属結合力、あるいは、両者の機械的な係合（係止）により連結させることができる。

このため、強度が高い部分に銛が打ち込まれる可能性があっても、銛を打ち込む際に付与する力を小さく抑えることができ、よって、スペースデブリにスペースデブリ除去機能を有する装置を取り付けるために銛をスペースデブリに打ち込む際に必要な力や、銛を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができる。

また、本発明の第２の態様によるスペースデブリ捕獲装置は、本発明の第１の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、前記第２銛部は、前記銛を前記ターゲットデブリに打ち込んだ状態で前記第１銛部が前記ターゲットデブリの外側に配置される場合に、摩擦力、金属結合力及び機械的係止力のうち少なくとも一つにより前記ターゲットデブリと連結される。

本発明の第２の態様によるスペースデブリ捕獲装置によれば、本発明の第１の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、例えば、第１銛部の先端面がターゲットデブリの他の部分よりも強度が増した部分に衝突し、先端面にかかる力ではターゲットデブリを突き抜けられない場合は、第２銛部がターゲットデブリに打ち込まれ、第１銛部は、先端面がターゲットデブリに衝突してターゲットデブリの外側に配置された状態となる。

このとき、摩擦力、金属結合力及び機械的係止力のうち少なくとも一つの力によって第２銛部がターゲットデブリと連結されるので、打ち込んだ銛をターゲットデブリに容易に連結させることができる。

さらに、本発明の第３の態様によるスペースデブリ捕獲装置は、本発明の第１又は第２の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、前記第１銛部は、前記先端面に開口した収容部を有しており、前記第２銛部は、前記第１銛部の前記収容部に収容されて前記先端面から先端部が突出していて、前記収容部から前記第１銛部の外側への飛び出しを許容する寸法の紐によって前記第１銛部と接続されており、前記ターゲットデブリに対する前記第１銛部の前記先端面の衝突の際に前記第２銛部の前記先端部が前記ターゲットデブリに打ち込まれる。

本発明の第３の態様によるスペースデブリ捕獲装置によれば、本発明の第１又は第２の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、第２銛部がターゲットデブリに打ち込まれた後、第１銛部の先端面がターゲットデブリに衝突すると、銛に付与された力のうち第１銛部に加わって消費されずに残っている残力は第１銛部の先端面にかかるようになり、第２銛部には、銛に付与された力のうち第２銛部に加わって消費されずに残っている残力だけがかかる。

ここで、例えば、第１銛部の先端面がターゲットデブリの他の部分よりも強度が増した部分に衝突し、先端面にかかる力ではターゲットデブリを突き抜けられない場合は、第１銛部の先端面はターゲットデブリに衝突して止まるが、第２銛部は慣性力によりそのまま第１銛部の収容部から飛び出そうとする。

このとき、銛に付与された力のうちターゲットデブリに衝突した第１銛部に加わって消費されずに残っている残力は第２銛部にかからず、銛に付与された力のうち第２銛部に加わって消費されずに残っている残力だけが第２銛部にかかる。このため、第１銛部の収容部から飛び出そうとする第２銛部は、残力不足でターゲットデブリを突き抜けられない可能性があり、あるいは、例えば第１銛部よりも小径であるため、第２銛部の残力だけでもターゲットデブリを突き抜けられる可能性もある。

そして、第２銛部が第１銛部の収容部から飛び出してターゲットデブリを突き抜けると、ターゲットデブリの裏側でターゲットデブリに第２銛部が係止され、係止相手のターゲットデブリに、紐、第１銛部及び本体部を介して、スペースデブリ除去機能を有する装置が接続される。

一方、第２銛部が残力不足でターゲットデブリを突き抜けられない場合は、第２銛部がターゲットデブリに打ち込まれて止まった位置で銛が止まる。この場合は、ターゲットデブリに打ち込まれた第２銛部とターゲットデブリとが例えば摩擦力で機械的に連結される。あるいは、第２銛部とターゲットデブリとが例えば宇宙空間において酸化被膜を介さずに直接接触し、両者が金属結合して強固に連結される。したがって、第２銛部がターゲットデブリと連結され、この第２銛部を介して連結先のターゲットデブリに、紐、第１銛部及び本体部を介して、スペースデブリ除去機能を有する装置が接続される。

なお、第１銛部及び第２銛部がターゲットデブリを突き抜けた場合は、ターゲットデブリの裏側でターゲットデブリに銛が係止され、係止相手のターゲットデブリに、本体部を介してスペースデブリ除去機能を有する装置が接続される。

したがって、少なくとも第２銛部がターゲットデブリに打ち込まれるのに必要な力を銛に付与すれば、ターゲットデブリと打ち込まれた第２銛部とを摩擦力や金属結合力により連結させ、あるいは、ターゲットデブリを突き抜けた第２銛部又は銛全体をターゲットデブリに係止させることができる。

このため、ターゲットデブリの強度が高い部分に銛が打ち込まれる可能性があっても、銛を打ち込む際に必要な力や、銛を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができる。

また、本発明の第４の態様によるスペースデブリ捕獲装置は、本発明の第３の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、前記紐は、前記収容部からの飛び出し方向における前記第２銛部の中間部と前記第１銛部とを接続しており、前記第２銛部は、前記ターゲットデブリへの打ち込みにより該ターゲットデブリに形成される貫通孔の開口径を上回る長さを、前記飛び出し方向における両端部間に有している。

本発明の第４の態様によるスペースデブリ捕獲装置によれば、本発明の第３の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、第２銛部がターゲットデブリを突き抜けて裏側に位置し、第１銛部がターゲットデブリの手前（表側）に位置する状態では、第２銛部の中間部に接続された紐を第１銛部側に引くと、第２銛部の長さよりも小さいターゲットデブリの貫通孔に第２銛部の中間部が当て付けられる。よって、第２銛部をターゲットデブリの裏側に確実に係止させることができる。

さらに、本発明の第５の態様によるスペースデブリ捕獲装置は、本発明の第３又は第４の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、前記第２銛部は、前記収容部からの飛び出し方向における先端側よりも終端側の方が小径に形成されている。

本発明の第５の態様によるスペースデブリ捕獲装置によれば、本発明の第３又は第４の態様によるスペースデブリ捕獲装置において、第２銛部の先端部が打ち込まれたターゲットデブリには、先端部の外径に対応する貫通孔が形成される。その後、第２銛部がさらにターゲットデブリに打ち込まれると、ターゲットデブリの貫通孔を通過するのが、第２銛部の大径の先端側から小径の終端側に移動し、第２銛部の貫通孔を通過する部分がターゲットデブリに接触しにくくなる。このため、第２銛部がターゲットデブリを突き抜ける際のターゲットデブリとの接触抵抗を減らし、第２銛部がターゲットデブリを突き抜けて裏側に係止され易くなるようにすることができる。

なお、
本体部と、
前記本体部から除去対象のスペースデブリであるターゲットデブリに向けて打ち込まれる銛を有するスペースデブリ捕獲装置とを備え、
前記スペースデブリ捕獲装置として、本発明の第１、第２、第３、第４又は第５の態様によるスペースデブリ捕獲装置を有している、
スペースデブリ除去装置を構成してもよい。

本発明によれば、スペースデブリ除去機能を有する装置をスペースデブリに取り付けるために銛をスペースデブリに打ち込む際に必要な力や、銛を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができる。

本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置を示す説明図である。 ターゲットデブリの捕獲体勢に移行した図１のスペースデブリ除去装置の説明図である。 図１のスペースデブリ除去装置に搭載されるスペースデブリ捕獲装置の基本的構成を一部断面で示す説明図である。 図３のスペースデブリ捕獲装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は接近状態、（ｂ）は射出角度調整状態、（ｃ）は射出角度調整終了状態を示している。 図３のスペースデブリ捕獲装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は射出状態、（ｂ）はエンドマス切り離し状態、（ｃ）はテザー放出状態を示している。 図１のスペースデブリ除去装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は移動状態、（ｂ）は接近状態、（ｃ）は捕獲状態を示している。 図１のスペースデブリ除去装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は離脱状態、（ｂ）はテザー放出状態を示している。 （ａ）は本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置の変形例を示す側面図、（ｂ）は同正面図である。 （ａ）は本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置の具体的な構成例を示す説明図、（ｂ）は同じく他の具体的な構成例を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係るスペースデブリ捕獲装置の銛の部分の具体的な構成を示す説明図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るスペースデブリ捕獲装置の銛の部分の具体的な構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の第２銛部の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１１の銛がターゲットデブリに打ち込まれる過程を示す説明図である。 図１１の第２銛部の変形例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１１の第２銛部の他の変形例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、図１乃至図９を参照して、本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置について説明する。図１は本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置を示す説明図、図２は図１のスペースデブリ除去装置がターゲットデブリの捕獲体勢に移行した状態を示す説明図である。

図１中引用符号１で示す、本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置（以下、「デブリ除去装置」と称する。）は、宇宙空間を漂流するデブリを捕獲して軌道上から除去するものである。そして、デブリ除去装置１は、図２に示したように、除去対象のデブリＸ（図３参照、請求項中のターゲットデブリに相当）に接近可能に構成されたエンドマス２（請求項中の本体部に相当）と、エンドマス２に切り離し可能に搭載されたスペースデブリ捕獲装置（以下、「デブリ捕獲装置」と称する。）３と、デブリ捕獲装置３とエンドマス２とを連結するテザー４（図４参照）と、を備えている。

図３は、デブリ除去装置１に搭載されるデブリ捕獲装置の基本的構成を一部断面で示す説明図である。図３に示したように、デブリ捕獲装置３は、デブリＸに打ち込まれる銛３１と、デブリＸに打ち込むために銛３１を射出する射出装置３２と、デブリＸの表面に当接可能に配置されデブリＸの表面に対する銛３１の射出角度を調整するガイド部材３３と、射出装置３２に射出信号を送信するスイッチ３４と、備えている。そして、デブリ捕獲装置３は、デブリＸに銛３１を貫入させた後、エンドマス２をデブリ捕獲装置３から切り離してテザー４を宇宙空間に放出するように構成されている。

エンドマス２は、自身の重力やスラスタ等の推進力を利用してテザー４を宇宙空間で展開するための質量体である。また、エンドマス２は、デブリ捕獲装置３の制御装置やテザー４を収容する容器として利用してもよい。例えば、図３に示したように、テザー４は、コイル状に巻かれてエンドマス２内に収容されており、エンドマス２は、テザー４を外部に引き出すためのテザー放出口２ａを有している。

また、エンドマス２は、図１に示したように、テザー４の展開時に方向や姿勢を制御するための推進手段２１（例えば、スラスタ等）を有していてもよい。エンドマス２の表面には、デブリ捕獲装置３に電力を供給するための太陽光発電装置（電力源）を構成する太陽電池パネル２２が配置されていてもよい。なお、推進手段２１や電力源は、図示した構成に限定されるものではなく、必要に応じて省略することもできる。

デブリ除去装置１は、例えば、小型衛星等の母機５に搭載されて移動される。母機５は、例えば、スラスタ等の推進手段５１、電力を供給する太陽電池パドル５２、デブリ除去装置１を把持して操作するロボットアーム５３と、エンドマス２を固定するための固定部５４（例えば、開口部）と、を有している。このように、推進手段５１を有する母機５にデブリ除去装置１（エンドマス２）を搭載することにより、デブリ除去装置１の推進手段や大型の電力源を省略することができ、デブリ除去装置１の簡素化及び軽量化を図ることができる。なお、デブリ除去装置１は、例えば、母機５の上面及び下面に２台ずつ配置（合計４台）されるが、かかる台数及び位置に限定されるものではない。

また、エンドマス２は、後端部にロボットアーム５３が把持するための把手部２３を有している。把手部２３は、ロボットアーム５３が把持可能な形状であれば、図示した形状に限定されるものではない。母機５は、デブリＸの捕獲作業に移行するまでは、図１に示したように、デブリ除去装置１を表面に固定して収容した状態で移動する。そして、除去対象のデブリＸに接近し、捕獲作業に移行する際には、図２に示したように、ロボットアーム５３によりエンドマス２を母機５の表面から引き離し、ロボットアーム５３を真っ直ぐに正面に向けることによって、デブリ除去装置１の先端（銛３１の射出方向）を正面に向けた状態で位置決めを行う。

デブリ捕獲装置３は、図３に示したように、銛３１、射出装置３２、ガイド部材３３及びスイッチ３４に加え、エンドマス２のテザー放出口２ａに接続される略筒状のケーシング３５と、ケーシング３５内に収容されたコイルスプリング３６と、ケーシング３５をテザー放出口２ａに固定するためのロック手段３７と、射出装置３２とケーシング３５との間に配置される緩衝手段３８と、を有している。

ケーシング３５は、テザー放出口２ａの端面に当接可能な径を有し、後端部が開口されている。また、コイルスプリング３６の後端は、テザー放出口２ａの端面に当接し、コイルスプリング３６は、圧縮された状態でケーシング３５内に収容されている。ロック手段３７は、テザー放出口２ａの先端に形成された環状の突起に係合可能なフック３７ａと、フック３７ａを拘束するワイヤ３７ｂと、ワイヤ３７ｂを切断するワイヤカッタ３７ｃと、を有している。なお、ロック手段３７の形状や構成は単なる一例であり、図示した形状や構成に限定されるものではない。

ワイヤ３７ｂは、フック３７ａがテザー放出口２ａに係合した状態を維持するようにフック３７ａに接続されている。デブリ捕獲装置３からエンドマス２を切り離したい際に、ワイヤカッタ３７ｃによりワイヤ３７ｂを切断し、フック３７ａの拘束を解除する。フック３７ａの拘束を解除すると、コイルスプリング３６の付勢力により、テザー放出口２ａが押し出され、フック３７ａがテザー放出口２ａから離脱するとともに、エンドマス２がデブリ捕獲装置３から離隔する。

射出装置３２は、銛３１の移動方向を規制するシリンダ３２ａと、シリンダ３２ａに挿通されたピストン３２ｂと、シリンダ３２ａの後端に配置された複数のパイロ弁３２ｃと、デブリＸの表面に対する銛３１の貫入深さを設定するストッパー機構３２ｄと、を有している。パイロ弁３２ｃは、スイッチ３４から射出信号を受信するとシリンダ３２ａ内にガスを放出し、ピストン３２ｂを押し出す。かかる射出装置３２の構成は、単なる一例であり、パイロ弁３２ｃは単数であってもよいし、他の火工品を用いた構成であってもよいし、電動モータを用いた構成であってもよい。

ピストン３２ｂの先端には、銛３１が接続されている。銛３１は、デブリＸに貫入可能な径を有するロッド状の部品であり、先端部に複数の返し部３１ａを有している。返し部３１ａを有することにより、デブリＸに貫入した銛３１の抜けを抑制することができる。なお、銛３１の先端部は尖っていてもよいし、穴あけパンチや切削具の先端のような形状を有していてもよい。

ストッパー機構３２ｄは、例えば、シリンダ３２ａの先端に形成された壁面部３２ｅと、ピストン３２ｂの後端に形成された拡径部３２ｆと、により構成される。かかる構成により、銛３１が射出装置３２から射出された場合であっても、ピストン３２ｂの拡径部３２ｆをシリンダ３２ａの壁面部３２ｅに係止させることができ、銛３１が射出装置３２から分離して飛び出さないようにすることができる。すなわち、壁面部３２ｅと拡径部３２ｆとの距離によって銛３１の射出距離を規定することができ、デブリＸの表面に対する銛３１の貫入深さを設定することができる。なお、拡径部３２ｆの位置はピストン３２ｂの後端に限定されるものではなく、銛３１の設定したい貫入深さに合わせてピストン３２ｂの中間部に形成するようにしてもよい。

また、銛３１の先端からピストン３２ｂに渡って、ガス抜き用の流路３１ｂを形成するようにしてもよい。流路３１ｂは、銛３１及びピストン３２ｂの軸心に沿って形成された後、ピストン３２ｂの中間部で側面に向かって折れ曲がるように形成される。かかる構成により、デブリＸの内部に何らかのガスが滞留していた場合であっても、銛３１をデブリＸに貫入させることにより、流路３１ｂを介してデブリＸ内のガスを宇宙空間に放出することができ、デブリＸの爆発や火災等の事故の発生を抑制することができる。なお、流路３１ｂは、必要に応じて省略することができる。

また、デブリ捕獲装置３は、銛３１の外周を覆うとともに銛３１の先端よりも前方に開口部（先端部３９ａ）が位置するように配置されたデブリ飛散防止手段（例えば、ベローズ３９）を有していてもよい。ベローズ３９は、例えば、銅製の蛇腹を有する弾性体であり、銛３１の延伸方向に伸縮可能に構成されている。ベローズ３９の後端部３９ｂは底部を有し、底部を銛３１に接続することによって後端部３９ｂが封止されている。なお、デブリ飛散防止手段は、図示したベローズ３９に限定されるものではなく、スポンジのような弾性体により構成されていてもよい。

したがって、デブリＸに銛３１を貫入させると、ベローズ３９の先端部３９ａは、デブリＸの表面に留まり、銛３１の移動に伴ってベローズ３９の後端部３９ｂが移動し、ベローズ３９は圧縮される。すなわち、銛３１のデブリＸへの貫入により、ベローズ３９はデブリＸの表面に押し付けられ、密閉空間を形成する。その結果、銛３１の貫入時に生じるデブリＸの破片等の飛散を抑制することができ、新たなデブリの発生を抑制することができる。なお、ガス抜き用の流路３１ｂは、ベローズ３９内にガスを放出しないように、ベローズ３９よりも後端側まで延設することが好ましい。

ベローズ３９の先端部３９ａには、スイッチ３４が配置されている。スイッチ３４は、ベローズ３９の開口部を形成する縁部に複数配置されている。例えば、ベローズ３９の先端部３９ａが、デブリＸの表面に正対した状態を検知するためには、少なくとも３個以上のスイッチ３４を配置することが好ましい。このように、ベローズ３９の先端部３９ａにスイッチ３４を配置することにより、ベローズ３９がデブリＸの表面に正対した状態を検知することができ、この状態で銛３１をデブリＸに貫入させることにより、銛３１の射出角度を適正な範囲内に調整することができるとともに、密閉空間を容易に形成することができる。

スイッチ３４は、ベローズ３９の先端部３９ａがデブリＸの表面に当接した状態を検出する部品である。スイッチ３４は、いわゆるマイクロスイッチであり、感圧式であってもよいし、通電式であってもよい。スイッチ３４は、ケーブル（図示せず）を介して射出装置３２のパイロ弁３２ｃに接続されている。そして、ベローズ３９の先端部３９ａがデブリＸの表面に当接すると、スイッチ３４はパイロ弁３２ｃに射出信号を送信する。なお、スイッチ３４の配置場所は、ベローズ３９の先端に限定されるものではなく、ガイド部材３３の先端に配置してもよいし、デブリ捕獲装置３に支持された専用のガイド部材の先端に配置するようにしてもよい。

また、ベローズ３９の外周には、ガイド部材３３が配置されている。ガイド部材３３は、例えば、先端に配置された環状のリム部３３ａと、リム部３３ａを支持するスポーク部３３ｂと、を有し、先端側が拡径した略円錐形状の外形を有している。リム部３３ａの径は、ベローズ３９よりも大きく形成されている。スポーク部３３ｂの後端部は、例えば、射出装置３２のシリンダ３２ａに接続される。

したがって、デブリ捕獲装置３がデブリＸの表面に対して斜めに接近した場合には、最初にガイド部材３３のリム部３３ａがデブリＸの表面に当接することとなる。そして、そのままデブリ捕獲装置３をデブリＸに接近させると、ガイド部材３３は、最初の当接点を基準にしてリム部３３ａの全体がデブリＸの表面に当接するように姿勢が制御される。すなわち、ガイド部材３３は、デブリ捕獲装置３の自動調芯機構として作用し、銛３１の射出角度を調整することができる。

エンドマス２に収容されたテザー４は、テザー放出口２ａ及びケーシング３５を通過して、射出装置３２（シリンダ３２ａ）の後端部に接続されている。射出装置３２（シリンダ３２ａ）とケーシング３５との間には、銛３１の射出時に生じる衝撃を緩和する緩衝手段３８（例えば、ルーズスプリング）が配置されていてもよい。かかる緩衝手段３８を配置することにより、パイロ弁３２ｃを点火して銛３１を射出した際に生じる反力を緩衝手段３８で吸収することができる。なお、緩衝手段３８は、ルーズスプリングに限定されるものではなく、ゴムのような弾性体であってもよい。

テザー４は、銛３１をデブリＸに貫入させた後、エンドマス２を切り離すことによって宇宙空間に放出され展開される。テザー４は導電性を有し、テザー４に流れる電流とテザー４が展開される磁場との関係からテザー４にローレンツ力が作用する。その結果、テザー４は、例えば、デブリＸの進行方向と反対方向に引っ張られることとなり、デブリＸを減速させることができる。なお、図示しないが、テザーを逆方向（例えば、地球から遠ざかる方向）に伸展させることにより、デブリＸを進行方向に引っ張って加速させ、デブリＸの軌道を上昇させることにより、混雑軌道から除去するようにしてもよい。

次に、デブリ捕獲装置３の動作について、図４及び図５を参照しつつ説明する。ここで、図４及び図５はデブリ捕獲装置３の動作を示す説明図であり、図４（ａ）は接近状態、（ｂ）は射出角度調整状態、（ｃ）は射出角度調整終了状態を示している。また、図５（ａ）は射出状態、（ｂ）はエンドマス切り離し状態、（ｃ）はテザー放出状態を示している。

図４（ａ）に示したように、エンドマス２に接続された状態のデブリ捕獲装置３は、エンドマス２とともにデブリＸに接近される。デブリ捕獲装置３が、デブリＸの表面に対して略垂直な状態を維持したまま接近した場合には、図４（ｃ）に示したように、スイッチ３４がデブリＸの表面に当接し、射出信号が発信される。

それに対して、図４（ｂ）に示したように、デブリ捕獲装置３が、デブリＸの表面に対して斜めに接近した場合には、ガイド部材３３のリム部３３ａがデブリＸの表面に当接することとなる。そして、そのままデブリ捕獲装置３をデブリＸにゆっくり接近させると、ガイド部材３３は、リム部３３ａの当接点を基準にデブリ捕獲装置３の姿勢を補正する。最終的に、デブリ捕獲装置３は、図４（ｃ）に示したように、デブリＸの表面に対して略垂直な状態となるように補正される。

図４（ｃ）に示したように、スイッチ３４がデブリＸの表面に当接すると、射出信号が射出装置３２（パイロ弁３２ｃ）に送信され、パイロ弁３２ｃからシリンダ３２ａ内にガスが放出され、ピストン３２ｂがシリンダ３２ａに沿って押し出される。かかる動作により、銛３１が射出装置３２から射出され、図５（ａ）に示したように、銛３１がデブリＸに貫入する。このとき、銛３１はストッパー機構３２ｄにより、貫入深さが設定されており、射出装置３２から分離して飛び出すことがないように構成されている。

このとき、ベローズ３９は、デブリＸの表面と銛３１との相対移動により、デブリＸの表面に押し付けられて圧縮される。したがって、ベローズ３９により、銛３１の貫入部の周囲に密閉空間を形成することができ、銛３１の貫入時に生じる破片等の飛散を抑制することができる。また、デブリＸ内にガスが滞留している場合には、流路３１ｂにより宇宙空間に放出される。なお、銛３１の射出時における反力は、緩衝手段３８により吸収される。

銛３１をデブリＸに貫入することにより、デブリ捕獲装置３によってデブリＸを捕獲することができる。次に、デブリＸを減速させる必要がある。そこで、図５（ｂ）に示したように、ロック手段３７のワイヤ３７ｂを切断する。ワイヤ３７ｂを切断するとフック３７ａの拘束が解除されることから、ケーシング３５内に収容されたコイルスプリング３６の付勢力によって、エンドマス２が宇宙空間に向かって押し出される。そして、図５（ｃ）に示したように、エンドマス２は、デブリ捕獲装置３から離隔し、テザー４が宇宙空間に放出され展開される。

次に、デブリ除去装置１の動作について、図６及び図７を参照しつつ説明する。ここで、図６及び図７はデブリ除去装置１の動作を示す説明図であり、図６（ａ）は移動状態、（ｂ）は接近状態、（ｃ）は捕獲状態を示している。また、図７（ａ）は離脱状態、（ｂ）はテザー放出状態を示している。

図６（ａ）に示したように、デブリ捕獲装置３は、母機５に搭載された状態で除去対象であるデブリＸの近くまで移動される。デブリＸは、不規則なタンブリング運動をしながら周回軌道上を周回している。母機５は、例えば、デブリＸの周回軌道よりも低い位置に投入され、推進手段５１を使用してデブリＸに接近しつつ遠心力により徐々に周回軌道上に接近する。

母機５がデブリＸの周回軌道上に投入されると、図６（ｂ）に示したように、母機５は、ロボットアーム５３を操作してエンドマス２及びデブリ捕獲装置３を母機５から切り離し、デブリ捕獲装置３を母機５の正面に位置決めする。

捕獲体勢に入った母機５は、ＧＰＳ等を使用して、自己の位置とデブリＸの位置を把握しながら移動する。このとき、ＣＣＤカメラやレーザレーダ等の観測器によりデブリＸを観測し、デブリＸの運動モデルを推定し、銛３１の打ち込み位置を計算するようにしてもよい。そして、図６（ｃ）に示したように、母機５をデブリＸに接近させて、銛３１の打ち込み位置にデブリ捕獲装置３の先端を当接させる。なお、デブリ捕獲装置３の先端をデブリＸの表面に当接させる際は、上述したロボットアーム５３を使用してもよいし、デブリＸの近接距離からデブリ捕獲装置３をエンドマス２から射出して当接させるようにしてもよい。

デブリ捕獲装置３の先端がデブリＸの表面に当接すると、図５（ａ）に示したように、銛３１が射出され、デブリＸが捕獲される。デブリＸを捕獲した後、母機５は、ロボットアーム５３を操作して、図７（ａ）に示したように、デブリ除去装置１（エンドマス２）を切り離して離脱する。母機５は、次の除去対象である別のデブリに向かって移動する。

母機５から切り離されたデブリ除去装置１は、図５（ｂ）及び（ｃ）に示したように、デブリ捕獲装置３からエンドマス２を切り離し、テザー４を宇宙空間に放出して展開する。このとき、エンドマス２が推進手段２１を有する場合には、推進手段２１を利用することにより、テザー４の展開方向や姿勢を制御することができる。

上述したように、除去対象のデブリＸに接近可能に構成されたエンドマス２と、エンドマス２に切り離し可能に搭載されたデブリ捕獲装置３と、デブリ捕獲装置３とエンドマス２とを連結するテザー４と、を備えたデブリ除去装置１を用いることにより、デブリ捕獲装置３をデブリＸに接近させる接近工程と、デブリ捕獲装置３がデブリＸの表面に対して斜めに接近し、デブリ捕獲装置３の一部（ガイド部材３３）がデブリＸの表面に当接し、当接点を基準にデブリ捕獲装置３の姿勢を補正する姿勢補正工程と、デブリ捕獲装置３によりデブリＸを捕獲する捕獲工程と、デブリ捕獲装置３からエンドマス２を離隔させてテザー４を宇宙空間に放出するテザー展開工程と、を有するデブリ除去方法を容易に実施することができる。

したがって、上述したデブリ除去装置１及びデブリ除去方法によれば、銛３１を遠方より射出するのではなく、デブリ捕獲装置３をデブリＸに接近させてガイド部材３３をデブリＸの表面に当接させることによって、銛３１の射出角度を調整し、デブリＸの表面に近接した位置から適正な射出角度で銛３１を射出するようにしたことから、銛３１の射出時に必要な運動エネルギーを低減することができ、その反力を低減することができる。

また、近接した位置で射出角度を調整してから銛３１を射出していることから、銛３１が逸れたり、跳弾したり、デブリＸを貫通したりする可能性を低減することができ、デブリＸを正確に捕獲することができる。また、確実に銛３１をデブリＸに貫入させることができることから、銛３１がデブリＸに貫入したか否かを観測するステップや観測手段を省略することもできる。

なお、以上に説明したデブリ除去装置１の構成の一部は変更することもできる。図８（ａ）は本発明に係るスペースデブリ捕獲装置が適用されるスペースデブリ除去装置の変形例を示す側面図、（ｂ）は同正面図である。図８（ａ），（ｂ）において、図１乃至図７で示したのと同じ構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図８（ａ），（ｂ）に示したデブリ除去装置は、エンドマス２が射出装置３２を支持する支持手段２４を有するものである。支持手段２４は、ヒンジ２４ｃを介して回動可能にエンドマス２に接続されたフレーム２４ａと、射出装置３２を支持するようにフレーム２４ａの先端部を拘束する拘束手段２４ｂと、を有している。

フレーム２４ａは、図８（ｂ）に示したように、例えば、Ａ字形状を有している。一対のフレーム２４ａを対向する位置に配置して、それぞれの脚部をエンドマス２に接続することにより、射出装置３２を挟持することができる。拘束手段２４ｂは、例えば、一対のフレーム２４ａの先端部を射出装置３２（具体的には、シリンダ３２ａ）に当接するように拘束するワイヤと、ワイヤを切断するワイヤカッタと、により構成される。なお、フレーム２４ａの形状や拘束手段２４ｂの構成は、単なる一例であり、図示した形状や構成に限定されるものではない。

射出装置３２とケーシング３５との間には、緩衝手段３８が配置されているだけであり、無重力の宇宙空間ではその位置を保持することができる。しかしながら、地上で取り扱う場合には射出装置３２に重力が作用し、打ち上げ時には射出装置３２に加速度が作用することから、デブリ捕獲装置３の先端部が傾倒しやすい。そこで、上述した支持手段２４を配置することにより、地上での取り扱い時や打ち上げ時であっても、デブリ捕獲装置３の傾倒を抑制することができる。

支持手段２４は、例えば、図６（ｂ）に示した接近状態の段階で、ワイヤを切断して、図８（ａ）において一点鎖線で示したように、フレーム２４ａを退避させる。なお、図示しないが、ヒンジ２４ｃ又は拘束部にフレーム２４ａを退避させる方向に付勢するスプリングを配置するようにしてもよい。また、エンドマス２の表面に形成された突起２５は、図１に示した母機５にエンドマス２を固定するための部品の一例である。例えば、突起２５は、母機５の表面に形成された開口部である固定部５４に挿通され把持手段により拘束される。

図９（ａ），（ｂ）は図１乃至図８を参照して説明したデブリ除去装置のより具体的な構成例を示す説明図である。図９（ａ）に示した具体例は、デブリ捕獲装置３がデブリＸの表面への接触時に生じる衝撃を緩和する緩衝手段６を有するものである。緩衝手段６は、例えば、エンドマス２のテザー放出口２ａの中間部に配置される。緩衝手段６は、例えば、テザー放出口２ａを前後に二分割した分割体を接続するリンク機構により構成される。ここでは、二本のリンクにより構成される緩衝手段６を図示しているが、リンクの本数は図示した本数に限定されるものではない。また、緩衝手段６は、リンク機構に替えて、スプリングやゴム等の弾性体やベローズ等の部品を利用したものであってもよい。

このような構成のデブリ除去装置１によれば、例えば、図６（ｂ）に示した接近状態の段階でフレーム２４ａを退避させ、図６（ｃ）に示したように、デブリ捕獲装置３をデブリＸに当接させる際に生じる衝撃を緩衝手段６により吸収することができる。

また、図９（ｂ）に示した他の具体例は、エンドマス２がデブリ捕獲装置３を移動させるための推進手段２１′を有するものである。かかる構成によれば、デブリ除去装置１を母機５に搭載させることなく、単機でデブリＸの除去作業を行うことができる。したがって、除去対象のデブリＸが一つの場合や次の除去対象のデブリＸまでの距離が離れている場合であっても効率よく作業することができる。

なお、かかる構成では、推進手段２１′を利用してデブリ捕獲装置３をデブリＸに接近させる必要があることから、エンドマス２は、電力源を構成する太陽電池パドル２６を有していることが好ましい。なお、図示しないが、図９（ａ）に示した緩衝手段６をエンドマス２とデブリ捕獲装置３との間に配置するようにしてもよい。

以上に説明したデブリ除去装置１に適用する本発明の一実施形態に係るデブリ捕獲装置の特に銛３１（図３参照）の部分の具体的な構成を、以下、図面を参照して説明する。

図１０は本発明の第１実施形態に係るデブリ捕獲装置の銛の部分の具体的な構成を示す説明図である。図１０に示す銛４１は、図３に示すデブリ捕獲装置３の銛３１として用いられるもので、第１銛部４３と第２銛部４４とを有している。第１銛部４３は大径の円柱状を呈しており、第１銛部４３のデブリＸへの打ち込み方向における先端面４３ａの中央から、小径の第２銛部４４が突設されている。

第１銛部４３の先端面４３ａには、第２銛部４４を囲むように間隔をおいて複数の係止用小型銛先４５，４５，…が取り付けられている。係止用小型銛先４５には、例えば、セルフピアスリベット（ＳＰＲ）を用いることができる。また、第１銛部４３の周面には、デブリＸに係止可能な返し部４３ｃが複数設けられている。第２銛部４４の先端には先端部４４ａが形成されている。先端部４４ａの形状は、例えば、先が尖った尖頭形、先端が平らな平頭形、円錐形、穴開けパンチ（ポンチ）の先端を模した形状（パンチ数及びパンチ（ポンチ）先端の刃の刃数は任意）等としてもよい。銛４１のうち、第２銛部４４の少なくとも先端部４４ａは、デブリＸの表面Ｙを貫通可能な強度を有する金属により構成されている。

このように構成された銛４１を用いる本実施形態のデブリ捕獲装置３では、図３に示す射出装置３２が、図１０に示すデブリＸの表面ＹのリブＺで補強されていない部分を銛４１が突き抜けるのに足りる力で、銛４１を射出させる。すると、第１銛部４３及び第２銛部４４には、それぞれの質量に応じた割合の力がそれぞれ加わる。

そして、射出装置３２により銛４１が射出されると、第１銛部４３の先端面４３ａよりも先に、先端面４３ａから突出する第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに衝突する。

第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに衝突する際には、銛４１に付与された力のうち第２銛部４４に加わった力が先端部４４ａにかかると共に、銛４１に付与された力のうちまだデブリＸの表面Ｙに衝突していない第１銛部４３に加わった力が、第１銛部４３を経て第２銛部４４の先端部４４ａにかかる。

この第１銛部４３からかかる力が加わることで、第２銛部４４の先端部４４ａは、例えば、デブリＸのリブＺで補強された部分に打ち込まれる場合も、そうでない場合も、第２銛部４４の先端部４４ａは少なくとも、第１銛部４３の先端面４３ａの係止用小型銛先４５が表面Ｙに衝突する深さまで表面Ｙに打ち込まれる。

そして、第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに打ち込まれた後、第１銛部４３の先端面４３ａがデブリＸの表面Ｙに衝突すると、射出装置３２から銛４１に付与された力のうち第１銛部４３に加わって消費されずに残った残力が第１銛部４３の先端面４３ａにかかるようになり、第２銛部４４の先端部４４ａには、射出装置３２から銛４１に付与された力のうち第２銛部４４に加わって消費されずに残った残力だけがかかる。

ここで、銛４１が打ち込まれたのが、表面Ｙの裏側がリブＺによって補強されていない部分である場合は、射出装置３２が銛４１に付与した力がそれぞれの質量に応じた割合で加わった第１銛部４３及び第２銛部４４の両方が、表面Ｙの反力に抗して表面Ｙを突き破る。したがって、銛４１の全体が表面Ｙを突き抜けてデブリＸの内部に侵入する。

すると、デブリＸの表面Ｙの裏側で、デブリＸを突き抜けて内部に侵入した第１銛部４３の返し部４３ｃが、銛４１の全体が突き抜けた後のデブリＸの表面Ｙの孔径よりも大きく開き、テザー４をエンドマス２側に引き寄せても、表面Ｙの裏側に返し部４３ｃが係止されて銛４１を表面Ｙの孔から表側に引き出せなくなる。このため、銛４１がデブリＸに係止され、図５に示すように、デブリ除去装置１がデブリＸにつながれる。

一方、銛４１が打ち込まれたのが、表面Ｙの裏側がリブＺによって補強された部分である場合は、射出装置３２が銛４１に付与した力では、表面Ｙの反力に抗して銛４１の全体が表面Ｙを突き破ることはできない。そして、表面ＹのリブＺによる補強部分に衝突したのが第２銛部４４の先端部４４ａである場合は、第２銛部４４がデブリＸに打ち込まれた位置で止まる。また、止まった第２銛部４４により動きを規制される第１銛部４３は、先端面４３ａが表面Ｙに衝突する前の位置で止まる。

この場合には、表面Ｙと第２銛部４４との接触部分において摩擦が発生したり金属結合が発生する。デブリＸと第２銛部４４との金属結合は、両者が宇宙空間に存在しており、第２銛部４４が表面Ｙを突き破る際に少なくとも両者の接触部分には酸化被膜が存在しなくなるために発生する。

このようにして、デブリＸと第２銛部４４との間に摩擦や金属結合が発生すると、銛４１はデブリＸに係止されないものの、摩擦力や金属結合力によってデブリＸと第２銛部４４とが強固に連結されるので、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１）によりデブリＸにつながれる。

これに対し、表面ＹのリブＺによる補強部分に衝突したのが第１銛部４３であり、第２銛部４４は表面ＹのリブＺで補強されていない部分に衝突している場合は、第１銛部４３の先端面４３ａが表面Ｙに衝突するまで第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸに打ち込まれる。

この場合には、第１銛部４３の先端面４３ａの係止用小型銛先４５がデブリＸの表面Ｙに食い込んで係止される。また、係止用小型銛先４５とデブリＸとの両者が宇宙空間に存在することから、両者の接触部分に金属結合が発生する。

したがって、デブリＸと係止用小型銛先４５との間に発生する摩擦あるいは金属結合や、デブリＸに対する係止用小型銛先４５の係止によって、デブリＸと第１銛部４３とが強固に連結され、これにより、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１）によりデブリＸにつながれる。

以上から、少なくとも第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸに打ち込まれるのに必要な力を射出装置３２から銛４１に付与すれば、デブリＸと銛４１の第１銛部４３又は第２銛部４４とを摩擦力や金属結合力、あるいは、両者の機械的な係止により連結させることができる。

このため、リブＺで補強されたデブリＸの強度の高い部分に銛４１が打ち込まれる可能性があっても、銛４１を打ち込む際に付与する力を小さく抑えることができ、よって、デブリＸにデブリ捕獲装置３を取り付けるために銛４１をデブリＸに打ち込む際に必要な力や、銛４１を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができる。

なお、第２銛部４４を省略し、デブリＸと第１銛部４３の係止用小型銛先４５との間に発生する摩擦力や金属結合力、あるいは、両者の機械的な係止により連結されるように構成してもよい。また、逆に、第１銛部４３の先端面４３ａの係止用小型銛先４５を省略し、第１銛部４３の先端面４３ａがデブリＸの表面Ｙに衝突した場合にも、先端面４３ａがデブリＸの表面Ｙに衝突する前の位置で止まる場合と同じく、デブリＸと第２銛部４４とが摩擦力や金属結合力で連結されるように構成してもよい。

以上に説明した図１０の銛４１では、大径の第１銛部４３の先端面４３ａから小径の第２銛部４４を突設して第１銛部４３と第２銛部４４とを一体に形成する構成としたが、第２銛部４４を第１銛部４３と別体に構成することもできる。

図１１（ａ）は本発明の第２実施形態に係るデブリ捕獲装置の銛の部分の具体的な構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の第２銛部の断面図である。図１１（ａ）に示す銛４１′は、図１０に示す第１実施形態の銛４１における第１銛部４３と第２銛部４４とを別体にしたものである。

そのために、第２実施形態に係る銛４１′では、大径の円柱状を呈する第１銛部４３の内部に、先端面４３ａに開口する収容部４３ｂを形成し、この収容部４３ｂに第２銛部４４を収容している。なお、先端面４３ａは平坦面でもよいし、円錐状のテーパ面や穴開けパンチ（ポンチ）の先端を模した形状（パンチ（ポンチ）先端の刃の刃数は任意）等でもよい。

ここで、第２銛部４４は、デブリＸの表面Ｙを貫通可能な強度を有する金属により構成されている。第２銛部４４は第１銛部４３の収容部４３ｂの深さよりも十分に大きい長さで形成されており、第１銛部４３の収容部４３ｂに収容した状態で第２銛部４４の先端部４４ａは、収容部４３ｂからはみ出て第１銛部４３の外側に露出している。先端部４４ａの形状は、例えば、先が尖った尖頭形、先端が平らな平頭形、円錐形、穴開けパンチ（ポンチ）の先端を模した形状（パンチ数及びパンチ（ポンチ）先端の刃の刃数は任意）等としてもよい。なお、収容部４３ｂの内周壁と第２銛部４４の外周面との間には、十分なクリアランスが設けられている。

第１銛部４３の収容部４３ｂの底部と第２銛部４４の中間部とはワイヤ４４ｂ（請求項中の紐に相当）によって接続されている。このワイヤ４４ｂは、第２銛部４４が第１銛部４３の収容部４３ｂに収容されているときに、例えば、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第２銛部４４の側面に形成された溝４４ｃに折り畳んで収容される。

このように構成された本実施形態のデブリ除去装置１では、射出装置３２は、デブリＸの表面ＹのリブＺで補強されていない部分を銛４１′が突き抜けるのに足りる力を銛４１′に付与する。すると、第１銛部４３及び第２銛部４４には、それぞれの質量に応じた割合の力がそれぞれ加わる。

そして、射出装置３２から付与された力で銛４１′が射出されると、第１銛部４３の先端面４３ａが表面Ｙに衝突するよりも先に、先端面４３ａから突出する第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに衝突する。

第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに衝突する際には、射出装置３２から付与されて第２銛部４４に加わった力が先端部４４ａにかかると共に、射出装置３２から付与されてデブリＸの表面Ｙに衝突していない第１銛部４３に加わった力が、収容部４３ｂを経て収容部４３ｂに収容された第２銛部４４の先端部４４ａにかかる。

即ち、デブリＸの表面Ｙに衝突した先端部４４ａには、射出装置３２が銛４１′に付与した力の全てが集中して加わる。このため、デブリＸにおける第２銛部４４の先端部４４ａが衝突した部分が、図１２（ａ）に示すような、表面Ｙの裏側がリブＺで補強された部分である場合も、そうでない場合も、第２銛部４４は少なくとも、図１２（ａ）に示すように、第１銛部４３の先端面４３ａが表面Ｙに衝突する程度の深さまで表面Ｙに打ち込まれる。

そして、第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸの表面Ｙに打ち込まれた後、第１銛部４３の先端面４３ａがデブリＸの表面Ｙに衝突すると、射出装置３２から銛４１′に付与された力のうち第１銛部４３に加わって消費されずに残った残力が第１銛部４３の先端面４３ａにかかるようになる。このため、第２銛部４４の先端部４４ａには、射出装置３２から銛４１′に付与された力のうち第２銛部４４に加わって消費されずに残った残力だけがかかる。

ここで、銛４１′が打ち込まれたのが、表面Ｙの裏側がリブＺによって補強されていない部分である場合は、射出装置３２から銛４１′に付与した力がそれぞれの質量に応じた割合で加わった第１銛部４３及び第２銛部４４の両方が、表面Ｙの反力に抗して表面Ｙを突き破る。したがって、銛４１′の全体が表面Ｙを突き抜けてデブリＸの内部に侵入する。

すると、図１１（ａ）中に仮想線で示すデブリＸの表面Ｙの裏側で、第１銛部４３の返し部４３ｃが、銛４１′の全体が突き抜けた後のデブリＸの表面Ｙの孔径よりも大きく開き、テザー４をエンドマス２側に引き寄せても、表面Ｙの裏側に返し部４３ｃが係止されて銛４１′を表面Ｙの孔から表側に引き出せなくなる。このため、銛４１′がデブリＸに係止され、図５に示すように、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１′）によりデブリＸにつながれる。

一方、銛４１′が打ち込まれたのが、表面Ｙの裏側がリブＺによって補強された部分である場合は、射出装置３２が銛４１′に付与した力では、表面Ｙの反力に抗して銛４１′の全体が表面Ｙを突き破ることはできない。

そして、表面ＹのリブＺによる補強部分に衝突したのが第２銛部４４である場合や、第２銛部４４は表面ＹのリブＺで補強されていない部分に衝突しており、リブＺによる補強部分には第１銛部４３が衝突している場合は、図１２（ａ）に示すように、第１銛部４３の先端面４３ａが表面Ｙに衝突するまで第２銛部４４の先端部４４ａがデブリＸに打ち込まれる。そして、表面Ｙに衝突して止まった第１銛部４３の収容部４３ｂから第２銛部４４が、射出装置３２による銛４１′の射出方向に働く慣性により飛び出す。

そして、射出装置３２が銛４１′に付与した力のうち第２銛部４４に加わって消費されずに残った残力が、デブリＸの表面Ｙを第２銛部４４が突き破るのに十分な大きさである場合は、収容部４３ｂから飛び出した第２銛部４４が、図１２（ｂ）に示すように、表面Ｙを突き抜けてデブリＸの内部に侵入する。その際、溝４４ｃに収容されたワイヤ４４ｂが繰り出される。

ここで、第２銛部４４の長さは、先端部４４ａが突き抜けてデブリＸの表面Ｙに形成された貫通孔ｈの開口径を十分上回り、その中間部にワイヤ４４ｂが接続されている。このため、テザー４をエンドマス２側に引き寄せて、テザー４につながった第１銛部４３と共にワイヤ４４ｂをデブリ除去装置１側に引き寄せると、第２銛部４４は表面Ｙを突き抜けたときと異なる向きで表面Ｙ側にたぐり寄せられる。

よって、第２銛部４４を表面Ｙの貫通孔ｈから表側に引き出せなくなり、図１２（ｃ）に示すように、第２銛部４４が表面Ｙの裏側に係止される。このため、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１′）によりデブリＸにつながれる。

なお、第２銛部４４に加わる力が不足した場合は、図１２（ａ）に示すように、第１銛部４３の先端面４３ａが表面Ｙに衝突するかその手前の深さまでデブリＸに打ち込まれた状態で第２銛部４４が止まる。

この場合には、表面Ｙと第２銛部４４との接触部分において摩擦が発生したり金属結合が発生して、摩擦力や金属結合力によってデブリＸと第２銛部４４とが強固に連結される。このため、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１′）によりデブリＸにつながれる。

したがって、銛４１′はデブリＸに係止されないものの両者が強固に連結されるので、この場合にもやはり、デブリ除去装置１がデブリ捕獲装置３の銛３１（銛４１′）によりデブリＸにつながれる。

このように、本実施形態のデブリ捕獲装置３によれば、デブリＸの表面Ｙに打ち込む銛４１′の第１銛部４３と第２銛部４４とを別体とし、第１銛部４３の収容部４３ｂに第２銛部４４を収容した。そして、表面ＹのリブＺで補強されていない部分に銛４１′が打ち込まれた場合は、銛４１′の全体が表面Ｙを突き抜けて裏側に係止されるようにした。

また、表面ＹのリブＺで補強された部分に銛４１′が打ち込まれた場合、第２銛部４４が表面Ｙを既に突き破っていれば、第１銛部４３が表面ＹのリブＺで補強された部分に衝突して止まっていても、第１銛部４３の収容部４３ｂから第２銛部４４を慣性により飛び出させ、表面Ｙを突き抜けさせて裏側に係止させるようにした。

一方、表面ＹのリブＺで補強された部分に銛４１′が打ち込まれた場合、表面Ｙに打ち込まれた第２銛部４４が表面Ｙを突き抜けなくても、射出装置３２が銛４１′に付与した力で第２銛部４４を表面Ｙに打ち込ませて、第２銛部４４と表面Ｙとの摩擦や金属結合により銛４１′がデブリＸに連結されるようにした。

このため、表面ＹのリブＺで補強された部分に銛４１′が打ち込まれても銛４１′をデブリＸに連結させるために射出装置３２が銛４１′に付与する力を、デブリＸの表面ＹのリブＺで補強された部分を銛４１′が突き破れるような大きさの力まで増やす必要がない。

したがって、デブリＸにデブリ捕獲装置３を連結するために射出装置３２が付与する力で銛４１′をデブリＸに打ち込む際の、デブリ捕獲装置３が受ける反力を小さく抑えつつ、表面ＹのリブＺで補強された部分に銛４１′が打ち込まれても、銛４１′をデブリＸに打ち込み取り付けることができる。

即ち、リブＺで補強されたデブリＸの強度の高い部分に銛４１′が打ち込まれる可能性があっても、銛４１′を打ち込む際に付与する力を小さく抑えることができ、よって、デブリＸにデブリ捕獲装置３を取り付けるために銛４１′をデブリＸに打ち込む際に必要な力や、銛４１′を打ち込む際に発生する反力を、小さく抑えることができる。

なお、第２銛部４４の終端側を先端部４４ａよりも小径に形成して、先端部４４ａが打ち込まれてデブリＸの表面Ｙに形成された貫通孔ｈを第２銛部４４の終端側が通過する際に貫通孔ｈに接触しにくいように構成してもよい。そのように構成すれば、第２銛部４４がデブリＸの表面Ｙを突き抜ける際のデブリＸと第２銛部４４との接触抵抗を減らし、第２銛部４４がデブリＸを突き抜けて裏側に係止され易くなるようにすることができる。

ちなみに、第２銛部４４の終端側を先端部４４ａよりも小径に形成する方法としては、例えば、図１３の説明図に示すように第２銛部４４の終端側を先細りのテーパ状に形成してもよく、あるいは、第２銛部４４の先端部４４ａと終端との間に段差部を設け、段差部から終端側を全体に先端部４４ａよりも小径に形成してもよい。

また、第１銛部４３の収容部４３ｂに収容される第２銛部４４の先端部４４ａを除く部分について、図１４（ａ）の説明図に示すように、第１銛部４３の収容部４３ｂの外に位置して先端部４４ａに連なる周面部４４ｄよりも、収容部４３ｂの内部に位置する周面部４４ｅを小径に形成してもよい。

また、図１４（ｂ）の説明図に示すように、第２銛部４４の先端部４４ａを除く周面部４４ｆの全体を先細りのテーパ状に形成してもよい。さらに、図１４（ｃ）の説明図に示すように、図１４（ａ），（ｂ）に示す構成を組み合わせて、第１銛部４３の収容部４３ｂの外に位置して先端部４４ａに連なる周面部４４ｄよりも、収容部４３ｂの内部に位置する周面部４４ｆを小径とし、かつ、先細りのテーパ状に形成してもよい。

また、上述した各実施形態において、デブリ捕獲装置３は、射出装置３２による銛４１，４１′の射出方向を調整又は微調整するための射出方向調整機構（例えば、ジンバル機構等）を有していてもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ スペースデブリ除去装置
２ エンドマス（本体部）
２ａ テザー放出口
３ スペースデブリ捕獲装置
４ テザー
５ 母機
６，３８ 緩衝手段
２１，２１′，５１ 推進手段
２２ 太陽電池パネル
２３ 把手部
２４ 支持手段
２４ａ フレーム
２４ｂ 拘束手段
２４ｃ ヒンジ
２５ 突起
２６，５２ 太陽電池パドル
３１，４１，４１′ 銛
３１ａ，４３ｃ 返し部
３１ｂ 流路
３２ 射出装置
３２ａ シリンダ
３２ｂ ピストン
３２ｃ パイロ弁
３２ｄ ストッパー機構
３２ｅ 壁面部
３２ｆ 拡径部
３３ ガイド部材
３３ａ リム部
３３ｂ スポーク部
３４ スイッチ
３５ ケーシング
３６ コイルスプリング
３７ ロック手段
３７ａ フック
３７ｂ ワイヤ
３７ｃ ワイヤカッタ
３９ ベローズ
３９ａ 先端部
３９ｂ 後端部
４３ 第１銛部
４３ａ 先端面
４３ｂ 収容部
４４ 第２銛部
４４ａ 先端部
４４ｂ ワイヤ（紐）
４４ｃ 溝
４４ｄ，４４ｅ，４４ｆ 周面部
４５ 係止用小型銛先
５３ ロボットアーム
５４ 固定部
ｈ 貫通孔
Ｘ デブリ（ターゲットデブリ）
Ｙ 表面
Ｚ リブ

Claims (6)

1. 本体部から除去対象のスペースデブリであるターゲットデブリに向けて打ち込まれる銛を備えており、
   前記銛は、大径の第１銛部と、該第１銛部の前記ターゲットデブリへの打ち込み方向における先端面から突出する小径の第２銛部とを有している、
   スペースデブリ捕獲装置。
2. 前記第２銛部は、前記銛を前記ターゲットデブリに打ち込んだ状態で前記第１銛部が前記ターゲットデブリの外側に配置される場合に、摩擦力、金属結合力及び機械的係止力のうち少なくとも一つにより前記ターゲットデブリと連結される請求項１記載のスペースデブリ捕獲装置。
3. 前記第１銛部は、前記先端面に開口した収容部を有しており、前記第２銛部は、前記第１銛部の前記収容部に収容されて前記先端面から先端部が突出していて、前記収容部から前記第１銛部の外側への飛び出しを許容する寸法の紐によって前記第１銛部と接続されており、前記ターゲットデブリに対する前記第１銛部の前記先端面の衝突の際に前記第２銛部の前記先端部が前記ターゲットデブリに打ち込まれる請求項１又は２記載のスペースデブリ捕獲装置。
4. 前記紐は、前記収容部からの飛び出し方向における前記第２銛部の中間部と前記第１銛部とを接続しており、前記第２銛部は、前記ターゲットデブリへの打ち込みにより該ターゲットデブリに形成される貫通孔の開口径を上回る長さを、前記飛び出し方向における両端部間に有している請求項３記載のスペースデブリ捕獲装置。
5. 前記第２銛部は、前記収容部からの飛び出し方向における先端側よりも終端側の方が小径に形成されている請求項３又は４記載のスペースデブリ捕獲装置。
6. 本体部と、
   前記本体部から除去対象のスペースデブリであるターゲットデブリに向けて打ち込まれる銛を有するスペースデブリ捕獲装置とを備え、
   前記スペースデブリ捕獲装置として、請求項１、２、３、４又は５記載のスペースデブリ捕獲装置を有している、
   スペースデブリ除去装置。