JP2019034645A

JP2019034645A - 多段ロケット

Info

Publication number: JP2019034645A
Application number: JP2017156726A
Authority: JP
Inventors: 大樹河原; Daiki Kawahara; 泰伸瀬川; Yasunobu Segawa; 裕一野口; Yuichi Noguchi; 文男武内; Fumio Takeuchi
Original assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2019-03-07

Abstract

【課題】従来の多段ロケットは、段間の配線を通すためのシステムトンネルの質量分だけ機体の構造質量が大きくなると共に、空力特性が低下するという問題点があった。【解決手段】複数の段部Ｒ１〜Ｒ３を分離可能に結合した多段ロケットＲであって、各段部Ｒ１〜Ｒ３が、自段部の制御を行うための自己制御器Ｃ１〜Ｃ３を夫々備えると共に、最下段部Ｒ１よりも上側の段部Ｒ２，Ｒ３が、下側の段部Ｒ１，Ｒ２との分離を検出する分離検出部ＳＡ，ＳＢを備え、自己制御器Ｃ２，Ｃ３が、分離検出部ＳＡ，ＳＢの検出信号に基づいて制御を開始するものとし、段間配線用のシステムトンネルを廃止して、機体の構造質量の低減と空力特性の向上を実現した。【選択図】図１

Description

本発明は、機軸方向に複数の段部を備えた多段ロケットに関するものである。

多段ロケットとしては、例えば、非特許文献１に記載されているものがある。非特許文献１に記載の多段ロケットは、最下段の第１段と、中間の第２段と、最上段の第３段とを備えている。第１段と第２段、第２段と第３段は、夫々の段間継手により、分離可能に結合してある。また、多段ロケットは、通常、最上段に主制御装置を搭載すると共に、各段部に制御器を搭載し、主制御装置により各段部の制御器を制御する。

上記の多段ロケットは、主制御装置と個々の制御器とを配線で接続する必要がある。これに対して、多段ロケットは、とくに、各段部が固体ロケットである場合、それらの内部が推進薬で満たされており、内部空間のスペースを確保することが難しいので、機体外部に、システムトンネルと呼ばれる長尺状の耐熱性部材を機軸方向に沿って配置し、このシステムトンネル内に配線を通すようにしていた。

『増補版・航空宇宙工学便覧』丸善発行、昭和５８年４月２５日、ｐ．４５２−４５３

しかしながら、上記したような従来の多段ロケットにあっては、システムトンネルの質量分だけ機体の構造質量が大きくなると共に、機体外部の形状が凹凸になるので、空力特性が低下するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、従来のシステムトンネルを廃止して、機体の構造質量の低減と空力特性の向上を実現することができる多段ロケットを提供することを目的としている。

本発明に係わる多段ロケットは、複数の段部を分離可能に結合したものであって、各段部が、自段部の制御を行うための自己制御器を夫々備えると共に、最下段部よりも上側の段部が、下側の段部との分離を検出する分離検出部を備え、自己制御器が、分離検出部の検出信号に基づいて制御を開始することを特徴としている。

本発明に係わる多段ロケットは、最下段部の起動により打ち上げられる。多段ロケットは、打ち上げから最下段部を分離するまでの間は、最下段部に搭載した自己制御器により制御を行う。そして、多段ロケットは、最下段部を分離すると、その上側の段部に搭載した分離検出部が最下段部の分離を検出し、自己制御器による制御を開始する。

このようにして、多段ロケットは、下側の段部の分離に伴って次の段部に搭載した自己制御器への切り替えを行うこととなり、自己制御器同士を配線で繋ぐ必要が無いので、従来使用していたシステムトンネルを廃止することができ、これに伴って、機体の構造質量の低減と空力特性の向上を実現することができる。

本発明に係わる多段ロケットの第１実施形態を説明する側面図である。図１に示す多段ロケットの第１段部を分離した状態を示す側面図（Ａ）、図２Ａに続いて第２段部を分離した状態を示す側面図（Ｂ）である。多段ロケットの打ち上げ後の過程を示すフローチャートである。

図１に示す多段ロケットＲは、複数の段部を分離可能に結合したものであって、この実施形態では、最下段部である第１段部Ｒ１、中間段部である第２段部Ｒ２、及び最上段部である第３段部Ｒ３を備えた３段式のものである。

第１段部Ｒ１は、固体ロケットであり、尾部に、推進機関のノズルＮ１を備えると共に、頭部に、段間継手ＪＡを介して、第２段部Ｒ２の尾部が分離可能に結合してある。第２段部Ｒ２は、同様に、固体ロケットであり、尾部に、推進機関のノズルＮ２を備えると共に、頭部に、段間継手ＪＢを介して、第３段部Ｒ３の尾部が分離可能に結合してある。第３段部Ｒ３は、人工衛星や各種観測器等のペイロード（図示せず）を搭載しており、図示例の場合は、尾部に固体ロケットのノズルＮ３を備えている。

段間継手ＪＡ，ＪＢは、例えば、段間を緊締するバンド機構、結合解除用の各種火工品、及び段間に分離力を付与する機構などを含む周知のものであって、上段に対して下段の推進力を充分に伝達する機能を有すると共に、段間を分離可能に結合している。

上記の多段ロケットＲは、各段部Ｒ１〜Ｒ３が、自段部の制御を行うための自己制御器Ｃ１〜Ｃ３を夫々備えている。また、多段ロケットＲは、最下段部である第１段部Ｒ１よりも上側の段部、すなわち第２段部Ｒ２及び第３段部Ｒ３が、下側の段部との分離を検出する分離検出部ＳＡ，ＳＢを備えている。

より詳細には、第２段部Ｒ２の分離検出部ＳＡは、下側の段部である第１段部Ｒ１との分離を検出する。また、第３段部Ｒ３の分離検出部ＳＢは、下側の段部である第２段部Ｒ２との分離を検出する。

さらに、多段ロケットＲは、第２段部Ｒ２及び第３段部Ｒ３に搭載した自己制御器Ｃ２，Ｃ３が、分離検出部ＳＡ，ＳＢの検出信号に基づいて制御を開始する。より詳細には、第２段部Ｒ２の自己制御器Ｃ２は、第１段部Ｒ１の分離を検出する分離検出部ＳＡの検出信号に基づいて制御を開始する。また、第３段部Ｒ３の自己制御器Ｃ３は、第２段部Ｒ２の分離を検出する分離検出部ＳＢの検出信号に基づいて制御を開始する。

なお、第２段部Ｒ２及び第３段部Ｒ３に搭載した自己制御器Ｃ２，Ｃ３は、分離検出部ＳＡ，ＳＢの検出信号に基づいて制御を開始するのであるが、より正確には、自段による飛翔を継続させるための主要の制御を開始する。

したがって、自己制御器Ｃ１〜Ｃ３は、分離検出部ＳＡ，ＳＢの検出信号が入力されるまでの間、全ての機能を停止しているのではなく、飛翔状態の監視や所定のプログラムを実行する機能を有しており、自段の上側の段間継手ＪＡ，ＪＢを作動させる指令信号を出力する機能、若しくは自段の下側の段間継手ＪＡ，ＪＢを作動させる指令信号を出力する機能をもたせることもできる。

分離検出器ＳＡ，ＳＢとしては、電気的又は機械的な各種手段を採用することが可能である。分離検出器ＳＡ，ＳＢは、例えば、段間継手ＪＡ，ＪＢを作動させる指令信号に基づいて分離を検出するものでも良い。また、分離検出器ＳＡ，ＳＢは、より好ましい実施形態として、下側の段部との分離を機械的に検出するスイッチを用いることができる。

スイッチを用いた分離検出器ＳＡ，ＳＢは、例えば、自己段部を固定部位として、下側の段部や段間継手の構成部材等のような分離時の可動部位を利用して動作するものを採用し得る。具体的には、可動部位に当接する接触子と、接触子の移動によりＯＮ／ＯＦＦされる接点と、接触子を移動させるスプリングとを備えた構成とし、分離動作とともにスプリングにより接触子を移動させて接点をＯＮにする。

図３は、多段ロケットＲの打ち上げ後の過程を示すフローチャートである。上記構成を備えた多段ロケットＲは、図３に示すステップＳ１において、最下段部である第１段部Ｒ１の起動により打ち上げられる。多段ロケットＲは、打ち上げから第１段部Ｒ１を分離するまでの間は、ステップＳ２において、自段すなわち第１段部Ｒ１に搭載した自己制御器Ｃ１により各種の制御を行う。この制御は主に電子制御である。

また、多段ロケットＲは、ステップＳ３において、第１段部Ｒ１を分離するか否かを判断し、分離しないと判断した場合（ＮＯ）にはステップＳ２に戻り、分離すると判断した場合（ＹＥＳ）には、次のステップＳ４に移行する。

その後、多段ロケットＲは、ステップＳ４において、第１段部Ｒ１に搭載した自己制御器Ｃ１により、第１段部Ｒ１と第２段部Ｒ２を結合する段間継手ＪＡを作動させる。これにより、多段ロケットＲは、図２（Ａ）に示すように、第１段部Ｒ１を分離すると、ステップＳ５において、第２段部Ｒ２に搭載した分離検出部ＳＡが第１段部Ｒ１の分離を検出し、ステップＳ６において、第２段部Ｒ２に搭載した自己制御器Ｃ２による制御を開始する。

また、多段ロケットＲは、ステップＳ７において、第２段部Ｒ２を分離するか否かを判断し、分離しないと判断した場合（ＮＯ）にはステップＳ６に戻り、分離すると判断した場合（ＹＥＳ）には、次のステップＳ８に移行する。

そして、多段ロケットＲは、ステップＳ８において、第２段部Ｒ２に搭載した自己制御器Ｃ２により、第２段部Ｒ２と第３段部Ｒ３を結合する段間継手ＪＢを作動させ、図２（Ｂ）に示すように、第２段部Ｒ２を分離すると、ステップＳ９において、第３段部Ｒ３に搭載した分離検出部ＳＢが第２段部Ｒ２の分離を検出し、ステップＳ１０において、第３段部Ｒ３に搭載した自己制御器Ｃ３による制御を開始する。

このようにして、多段ロケットＲは、打ち上げ後は、第１段部Ｒ１に搭載した自己制御器Ｃ１による制御を行い、下側の段部（Ｒ１，Ｒ２）の分離に伴って次の段部（Ｒ２，Ｒ３）に搭載した自己制御器（Ｃ２，Ｃ３）への切り替えを行うこととなる。つまり、多段ロケットＲは、常に、起動中の段部（Ｒ１〜Ｒ３）に搭載した自己制御器（Ｃ１〜Ｃ３）により制御が行われ、実質的に継続的な制御が行われる。

これにより、多段ロケットＲは、自己制御器Ｃ１〜Ｃ３同士を配線で繋ぐ必要が無いので、従来使用していた配線用のシステムトンネルを廃止することができ、これに伴って、機体の構造質量の低減と空力特性の向上を実現することができる。

また、多段ロケットＲは、従来のような全体の制御を行う主制御装置が不要であり、小型で軽量のコンピュータを自己制御器Ｃ１〜Ｃ３に採用することができるので、装置構造及び制御系の簡略化や、製造コストの低減を図ることもできる。

さらに、多段ロケットＲは、分離検出部ＳＡ，ＳＢとして、下側の段部Ｒ１，Ｒ２との分離を機械的に検出するスイッチを採用することにより、簡単な構造で、段間の電気的な接続を完全に廃止することができ、組み立ても容易である。

なお、多段ロケットＲは、とくに、第２段部Ｒ２及び第３段部Ｒ３に搭載した自己制御器Ｃ２，Ｃ３が、下側の段間継手ＪＡ，ＪＢを作動させる機能を有するものにしても、段間の電気的な接続を完全に廃止することができる。

本発明に係わる多段ロケットは、その構成が上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能であり、当然、３段以外の多段ロケットに適用可能である。なお、本発明の多段ロケットは、段部が液体ロケットである場合にも適用可能であるが、固体ロケットの特有の構造であるシステムトンネルを廃止し得るものである。よって、本発明の多段ロケットは、段部が固体ロケットである場合により効果的なものである。

Ｃ１〜Ｃ３自己制御器
Ｒ多段ロケット
Ｒ１第１段部
Ｒ２第２段部
Ｒ３第３段部
ＳＡ，ＳＢ分離検出部

Claims

複数の段部を分離可能に結合した多段ロケットであって、
各段部が、自段部の制御を行うための自己制御器を夫々備えると共に、
最下段部よりも上側の段部が、下側の段部との分離を検出する分離検出部を備え、
自己制御器が、分離検出部の検出信号に基づいて制御を開始することを特徴とする多段ロケット。
前記分離検出部が、下側の段部との分離を機械的に検出するスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の多段ロケット。