JP2023001372A - 打上装置、発射装置、加速装置、マスドライバ、カタパルト、輸送システム、空中構造物、宇宙構造物 - Google Patents

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Abstract

【課題】宇宙空間への地上・空中からの打上方法・打上装置を考案する。【解決手段】軌道リングシステムで提案された磁性流体・リニアモーターカーによる加速方法では前記システム内の物体を軌道速度まで加速できない恐れがあった。そこで本願では光子または荷電粒子を発射させ反動を用いて加速することを検討する。さらに本願では軌道リングシステムではなくマスドライバ装置である打上装置2MSにおいて、毎秒7kmを超える軌道速度を達成するため、打上物体を打上装置に含ませて、打上物体を軌道速度よりも高い発射速度を持つ光子または荷電粒子を発射させ反動を用いて加速し目標(宇宙空間・衛星・惑星等他の天体)に向け発射させる。【選択図】図1N

Description

本願は本願の先の出願である特願2022-015274と特願2022-086263を参照して引用する。
本発明は空中の構造物2もしくは宇宙空間の構造物1と前記構造物と前記構造物が含む物体の加速装置と、前記物体を打上する打上装置に関する。
<<本願により先の出願である特願2022-086263から追加された事項>>
本願の主な説明図は図1Nと図1Mである。
本願では、光子・荷電粒子を前記航空機の後方に発射する反動により航空機を軌道速度(秒速7km)以上に加速する事を特徴にした、空中構造物、宇宙構造物、打上装置、マスドライバ、カタパルト、輸送システム、ローンチシステムを提案する。
●先の出願で開示したように、太陽電池を動力とする航空機(飛行機、飛行船、ソーラープレーン)を含む構造物2や航空機3を用いて本願の打上装置2MSを構成してもよい。前記航空機3やそれらを含む空中の構造物2の光子・荷電粒子を発射した反動による航空機や物体の加速方法を利用し、(秒速7km以上の)軌道速度を実現し、地球から打ち上げる事を期待するシステムを提案する。
前記航空機群を連結し地球一周する規模(約4万km規模)の軌道リングや、(4万km以下の規模の)部分軌道リングもしくは打上のプラットフォーム装置・マスドライバー又は発射台装置・打上装置2MSを構成し、その内部加速装置で打ち上げたい物体を加速し宇宙に打ち上げるか、又は物体の加速により生じる遠心力により打上物体を宇宙へ持ち上げる。図1Mと図1Nに本願で主張する打上装置、マスドライバ、輸送システムの説明図を記載する。
本願の先の出願では、光子又は荷電粒子を後方に発射して加速・推進する部分を含む特徴を持つ、地球一周する規模(約4万km規模)の軌道リングについて開示した。他方、軌道リングや静止軌道まで伸びる軌道エレベータはその装置の大きさ・規模が大きいという課題がある。
特開2022-058853号公報
ポール・バーチ、「Orbital Ring Systems and Jacob's Ladders - I-III」Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 35, 1982, pp. 475-497、Vol. 36, 1982, 115、Vol. 36, 1982, 231。
本願で解決したい課題は、軌道リングより規模を小さくしつつ 光子又は荷電粒子を後方に発射して加速・推進する部分を含む特徴を持つ、毎秒7km以上の軌道速度を超えて加速できる打上物体の(宇宙への)打上装置・加速装置2MSを考案することである。
(公知の軌道リングシステムで提案された磁性流体を加速させる案やリニアモーターカーにより加速させる案では前記システム2MS内の打ち上げたい物体を軌道速度以上に加速できない又は困難である恐れがあった。)
宇宙空間への地上・空中からの打上方法・打上装置2MS(図1M及び図1Nの2MS、2MSLA、2MSCA、又は打上システム2MS‐SYS、2MS‐SYS‐LAUNCHER、2MS‐SYS‐SPIN)を考案する。
本願では軌道リングシステムではなくマスドライバ装置2MSにおいて、毎秒7kmを超える軌道速度を達成するため、打上物体300FOBJを打上装置2MSに含ませて、打上物体300FOBJを軌道速度よりも高い発射速度を持つ光子または荷電粒子を発射させ反動を用いて加速し目標(宇宙空間・衛星・惑星等他の天体)に向け発射させる。
<光子又は荷電粒子を後方に発射して加速する部分を含む装置>
◇光子又は荷電粒子を後方に発射して加速・推進する部分を含む特徴を持つ航空機などを用い構造物2を構成し実証実験する場合に、その実験時に、実験の到達点の一つとして、軌道リング(4万km)よりは小さい規模の(例えば我が国付近の海洋の上や空中に収まるような、例えば数kmから数千kmの)打上装置、打上発射用加速装置、マスドライバ、カタパルト、加速・打上の設備として本願の発射装置2MS・打上装置MSを考案している。
<マスドライバ・カタパルト・発射装置・発射台を考案する背景>
本願にて主張する地球一周規模(4万km)の環状構造物2(所謂、軌道リングである軌道リング構造物2や1)はその規模が大きい難点がある。[他方、静止軌道(約38万km)まで伸びる軌道エレベータよりは軌道リング構造物2は規模が小さいかもしれない。]
本願は光子や荷電粒子を発射する反動で宇宙へ打ち上げるための(秒速7kmを超える)打上物体の軌道速度を達成しようとする提案である。本願は打上装置の推進剤(又は加速のための手段)に、電力を用いて発生できる光子や電力を用いて加速できる加速された荷電粒子を用いる。前記光子や荷電粒子は物体後方へ放出又は発射される速度が秒速7kmの軌道速度より速い・速くできるという特徴を持つ。
※なお本願の先の出願(特願2022-015274と特願2022-086263)は前記光子や荷電粒子を用いて物体の加速を行う加速装置(例えば先の出願の環状構造物2を図3のように加速する装置や手段)の概念を含んでいる。
<図1Mと図1Nを用いた課題解決手段の説明>
図1Mと図1Nに本願の打上装置又はマスドライバの説明図を示す。
打上物体300FOBJは打上装置2MS、2MSLA、2MSCA(又は打上システム2MS‐SYS)に含まれる。前記含まれるとは打上装置(2MS、2MSLA、2MSCA、2MS‐SYS‐LAUNCHER)内で打上物体300FOBJが自ら光子や荷電粒子を発射し加速し推進する場合(図1Mの2MS、2MSLA、2MSCA、2MS‐SYS‐LAUNCHER)と、打上装置(2MS、2MSCA、2MS‐SYS‐SPIN等)内に打上物体300FOBJが含まれたまま(例えば環状の打上装置に荷物室としての打上物体300FOBJが固定装置(2MS‐OBJLINK)によって固定されたまま)、打上装置が光子や荷電粒子を発射し加速・推進し、環状の打上装置(2MS、2MSCA、2MS‐SYS‐SPIN等)が加速され回転等運動している場合に、前記環状の打上装置(2MS、2MSCA、2MS‐SYS‐SPIN等)から打上物体300FOBJをリリースする場合(図1Nの2MS、2MSCA、2MS‐SYS‐SPIN等)を含む。
※なお本願では「光子や荷電粒子を発射し」との記載があるが、該発射には物体が光子や荷電粒子を発射する場合と、物体が光子や荷電粒子を反射した場合を含む。そのため外部から加速させたい物体に向け粒子を放ち反射させてその反動を用いてもよい(先の出願の図7のソーラーセイル31ACのように光子等粒子を反射してもよい)。
<プラットフォーム>
●本願の打上装置を用いた打上プラットフォーム・マスドライバー又はカタパルト、発射プラットフォーム、輸送システム、発射台装置は、太陽電池や発電装置、外部電力網、外部からの送電方法からの電力供給を想定する。
●図1Fのように打上装置2MS、打上プラットフォームである構造物2は通信プラットフォームを兼ねてもよいし、構造物2と連結部17とケーブル12と地上部14で結ぶ地上の電力網や発電設備から構造物2へ電力又はエネルギを供給して300FOBJを加速・打上・発射の電力に用いてよい。
本願で主張するマスドライバ型打上装置2MSでは、静止軌道への軌道エレベータ及び軌道リングと比較して打上装置・ローンチシステムを小型化できる。
図1はコネクタ部17または列車部17TRや環状の17TRを構造物2に取付させた説明図(実施例1)<以下、図1M・図1N以外は特願2022-086263と同じ> 本願の構造物2とコネクタ部17の説明図 本願の2と17とケーブル12を含むの説明図(17が軌道エレベータの一部でもよい図) 構造物2を17で取り囲んで、磁気吸引で17を2にコネクトし、317Cと171Cを制御して、17をガイドする、構造物2からぶら下がるコネクタ部17の図 図1Cの場合において、17TRが存在する場合。磁気吸引で17TRを2にコネクトし、317と317C・171Cを制御して、磁気吸引し推進させガイドさせる図 本願の構造物2と17において、コネクタ部17を、別の「コネクタ17-構造体2」のペアに接続する図 本願の構造物2が地上・洋上の上空にありコネクタ部17と接続される場合(送電・HAPS等通信用途。2の推進・加速にレーザーを用いる説明図を含む。)(本願の構造物2が地球の或る地域に収まる規模の場合。前記2は夜間は蓄電池による駆動を前提とするが、図中LASERや17により外部からのエネルギー供給し2の推進・制御を行ってもよい。) 構造物2が図1Fの地上にあるU1Aから粒子やレーザー照射を受けてセイルにより推進する場合を含む図(構造物2の外部からの光子を受け取り光子セイルにて推進させる説明図。) 構造物2の複数のレーザ・粒子照射部を目標物に向けて照射し、目標物15や3を推進し、デブリ目標物を除去する図。デブリ用の空中の砲台である構造物2。 17TRが構造物2の加速管内で加速される場合。(図1の上の部分の破線で図示した環状の17TRを構造物2に取付した時の17TRの構成例) 構造物2や17が磁気吸引する場合の説明図 高度増加時のリング構造物2や1が円周方向に長さが伸長するときの対応方法説明図(39や39CVRの説明図) 偏向手段30ATVにより光子・粒子の発射方向を変える3,2,1の説明図 打上装置(2MS、2MSLA、2MSCA、2MS‐SYS‐LAUNCHER)の説明図。(光子・荷電粒子により打上物体を加速して発射する打上装置の説明図。実施例1のA) 打上装置(2MS、2MSCA、2MS‐SYS‐SPIN等)の説明図。(打上物体を搭載した環状構造物を光子・荷電粒子により加速し、その後、打上物体を環状構造物から発射・リリース又は放つ打上装置の説明図。実施例1のB)<以下図2以降は特願2022-015274と同じ> 構造物の置かれる場所の例 本願の構造物の光子を用いる加速装置の例 本願の構造物における加速装置の例<電場・磁場を用いて粒子・弾・物体を加速管にて加速させる場合> 本願の構造物における加速装置の例<本願記載の加速装置の要素を複数備える場合> 本願の構造物の加速装置の内部装置関係図の例 ソーラープレーン3の飛行装置および飛行のための推進装置の例(一部加速装置と併用されうる) ソーラープレーン3の装置説明図 構造物1または構造物2の説明図 宇宙構造物1の例 宇宙構造物1の昇降装置部 粒子流300Fを加速・減速する説明図<MHD発電部・MHD加速器の例> 本願構造物の打上げ流れ図・ミッションの流れ図
実施例1である図1Mや図1Nを用いて説明する。
<図1Mについて>
●図1Mでは2MSLAや2MSCAに含まれる加速管やRailを用いて打上物体300FOBJを加速させる構成が開示されているが、2MSLAや2MSCAそのものを図3のように光子や荷電粒子を発射させる反動で推進させ打上物体300FOBJとして加速してもよい。
◇加速管301・Railや打上物体を加速管内に非接触で管内・Rail近傍に保持する場合、2MSLAや2MSCAの重量増加問題が生じる恐れもある。(前記非接触とは、例えば磁場など用い、磁気吸引装置17や磁気浮上装置等用いる場合。磁気吸引・磁気浮上機構が軽量化・低コスト化できる場合にはこの限りではないが、それらが重量物・高コストになる恐れもあるので、他の方法を提示する必要があり、その例を図1Nに示す。)
<図1Nについて>
●図1Nは、環状構造物による打上装置2MSCAを前記光子や荷電粒子による方式で加速・回転させたのちに、2MSCAに積載・搭載されていた打上物体300FOBJに、打上装置2MSCAの回転速度をのせて打上先の方向に発射・リリースして、(宇宙などに向けて)発射・打上を行う説明図である。
<図1Nにおける打上物体の加速・打上手順>
●図1Nでは、以下の例・手順を行う事ができる。
[手順1]:静止した(速度V=ゼロ)若しくは初期速度の環状の打上装置2MSCA(又は2MS‐SYS‐SPIN)に、荷物等を有する荷室でもよい打上物体300FOBJを積載する。
該積載時に打上装置2MSCAと打上物体300FOBJの間を連結・固定してよい。
◇前記連結・固定されていない場合、前記方式で加速する時に、環状構造物である打上装置2MSCAが環状の軌道に沿って移動し回転する場合、打上装置2MSCAと打上物体300FOBJは遠心力など受けて打上物体300FOBJが打上装置2MSCAから離れうるので固定する。該固定のための機構(例えば図1の2MS‐OBJLINK)は電気や機械による制御により固定を解除出来てもよい。
●電磁的な連結手段と機械的な接合・連結手段・摩擦による固定手段・接着剤など化学的な連結手段を組み合わせて前記固定のための機構に用い、リリースしたい場合に信号を該機構に送り、該機構で接合・連結を弱めてもよい。例えば一定の力により切れるひもなどによる機械的な連結手段と、磁気吸引等磁気的な手段を組み合わせたものでよく、リリース時に磁気を生じさせる電磁石の電流をオフにして連結を解除してもよい。
●加速後に打上を制御する部分(打上装置の制御部や打上物体の搭乗員又は制御部等)からの指示により連結解除可能な連結手段を想定している。
[手順2]:打上物体300FOBJを積載した打上装置2MSCAを、前記光子や荷電粒子による方式にて加速させる。加速後の速度をVMSとする。この加速時の軌道は環状の打上装置2MSCAのループ形状に沿った軌道をとる。該軌道は図1Nでは環状の打上装置のため、環状の軌道(円状の軌道)である。
※手順2は環状の構造物をスピンさせた状態である。
[手順3]:打上装置2MSCAから打上物体300FOBJを打上目標に向けて打ち上げる。次の手順3-Aと手順3-Bを例として記載する。
※手順3は手順2で環状の構造物をスピンさせた状態で、スピンしている構造物との固定が解かれることで、打上物体が回転時の運動を保存しながら飛んでいく(あるいは固定されていた時に釣り合っていた力のつり合いが固定を解除されたことでなくなり崩れて、その後残っている回転し続けようとする力・遠心力等によりリリースされた打上物体が遠くへ飛んでいく)事を打上に利用する意図がある。
[手順3-A]:手順3において、打上装置2MSCAから打上物体300FOBJを追加の打ち上げ手段、例えば目標とする軌道速度VOに最終的に到達するためのロケット(例えば多段階式ロケットの2段目3段目等の最終段側用のロケット)や電気式推進装置などを動作させ、打上装置2MSCAから発射する。
●打上物体300FOBJは、打上装置2MSCAから発射された時は、
打上装置により加速された速度VMSを持つ。(前記発射された時又は発射される付近で、打上物体300FOBJに搭載された推進装置を使用して加速してもよい)
●打上物体300FOBJは、打上装置2MSCAから前記速度VMSを持って発射された後は、
打上物体300FOBJに搭載された推進装置により、
打上物体300FOBJをVO=VMS+VTとなるように加速し目標に向けて打上・発射される。
この時、前記速度VTは推進装置・スラスタ、ロケット・多段ロケット・最終段側ロケットによる速度の部分である。
●打上装置2MSCAと打上物体300FOBJは連結・固定されている場合は固定を解除して打ち上げる又は発射する。
※手順3-Aは、手順3の前記リリースされた打上物体が遠くへ飛んでいった後に、打上物体がロケット(300FOBJ‐ROCKET)である場合。若しくは推進装置を有して推進をする宇宙船や乗物(300FOBJ‐VEHICLE)の場合である。
手順3-Aでは、前記打上装置はロケットや宇宙船を助走させ加速・推進・発射・打上する打上台やカタパルトとして動作するかもしれない。
[手順3-B]:手順3において、打上装置2MSCAにより加速された打上物体300FOBJの速度が軌道速度VOを超えているとき(VO=VMS、またはVO<VMSであるとき)である場合、打上装置2MSCAと打上物体300FOBJは連結・固定されている場合は固定を解除してリリースする又は打ち上げる。
(前記固定のための機構については、電気や機械による制御により固定を解除する。機械によるロック機構やワイヤによる牽引の機構その機構を解く。電磁石・磁石により吸引吸着している場合は電磁石を停止させ磁場を無くし、磁気的なロックを解く。)
◇速度についてVO<VMSならば打上物体300FOBJは軌道速度に達しているから、その際に固定を解除されており、かつ目標まで打上物体300FOBJの減速がしない条件(例えば高高度に配置されたプラットフォーム上の打上装置2MSCA。高高度であって空気抵抗が地上より低い事を期待する)であればそのまま軌道に投入されるはずである。(衛星として軌道に乗るはずである。)
※手順3-B は、打上物体がロケット等推進手段持たず、そのまま軌道速度を上回って発射・リリースされる場合である。
●※打上・発射された打上物体を望みの場所や軌道に投入するには打上物体の制御部により制御可能な推進装置・電気推進装置・ロケットなどが打上物体に備えられていると実用上好ましいと考えられ、その場合前記手順3-Aによる利用が想定される。
<空気抵抗と図1Nの構成、空中に配置した打上装置>
●図1Nでは、物体が運動・飛行・移動している際の空気抵抗が地上よりは少ないと期待される稀薄大気下の高高度の空中(若しくは宇宙空間)において、スピン・回転する環状の打上装置兼環状構造物(1、2、1MS、1MSCA、2MS、2MSCA、2MS-SYS、2MS-SYS-SPIN)を配置し、前記回転時の空気抵抗を地上に配置した場合よりも低くすることを期待している。
<真空又は宇宙空間に配置された図1Nの構成>
●宇宙空間に配置した打上装置兼環状構造物(1、1MS、1MSCA、1MS-SYS、1MS-SYS-SPIN)では、宇宙空間は真空であって、前記打上装置兼環状構造物が回転するときの空気抵抗の問題を排除・解決できうる。
●宇宙空間に配置した前記打上装置(1MS-SYS-SPIN)は宇宙ステーション近傍に備えさせた宇宙船の発射ステーション1MS-SYS-SPIN として利用されるかもしれない。宇宙空間で用いる前記打上装置は太陽電池による電力で駆動されうる。化学ロケットを使用せず、太陽エネルギー(宇宙太陽光発電)・電力・電気推進により加速して、火星等の他の遠い天体へ助走・加速させる発射ステーションに利用できるかもしれない。宇宙開発・宇宙旅行に用いられるかもしれない。(宇宙空間において、本願打上装置・本願発射装置は打上物体を徐々に加速してもよく、人や加速度にセンシティブな壊れやすい機材を乗せたまま加速していき遠方の宇宙に向けて発射できるかもしれない)
●宇宙空間の無重力の場所においては(また加速時の軌道に沿って非接触に打上物体を保持・加速できる場合には)打上物体300FOBJが加速する方式の打上装置(2MS‐SYS‐LAUNCHER)を用いても前記打上装置(1MS-SYS-SPIN)と同じく加速・発射ができるかもしれない。
<線状打上装置2MSLAの場合>
上記手順では環状の打上装置2MSCAにて記載したが、線状の打上装置2MSLAであってもよいし、後述する多段式の打上装置や渦巻式の打上装置でもよい。線状の打上装置2MSLAであっても、加速できる軌道の距離を稼げる場合、手順1から手順2および、手順3、手順3-A・3-Bにて加速装置2MSLA、打上装置2MSLAとして利用できる。
●打上物体搭載した線状の打上装置が加速・航行し、打上物体に速度をのせた後、打上物体を切り離しながら前記物体と離れるように動いて打上物体をリリースする形でもよい。(例えば打上物体搭載した線状の打上装置が円状又は環状の軌道を加速・航行し、打上物体に速度をのせた後、打上物体を切り離しながら前記物体と離れるように動いてリリースする形でもよい。その際打上物体は慣性の法則により速度を持ったまま運動する又は発射される。)
<多段式の加速装置・打上装置>
公知の粒子加速器(欧州原子核研究機構のLHCとその前段加速器)のように、
例えば、
第1の線状打上装置2MSLAを前段加速装置、
第2の環状打上装置2MSCAをメインの加速装置、
第3の環状打上装置2MSCAを後段加速装置として用いて、
多段式・マルチステージ式の加速装置部を持つ打上装置2MSや打上システム(2MS‐SYS)にて打上を行ってもよい。
メイン加速器・加速装置部と、前段加速器・前段加速装置部、後段加速器・後段加速装置部と、打ち上げ時の最終的な打上方向を調整する偏向装置30ATV(射出ノズル30ATV)とが組み合わされた打上装置2MSでもよい。
<及び渦巻式の打上装置>
渦巻状の打上装置2MSでもよい。
<上装置2MSや打上システムの構成>
●図1Mと図1Nのどちらの構成であっても打上物体300FOBJは打上装置2MS、2MSLA、2MSCAに含まれている。前記含まれるとは打上装置内で300FOBJが自ら光子や荷電粒子を発射し加速し推進する場合と、打上装置内に300FOBJ含まれたまま打上装置が光子や荷電粒子を発射し加速し推進する場合を含む。
●図1Mの構成では300FOBJは光子又は荷電粒子を後方に発射して推進する特徴を持つ。
●図1Mの構成では300FOBJはRailに対し非接触の浮上機構若しくは釣り下げ機構を含んでよい。
●2MSLAや2MSCAそのものは航空機、ソーラープレーン、気球等の航空手段を備えさせ、上空を飛行または浮遊し、上空に配置されてもよい。
●前記打上装置(2MS、線状打上装置2MSLA、環状打上装置2MSCA含む)は航空機・ソーラープレーン・電気電力により推進する気球等を連結又は組み合わせて構成、建造されてもよい。
●本願では図1Mに記載した図のように、2MSLAや2MSCAは惑星や衛星の上空で光子・荷電粒子により加速された300FOBJを発射・打上・ローンチさせる、高高度の発射プラットフォーム・打上プラットフォームとして動作させる事を意図している。
図1Fの空中に配置された環状構造物2や線状構造物2の代わりに、打上装置(2MS、又は2MS等:線状打上装置2MSLA、環状打上装置2MSCA含む)を配置して、打上装置2MS等に接続部17(非接触式又は接触式の接続部17)を備えさせ、接続部17と地上部14(及び地上の電力網・通信網)をケーブル12で接続し、打上装置2MS等を高高度の打上プラットフォームとさせたり、通信プラットフォームとさせても良い。
その際に、打上や通信等のサービスを提供する為にプラットフォーム2MS等が必要とする電力を、地上の電力網から地上部14とケーブル12と接続部17を介して打上装置2MS等へ供給してもよい。
<宇宙空間での発射プラットフォームとしての利用>
●前記打上装置(2MS、線状打上装置2MSLA、環状打上装置2MSCA含む)は宇宙に配置された宇宙構造物であって、打上物体又は発射物体300FOBJを宇宙空間上や月などの他の天体向けて速度を持たせて発射・打上・ローンチさせる発射プラットフォーム1MSや1MSLAや1MSCA等でもよい。
<地上・地下での利用>
◇前記打上装置2MSやそれに含まれる加速装置・加速方法の利用される場所は加速可能である構成ならば限定しない。図1Nのように構造物2を回転させる場合、空中、稀薄大気を持つ高高度の空中、宇宙空間、真空環境が好ましい。他方、図1Mのように加速管を用いる場合は加速管内を真空にする等が可能なので設置場所は限定されない。
●本願では主に地上より高い高度の空中・宇宙での打上装置の利用を想定しているが、本願で開示する方式を用いて地上や地下、海中に打上装置2MSや2MSLAや2MSCAを配置し、その内部で前記光子や荷電粒子による方式で打上物体300FOBJや2MSLAや2MSCAに含まれる物体・積載されている物体を加速させてもよい。
図1Mと図1Nに本願の打上装置又はマスドライバの実施例の説明図を示す。
図1Mは打上装置内の軌道又はレール又は加速管内で打上物体が自ら光子や荷電粒子を発射し加速し推進する(もしくは打上物体に光子・荷電粒子を照射させ反射させ加速推進させる)。
図1Nは打上装置内に打上物体が含まれた状態で(例えば環状の打上装置に荷物室である打上物体が固定手段によって固定・搭載された状態で)、打上装置が光子や荷電粒子を発射し加速・推進し、環状の打上装置が加速され回転等運動している場合に、前記環状の打上装置から打上物体をリリースする。
<本願と先の出願の比較、効果>
本願前記加速装置の他の利用例・実施例として、軌道リングほどには規模を増さなくとも、装置の試験や稼働が行えるかもしれない。(例えば我が国の付近で本願で主張する光子や荷電粒子を発射する反動で宇宙へ打ち上げるための装置の試験や稼働が行えるかもしれない。)
上記方式が動作する場合には地上・空中から軌道速度を超えた速度での物体の打上が行えるかもしれない。
1001:打上装置が打ち上げる目標となる、上空・宇宙空間・宇宙空間上の軌道・衛星(月等)・惑星(金星火星)・天体。
<打上装置>
2MS:前記光子や荷電粒子による方式で加速させる特徴を持つ打上装置。(若しくは前記方式による質量のある物体の発射装置)、マスドライバ、輸送システム。
2MSLA:2MSであって、地上、空中又は宇宙空間に配置された構造物2であって、磁場によりつりさげられたマスドライバーの弾または宇宙へ持ち上げられるための物体300F・300FOBJ と、前記300F・300FOBJを加速する加速管又は軌道若しくはレールシステムを含む線状の打上装置、マスドライバ、輸送システム。
2MSCA:2MSであって、環状の前記打上装置、マスドライバ、輸送システム。
2MS‐SYS:打上装置2MS(例として2MSLA、2MSCA)を含むシステム。システム全体。
2MS‐SYS‐LAUNCHER:2MS‐SYSであって前記光子や荷電粒子による方式で加速・回転させた打上物体300FOBJを発射する場合。(打上装置で打上物体のみを加速して放つ場合。図1M)
2MS‐SYS‐SPIN:2MS‐SYSであって前記光子や荷電粒子による方式で加速・回転させた構造物2(2MSCA)と前記構造物2に積載・搭載された打上物体300FOBJを用い、前記構造物2より打上物体300FOBJを放つ又は打ち上げる場合。(打上装置側が打上物体を搭載したまま加速し、打上物体を放つ場合。図1N)
2MS‐OBJLINK:2MSに300FOBJを連結・固定する装置又は手段。
1MS、1MSLA、1MSCA、1MS‐SYS、1MS‐SYS‐LAUNCHER、1MS‐SYS‐SPIN :宇宙に配置された上記2MS、2MSLA、2MSCA、2MS‐SYS、2MS‐SYS‐LAUNCHER、2MS‐SYS‐SPIN
<打ち上げられる物体>
300FOBJ:打ち上げられる物体300FOBJ、打上物体300FOBJ(含む列車のような人や荷物を積載する列車型又は宇宙船型・ロケット・ローンチビークル型の17TR、16TR)。
300FOBJ‐ROCKET:300FOBJがロケットである場合。多段式ロケットでもよい。
300FOBJ‐VEHICLE:300FOBJがロケットや推進装置を持つ乗り物又は輸送機器。打上装置により300FOBJが打ち上げられた後に、300FOBJ内に備えられた加速装置や推進装置により増速できる打上物体。具体例としてロケットである300FOBJ。
<図1Aから図1Nの符号の説明>
1:ソーラープレーンオービタルリング、閉じたループを持つ帯状構造体。(宇宙に配置された構造体)
1A:宇宙構造物としての1の1つ。
1B:宇宙構造物としての1の1つ。(高度は1A>1B。)
10:軌道エレベータ部
11:スカイフック部
12:ラダーケーブル部またはエレベータ部、送電ライン、通信ライン
13:ラダーケーブル地上連結部、エレベータ地上連結部
14:地上基地部
15:昇降装置、エレベータのかご部
16:スカイフック基地部、エレベータ基礎部
16TR:17に連結した列車部(列車の車体または荷台部)
17:エレベータ基礎部16と構造物2の接続部、コネクタ部
17TR:構造物2に磁気吸引しつつ、2に沿って移動可能な列車部(列車の台車部)
17SPACE:17と構造物1,2との隙間(磁気浮上ではなく、磁気吸引制御による隙間17SPACE)
171:17の磁力発生部、又は、磁力に反応し吸引又は反発する部分、若しくは、磁性体部分、反磁性体部分
171C:17のコイル・電磁石(171Cは超伝導電磁石や電磁石を含む。電磁石のための磁心、回路等を含んでもよい。フィードバック制御可能な電磁石を構成する部分)
(171Cは317・317Cに吸引される若しくは吸引し、17と1、2が接触しないようにして隙間17SPACEを形成し浮遊制御・ギャップ制御させる)
171C-SC:超伝導電磁石に限定された171C。超伝導を維持する手段(冷凍機など)を含む。
171MG:17の磁性材料
171AMG: 17の反磁性体部分
171PMG: 17の永久磁石部分
171S:317MGへの磁気吸引制御用センサ、フィードバック制御用
171E:171Cと171Sを含む電気回路
171E-wiring:配線
17L:他の2と17の対を結ぶための12及び17に関連する中継部
171T:推進装置、推進手段
171R:ロケット
171B:浮遊手段、気球など(図1Fの右下図で17を浮遊させる手段)
171BP:171が地上に落ちる場合の減速手段(パラシュートを含む。図1Fの右下図で17が空中より上の高度から落下する場合の減速手段)
2:空中にある構造体。(空中、宇宙と空中の境界、宇宙のいずれかに配置されていてもよい。宇宙空間の高度以下に配置されていてもよい。高度100km以下に配置されていてもよい。)
22:2の電気回路・配線
317:構造体1,2側の磁力発生部、又は、磁力に反応し吸引又は反発する部分、若しくは、磁性体部分、反磁性体部分、磁力に反応する部分
317C:171Cと作用してもよい構造物1,2の電磁石部(ソーラープレーン3に内蔵、構造物1,2搭載)
317MG:構造物1,2の磁性体部分
317AMG:構造物1,2の反磁性体部分
317PMG:構造物1,2の永久磁石部分
(317SC:構造物1,2の超伝導電磁石部分)
3171S:磁気吸引制御用センサ
32:3の電気回路
32-wiring:配線
39:連結部
39CVR:カバー部(伸長可能なカバー、スライド可能なカバーを含む)
30:加速装置、
30AA:電場を用いる線形加速器、機能部、
30AB:磁場を用いる加速器、機能部、
30AC:光子を発射・放出する装置(光子発射型の推進装置又は加速装置)、
30ACA:発光素子・レーザー素子・光子発射装置・光子発射型加速装置、光子放出装置、
30ATV:加速装置の推力偏向もしくは発射される光子・粒子の偏向装置部、シンバル機構部、偏向手段、
<<※図2から図13については先の出願と同じである。>>
<図1等>1:ソーラープレーンオービタルリング、閉じたループを持つ帯状構造体、1A:宇宙構造物としての1、1B:空中構造物としての1、1000:地球・惑星・衛星・星、2:線状の空中構造物、2A:始点、2B:終点、2C:2Aと2Bの連結点、3:1の部品であるソーラープレーン
<図2>P1:宇宙空間の構造物1として用いる場合、P2:地球の空中の構造物1または2として用いる場合、P3:地球の空中の構造物2として用いる場合、P4:地球の空中の線状の構造物2として用いる場合
<図3等>1:ソーラープレーンオービタルリング、閉じたループを持つ帯状構造体、1000:地球・惑星・衛星・星、質量のある天体、2:線状の空中構造物、2A:始点、2B:終点、2C:2Aと2Bの連結点、3:1の部品であるソーラープレーン、30A:加速装置、30AA:電場を用いる線形加速器、30AB:磁場を用いる加速器(含むEML)、30AC:光子を発射する加速器もしくは推進装置、30ACA:発光素子・レーザー素子・光子発射装置、300A:電場により加速される粒子等物体、300B:磁場により加速される粒子又は弾等物体、300C:光子発射素子から発射された光子
<図6等>3:1の部品であるソーラープレーン、30:加速装置、30AA:電場を用いる線形加速器、機能部、30AB:磁場を用いる加速器、機能部(含むEML、MHD加速器)、30ABA:MHD加速器・MHD発電機、30X:加速器兼減速器、30AC:光子を発射・放出する装置(光子発射型の推進装置又は加速装置)、30ACA:発光素子・レーザー素子・光子発射装置・光子発射型加速装置、光子放出装置、300A:電場により加速される粒子等物体、300B:磁場により加速される粒子又は弾等物体、300C:発光装置から発射された光子、300D:加速させ粒子又は弾又は物体の供給源、300E:3の外部から取りこまれた粒子、300F:加速管において加速させている粒子または粒子の流れ・物体の流れ、300G:イオン風である粒子の流れ、301:加速管、301A:加速管の主部、301B:他の3の加速管との接続部、301C:加速管の連結体、加速器の加速管、302:加速させる物体の供給源、302A:3の外界からの加速させる物体の取り込み部、31:発電装置、31A:太陽電池(太陽電池機能部)、31AA:入射した光子(太陽光光子または外界から発射された光子)、31AB:反射した光子、31AC:光子受光面(セイル部、光子セイル部、ソーラーセイル部)、32電気装置、電気回路、電源装置、32A:加速装置・加速器・推進装置駆動のための電気回路、321A:電場利用回路、3211A:コッククロフトウォルトン回路、322A:磁場利用回路、323A:光子生成回路、3231A:LED等光子放出用回路(光放出回路)、3232A:レーザー用回路(レーザー放出回路)、32B:太陽電池を含む電源回路、蓄電回路、配電回路、320B:加速装置または推進装置駆動回路、321B:蓄電装置(二次電池含む)、32C:制御回路(含むコンピュータ)、33:飛行装置、39:3同士を連結させる連結部
<図7等>3:1の部品であるソーラープレーン、30:加速装置、31:発電装置、32電気装置、電気回路、電源装置、33:飛行装置、330:モータ・アクチュエータ、331:プロペラモータ・ファンモータ、332:ポンプ、332A:圧縮気体タンク及び圧縮気体噴射装置、333:イオン風発生装置(30AAとも関連)、334:光子セイル(31ACに含まれてもよい)、335:光子発射装置(30ACAと同じ)、339:気球部(飛行船の場合)、33000:33の回転翼33001:33の固定翼、33002:33の操縦装置(補助翼、舵)、33003:33の推力偏向する手段(主にVTOL機用)、33004:(33の降着装置)、33005:33の慣性計測装置、IMU(3軸のジャイロセンサと3軸の加速度計、32に備えてもよい)、39:3同士を連結させる連結部
<図8等>3:1の部品であるソーラープレーン、30:加速装置、31:発電装置、31A:太陽電池、32電気装置、電気回路、電源装置、32A:加速装置・加速器・推進装置駆動のための電気回路、32B:太陽電池を含む電源回路、蓄電回路、配電回路、32C:制御回路(含むコンピュータ)、32CA:コンピュータの制御装置・演算装置・記憶装置・入力装置・出力装置、33:飛行装置、34:通信装置、39:3同士を連結させる連結部
<図9>2:1にもなる3の連結体、20:2の加速装置、21:2の発電装置、222の電気装置、電気回路、電源装置、22A:2を全体的に制御する加速装置または推進装置の制御部、22B:2の太陽電池を含む電源回路、蓄電回路、配電回路、22C:2を制御する制御部・演算部および通信網、22CA:2を制御するコンピュータの集合体、23:2の飛行装置・推進装置、24:2の通信装置、39:3同士を連結させる連結部
<構造体1について>1:1にもなる3の連結体、10:1の加速装置、11:1の発電装置、12:1の電気装置、電気回路、電源装置、12A:1を全体的に制御する加速装置または推進装置の制御部、12B:1の太陽電池を含む電源回路、蓄電回路、配電回路、12C:1を制御する制御部・演算部および通信網、12CA:1を制御するコンピュータの集合体、13:1の飛行装置・推進装置、14:1の通信装置、39:3同士を連結させる連結部
<図10、図11、図12>1:ソーラープレーンオービタルリング、閉じたループを持つ帯状構造体、1A:宇宙構造物としての1、1B:空中構造物としての1、10:軌道エレベータ部、11:スカイフック部、12:ラダーケーブル部またはエレベータ部、送電ライン、通信ライン、13:ラダーケーブル地上連結部、エレベータ地上連結部、14:地上基地部、15:昇降装置、16:スカイフック基地部、エレベータ基礎部、17:エレベータ基礎部16と3の接続部、170:エレベータ電源部・制御部、171:電源部と1700との接続部、1700:加速管内の加速された荷電粒子を電力の入出力によって減速・加速させる部分、17000:MHD発電部およびMHD加速器部(流速uと300Fは同じ向きをもつ)、1000:地球・惑星・衛星・星
<図13>F100:地上にてソーラープレーン3を製造する(印刷法による太陽電池の製造やキャパシタ、ダイオード、電気回路の製造をしてもよい。)、F101:製造後のソーラープレーン3を飛行させ浮遊させ出荷し空中に送る、F102:前記3を空中にて連結させ空中構造物2を形成させる、F103:前記2の加速装置・推進装置により推進させる、高度を維持させる、F112:前記2を成層圏プラットフォームとして運用する、F104:地球の円周にわたる機体数の前記3を連結させた前記2において、加速器(電場または磁場を用いる加速装置)を動作させるか推進装置(光子を発射させる装置)を動作させ向心力生じさせる事を試みる、F105:向心力による空中からの宇宙方向への前記2の打上げ(持上げを)開始させる、F106:加速器内の加速させる物体の速度を加速器で増加させるか、前記推進装置による加速を強めて向心力を強めていく、F107:航空機の上限高度まで前記向心力で打上げを試みる、F108:F106を行う、F109:航空機の上限高度を超える高度まで打ち上げる、F110:加速器内の加速させる物体の速度を加速器にて増減させ制御する、F111:地上より高度100km以上の宇宙まで構造体を打上げて、保持し発電機能付き宇宙構造物として運用する
<先の出願の構造物1について>
1:1にもなる3の連結体、1-10:1の加速装置、1-11:1の発電装置、1-12:1の電気装置、電気回路、電源装置、1-12A:1を全体的に制御する加速装置または推進装置の制御部、1-12B:1の太陽電池を含む電源回路、蓄電回路、配電回路、1-12C:1を制御する制御部・演算部および通信網、1-12CA:1を制御するコンピュータの集合体、1-13:1の飛行装置・推進装置、1-14:1の通信装置、39:3同士を連結させる連結部
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。
※本願はアイデアに基づく出願である。
<<<以下先の出願と同じ>>>
<<<<<先の出願:特願2022-086263>>>>>
先の出願では航空機3や構造物2及び構造物1について開示した。前記構造物2や1は、太陽電池から得られた電力を使ってよい、電気式の加速装置により、
粒子や物体を加速し発射・噴射・移動させた反動で推進する反動推進装置のソーラープレーン3(航空機3)を、複数連結した構造物2や1であり、
ジェットエンジン機では空気の取り込みの出来ない空気が稀薄で宇宙や宇宙と空中の境目の高度であっても、太陽電池で作動できる電気式の前記推進装置により前記航空機3や3からなる2や1を推進させようとする。前記2や1は所謂オービタルリングとしての利用を意図したもので、リングと地上とを結ぶ軌道エレベータ部を形成することを意図していた。
・しかし先の出願では前記軌道エレベータ部のための、(秒速7km以上の速度で)移動・回転しうる構造物2や航空機3と接続する部分の、開示が不十分であると感じられた。
そこで本願では回転する空中又は宇宙の構造物2に備えられた磁性体・磁気発生部と作用し、磁気の力により磁気浮上または磁気吸引を行うコネクタ部17に関するアイデアを開示する。
前記磁気吸引のステップは、センサにより磁気吸引時のギャップ・隙間がフィードバック制御されて行われる。
(本願では、空中又は宇宙にある移動・回転する構造物の前記磁性体・磁気発生部へ、地上から延びたケーブルに備えられた前記コネクタ部17を磁気吸引させ、
吸引の度合いをセンサ及び制御回路・コンピュータ等磁気吸引を行うための手段により、フィードバック制御しながら、回転する空中の構造物2や1に接触しないようにしつつ、
前記構造物2や1から地上にコネクタ部17及びケーブル12を釣り下げることを意図した、構造物2や1への接続部17・コネクタ部17を開示する。)
<磁気吸引により構造物からぶら下がるコネクタ部>
環状の前記構造物2や1はソーラープレーン3の太陽光発電を妨げうる雲(太陽光を遮る雲や雨雲)の発生する高さよりも高い高度の空中、
或いは地上から100km以上の所謂宇宙空間の高度に保持・維持されている。
環状の前記構造物2や1は前記移動・回転により、
図1や図1E、図1Iに記載の様に、地球(及び水星・金星・火星等含む惑星、月等を含む衛星)から受ける重力と釣り合う力(向心力・支持する力)を持ち、
前記コネクタ部17及び前記ケーブルは星からの重力を受けている。
前記構造物に備えさせた磁性体に前記コネクタ部に備えさせた磁力発生部分171C(電磁石171Cまたはコイル171C)の磁力を制御しつつ(電磁石の通電電流を制御させつつ)、
センサにより前記コネクタ部と前記構造体が接触しないようギャップ・距離等物理量を測定し、
コネクタ部17のコイル171Cの磁力を制御して、前記コネクタ部を前記構造体から非接触で釣り下げる(ぶら下げる)こと、
または前記構造体(空中にある構造体2または宇宙にある構造体1または2)に前記コネクタ部を吸いつかせる事を意図している。
磁力発生部分171Cはコイル、電磁石、超伝導電磁石・超電導電磁石でよい。
17と2が接触しないように、コネクタ部17が構造物2に吸いつく形式でもよいし構造物2がコネクタ部17に吸いつく形式でもよい。
後者の構造物2がコネクタ17に吸いつくよう接近する場合、構造物2が或る高度で維持される場合にはコネクタ部17が構造物2側に吸い上げられうる。
●(毎秒7kmで)回転する構造体2が宇宙空間にある場合は、
回転する構造体2の表面に粒子の流れや気流は生じにくいかもしれないが、
稀薄空気中あるいは空中から宇宙に変わる境界に2がある場合には粒子の流れや気流が生じ、
コネクタ部17で構造物2を吸引するときに前記流れ・気流が磁気吸引を妨害するかもしれない。
本願では宇宙空間で真空度が高く、
前記流れのない地上からの高度で(又は吸引に問題が生じない環境で)、
コネクタ部17で構造物2を磁気吸引させる事が好ましいかもしれない。
<コネクタ部17の構造物2または1への設置方法>
●本願ではフィルム状の超薄膜太陽電池でもよい太陽電池と蓄電装置を備えるソーラープレーン3を複数連結した環状の前記構造物2を、
雲よりも高い高度の空中に形成し、環状空中構造物2とし、構造物2は日中は太陽光発電により飛行・推進・蓄電し、
夜間は蓄電装置に蓄電した電力で飛行・推進する。
前記環状空中構造物2に備えた加速機構又は推進機構により前記構造物2を電力を用いて回転・移動させる。
この時、コネクタ部17や列車部17TRと結合したソーラープレーン3含んでいてもよい。
●本願では2の推進・回転に際して、
光子を発射した反射用で推進可能な推進装置・加速装置(光子推進装置、30、30A、30AC、30ACA)、
又はイオン風・荷電粒子・粒子・物体を電場・磁場により発射する粒子加速装置(30,30A、30AA、30AB)を用いる。
構造物2に搭載されうる前記2種類の加速装置は、
化学ロケットに比べ推力は低いかもしれないが、
前記雲上の高度にある前記構造物2を太陽電池と蓄電装置を利用し、
(1日中、それ以上の時間にわたり)加速し続けることで、
(人工衛星の光子セイルの推進時の運用のように、)長時間にわたって光子・粒子を3や2から発射させ、
構造物2を加速・推進させて、構造物2の速度を毎秒7や10km以上へと加速させることを意図している。
●(仮に)回転する環状の前記構造物2に向心力が作用し宇宙空間まで持ち上がった時、
コネクタ部17と構造体2(ソーラープレーン3)との結合を解き、コネクタ部17を磁気吸引させて前記構造物2からぶらさげる。
この後コネクタ部17と地上部をケーブル(前記ケーブル部はケーブル形状に限らず、
テープ状、軌道状、棒状、糸状、繊維状、長い物)で結び軌道エレベータとしてもよい。
コネクタ部17を(HSST型でもよい)列車台車部17TRとして、
列車車体部16TRを備えた17TRを構造物2をレール又は軌道として軌道上を移動させ、輸送手段に用いてもよい。
(●列車部17TRが無くとも構造体2を基にする鉄道・レールウェイ、索道・ロープウェイが可能となりうる。)
●エレベータのかご部15に関しては本願では公知の方式が用いられうる。
高度が100kmであれば公知のロープ式等エレベータでも数時間で該高度に到達できるかもしれない。(50km毎時のエレベータでは、高度100kmまで2時間。)
かご部15に1次側電磁石、昇降路12でもあるケーブル部12(軌道部12)に2次側電磁石を備え、
リニアモーター式の軌道エレベータを構成してもよい(参考:日本エレベーター協会、www.n-elekyo.or.jp/ encyclopedia/mechanism/ elevator.html)。
かご部15がソーラープレーン3やコネクタ部17と共通・類似の要素を持ってもよく、
例えばかご部15は地上から空中及び宇宙で動作可能かつヒトが搭乗可能な人工衛星・宇宙船として構成されてもよい。
15はエレベータによる昇降時や昇降後の高度から更に別の高度・軌道・宇宙空間に移る・移動するために、3の機能や推進装置(スラスタ・ロケット)を備えてもよい。
●かご部15に3と同じく光子推進装置(30,30A、30AC、30ACA、)や光子セイルを備えてもよいし、粒子加速装置(30、30A、30AA、30AB)を備えてもよい。
●かご部15は事故などで15が大気圏突入する場合に備え、かご部15に乗る人員や物資を保護するための手段(大気圏突入手段、大気圏突入後の減速用落下傘)を備えてもよい。
●冷凍装置や超伝導電磁石を搭載する事により、構造物2の重量が重くなる等の課題が想定される場合、
ソーラープレーン3や構造物2及び1に、コネクタ部17や17TRを搭載せずに、
ロケットで17や17TRを構造物2のある高度に輸送し、2,1に17,17TRを取り付けてもよい。
その際にコネクタ部17にスラスタ171Tや推進用ロケット171Rが有る事により、
打上げ後に宇宙空間の軌道投入時に、17や17TRの自発的な構造物2への接近・移動や姿勢制御が可能となる。
●構造物2が7km/secの高速で回転しているときに、
コネクタ部17が構造物2に接触する場合、2が破壊されるので、2から17が自発的に離れるための手段を17が備えてよい。
ただし、自発的に(制御不能になる事態。事件などで制御を奪われるなどして、)17が2の方向に推進・突撃などして衝突する事故も起きうるので、
その場合に備え、17は他の物体との衝突を回避するギャップセンサ(他の物体と17の衝突回避手段のためのセンサ)を、
コネクタ部17の機体各部に張り巡らすように複数備えさせて17が構造物2を含む物体を避けることの出来る装置17であればより好ましい。
<背景技術>
<0002>
<オービタルリングと磁気浮上について>
超伝導磁石を用いた接続部を利用する磁気浮上方式が、
ポール・バーチ氏の非特許文献1の「Orbital Ring Systems and Jacob's Ladders -1-3」の1のFIG.2、2のFIG.3に示されており、
図中ではリニア誘導モーターコイルと超伝導リフトコイル(superconducting (lift) coils、持上げコイル)とを含む、
スカイフック部(オービタルリングとの接続部・コネクタ部)が開示されている。
非特許文献1の1のFIG.2と、非特許文献1の2のFIG.3に開示された図によれば、
磁気浮上方式の一つである磁気吸引方式で、スカイフック部をリフト・浮上させる場合に、
フィードバック制御時に必要なセンサがスカイフック部又はオービタルリング側で搭載されていないように見られる。
(本願ではスカイフック部であってもよいコネクタ部17を構造物2からぶら下げ、釣り下げ、サスペンションさせる)
本願では特開2022-058853に開示のオービタルリングであってもよい構造物2に対し、
コネクタ部17は磁気反発による浮上機構ではなく、センサを利用した磁気吸引による非接触のぶら下がり機構を用いることで、
非接触で構造物2とコネクタ部17をコネクションさせるアイデアを主張し、特開2022-058853に開示されていない要素を補う。
また特開2022-058853に記載のオービタルリングでもよい構造物2や1に対して、
本願は必要となる軌道エレベータ部分やオービタルリング状列車部分(環状の17TR)の要素を提案する。
さらに3や2や1の反動推進装置、加速装置30A、光子・粒子発射装置30AA・30AB・30ACについて発射方向や推力の方向を制御する偏向手段30ATVを記載する。
<磁気浮上について>
出願時において、磁気浮上の分野では超伝導磁石を用い反発力と吸引力を用いるリニアモータ式の電磁誘導浮上方式(JR方式、www. mlit.go.jp/ common/001019011.pdf)と、
磁気反発を用いるものと、磁気吸引及びセンサとフィードバック制御を用いる磁気吸引方式(HSST方式、hsst.jp/ mechanism_j.htm)が知られる。
磁気浮上では列車等の物体を浮上させ案内(ガイド)させる事が求められている。磁気浮上式の鉄道は時速500km(秒速0.138km)の速度を達成している。
音速の0.340km毎秒を超える鉄道技術の開発が期待される。宇宙空間の様に真空引きしたチューブに列車を走らせる事も考案され、事業化が検討されている。(例:Virgin Hyperloop社、virginhyperloop.com)
<0003>
<本願の出願背景>
一方、本願及び本願の先の出願(特開2022-058853 )はアイデアとして出願されており、本願の環状構造体2の目標とする速度は秒速7kmを超え、秒速10kmクラスであった。
●特開2022-058853は、稀薄な大気下で、構造物2を構成する超薄膜型の太陽電池付き航空機3の太陽電池で得られた電力で、
3や2に備えさせた、電場若しくは磁場を用いて粒子・物体を構造物2から発射して推進する電気推進装置や、
粒子でもある光子を3や2から発射させる光子発射装置、または光子を受け止めるセイルを備えさせ、
前記光子セイル装置による構造物2の推進、或いは(所謂反物質や核反応による光子ロケットではなく、
加速器に備えさせた放射光発生部や発光ダイオードLEDやレーザーダイオードLD等の装置に、
電力を投入することで光を発生・発射させる)光子ロケット装置・光子推進装置30Cを用いて、
空中と宇宙空間/空中の境界域と宇宙空間の或る高度(プロペラモータやジェットエンジンで推進不可能な、雲よりも高い高度)に構成された構造物2を、
推進・回転させることを意図したものであった。
<<本願のねらい>>
本願では特開2022-058853 (特願2022-015274)またはPCT/JP2022/014751で開示した、
光子もしくは荷電粒子またはイオン風をソーラープレーン3を連結した空中構造物2から発射または噴射させ、
前記構造物2を加速又は推進させることを主張している。
仮に前記構造物2が環状構造物2で、
(例えば地球の赤道等)、雲より上の空中20kmより高い高度で(太陽が日中隠れない高度の空で)、
前記光子もしくは前記荷電粒子または粒子、または前記イオン風を前記環状構造物2から発射または噴射させることにより、
前記環状構造物2が推進させる方向に回転又は進行しうる。
パワーウェイトレシオを高く取れる超薄膜型の太陽電池と、
前記超薄膜フィルム状太陽電池から生成された電力を蓄えた蓄電装置(二次電池)の電力を用いて、
(ジェットエンジンやプロペラエンジンでは推進出来ない稀薄な大気の高度であっても)構造物2から構造物2の外界または後方への光子の発射や荷電粒子・粒子の発射により、
前記環状構造物2の回転または移動する速度を秒速7kmクラスに加速できるならば、
その際環状構造物2に生じうる力(向心力、遠心力)により前記構造物2が打ち上げられることを特願2022-015274またはPCT/JP2022/014751で主張している。
また 特開2022-058853では構造物2の内部に荷電粒子・粒子の電場または磁場による加速装置と加速させる加速管を備えさせ、
加速管内部で粒子・物質を加速させその結果向心力が生じる場合にそれを利用するという主張をしている。
加速管を用い、粒子加速する場合、秒速7kmクラスで移動する粒子を減速可能な接続部分17を備えさせ、その箇所に軌道エレベータ部を備えることも提案している。
しかし、 特開2022-058853では、加速管を用いず、前記環状構造物2から光子の発射や荷電粒子・粒子の発射により、前記環状構造物2の回転または移動させる前記環状構造物2の場合については、
(地上と連結されうる軌道エレベータ部と接続可能な)接続部分17の記載がない。
そこで、本願では回転または移動させる前記環状構造物2に前記接続部分17を備えさせる機構を提案する。
<0004>
<説明>
図1および図1Aから図1Lに本願のコネクタ部17と構造物に関する説明図を記載する。(図2から図13は先の出願と同様の図である。)
本願はソーラープレーン3を連結したオービタルリングである空中構造物2または宇宙構造物1(図1の1A・1B)について、吸引型磁気浮上を用いる接続部17(171)を用いることを主張する。
17の台数は、ソーラープレーン3より少ないことを想定する。
なお後述の17TR等は構造物2を構成するソーラープレーン3の台数と同等になるかもしれない。
171Cのコイルは電磁石または超伝導コイルでもよい。
本願は吸引型磁気浮上を用いる接続部17(171)を用いる。
接続部17の磁力発生部171Cまたはコイル171Cの磁気を変化させ吸引若しくは作用させる部分317は、
構造物2の3に備えさせた電磁石、磁石、または磁性材料(鉄系材料)である。
他に反磁性材料など、磁気・磁力により応答し磁気吸引を変えるものや磁気吸引を行うための磁力発生装置が171Cや317に含まれてよい。
磁気吸引はセンサ171Sや3171Sにより構造物2とコネクタ部17の距離を(17SPACE部の距離を)、
宇宙空間において距離測定・センシングしてフィードバック制御し前記距離・ギャップを一定に保ち、
構造物2とコネクタ部17を接触させないように磁気吸引させ続ける。
接続部17に例えば電流オンとオフの制御を行うコイル171Cを備えさせ、
対する構造物2のソーラープレーン3の一部に鉄などの磁性材料部317MGやソーラープレーンの回路で制御される電磁石部分317Cを備えさせる。
なお、317MGをグラファイト箔等の反磁性材料317AMGに置き換えてギャップ・隙間17SPACEの広さを制御してもよい。
前記センサ171Sや3171Sについては、真空下でも距離測定可能な手段が必要である。
例えばレーザー距離計を用い、前記距離測定を行うことが想定される。
<<磁気吸引のパターン>>
次の二通りを想定する。
<構造物2に対しコネクタ部17が磁気吸引する構造>
ソーラープレーン3を連結した空中構造物2及び宇宙構造物2であって、
前記構造物2は回転する前記構造物2であって、
前記構造物2に、鉄など磁性材料や反磁性材料或いは永久磁石または電磁石等の磁力に反応する部分317を備えさせ、
磁力発生部分171Cを備えた、
構造物2のコネクタ部17であって、構造物2に対しコネクタ部17が磁気吸引する特徴を持ち
前記部分317は前記構造物2内部で1つ以上の分離された区画に備えられており、
前記コネクタ部17は前記構造物2と非接触でコネクションする手段を備える、
前記構造物2に対して磁気吸引方式でコネクションするコネクタ部17。
<コネクタ部17に対し構造物2が磁気吸引する構造>
ソーラープレーン3を連結した空中構造物2及び宇宙構造物2であって、
前記構造物2は回転する前記構造物2であって、
前記構造物2に、磁力発生部分317Cを備えさせ、
鉄など磁性材料や反磁性材料或いは永久磁石または電磁石等の磁力に反応する部分171CMを備えた、
構造物2のコネクタ部17であって、コネクタ部17に対し構造物2が磁気吸引する特徴を持ち、
前記構造物2は前記コネクタ部17と非接触でコネクションする手段を備える、
前記コネクタ部17に対して磁気吸引方式でコネクションする前記構造物2。
・渦電流、eddy currentが部分317や171CMに生じる事が考えられる。
移動する構造物2とコネクタ部17があるとき、
コネクタ部17が地上などに固定されていれば構造物2の進行を妨げるように渦電流が生じたり、
コネクタ部17が固定されていなければ(アラゴーの円板のU字磁石の様に)、
回転移動する構造物2の磁石的部分317に従うようにコネクタ部171も同方向へ回転するかもしれない。
<<磁気吸引によるぶら下がり>>
本願ではJR方式リニアモーターカーのように、地上に敷かれたレールの上に車両を磁気浮上させて持上げるというよりは、
空中や宇宙空間に浮遊し保持されている場合の構造物2や1からコネクタ部17をぶら下げる・釣り下げるように、
コネクタ部17側が構造物側に吸いつこうとする構造を持っているかもしれない。
また、コネクタ部17を構造物2や1にぶら下げることで、
非常時(コイル171Cが破損した場合含む)はコネクタ部は重力により構造物2に吸いつかなくなり、落下するため、
自動的に(高速回転する、接触してはいけない)構造物2から退避させることができる。
(本願の主張する構成は、磁気吸引手段が停止しても構造物2に接触しないで17が落下して退避できる構成である。)
その結果、事故時に構造物2や1とコネクタ部2の接触、構造物2の破壊を防げるかもしれない。
・上記の様に、コネクタ部17の磁気吸引の手段(または構造物2側の磁気吸引の手段)が使えなくなる事故が起きた時は、
本願では17は構造物2との磁気吸引が解除され地上へ落下する想定しており、
17には大気圏突入時や突入後の落下傘などの、17に乗る人を落下時に保護する手段が備えられていると強く好ましい。
・前記の様に、回転する構造物2に接触しないようにする特徴が構造物2や1とコネクタ部17にあればよく、
磁気吸引でない、磁気によるぶら下がりを用いてよく、
例えば、前記JR式のリニアモーターカー型のコネクタ部17が構造物2からぶら下がってもよい。
構造物2からぶら下がる17であれば、磁気ぶら下がり手段が利用できないときに、
そのまま17を落下させ、構造物2から17を退避させうる。
本願構造物2とコネクタ部17でJR方式を用いる場合も、センサを用いてギャップを測定し、
非接触な距離を測定し制御しつつ、17は2にぶら下がてもよい。
センサを用いてぶら下がる磁気吸引方式とJR方式とをあわせて用いる方式でもよい。
・JR式リニアモーターカー(超電導リニア、JR式超電導マグレブ)の車両の磁気による推進部を、
磁気・磁力でぶら下がるコネクタ部17に備えさせ、
JR式リニアモーターカーの線路部分を構造物2や構造物1として、
JR式超電導マグレブを用いてコネクタ部17を前記構造物2や構造物1からぶら下げ・釣り下げて、
構造物側をコネクタ部17の磁気による推進部で加速・推進させてもよい。
<磁気釣り下げができないときのコネクタ部17の退避、落下>
・本願は高速に回転する構造物2が17と衝突しにくい構成が必要であり、その解決策の一つとして前記磁気によるぶら下がり構造を提案する。
17の磁気吸引が停止する事故が起きても、図1Aや図1Cコネクタ部17が構造物2に触れずに落下することで17と2の衝突を回避する。
・またHAPSであってもよい空中の構造物2に接続するコネクタ部17についても、
図1Fや図1Fの右下図のようにコネクタ部17は構造物2や航空機3(航空機3が一機だけの構造物2)と磁気的に接続する手段を失った時であっても、
コネクタ部17は構造物2には触れずに落下しようとするので、構造物2にコネクタ部17が接触しにくい。
(17の搭乗者や17の落下先の保護のため、17は3のように推進装置・飛行装置を持ち、落下地点を選んで飛行、飛翔出来るとよく、
気球171Bを備えてよく、落下速度減速の為、落下傘装置171BPを持ってもよい。)
<<事故後を踏まえた構造物2>>
・事故に備えて、本願の構造物2や1、ソーラープレーン3は大気圏突入時に熱されて焼却できる材質を用いてよい。
本願の装置は大規模な構造物になる想定であって、3等の1や2の構成要素が製造、建設、保守、廃棄されるときに、大気圏突入により燃えて廃棄されやすいことが好ましい。
スペースデブリ対策を意図する本願構造物が、あらたな大規模廃棄物とならないよう、
また落下時に地上まで到達し被害を与えないよう、前記1,2,3の材料に配慮する必要がある。
材料の消費量を減らす、大気圏突入時に燃え尽きない鉄など金属が集中する部分を無くすよう3や2を設計する、等の対策が想定される。
やむを得ず構造物2や1に物体の衝突があり、オービタルリングである構造物が破損し、
空中または宇宙空間で分解し、地上に落下する場合でも、それらが上空で燃え尽きることも必要である。(地上に構造物2や1の破片が落ち無いようにする)
本願では3を(そして2や1を)軽量化するため、超薄膜であってもよいフィルム状太陽電池を用いるが、それが大気圏突入時に燃えやすい事も想定する。
また3に用いる金属部品も機体軽量化のために軽量にする事となるが、その結果、金属部品が或る一点・領域に集中しなくなり、大気圏突入時に燃えやすくなる事も想定する。
(大きな鉄の隕石の様に、構造物の金属部品が集まって金属のコアのある状態で大気圏突入し、突入に耐え地上に到達する可能性を減らす・無くす意図がある。)
・空中で環状の構造物2が、他のものと接触し、分解・落下する場合、
落下物は断熱圧縮で燃えないので、1・2の破片や構成要素の3を回収する必要があるかもしれない。
<0005>
<本発明で得られる別の効果>
●センサとフィードバック制御を用いる、吸引型磁気浮上(吸引型磁気ぶらさがり)を用いる接続部17(171)を用いることで、
オービタルリングの磁石部317MGが一部永久磁石317PMGである場合、
171内部のコイル171Cを永久磁石317PMGの区画が横切る前後で誘導電流が生じ、
オービタルリング2の運動エネルギーから接続部17のコイル171Cへの電気エネルギーに非接触で変換され、
171Cの電流はラダーケーブル12を通じて地上部14へと届けられ、地上の施設に配電できうる効果が生じるかもしれない。
●特開2022-058853は、通信用途では地上のユーザ端末U1A又は基地局U1Aと構造物2は無線通信・無線放送が可能である。
それに加え、本願ではコネクタ部17があることで、地上部から構造物2への通信・電力・物体輸送の用途において、コネクタ部17を介して構造物2にアクセス可能になる。
<先行技術文献>
<特許文献>
<0006>
<特許文献1>特開2022-058853号公報
<非特許文献>
<0007>
<非特許文献1>ポール・バーチ、「Orbital Ring Systems and Jacob's Ladders - I-III」Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 35, 1982, pp. 475-497、Vol. 36, 1982, 115、Vol. 36, 1982, 231。
<発明の概要>
<発明が解決しようとする課題>
<0008>
解決しようとする問題点は、ソーラープレーン3を連結したオービタルリングでもある空中構造物2及び宇宙構造物1について、
前記構造物2を粒子や光子の発射装置による反作用により一方向に回転させる場合、回転後の構造物2に軌道エレベータを取り付けする事に課題があった。
高速に(秒速7km以上)で回転・移動する(或る高度の環状の軌道に沿って回転する・構成要素の連結された航空機3が環状の経路に沿って移動する)、
前記構造物2に軌道エレベータ10との接続部17を非接触で接続する必要がある。
<課題を解決するための手段>
<0009>
本発明は、コネクタ部17に電磁石171Cまたは超電導磁石を備えさせ、対する構造物2側に、
磁性材料部317MGあるいは反磁性の317AMGもしくは電流のオンオフで制御できる電磁石もしくはコイル317Cを備えさせ、
コネクタ部17を317MGに磁気吸引させ、
またコネクタ部17に備えさせたセンサ171Sにより構造物2とコネクタ部17の距離または非接触を保てる条件を測定し、
測定結果を基に317Cを電気的に制御(例えばオンオフ制御)することで、
コネクタ部17が構造物2に吸引しつつ、構造物2に接触しない、非接触のコネクション(接続・連結・結合)を行わせる。
●前記非接触のコネクションを行うコネクタ部17は前記317MG等の構造物2内部の磁気的な部分と作用して前記構造物2を減速させ、
減速の結果17の171Cに生じた電流を17に接続されたケーブル12等の送電手段を通して14を経由し地上に電力網・通信網1100に送電してもよい。
●構造物2とコネクト部17の間で無線通信を含む非接触の通信を行ってもよく、地上部との連絡に用いてもよい。
コネクタ部17と構造物2の間で、周波数の高い電波や非接触の光通信を用いて非接触の通信を行っててもよい。
(NFCタグの様に)非接触の充電や通信を2と17の間で行ってもよい。
●構造物2側に構造物2とコネクタ部17との距離を測定するセンサ(3171S)を備える場合、
構造物2側からコネクタ部17へ構造物2とコネクタ部17との距離情報を非接触通信により伝えてもよい。
●コネクタ部17は公知の人工衛星と同等の装備を備えてよく、
無線通信装置、二次電池、太陽電池、スラスタ(ホールスラスタ等)、ロケット、コンピュータ、原子時計、各種センサを備えてよく、
地上環境及び宇宙空間の真空環境でも動作出来る構成とする。コネクタ部17は地上の基地局や構造物2と通信できてよい。
また、17は構造物2に対しての位置を固定したり位置を決める移動動作のためのロケット部17Rや推進剤を用いたスラスタ17Tを持っていてもよい。
構造物2が湾曲するなどの不測の事態に備え、17自身を構造物2から退避・離脱できるように移動させてもよい。(2に対し17が離脱できることは好ましい)
●17が列車の台車のような磁気浮上列車部分17TRとして用いられうる。
荷台または車体16TRをもつ前記部17TRが構造物2を軌道とする輸送手段としてもよい。
17TRは複数の17TRを連結させた17TRでもよく、図1の破線で書かれた17TRのように、構造物2の上を隙間なく埋め尽くす連結されたリング上の17TRでもよい。
前記リング上の17TRは、環状に複数の17TRが連結されてできたリング状17TRで、前記リング上の17TRは航空機3を連結したリング状の2の対になっていてもよい。
前記リング状17TRを、例えば時計方向に回転させ、対するリング状構造物2(リング状航空機3)を反時計方向に回転させてもよい。
・地上部と連結可能な電磁石やケーブル含む軌道エレベータ重量を支えてぶら下がる必要があるコネクタ部17と違い、
列車でもよい17TRは17TRの車両重量だけ電磁石を働かせて、構造体2から磁気吸引によりぶら下がればいいので、
171Cの重量や発生磁力が少なくなり得て、ソーラープレーン3と同じ台数の17TRをぶら下げることもできるかもしれない。
<本願発明の手段>
1.前記<構造物2に対しコネクタ部17が磁気吸引する構造>、<コネクタ部17に対し構造物2が磁気吸引する構造>に記載の構造部2とコネクタ部17。
2.前記非接触でコネクションする手段に、
前記構造物2と前記コネクタ部17の距離を測定するセンサから得られる前記距離の情報と、
前記構造物2と前記コネクタ部17の距離を制御するフィードバック制御部又はサーボ機構と、
前記磁力発生部分が磁力の強弱を制御可能な電磁石を用いる、コネクタ部17または構造物2。
3.前記コネクタ部17が前記構造物2を軌道にした磁気吸引型の磁気浮上輸送手段又は列車17TRとなる、前記コネクタ部。
構造物2をレールとして磁気吸引式の鉄道(所謂HSST方式の鉄道)を形成する構成。
(コネクタ部17が無くとも構造物2を基に建設された鉄道・索道による輸送手段も想定される。)
複数の17TRが連結されてもよい。
3.前記コネクタ部17を用いて地上に連結される事で構成される軌道エレベータ部10。
4.前記17を備えるソーラープレーン3を連結した空中構造物2にも宇宙構造物2にもなりうる構造物。
5.17を用いて雲の生じる高度のラインよりも上空に配置された構造物2に電力を送電し、
前記2から別の構造物の光子セイルやセイルにレーザーや荷電粒子・粒子を照射し推進させる。
6.17を用いて雲の生じる高度のラインよりも上空に配置された構造物2に電力を送電し、
前記2から2からスペースデブリへのレーザー照射を行う。(デブリへの空中に配置したレーザー照射台2として利用)。
7.構造物2の、断熱圧縮が起きないように、真空引きされてもよい、
加速管内でリング状17TRをリニアモータ形式で加速し、向心力を得ること。
8.構造物2が空中や空中と宇宙の境界面・稀薄大気中で加速・推進・移動・回転させ、
前記構造物に向心力が生じ、前記構造物が地上からより高い高度に打ち上げられた時、
前記構造物は高速で移動・回転しつつ、構造物の構成要素の航空機3の其々の距離が増加するステップにおいて、
航空機3の其々の距離の伸長に対応する連結部39を3に備えさせること。
また航空機3の其々の距離の伸長に対応する生じる隙間が、
構造物2の回転時に、気流の発生、断熱圧縮による加熱、回転の阻害要因になることを防ぐために、
該隙間をカバーする、伸長・スライド可能なカバー部39CVRを3に備えさせること。
9.航空機3の推進装置に推力偏向手段を備えさせること。
<発明の効果>
<0010>
本発明は、浮遊し、高度が固定された移動する構造物2に電磁石により列車部17TRを形成させ、前記17TRにより構造物2を列車等輸送手段いさせることが可能になるかもしれないという利点がある。(本願はアイデアであって、実証されていない。)
<発明を実施するための形態>
<0012>
図面うち、図1から図1Lに本願の出願内容を記載し、図2以降は 特開2022-058853号公報の図面と同じである。また本願明細書の終盤部分に特開2022-058853号公報の内容を記載した。
<実施例1>
<0013>
図1は、本発明のコネクタ部17の実施例である。17や12と14により所謂軌道エレベータを構造物1,2に設置させることを本願では意図している。
また図1の上部分に示すように、構造体1Aと1Bをコネクタ部17で結んだ構造物を構成出来うるかもしれない。
●17は夜間は電力が得られないので、常に地球を1周する構造物1,2を17が電磁的に止めようとすることで、
1,2の運動エネルギーを17で電気エネルギーに変換し(回生し)、17の電力を得るか、17の蓄電池や発電装置の電力を用い、17を夜間も動かす必要がある。
・コネクタ部17は人工衛星に相当する機能を持っていてもよく、航空機3と同等の装備を持っていてもよい。
(例えばコンピュータ・制御回路、蓄電装置(二次電池)、太陽電池、通信装置。気球、プロペラ、モータ、固定翼、回転翼、イオン風による推進機)
・17は地上の配電網と接続され、2は17と12経由で公知の発電(再生可能エネルギー、火力、水力、原子力の各発電)による電力を受け取ることができるかもしれない。
・17は非常時に構造物2から離脱するためのロケットや電気推進装置など推進手段と非常用発電装置を持っていてよい。
発電装置は燃料電池、ジェットエンジン風の火力発電装置、風力発電装置、物理電池。
(原子力発電に関連し、事故に強い或いは拡散された放射性物質の影響が少なくなる物理電池や、原子力電池がある場合は17に搭載されうるかもしれない。)
(発明者は既存の国際宇宙ステーションの電源部を17においても想定している。主に太陽電池の電力を蓄えられる二次電池や燃料電池である。)
・17は居住可能な人工衛星機能があってもでもよく、
17(或いは16)は宇宙ステーション(www. nasa.gov / mission_pages/station/main/index.html)の機能や設備を備えていてもよい。
姿勢制御や高度制御のための推進装置があってもよく、図1Aの例ではロケット171Rや推進装置171Tが17に含まれている。
・地上部の送電網とケーブル12を通じてやり取りするための変電装置など電力用装備を持っていてもよい。
● 図1Aと図1Bは本発明のコネクタ部17の説明図である。図1Bは図1Aの17が地上と連結されている構成の説明図である。
図1A及び図1Bでは、磁気吸引を制御する手段のセンサや制御回路と、コイルなどの電気回路で制御可能な磁気発生部(171C、317C)や、
永久磁石317PMG、鉄等磁性体若しくは反磁性体でもよい磁気に応答する部材(317MG、317AMG、171MG、171AMG)を用いて、
コネクタ部17の電磁石用コイル171Cを、構造物2側の鉄など磁性材料317MGまたは電磁石用コイル317Cに磁気吸引させる構成(構成A)を記載している。
なお逆の構成として、構造物2の電磁石317Cを、コネクタ部17の磁性材料171MG若しくは超電導磁石でもよい電磁石コイル171Cに磁気吸引させる構成(構成B)でもよい。
・このとき磁気吸引を制御する手段の前記制御回路と前記センサは構造体2またはコネクタ部2に備えればよい。
例として図1Aでは前記構成Aを想定し、
コネクタ部17にコンピュータやコイル、センサ等の駆動を行ってもよい前記制御回路171Eと、
宇宙空間でも距離測定できる前記センサ171Sを備えさせ、
隙間17SPACEの間隔を制御し、非接触に2と17のコネクションを行う。
図1Bでは前記センサが3171Sとして構造体2(もしくはその構成要素の3)に備えられていて、
構造体2または3のコンピュータにより磁気吸引を制御する。
●図1Cは構造物2を17で取り囲んで磁気吸引で17を2にコネクトし、
317Cと171Cを制御して、17をガイドする、構造物2からぶら下がるコネクタ部17の図である。
環状でもよい構造物2の線状の部分に図1Cの[側面]のように側面の長さを持たせた17を磁気吸引させコネクション・グリップさせる。
図1Cの表現は例であって、本願では磁気吸引式のHSST方式と同様な構成を取り、
コネクト部17と構造物2の間で磁気吸引及び案内させることも想定される。
17は磁気吸引による2からのぶら下がりをしつつ2の側面部・側壁部に作用する電磁石171Cを用いてJR方式のリニアモータの電磁推進がされてもよい。
構造物2に磁気的な部分、または電磁石、317C或いは永久磁石317PMGを備えさせ、
構造物2が移動・回転しコネクタ部17を通るときに171Cに電磁誘導を起こさせ構造物2を減速させ、
構造体2のもつ運動エネルギーを減少させつつ、
317PMG等と171Cの電磁誘導にてコネクタ部17の171Cに生じた電気エネルギーとして取り出してもよい。
(コネクタ部17は運動する構造体2に対しての回生装置になってもよい。)
そして取り出したエネルギーは17で利用したり、ケーブル12を経由して地上の送電網1100に送電してもよい。
・逆に1100から171Cに送電して、171Cより構造体2を加速する事も可能かもしれない。
ただし、光子や荷電粒子などを備えた3の加速可能な速度は光子や荷電粒子の速度である一方、
リニアモーターの加速可能な速度が7-10km毎秒である必要がある。
(出願時点で発明者はリニアモーターカーで、秒速7km以上の速度を実現した文献を知らない)
・そこで、17の171Cの位置で、別のタイプの装置を用いて構造体2を加速する場合に、
電磁石171Cの代わりにレーザー発射装置171LDや荷電粒子発射装置171AAを、別のタイプの装置として、171Cの位置に備えさせ、
171LDや171AAを17の電力(1100から得てもよい電力)で駆動させ、
171LDや171AAの発射する光子や荷電粒子・粒子を構造物2のセイル部分に照射するなどして、
構造体2のセイル部334等に照射し、その反動で加速させる。
●図1Dは地上に連結されていない17に列車の車体部16TRを備えさせた磁気吸引式の列車17TRとして、
構造物2の上を移動する構成である。17TRは例えば前記HSST方式で動かされうる。
また17TRはリニアモータによる推進の他に、3と同じ推進機構(光子発射素子からの光子発射による推進、光子セイル、荷電粒子の発射による推進、イオンエンジン等)で動くこともできる。
17が宇宙ステーションで、17TRがその駅を経由・乗換する列車でもよい。
※ただし、3を連結して構成された環状の2を、空中及び宇宙空間/空中の境界域で、
7km毎秒以上に加速する場合に、空気抵抗を減らせる、或いは、空気を圧縮しにくくするように、
3が途切れなく連結された環状の2の方が回転時に断熱圧縮しにくい構成であると考えているが、
そこに一部17や16を露出して構造物2の外部に出っ張るように備えている場合、
稀薄な空気へ17や16が7km毎秒以上でぶつかり圧縮する等の加熱問題(大気への突入による加熱問題、断熱圧縮問題、熱の壁問題)が生じかねない。
航空機3を連結した環状の構造物2について、17や16(17TR,16TR)を予め搭載し地上から空中に届け、3を連結し前記構造物2を構成する場合にも、
前記加熱に対処する構造や部材が必要かもしれない。
・環状構造物2が回転により遠心力を得て、その高度を上げていくとするときに、
リングの円周が長くなる課題に対し、3同士の連結部39を伸ばせるようにしつつ、
その隙間を無くすようカバー部39CVRを備えさせ、断熱圧縮等の問題に対処する事を本願では記載するが、
カバー部39CVRがスライド式等のカバー部で、前記17や16(17TRや16TR)を構造物2内に格納するよう、動かしてカバーできてもよい。
例えば空中では17や16をカバーし、格納し、宇宙空間側に打上られた時、カバーを開き、17や16を配置してよい。
環状の2の一部の3の内部に17や16を格納し、断熱圧縮の影響のない高度まで打ちあがった後、17・16(17TR・16TR)を2の目的の場所に配置してもよい。
※●特開2022-058853の図1他で開示した3を連結した環状の2や1は、2や1を構成する一部の3に注目すると、
3の前後に別の3が隙間なく(隙間少なく)連結されてもよく、その構成では3前方の空気無くて別の3であるので空気が無く、
環状の2の回転時に2について断熱圧縮の影響が少ないもしれない。
※●特開2022-058853の電場若しくは磁場を用いて加速管内部で荷電粒子や粒子、図1Dのような列車の物体17TRを加速する場合(図10他)、
加速管内部を還流する流れ300F(回転する流れ300F)は断熱圧縮の影響が無い・少ないもしれない。
※特開2022-058853にてソーラープレーン3の前記加速装置にレールとレールによって加速される物体を備えさせ、
リニアモーターカーの方式により前記物体を加速させる、空中構造物2について述べているが、前記リニアモーターカーは本願の17TRでもよい。
・前記断熱圧縮の問題を踏まえると、3を連結してできる2の加速管に17TRと、
17TRを加速させるコイル171C・317Cを備えさせ17TRを加速管内で加速してもよい。
ソーラープレーン3の台数に相当する車両数の17TRを連結して、
図1の上部の破線円状17TR様に(連結した17TRの環状の車列・編成が7km以上で)回転する輪を形成してもよい。
(後述の図1Jは構造物1,2に備えさせた加速管内で17TRを加速する例である。)
●図1Eは図1の一部に記載の本願の2と17において、
コネクタ部17を別のコネクタ17ー構造体2に接続する図である。
所謂オービタルリングの構造物1Aと1Bがあって、1Aは1Bより高い高度にあって、
3で構成される1Aと1Bは前記推進装置で回転している場合に、1Aと1B其々にコネクタ部17A、17Bがあって、
17Bはケーブル中継部17Lとケーブル12で17A(16A)と結ばれている。
17Bと1Bの箇所は17Aと1Aの箇所から見ると地上からの中継点である。
図1Eの構成では、17と高度の違う構造物1,2を複数用いて中継点を複数備えさせた軌道エレベータを構成する可能性を提案している。
軌道エレベータにおいてケーブル12の繊維・素材の強度が問題になるが、複数の17及び1,2を用いて、
軌道エレベータの途中に中継点17-17Lを複数備えさせれば、中継点の区間の自重に耐える素材で済むので、
ケーブルの素材を出願時に実現されている素材で構成できるかもしれない。
本願は、オービタルリングが中継点の個数だけ必要という問題はあるものの、
地上から低軌道に伸びる軌道エレベータ部に、
複数の中継点17ー12Lを備えさせ、その中継点ごとにケーブルを結ばせて、
公知の繊維素材で軌道エレベータを構成することも提案する。
また17が居住可能な人工衛星でもよいので、
軌道エレベータを昇降する人たちの休息所・宇宙ステーションのように17は利用出来うる。
・また、低軌道よりも高度の高い軌道になるほどオービタルリング1の輪が広くなり、リング構造物1に必要な部品(航空機3)が増えるので、
部品数の多くなる、より高い軌道側へは、航空機3を連結しないリングを、地上から既にできたリング構造物1に向けて物資を持ち上げ、そこから高軌道へ運んで建造できるかもしれない。
●図1Fは空中の通信基地(例えば成層圏プラットフォーム、HAPS)である構造物2に対し17を用いる構成である。
構造物1,2のように、宇宙空間に向け向心力を得るために地球の円周の規模の構造物2とすることは出願時点ではアイデアであって、実証されていない。
そこで前記1,2を検証する前に、より小さな規模の構造物2を試作することが想定された。
本願の構成を実用的な用途で実施するために、構造物1,2を規模を縮小し、
本願の航空機3で構成される構造物2による成層圏プラットフォームHAPS(2)を構成することが考えられる。
また本願の航空機3単体によるHAPS(3でもある2)も構成できる。
HAPS(2)にコネクタ部17を備えさせ、
1100から電力を17経由でHAPS(2)に給電でき、
HAPS(2)に搭載された通信装置を駆動させうる。(図1Fの左上)
・地上14とコネクタ部17により、前記2と前記17の間で非接触の通信経路や送電経路が構成できる。
ユーザの装置U1Aと通信が可能であり、U1AからHAPS(2)及び2の光子セイル部はレーザー加速されうる。(図1Fの左下)
(17が17TRならばHAPS上でリニアモーターカーのようなものを推進加速できるかもしれない。)
※本願の3は宇宙太陽光発電(もしくは、空中での太陽光発電)を想定し、
またソーラープレーン3に搭載可能である、パワーウェイトレシオに優れうる、超薄膜フィルム状太陽電池の既報があったために、
物理電池でもある太陽電池を3の電力供給手段として備えた航空機3を用いている。
(太陽電池がなくとも別の手段で電力を航空機3に供給できても良い。
例えば電力網1100と接続された17を2に接続させて用い、
夜間であっても3や、3で構成される2に電力が供給可能である。
●ただしオービタルリングの用途や規模であれば雲より上を飛行可能な3や2や宇宙の1は、太陽光が得られやすく超薄膜の太陽電池の利用がおおいに好ましい。)
●※また2や3に電力を供給する手段に、原子核の反応や粒子・反粒子・素粒子の反応により生じたエネルギーを用いる物理電池を用いてもよい。
夜間もしくは太陽電池が利用できない状況・用途では、前記物理電池を3が利用できてもよい。
3は前記物理電池を緊急用電源として用いてもよい。3は原子力電池を搭載した人工衛星になってもよい。
線状である空中構造物2の例を図1Fの右上に示す。
気球つき航空機3を構造物2として、にコネクタ部17とケーブルを取り付けた例を図1Fの右下に示す。
該例では17に気球171B、落下傘等減速手段171BPを備えさせてもよい。
17と3の接続を解除したときに、気球171B、落下傘171BPにより17を徐々に地上へ降ろさせうる。
●図1Gは構造物2から別の構造物2や1或いは3への光子セイルへの光子照射を説明している。
また17の取り付けられた2からのスペースデブリ(debris)へのレーザー照射
(Laser broom用途、www. nature.com /articles/news.2011.161)も説明している。
この場合も地上のユーザ端末U1A又は基地局U1Aと構造物2は無線通信・無線放送が可能である。
<構造物1,2の光子セイル334に外部から光子を照射し推進・加速させる場合>
雲の発生する高度のラインより上にある構造物2は雲に遮られず、構造物2からレーザーを発射し、
別の構造物1,2の光子セイル334を加速・推進させうる。(図の右側)
雲の発生する高度のラインより上にある17を備えた構造物2は、
17経由で得た地上から送電された電力を用い、雲に遮られず、構造物2からレーザーを発射し、
別の構造物1,2の光子セイル334を加速・推進させうる。(図の左側)
17は電力網・電源と接続される(夜間も電力を受けて動作する。)
●図1Hは構造物2に備えさせた複数のレーザ・粒子照射部を目標物(例えばデブリ)に向けて照射し、目標物を除去しようとする図である。
・構造物2はソーラープレーン3の太陽電池で発電でき、
また夜間は地上の電力網1100から17を経て電力を受け取ることもでき、
3や2はレーザ発射装置・粒子加速器を備えてもよく、
2は地上や洋上で規模の大きい装置を雲の上に形成できるので、
前記を踏まえ、スペースデブリを、2の複数のレーザー発射装置・加速粒子照射器で除去または軌道変更する事を提案する。
2の複数のレーザー発射装置・加速粒子照射器は前記偏向装置30ATVで狙いを変えられてもよい。
特にレーザを構造部2の複数個所から目標物に向け照射し、仮に一部のレーザが精度の問題で到達しなくとも、
目標物にいくつか命中させることができれば目標物の軌道変更が行えるかもしれない。そのようにしてデブリが除去可能かもしれない。
(なお、スペースデブリを前記オービタルリングでもよい構造物2の打上げにより捕縛帯1、2を作りデブリ捕まえて回収する事の提案は先の出願で開示した。)
・図1Hの場合、2は2を構成する飛行船または飛行機の3により飛行又は浮遊しており、
本願の17を用いると、非接触で2と17を接続できるので2や3が風で流されても、
17と2がワイヤなどで結ばれておらずワイヤが風に負けて千切れる事もないので、接続が切れないかもしれない。
風の影響がある高度でも、台風などの接近で環境が悪くなる場合に17は2から退避させやすい。
(台風などの影響が少ない、雲の生じるラインよりも高い高度で2や3や17を運用することが好ましい。)
事情により2や17を別の地域の上空に移転したい場合に、
2と17は非接触なので取り外し容易かもしれない。(2と17を接触・溶接、又はワイヤで結ばずに済むかもしれない。)
※図1Hでは2や1を17で1100と接続する構成であるが、
17が無い場合、2の太陽電池と蓄電装置にて日中及び夜間の動作に必要な電力を賄う必要がある。
蓄電装置の容量が大きい場合については、目標物へのレーザー・粒子の照射に17は不要かもしれない。
(※太陽電池駆動できる飛行船などを雲よりも上空に配置し、
レーザーを飛行船から上空に発射するだけならば、本願の17を用いる事は必須の特徴とは思えない。
図1Hは発明者の主張するアイデアの一つである。)
・図1Hの(A)の左側では、デブリの代わりに、軌道エレベータのかご部分15や、
構造物1,2,或いはプレーン3のセイル部334へのレーザーないし粒子ビームの照射と、
15のセイル(15が3と同等の航空宇宙機であってもよいかご部15の場合の、セイル部334)への前記照射による推進を図示している。
・電波航法(双曲線航法、ロラン(LORAN=LOng RAnge Navigation)あるいはGNSSの無線による航法)を用いて、
構造物2とレーザー照射対象の光子セイルなどを含んでもよい3や15の位置を測位してもよい。
具体的には、構造物2には、無線受信機を含む3が複数連結されて含まれてよく、
レーザーの照射対象(3や15)が出す無線信号を構造物2側の複数の3(位置が異なる複数の3)で受信し、3や15の位置を測位してよい。
前記電波航法、無線による航法、測位により、3や15の位置測定の精度を高め、
3や15の光子セイルへの粒子やレーザー照射の精度を向上させる意図がある。
(光子セイルにレーザーを照射する場合に、光子をセイルに精度よく命中させる必要があるが、
その精度向上のために、レーザーや粒子の照射対象である3や15から電波発生・無線通信させ構造物2や1が3や15を測定し、
測位結果に従って粒子・レーザーを照射してよい。)
環状など二次元方向に配置された、(または、図1Hの右図に記載の様に、前記環状の環が水平面から傾いて3次元に配置された)
構造物2の各3と照射対象(15、3等)の間で無線通信を行う手段があり、
照射対象3や15の電波を、構造物2の複数の3(3地点以上の空中局)にて受信し、
あるいは、更には、構造物2の各3から放射される無線信号を照射対象3や15は受信し、
それら受信結果より照射対象3や15と構造物2(及び2の各3)の間の位置情報を測位し、
測位結果を構造物2に対し送信し、再度測位を繰り返すか、測位後に2から照射対象(3、15のセイル部など)へレーザーや粒子を照射してよい。
2の各3や照射対象(3,15)は高度測定装置(公知の加速度計、重力加速度計、光格子時計による標高差計測器、重力測定器)を備えてよい。
・本願の3次元空間に広がった3で構成される構造物2を、
電波反射可能な目標物(Debris)のレーダーによる測位や電波発信可能な対象(例えば3,15等)の測位に用いてもよい。
例えば、図1Hのように、前記環状の環が水平面から傾いて3次元に配置された構造物2の各3が高度測定装置をもち、
3次元のX・Y・Z座標の内、Zの位置(高さ)を測定でき、各3のX・Y(縦・横)の位置を測定し、X・Y・Z座標を測位できている場合に、
各3が受信した測定対象(照射対象3,15)の電波を受信したときの各3の座標と電波送受信のデータを統合し、
測定対象(照射対象3,15)の位置を算出するデータを増やす手段として用いてもよい。
・電波の発信機又はビーコンを持たない目標物又はスペースデブリ(Debris)の除去・軌道変更等行う場合は、
目標物の探知及び測位手段としてレーダーが利用されうる。例えば構造物2に連結された3の機体数が多く、2の規模が大きい場合に、
図1Hの左図で2の複数の3からレーザーを目標物に照射する事と同様に、
複数の3にレーダーを搭載し、構造物2の各3のレーダーシステムにより目標の探知や測位をしてもよい。
3はレーダー用に利用できる無線送信機と無線受信機を備えてよい。
17のギャップを測定する手段や17に衝突しうる外部物体を検出・距離測定する手段にレーダーを用いてもよい。
<構造物2の加速装置や推進装置の偏向手段>
・ソーラープレーン3や構造物2や構造物1の粒子発射装置30AAや30AB、
光子発射装置30AC、30ACAは、推進装置又は光子や粒子の照射装置・発射装置となる。
この場合に、図1Hの(B)に示すように、加速装置の推力偏向もしくは発射される光子・粒子の偏向装置部、
シンバル機構部、偏向手段である30ATVが前記加速装置30AAや30ABや30ACに備えられていてもよい。
構造物2や1及び航空機3が推力偏向の動作のために30ATVを用いてもよい。
また図1Hの(A)のように、目標物へ30Aの粒子や光子の発射口を向けるために、発射光を向ける手段30ATVを用いてもよい。
目標物がデブリの場合、本願の構造物2,1や航空機3は30ATVによる照準機能を持つレーザー照射台や粒子照射台(レーザー砲台や粒子砲台)として機能するかもしれない。
・図1Hの(A)では空中に配置された構造物2や1を傾斜させ、デブリなど目標物に照射することも想定される。
30ATVが無い場合や30ATVの偏向できる角度に限界がある場合であっても、
構造物2や1を空中で傾斜・再配置させ、空中や宇宙に配置された砲台構造物2の狙う向きを変えうる。
●図1Iは、2その物、又は2内部の物体を、2の加速装置で加速する際に、前記断熱圧縮の問題、
(宇宙空間と大気の境界の高度において2を秒速7km以上に加速させるときに、
2が前記境界にある稀薄大気・原子分子に衝突しその大気を圧縮し生じると想定される、
加熱問題・熱の壁問題を含む)を回避するため、構造物2の加速管301内に17TRを浮上させて加速させる説明図である。
301は排気手段(例えば一部の3に備えさせた真空ポンプ)により真空引きされ、
気体の原子分子が加速管内部から排気されることで前記問題を軽減するよう用いられてもよい。
図1Iで構造物2あるいは1はオービタルリングであってもよく、この場合のオービタルリングを支える向心力は、
構造物の加速管内を秒速7kmからの速度で1方向に循環する17TR(又は17TRを連結した物体の流れ、リング状17TRの流れ300F)である。
17TRが動くことで向心力が生じるので加速管外の構造物2は静止していてもよい。
(前記の場合、磁気吸引・磁気浮上の17TRを備えて17TRが非接触に移動し回転するので、
加速管を含む2や1は、地上と接続するケーブルとのコネクタ部17は接触させ連結可能かもしれない。)
・図1Iは加速管に物体の流れ300Fとして荷電粒子を循環させる構成の荷電粒子を(環状に)連結させた列車部17TRとしたもので、
特開2022-058853にて開示した加速管の内部でレールとリニアモーターカーを用いて向心力を得る構成の補足である。
17TRの加速方法はリニアモータ式、若しくは光子を用いる加速装置30AC,30ACAや電場・磁場を用いる加速装置が用いられる。
<衝突回避用のセンサと推進装置をもつ17>
図1Jでは衝突回避用のセンサ171Sを17の機体表面に複数配置している。
図1Jのコネクタ部17は超伝導電磁石171CーSCを備え、
17と2のどちらにもギャップ測定用のセンサ171S・3171Sとフィードバック制御も可能な回路171E・32があり、
17には、2や他の物体との衝突を回避するためのセンサ171Sやロケット171R等が搭載されている。
<高度増加時のオービタルリング構造物2や1の、円周方向の長さの拡張>
●構造物2や1を回転させ速度を増加させ(あるいは前記加速管内の17TRのリングを回転させ)、
2や1が向心力により打ち上げられ高度が高くなる場合、
図1の1Bから1Aへ移行させるときに、高度を増加させたことで円周の長さが増加するので、
構造物2や1(リング状17TRの長さ、リング状の加速管の長さ)の円周の長さが増加しても、
構造物2や構造物1の構成を維持し(各3の連結を維持し)、
前記の回転・移動に影響を与えにくい構造や手段が必要かもしれない。
・前記円周の長さの増加については、以下の対策(A)から(C)を本願で想定する。
(A)図1Kに示すように、地上または低軌道側の構造物2や1Bから、
高軌道側の構造物1や1Aに打ち上げられて高度が変化する時に、
3に搭載された連結部39や30CVRを伸長可能・展開可能とする。
先に述べた熱の壁問題等の2の各3が稀薄大気分子への衝突し或いは断熱圧縮が起きることを減少させる意図で、
構造物2や1が伸長しその構成要素の3同士が離れ合って隙間が生じる場合に、
前記隙間を覆う又はカバー出来る部分39CVRを各3に備えさせる。
(連結部39とカバー可能部分39CVRは伸長・展開の動作が可能であってよく、伸長・展開・スライドする手段を備えてよい。)
39や39CVRの伸長の機構や手段は公知の手段を用いてよい。
例えば39CVRは39CVRを図1Kの様に横方向にスキャン可能にする機械機構を備えた蛇腹部も想定される。
新幹線の車両の連結部に用いられる全周ホロ、連結ホロの様な構造、
或いは伸縮性のフレキシブルなダクト・ホースの様な構造でもよい。
39CVRは前記隙間をカバーするときに、39CVRが伸びてもよいし、
39CVRを円周方向にスライドさせて3同士に生じる隙間を覆ってもよい。
連結部39が伸長・展開するときにカバー部39CVRも連動して伸長する機構を3や39や39CVRが備えていてもよい。
39には巻き取りや伸縮可能なワイヤ又はテープ・フィルムが含まれていてもよい。
39や39CVRは各3に搭載されるため軽量な構成が好ましい。
(B)図1Iの列車的な物体の流れや荷電粒子・粒子の流れを加速管内部で生成し、前記流れを増速させる時は、
加速管の外壁を伸長可能な301Bを用いる(又は301Bでもある39CVRを用いる)。連結部39も伸長・展開可能にする。
3の加速管を他の3の物と連結するときに、連結部に39CVRや連結器39を備えさせ伸長可能にしてもよい。
(C)前記の他に、高軌道側のリング1A・1に向けて、
空中又は低軌道側リング1B・2から、3を打上げて、
高軌道側の1Aや1に3を輸送し、1Aや1に3を補充・挿入する。
<偏向手段30ATVによる3,2,1への推進力のかかり方の制御>
図1Lや図1Hの(B)に示すように、
ソーラープレーン3や3の連結した空中構造物2、宇宙構造物1について、
偏向手段30ATVを用い、30A、30AA,30AB、30ACの粒子を発射する向きや、
発射された粒子を反射する(運動方向を変える)部分334の向きを偏向させ(図1Lの(A)、(B))、
前記3,2,1を推進させる場合の推進力の向き、X,Y,Z方向の推進力のベクトルの大きさを変えてもよい。
そして3,2,1の移動・回転や姿勢の制御、高度の制御に用いてよい。
例えば移動方向に3,2,1が加速するように30ATVを制御し、
移動方向と反対側に粒子を発射させ、推力を移動方向に推進する成分とそれ以外の成分に振り分けてよい。
また移動方向への推力が不要な場合は粒子発射を止めるか、
粒子の発射向きを移動方向とは垂直かつ高度を維持もしくは3,2,1が地上から打ち上がる方向に向けてよい。
30ATVにより、(地上の大気方向に大気により移動が減衰される)光子・粒子を照射して、
3,2,1をその反動で地上より打上・持上・浮遊させてもよい。
・図1Lの(A)のように、空中や宇宙に形成された構造物2,1の内部の加速器301・301C部分で粒子を加速させたのち、
前記粒子の流れ300Fの取り出し口も兼ねてよい30ATV部分で、取り出したい先に向け、粒子を取り出して外界に発射してもよい。
前記取り出された粒子は目標物・デブリへの照射に用いてもよい。
高エネルギー加速器用に、301・301Cを加速器にして物理実験する場合に、
取り出し口でもよい偏向部30ATVを用いて別の加速器やターゲットに粒子を導入してもよい。
逆に外部から粒子を前記取り出し口を介して加速器301・301Cに導入してもよい。
前記加速器から取り出された前記粒子を、別の加速器や装置内に導入し粒子の衝突実験や、
素粒子・粒子の生成・消滅・相互作用させる実験に用いてもよい。
粒子の流れ300Fの軌道を曲げる若しくは調整する機能が前記偏向手段30ATVに備えられていてもよい。
300Fの軌道を用い、時計回りの300Fと反時計回りの300Fを或る粒子衝突点で衝突させる場合に、
粒子の衝突する角度を制御し、正面衝突させるようとする手段に用いてもよい。
<産業上の利用可能性>
<0014>
利用可能性が高いと考えられる分野として、(17を備えてもよい)構造物2は、通信プラットフォームHAPSとしての動作が期待できる。
携帯端末の基地局やGNSSの衛星のような測位衛星3・測位用航空機3の連結した(またはコンステレーションした)構造物2・構造物1により通信やナビゲーションの用途に利用されうる。
(電力網1100とケーブル12とコネクタ部17により夜間の2への電力供給を期待する。)
●構造物2が海洋の雲上でソーラープレーン3の連結した構造物2(HAPSでもある構造物2)として用いる場合に、
その構造物2にラダーケーブルをぶら下げ、ラダーケーブルを介して構造物2と地上電力網との電力・通信の入出力と輸送を可能にするかもしれない。
17と接続される2が、図1Fのローカルな空中の基地局である時に、夜間であっても2が送電網から電力を得たい時に利用出来るかもしれない。
●図1Gや図1Hの様に、雲に遮られない高度で、構造物2はデブリへの粒子やレーザー照射のプラットフォームに用いられるかもしれない。
●17は2で得た電力の送電・送電装置用いられ、2と17は発電装置や送電装置に利用されうる。
(運動する2の運動エネルギーを電力に変換を行う装置になるかもしれない。)
例えば、図1Aの構成では、構造物2や1が備える太陽電池により宇宙太陽光発電を実施し、
その電力で構造物2を高速に移動・回転させ、電力を運動エネルギーとして運動する構造物2に保存させ、
電力の需要地近くの電力網1100と接続された17が、電力の需要に応じて171の部分(171C)を制御し、
構造物2の回転速度を減速させる代わりに発電する回生動作が可能になる。
他に、図1Iの構成が成り立つ場合には、ある地点Aの17に接続された発電網1100や構造物1の宇宙太陽光発電より得た電力を用い、
17TRを加速管内で加速させ、17TRの運動エネルギーとして電力を保存しつつ、遠隔地に17TRが移動する事により運動エネルギーを輸送し、
遠隔地の需要により17TRを減速させ発電・回生の動作を行い、電力を送電出来うる。
・電線により、大電力を地球の裏側から表側の需要地に送る(地球の半周の距離を電線で送電する)には困難があるかもしれない。
しかし、本願では回転する構造物2が空気抵抗が少ないと思われる宇宙空間内・真空内を通り、
需要地近くの17を経由するときに、運動エネルギーと電力の変換により送電できるならば、本願は送電に利用されるかもしれない。
●前記構造物2や1にHSSTのような列車システムを構築できるかもしれない。
送電と同じように、遠隔地への物体の輸送や通信にも用いられるかもしれない。
<0016><0017><0018>
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[書類名]明細書
[発明の名称]空中構造物
[技術分野]
[0001]
本発明(以下本願)は宇宙太陽光発電システムおよび宇宙構造物に関する主張である。本願は出願時点においてアイデアである。本願は発電装置、飛行装置、加速装置、昇降装置、打上装置、通信装置を含む。また飛行機または飛行船およびそれらを連結した空中構造物もしくは宇宙構造物を含む。
[背景技術]
[0002]
<宇宙開発と打上げ方法>現在、宇宙開発において、ツィオルコフスキーの提唱したロケット(非特許文献1)による地上から宇宙空間への打上げが実現されている。しかし打上げには課題がありロケットを利用する場合及びロケットを利用しない場合において盛んに開発が行われている。ロケットの他に静止軌道までの軌道エレベータや1980年代には非特許文献2のオービタルリング(オービタルリングシステム、部分オービタルリングシステム)が考案されたが、その建造には困難があった。またロケットを使用しない方式であっても、地上からロケットを打上げてその方法にかかわる構造体等を宇宙空間に建造する場合には、建設資材輸送のロケット打ち上げコストがかかる。ここで本願では発明者は地上で組み立てた構造体を空中を経て宇宙まで打上げる方法が無いのが課題であると判断した。そして持上げる方法について本願で考案し、実証はしていないものの、その方法について主張をする。
<打上げ後の衛星由来のスペースデブリの発生と回収>打ち上げた衛星より生じたスペースデブリが他の衛星に衝突し更なるスペースデブリを生じうることが懸念され、未来の人類の宇宙活動の妨げになることが考えられている。スペースデブリの増加により衛星によるサービスに支障が出ないよう回収方法が求められている(非特許文献3)。スペースデブリを回収する方法について、本願では特にロケットによる打上げに依存せず、地上から空中を経て宇宙にアクセスできる方法を模索した。
<宇宙空間での太陽光発電>太陽光発電の分野では、太陽光のエネルギーが多く取れる領域で運用される多くの人工衛星には太陽電池が搭載され太陽光発電が行われている。そして前記人工衛星の中には気象観測や全球測位衛星システム用衛星がある。実現されていないが宇宙太陽光発電所を作ることも検討されていた。発明者は特願2021-127019(特許文献3)および特願2021-181539(特許文献4)において、(いわゆる)プリンテッドエレクトロニクスの分野で太陽電池を製造する出力装置や製造方法についての主張を行っているが、本願においてソーラープレーンの太陽電池部及び電子回路部、あるいは翼、ボディ、外装、機器部品などに前記文献にて主張する装置や手法を用いることも想定する。
<宇宙空間及び成層圏での通信プラットフォーム>空中および宇宙空間における通信の分野では、空中特に成層圏にて太陽電池と二次電池で駆動されるソーラープレーンを通信の基地局(太陽電池で駆動する高高度飛行船の通信局、成層圏プラットフォーム、非特許文献7に記載の高度20kmに浮かぶ巨大なICT基地)として 地上のユーザ端末と通信させる方式が開発されている。非特許文献4、特許文献1が既知の例である。
(本願でも本願の空中の構造物もしくは宇宙の構造物は地上や宇宙空間にあるユーザ端末と通信できる通信装置を持つ。前記通信装置やコンピュータと機体制御及び飛行・浮遊に必要な動力を太陽電池の電力より得る)
[0003]
本願ではいくつかの背景技術に関するテーマを解決するアイデアとして出願している。次にテーマをAからGを列挙する。A.エネルギー問題の解決策として宇宙上での太陽光発電システムの模索、B.宇宙開発におけるロケット打上げとは異なる手法による打上げ方法の模索、C.コミュニケーション及び測位のための宇宙もしくは空中における通信網・基地局の模索、D.宇宙構造物の建造方法や前記構造物由来のスペースデブリ回収方法の模索、E.宇宙エネルギーによる二酸化炭素固定やエネルギー利用用途、F.加速器の建造方法、G. 宇宙構造物を用いた運輸システムの構築。そして前記テーマAからGは次の1から8の本願の主張する内容と関連する。
1.オービタルリング宇宙太陽光発電システムの建造方法にソーラープレーンを連結した構造物を用いることの提案。(図1、図2)
2.ロケットを利用しない宇宙への打上げ方法として前記ソーラープレーンの連結した構造物を空中においてつくり、前記ソーラープレーンの連結した構造物をオービタルリングとして、その内部でループした加速管を形成させ、粒子または弾丸または物体を加速させループ内で生じる向心力を打上げにも用いることの提案。(図4、図5)若しくは光子または粒子または物体を前記ソーラープレーンの連結した前記構造物より粒子または光子または物体を前記構造体の外に発射し生じる反作用による力を前記構造体を加速する事。(図3、図5)
3.太陽電池付きオービタルリングの建造方法およびソーラープレーンを連結させたオービタルリングの建設方法、地上から空中を経て宇宙空間に打ち上げる際のソーラープレーンの加速装置の種類の提案。(図6、図7)
4.スペースデブリを前記オービタルリングの打上げにより捕縛帯を作り回収する事の提案。
5.前記オービタルリングによるエネルギーで地上の二酸化炭素の回収を行う事の提案。
6.地球の円周規模の大きさをもつ加速器についての提案。もしくは海洋上で連結されたソーラープレーン連結体である空中構造物を加速器として用いることの提案。
7.前記オービタルリングまたはソーラープレーン連結帯を空中の成層圏プラットフォームまたは低軌道のプラットフォームに用い、通信困難地域へ通信を届ける事。
8.前記オービタルリングと前記エレベータによる物体の輸送を試みること。(図10-図12)
[先行技術文献]
[特許文献]
[0004] [特許文献1]特許6654676 [特許文献2]特開2009-132605
[特許文献3]特願2021-127019 [特許文献4]特願2021-181539
[非特許文献]
[0005][非特許文献1]コンスタンチン・ツィオルコフスキー、ロケットによる宇宙空間の探究、1903。
[非特許文献2]ポール・バーチ、「Orbital Ring Systems and Jacob's Ladders - I-III」Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 35, 1982, pp. 475-497、Vol. 36, 1982, 115、Vol. 36, 1982, 231。
[非特許文献3]JAXA、「地球と宇宙の安心安全な環境を目指して」、[インターネット、西暦2022年1月30日閲覧、https://www.jaxa.jp/projects/debris/index_j.html ]
[非特許文献4]NTTドコモ社及びエアバス社、「ドコモとエアバス、18 日間の飛行で HAPS から電波伝搬実験に成功~成層圏からスマートフォンへの通信サービスの提供が可能であることを実証~ 」、[インターネット、西暦2022年1月22日閲覧、https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/info/news_release/topics_211115_00.pdf ]
[非特許文献5]MIT、 「MIT engineers fly first-ever plane with no moving parts」、[インターネット、西暦2022年1月30日閲覧、https://news.mit.edu/2018/first-ionic-wind-plane-no-moving-parts-1121 ]
[非特許文献6]東レ社、理化学研究所、科学技術振興機構、「Thermally stable highly efficient ultraflexible organic photovoltaics」、PNAS May 1 2018 115 (18) 4589-4594: first published April 16, 2018、( https://doi.org/10.1073/pnas.1801187115)
[非特許文献7]NICT、「成層圏無線プラットフォーム」、[インターネット、西暦2022年1月31日閲覧、http://www.nict.go.jp/publication/NICT-News/0504/p02.html ]
[非特許文献8]JAXA、「小型ソーラー電力セイル実証機 IKAROS」、[インターネット、西暦2022年1月31日閲覧、https://www.isas.jaxa.jp/missions/spacecraft/current/ikaros.html ]
[非特許文献9東京工業大学工学院 奥野研究室、「「MHD発電」って何?」、[インターネット、西暦2022年2月2日閲覧、http://www.okuno.mech.e.titech.ac.jp/mhd-b-j.html ]
[非特許文献10]理化学研究所、JASRI、SPring-8、「放射光の原理」、[インターネット、西暦2022年2月2日閲覧、http://www.spring8.or.jp/ja/about_us/whats_sp8/whats_sr/generation_sr/ ]
[発明の概要]
[発明が解決しようとする課題]
[0006]解決しようとする問題点は、地上から空中を経て宇宙空間に向けてロケットではない方法を用いて打上する手段が無いこと、そしてその手段の模索や検討がされていない点である。
[0007]発明者は、既知のロケットには打ち上げコストの問題があり、既知の静止軌道までの軌道エレベータには材料の問題、既存案ではエレベータ全長が長すぎる問題があり、既知のオービタルリングにも打上げと材料の問題のあり、既知のオービタルリングに軌道エレベータを繋げる場合はエレベータは短く出来るかもしれないが、オービタルリング内の加速させる物質循環と打上げ問題があり、既知の打ち上げ方法では打上げ後の物体のスペースデブリの問題が宇宙開発において残り続けていてスペースデブリがあっても打ち上げられる方法の探索する必要があり、既知の加速器においては建設の確保の問題があるが、空中や宇宙に(その下にいる人々の了解をとって)既存より規模の大きい加速器を建造できればと考えた。また宇宙太陽光発電にオービタルリングを用いる場合の方法考案した。
[0008]※本発明は発明者が思案して考案した自然法則を用いる前記宇宙太陽光発電システムおよび宇宙構造物の発明である。しかし本発明は実証実験がされていない。本願で記載したすべてが実際にできることかは断定できない。本願は近年の気候変動問題とエネルギー問題を考慮し出願する。
[課題を解決するための手段]
[0009]本発明は、軽量化のために太陽電池の素子を薄くまた可撓性を持たせられるフィルム型太陽電池を用いたソーラープレーンを連結させた空中構造物において、連結されたソーラープレーン其々の持つ加速管または加速素子または加速部が連結されて形成される加速器において、粒子や弾となる加速できる物体を加速させ、円や楕円等のループ軌道である加速管内で加速された時に加速できる物体と加速管(および加速器及びソーラープレーンを連結した空中構造物または宇宙構造物)の間において生じる向心力を空中若しくは宇宙空間への打上げに用いることを最も主要な特徴とする。※本願はソーラープレーンを用いる。固定翼を持ち、気球部を持ってもよい。
※浮遊の為、飛行船の構成をとるとき、前記気球部はH2、He、Ne等空気より軽いガスを用いてもよい。※太陽電池部は、1から10ミクロンメートルあるいは100ミクロメートル級の素子)ソーラー発電フィルムを用いる。※加速部(加速装置)を持たせる。
[発明の効果]
[0010]
(1)本発明は、宇宙太陽光発電システムの建造方法に利用されるかもしれない。地上で製造された太陽電池、加速装置駆動回路、加速管等の部品を空中で組み立て、加速器を持つ前記空中構造物を形成し、空中において加速管を動作させ加速器内で物体を加速させ向心力を得て、前記向心力を利用し宇宙空間への打上げに推移させる。このとき、地上で組み立てを行い空中にて加速器を動作させ向心力を得させて、空中から宇宙空間へと向心力で持上げられるかもしれないという利点がある。
打上げ後は宇宙空間において加速管を動作させ加速器内で物体を加速させ向心力を得て、宇宙空間に推移した前記空中構造物(この場合前記宇宙構造物もしくはオービタルリング)の地球に対する重力と対向する向心力を生じさせて前記宇宙構造物を宇宙空間のその高度に保持させる。
前記宇宙構造物と地上を結ぶエレベータを備えさせ、高度100kmクラスの軌道エレベータの構築もされうるかもしれない。軌道エレベータを前記宇宙構造体が支持・保持する場合、前記軌道エレベータの重量分、向心力を増加させるために、加速管内の物体の速度を増速させる。
(2)前記(1)の打上げ時に、前記空中構造物・前記宇宙構造物にスペースデブリを衝突させ受け止めるスペースデブリ受止め部を備えさせることで、地上からの持上げのみで前記スペースデブリを前記受止め部にて回収できるかもしれない。(ロケット打上げしない方法を本願で提案する)
(3)前記オービタルリングにおいて太陽光発電所を備えさせ、前記発電所から得られるエネルギーを利用し地上の二酸化炭素の回収を行う事につながるかもしれない。発電所より得られるエネルギーにて物質の合成ができるかもしれない。前記エネルギーは(1)の前記宇宙構造物と地上を結ぶエレベータ部を経由して地上に分配されるかもしれない。
(4)地球の円周規模の大きさをもつ加速器についての提案。もしくは海洋上で連結されたソーラープレン連結体である空中構造物を加速器として用いることの提案。
(5)前記オービタルリングまたはソーラープレーン連結帯を空中の成層圏プラットフォームまたは低軌道のプラットフォームに用い、通信困難地域へ通信を届けられるかもしれない。
(6)本願に原理的、あるいは実際の装置や材料、宇宙や空中の環境に起因して、本願で主張するような方法により宇宙に持上げること出来ない場合でも、本願で主張する前記のソーラープレーンの連結体はその連結数や、連結体が開いている構造体(線状構造体)か閉じている構造体(環状構造体)かに関わらず、成層圏プラットフォームや空中での太陽光発電プラント・加速器実験装置の一部に用いられるかもしれない。発電装置や加速装置、通信装置の面で役立つかもしれない。
[図面の簡単な説明]
[0011] 特願2022-015274を参照。
[発明を実施するための形態]
[0012]
<発電装置(31)として>前記空中及び前記宇宙構造物は太陽光発電所として動作する。前記空中及び前記宇宙構造物は前記飛行機または前記飛行船を複数連結して組み立てられる。
・前記飛行機または前記飛行船はソーラープレーンであり太陽電池により駆動される。前記太陽電池はその素子の厚さが薄くミクロンメートルからミリメートルの範囲フィルム型の太陽電池を用いる。そして前記太陽電池は光を吸収する発電層の厚さを薄くできるよう直接遷移型の半導体を光を吸収し電荷分離させる層(発電層)に用いてもよい。前記半導体は有機半導体でも無機半導体でもよい。(前記発電層には有機太陽電池におけるActive Layer・活性層も含まれる)
前記フィルム型の太陽電池を用いる理由は、前記飛行機若しくは前記飛行船である前記ソーラープレーンの機体重量を低減させるためである。
・前記太陽電池は特願2021-127019(PCT/JP2022/000462)に記載の印刷装置や加工装置により地上において製造されてもよいし、特願2021-181539に記載の方法で製造されてもよい。
・既知のソーラープレーンに関しては結晶シリコン太陽電池とリチウムイオン二次電池を備え空中で太陽エネルギーのみで1日を超え長期間飛行し地球を一周できるようになったもの(Solar Impulse FoundationのSolar Impulse 、およびエアバス社のゼファーS)も出願時点では存在するが、本願では既知のソーラープレーンよりも機体重量の低減とパワーウェイトレシオの改良を行うために前記フィルム型の薄膜である太陽電池を用いる。
本願では地球の直径(およそ40000km)の長さになる前記空中構造物を、多数の前記ソーラープレーンを空中にて互いに連結させて構築できるようにするため、前記ソーラープレーンは太陽電池と二次電池もしくは蓄電装置を備える。
本願の前記ソーラープレーンの製造および連結のひとつの想定例として、自動車工場等規模を持つプラントにおいてソーラープレーンの部品と機体の製造ラインを備えさせ、製造されたソーラープレーンは順次空中に飛行させ出荷させていき、空中にて各機を連結させていく。(空中にて連結させたい理由として工場にて連結させる場合には敷地が必要になりうるからである。目標の4万km分のソーラープレーンの全機体を限られた工場の敷地で連結させることは困難かもしれない。空中であれば、例えば海洋上などでも各機を連結できうる。)
本願では前記ソーラープレーンはドローン・無人飛行機であってもよく、無人飛行機・ドローンの公知の技術として公知の複数台のドローンを連携させ空中にてコンステレーションさせて飛行させるような遠隔操作技術または自律制御を行う手段を前記ソーラープレーンや空中構造物、宇宙構造物に用いてよい。
・ソーラープレーンの連結体である前記空中構造物を地上から(例えば)高度10kmの空中にて連結し前記空中構造物を組み立てる。前記空中構造物は成層圏プラットフォームあるいはオービタルリングおよび部分オービタルリング(Partial orbital ring systems)もしくはローンチループ、前記の変形型に用いられうる。(ただし、本願の前記空中構造物の電力はソーラープレーンの太陽光発電により得られるが、地球を一周するオービタルリングの形態では光の当たる個所が地球の「日中」となる面で発電できるが、 前記空中構造物が夜間になることのある成層圏プラットフォーム、部分オービタルリング、ローンチループでは二次電池の容量を増やすか別途電源を備える必要がある。)
・既知のソーラープレーン(および航空機やドローン、無人飛行機)に含まれる装置、例えばモータ、モータドライバー回路、推進機、推進装置、加速器、加速装置、加速管、加速装置用電極または加速装置用電気回路、加速装置で加速させる物体・推進剤、気球、固定翼、回転翼、高度計、速度計、(ピトー管)、慣性計測装置、ジャイロセンサ、加速度センサ、磁気センサ(磁気コンパス)、全球測位衛星システム用無線受信機、無線送信・受信の装置、通信装置、電源装置、二次電池、蓄電装置、整流装置、昇圧回路、降圧回路、太陽電池、コンピュータを本願の前記ソーラープレーンに備えてもよい。
本願の前記ソーラープレーンおよびそれらの連結体である前記空中構造体は。加速管内で物体を加速させて生じる向心力を地上から空中そして宇宙に打ち上げる力として用いるいう特徴をもち、前記ソーラープレーン及び前記構造体が地上から空中そして宇宙に移るときに低気圧の環境や低温環境にさらされるため、前記ソーラープレーンは低温・低気圧又は真空下で動作するよう、人工衛星に求められる既知の要素を備え、地上・空中・宇宙においてソーラープレーン及び人工衛星として動作させる前提で前記ソーラープレーンは設計される。
[0013]
<通信装置(34)として>前記空中及び前記宇宙構造物は地上及び宇宙空間に対して通信する機能を備え通信の基地局としてふるまう。前記空中及び前記宇宙構造物は成層圏プラットフォームもしくは地上から高度100kmより上空の低軌道のプラットフォームとなることができ、地上及び宇宙の基地局・ユーザー端末と通信を行う。また前記空中及び前記宇宙構造物は太陽光発電を行い前記プラットフォーム内や地上の基地や宇宙の基地に太陽光発電由来の電力を分配する。電力分配時にプラットフォームから地上にエレベータを降ろして地上局と連結できる場合には、前記プラットフォームの通信部や発電部若しくは電力網を有線方式で地上の送電網・通信網と連結してもよい。前記空中及び前記宇宙構造物は無線通信における衛星無線局である。通信および放送に利用してもよい。前記空中及び前記宇宙構造物は全地球測位システム、衛星測位システムに用いてもよい。
[0014]
<昇降装置、打上装置として>前記空中及び前記宇宙構造物は構造物内に加速装置を備え、前記加速装置は前記太陽光発電所としての機能により供給される電力を用いて加速装置を動作させる。
前記加速装置は構造物内の加速管と、加速させる電極または電磁的装置と、電極に電圧を印加する電気回路と、加速させる物体を備える。もしくは粒子を加速する装置や粒子である光子を発射する装置を備える。
前記加速させる装置は、前記飛行機または前記飛行船(前記ソーラープレーン)に含まれる前記加速させる装置の部品が連結されることで物理的・機械的・電気的に接続されループを構成し、最終的には地上より高度100km以上の高度で地球を一周する円周の長さの円状構造体または空中オービタルリングとなる。
前記加速させる装置の部品単体でも加速装置として動作してもよく、前記電気回路から電極に電圧を印加する際に電圧を印加するプログラム設定を変更させ、電極に印加する電位を静的にしてもよいし動的な高周波または低周波の電位を印加してもよい。前記加速させる装置の部品を連結した場合についても、前記電気回路から電極に電圧を印加する際に電圧を印加するプログラム設定を変更させ、電極に印加する電位を静的にしてもよいし動的な高周波または低周波の電位を印加してもよい。前記円状構造体(または前記空中オービタルリング、前記空中構造物、あるいは宇宙に打上げもしくは持上げられた場合は前記宇宙構造物)とした場合、前記円状構造体全体としては地球の円周の規模の円形の加速器であるが、部分的・ミクロ的に見ると線形の加速器であり、要素または部品である前記ソーラープレーンは線形の加速器として動作させつつも、前記ソーラープレーンを連結させた前記連結体(前記空中オービタルリング、前記空中構造物、前記宇宙構造物)は各部品を全体として制御する制御部を備えさせ、地球の円周規模の円形の加速器として動作するよう制御させてもよい。前記加速させる装置は複数の前記ソーラープレーンを円状になるよう連結させた前記円状構造体または前記空中オービタルリング内を( 前記空中オービタルリングまたは前記空中構造物または前記宇宙構造物内を )地球の円周方向に一周するように設置された加速器もしくは加速装置である。
●前記加速装置は加速させる物体となる粒子のソース(具体例として線形加速器におけるイオン源等)となる部分を持っていてもよい。前記加速させる物体は地上より高度100km以上の宇宙空間にある真空中において存在する粒子を前記加速装置に取りこんで用いてもよい。●地上と高度100kmの間における稀薄空気を前記加速装置は加速させる物体に出来る形に処理をして取りこみ加速させてもよい。●前記ソーラープレーンは真空ポンプを備えてよい。地上または大気圧に近い空中であっても前記加速管に真空を形成できるよう真空ポンプを前記ソーラープレーンに備えさせ、前記加速管を前記真空ポンプで真空引きしてもよい。
●前記加速させる物体は前記飛行機若しくは前記飛行船に粒子若しくは弾などの物体として備えさせ、必要に応じて前記加速管内で加速させてもよい。●加速時に内部の粒子の流れあるいは加速させる物体の粒子の流れ、ストリング、ストリームの速度を7.84km/秒を超えた速度に加速する必要がある。実際は10km/秒以上となりうる。
●前記加速させる装置については、電場により加速する型と磁場により加速する型が考えられる。
電場により加速する型と磁場により加速する型を片方もしくは両方用いてもよい。
●また前記加速させる装置については、前記ソーラープレーンに光もしくはレーザー若しくはメーザーを発射する発光素子を備えさせ、前記ソーラープレーンに備え付けた前記発光素子より粒子である光子をセイルにもなる面に発射した際の反作用により推進させ、加速させてもよい。
空中構造物2または宇宙構造物1は前記ソーラープレーンに光もしくはレーザー若しくはメーザーを発射する発光素子を備えさせ、前記ソーラープレーンに備え付けた前記発光素子より粒子である光子を外界に発射した際の反作用により推進させ、加速させてもよい。図3がその例である。前記発光素子より光子を発射させる電力は前記ソーラープレーンの前記太陽電池が光・太陽光を受け太陽光発電したことによる電力である。(前記セイルにソーラーセイルを用い光子の反射による作用反作用により衛星・物体を推進させることは非特許文献8に記載のとおりである。そして物体に光子を反射させた物体が推進するように、物体が光子を発射した際は光子発射元の物体が作用反作用により推進しうる。)●ソーラープレーンが地上および空中でモータによるプロペラを回転させた推進やソーラープレーンに備えさせた圧縮ポンプで空気を圧縮し前記圧縮空気を噴出させて推進する場合に、電場により加速する型と磁場により加速する型を推進に用いてもよい。例えばプロペラ推進機構と電場により加速する線形加速器によるイオン風・荷電粒子の射出による推進機構をソーラープレーンに備えさせ前記の両方式を片方もしくは両方用いて推進してもよい(言い換えるとプロペラ推進と電場を利用する線形加速器推進のハイブリッド)でもよい。
●図5に示すように、ソーラープレーンあるいはその連結体の空中構造物が光子300Cを発射する装置30ACAと、電場又は磁場により加速される粒子300A・300Bの加速装置の加速管301を備えており、ソーラープレーンあるいはその連結体の空中構造物から300Cと300A又は300Bを前記ソーラープレーンや空中構造物の外界に発射し、その結果生じる反作用により前記ソーラープレーンや空中構造物を加速又は推進させてもよい。
また図5に示すように加速管301の内部で300A又は300Bを加速させつつ、前記ソーラープレーンや空中構造物の外界に300Cを発射し、300A又は300Bと300Cを同じ方向又は或る一方向へ加速または発射させた反作用として前記ソーラープレーンや空中構造物を加速又は推進させてもよい。
●電場による加速を行う場合、コッククロフトウォルトン回路による線形加速器や、高周波の作る電場を用いる線形加速器、大気中においてイオン化した分子を加速してイオン風を起こすこともできる粒子加速器を用いてもよい。
●空中構造物2や宇宙構造物1から電場により加速した粒子を外界に発射しその反作用で前記空中構造物2や宇宙構造物1を加速又は推進してもよい。
●磁場による加速を行う場合、電磁飛翔体加速装置(レールガン)がある。前記加速させる物体は電磁飛翔体加速装置で加速させる物体でもよい。前記加速させる物体はレールガンの弾となる導体等でもよく、その場合は加速管に電流を流すレールを備えてよい。(※加速時に加速させる物体の速度を7.84km/秒を超えた速度に加速する必要がある。)●前記加速させる装置については、前記空中オービタルリング内を一周するように設置された加速器もしくは加速装置内において、太陽光発電に生じた電力を用い、前記加速させる物体を加速させる。前記加速させる物体には前記粒子や前記荷電粒子、前記弾を用いる。●前記加速させる物体はリニアモーターカーに見られるように加速管内にレールと加速させる物体を備えて加速させてもよいしコイルガンにおけるコイルを加速管に備えさせ前記加速させる物体はコイルガンの弾でもよい。
●前記加速させる物体は電離した粒子でもよい。前記加速装置は荷電粒子の加速器でもよい。線形加速器でもよい。線形加速装置を形成する際にキャパシタと整流器(ダイオード)を用いるコッククロフトウォルトン回路と前記太陽電池と制御用装置(コンピュータ回路含む)を含んでよい。前記コッククロフトウォルトン回路による線形加速器を用いる理由は前記飛行機若しくは前記飛行船である前記ソーラープレーンの機体重量を低減させつつ粒子加速器の機能を備えさせるためである。
●前記ソーラープレーンは前記加速管を備え、前記ソーラープレーン単体では線形加速器を持ち、前記ソーラープレーンを連結していくと連結された線形加速器が構築される。前記ソーラープレーンを多数連結し地球の円周4万kmの長さに連結した線状の連結体(連結帯)となる。
「前記ソーラープレーンを多数連結し地球の円周4万kmの長さに連結した線状の連結帯」の始点と終点を閉じるように連結することで、線形加速器を繋げて構築された閉鎖した(ループ状の)線形加速器となり、これは全体としては地球の円周の規模の円形の加速器であるが、部分的・ミクロ的に見ると線形の加速器(以下本願の空中構造物の加速器または宇宙構造物の加速器)である。前記空中または宇宙構造物の加速器は装置の加速させる粒子走行部(レールガン式ではレール、リニアレール式ではリニア部)の規模が大きい。●空中構造物2の例として或る赤道のポイントAの上空10kmに始点と終点があり、(例えば)地球の自転方向である東側にむけてループした加速管内部で粒子が円周4万kmの加速区間で加速され、再度ポイントAを通過し、再度東側に向けて加速してを繰り返す。
●前記空中または宇宙構造物の加速器において、加速管をもつ加速器内で前記粒子等を加速させていく場合、地球の円周の距離だけ加速させうる加速管があって、超電導磁石などの重量物を前記ソーラープレーンに備えさせなくとも、キャパシタやダイオードなど部品で構成できるコックロフトウォルトン回路、加速管の回路、各種電気回路をソーラープレーンなどの印刷プロセスも適用されうる半導体部品と同じく大量生産しソーラープレーンに備えさせ、軽量化と大量生産を意図しつつ、かつ加速管内部で加速させるときの速度を高くするために線形加速器でコックロフトウォルトン回路による高電圧、強い電場による線形の粒子加速が好ましいのでないかと推測し、この方式を提案する。
●前記ソーラープレーンはイオン風を起こす飛行機または飛行船であって、前記イオン風を起こすデバイスが線形加速器にみられる電場を形成できる加速間を備え、地上及び空中ではイオン風により推進し、(プロペラ推進も併用してよく、)空中から宇宙空間への気体分子から宇宙空間の真空及び粒子の存在する環境に遷移するようにしてもよい。(イオン風を用いた航空機に関しては非特許文献5に例がある。)
●前記粒子等の前記加速させる物体が前記空中オービタルリング内を一周するように設置された加速器もしくは加速装置の加速管の中で加速されるとき、その速度を高くしていくことで前記加速させる物体と前記加速管との間に作用反作用による地上より宇宙方向への遠心力・向心力により前記空中オービタルリングが宇宙方向へ持ち上げられる場合に、または光子を発射させ前記オービタルリングをある方向へ加速させることでもしくはオービタルリングの回転速度が増加し、前記オービタルリングの重さと前記オービタルリングに係る向心力が釣り合い、向心力が勝るようになる場合に、前記空中オービタルリングは宇宙へと持ち上げられ打ち上げられていき前記空中オービタルリングは高度100km以上の宇宙空間に到達しうる。前記打上装置は前記飛行機もしくは前記飛行船がいる空中において前記加速させる物体を前記加速管の中で徐々に加速させていき、その際に得られうる宇宙方向への遠心力・向心力を前記空中オービタルリングの宇宙側への軌道に打上げする力として用いるものである。●前記打上装置は地球規模の構造物であり、出願時点においてアイデアに過ぎないが可能性の一つとして本願で主張する。ただし、本願の構造物が宇宙構造物のオービタルリングや部分オービタルリングでなく、空中構造物の成層圏プラットフォームとして発電と通信の分野で利用されることについては実現性があるかもしれない。●本願の構造物が前記空中構造体のループ部分の始点と終点を含む一部を地上に配置し他を宇宙に配置する部分的なオービタルリング(あるいはLaunch loop、Lofstrom loop)に用いてもよい。
<昇降装置(10)として>前記空中オービタルリングは高度100km以上の宇宙空間に到達した場合は高度100kmのオービタルリング(以下ソーラープレーン連結軌道リング)として動作しうる。そして前記ソーラープレーン連結軌道リングの軌道エレベータ(図10)を前記ソーラープレーン連結軌道リングから地上まで結ぶ形で設置できうる(オービタルリングによる軌道エレベータの持つ利点については既知のとおりである)。仮に100kmの長さであれば既存の繊維材料などでも利用できるものが見つかるかもしれない。
[0015]
<打上装置として>前記の打上装置にもなる前記ソーラープレーン連結軌道リングは、加速装置により物体を徐々に加速させ速度を増加させることで地上から宇宙空間に徐々に打ちあがる事を期待している。空中から宇宙方向に打上げる途中で、宇宙空間上を移動するスペースデブリを受け止めて除去する事にも利用できるかもしれない。これはロケットによる打上げのように一度宇宙空間に到達してから宇宙空間で探査やスペースデブリ除去を行う事とは異なるアイデアである。しかし実証したわけではない。
<<地上・空中・宇宙へと高度を上がられるスペースデブリ回収システム兼打上装置>>ロケットの打ち上げの場合、ケスラーシンドロームのモデルが知られており、スペースデブリが軌道上に増えてしまったとき、ロケット打ち上げをしてもその軌道先で前記デブリと衝突して投入した衛星が破壊されかねない。その結果人類が宇宙空間にアクセス困難になり、人類の宇宙活動に影響しうる。観測衛星・測位衛星の劣化し、その更新をする際にスペースデブリが問題になっている場合、現代のナビゲーションシステムに影響が及び、気象観測にも影響が出うる。
●本願は本願のアイデアが正しいか実証はできていないが、ロケット打ち上げとは異なる打上げのアイデア(かつ地上から空中、宇宙へと連続して打ち上げることに配慮したアイデア)である。
本願は既知のオービタルリングと既知のソーラープレーンの概念を用いて、複数のソーラープレーンで構成されたオービタルリング内で加速させる物体を加速、または粒子発射させるときにオービタルリングのリングが向心力を受け、地上から空中そして宇宙空間へと宇宙方向に段階的に持ち上がる事を期待したアイデアを主張する。そして前記の地上から空中そして宇宙空間へ持ち上がるときにスペースデブリを受け止め回収する手段として用いることができるのではないかと主張する。
<軌道リング・オービタルリングシステムの(1)として>本願の前記ソーラープレーン連結軌道リングは赤道上の軌道でなくても済むかどうかは実証が必要である。仮に本願で赤道上の宇宙空間の軌道に限定されないオービタルリングシステムが実現出来るとすれば赤道域以外の地球上の地域でリングを構成出来るかもしれない。
[0016]
<飛行装置(33)として>前記飛行機または前記飛行船は空中を飛行する機能を備える。前記飛行機または前記飛行船は前記ソーラープレーンでもあり、本願で述べる太陽電池や加速装置や推進装置を含む各種装置を軽量化し機体重量を低減することが特に必要である。
前記飛行船の場合は水素、ヘリウム、ネオン等の空気よりも低く地上より浮遊し飛行船同士を空中で連結するのに支障のない気体を使う飛行船である。材料的には資源の多い水素が用いられるが、安全性の面でヘリウムやネオンも利用されうる。ここでは前記気体の種類は特定しない。
<飛行装置のコンピュータ機能>前記飛行機または前記飛行船はコンピュータの五大機能として制御装置、演算装置、記憶装置、入力装置、出力装置を備えてよい。そして通信装置を備えてよく地上の基地局、ユーザ端末などと通信できてよい。時計となる機能を備えてよく、GNSS衛星に搭載される原子時計(光格子時計含む)を備えてもよい。
前記飛行機または前記飛行船は無線通信装置を備えてよいし、前記飛行機または前記飛行船の一部に地上と連絡できる有線通信装置またはワイヤー備えてもよい。そして電源装置と蓄電装置を備えてよい。
<飛行装置の発電装置として>飛行するための動力は前記飛行機または前記飛行船に備えた太陽電池好ましくはフィルム状太陽電池を用いる。前記フィルム状太陽電池について、好ましくは太陽電池の基板に100マイクロメートルから1マイクロメートルの厚さのフィルム基板を用いる。太陽電池の素子自身が超薄膜である既知の研究例については非特許文献6がある。
・特に数マイクロメートルから数百マイクロメートルクラスに薄くしたフィルム基板を用い吸光係数が高く光を吸収する半導体層を薄くできる有機半導体若しくは化合物半導体等の半導体を発電層として製膜したフィルム状太陽電池を用いることで、前記ソーラープレーンにおいて太陽電池が占める質量・重量を減らし、発電素子に可撓性を持たせ・または取り扱い易く(発電素子を割れにくく)させ、本願で用いる太陽電池及び前記飛行機または前記飛行船のパワーウェイトレシオを改善できるので、本願に特に好ましく用いる。
前記フィルム基板はポリイミド樹脂、透明ポリイミド樹脂、金属箔が化合物太陽電池のうちCIGS太陽電池でフィルム基板に利用されうると考える。前記フィルム基板はポリイミド樹脂、透明ポリイミド樹脂、金属箔が有機薄膜太陽電池・有機太陽電池、有機無機ハイブリッド太陽電池、ペロブスカイト太陽電池に用いられうる。前記基板は人工衛星で宇宙環境に暴露されても実用に耐える樹脂から選択されうる。例えばポリイミドは宇宙分野に利用されており、非特許文献6にも利用されている記載があり本願では既知の例に従うことができる。ここでフィルム基板の材質について詳細を決められないので(実証により決めるべきであるので)フィルム材質の詳細は省略する。
●前記飛行船の気球部分に用いる場合に前記フィルム基板に気球内の気体分子が外部に逃げないようにガスバリア層を備えさせてもよい。また発電素子をガスバリア層で封止していてもよい。発電素子のガスバリア層と気球の気体分子のガスバリア層を兼ねていてもよい。
●発電層については宇宙空間において宇宙線などにさらされても劣化が遅い又は劣化しにくい物が用いられるべきであり、化合物太陽電池のうちCIGS太陽電池は劣化が少ないことが期待できる。本願を実施する場合に宇宙環境での寿命を考慮して化合物太陽電池、CIGS太陽電池を用いてよい。有機太陽電池、有機無機ハイブリッド太陽電池、ペロブスカイト太陽電池については実証データが少ないので、本願では詳細を決められない。●シリコン結晶を用いた太陽電池については結晶シリコンは間接遷移半導体であり発電層の厚みが直接遷移型半導体に比べて厚くなる恐れがあり、太陽電池素子の重量が増える恐れがある。好ましくは直接遷移型の半導体若しくは有機半導体材料もしくは色素を用いることがソーラープレーンの機体重量の低減とパワーウェイトレシオ改善のために必要である。
[0017]
<加速装置(30)として>前記飛行機3または前記飛行船3は加速装置30を備える。(加速器については<昇降装置、打上装置として>の項目で説明したことと重複する部分がある。)
前記加速装置は電場を用いる線形加速器30AA、機能部30AA、磁場を用いる加速器30AB、機能部30ABでもよい。前記線形加速装置はコッククロフトウォルトン回路3211Aを備えた加速器でもよい。前記線形加速装置はレールガン30ABでもよい
前記加速装置30は前記ソーラープレーン3に備えさせた発光素子30ACA・レーザー素子30ACA・光子発射装置30ACA・光子発射型加速装置30ACA、光子発射型加速措置30ACA、光子放出装置30ACAでもよい。前記30ACAより光子300Cを発射させその反作用により30ACAを備える前記ソーラープレーン3を加速または推進させる。
前記加速装置30は静電場を用いた推進装置30AA、静電加速型推進機30AAでもよい。
前記加速装置30は磁場を用いる加速器30AB、ローレンツ力を用いた推進装置30AB、電磁加速型推進機またはロケット30AB、MHD加速器30ABでもよい。前記空中及び前記宇宙構造物は地上から100km以上の高度を持つ低軌道(低軌道通信衛星の軌道)から静止軌道にかけて展開される。
[0018]
<具体的なソーラープレーンの推進方式、加速管内部の物体の加速又は推進方式>次に、本願で用いられうる前記「加速管301」、前記「 ソーラープレーンの推進装置および加速管301または加速装置30」、前記「 ソーラープレーンの飛行装置32」の例を挙げる。(発明者個人の見解も含まれている)
<<加速管内部の粒子や物体の加速方式または推進方式>>本願では次を利用する。
1.電場による粒子の加速
●コッククロフトウォルトン式線形加速器:加速管301内で電場にて荷電粒子300Aを加速させる。装置333によりイオン風を起こしてもよい。
装置333も電場により荷電粒子を加速する装置であって、前記イオン風を起こすという事は、ソーラープレーンより電場で加速したイオン化した粒子を前記ソーラープレーンの外界(後方)へ発射している事であって、前記ソーラープレーンを連結して構成される空中構造物2や宇宙空間と空中の間の高度にある前記構造物2や宇宙構造物1においても前記333が連結したソーラープレーンの台数備えられていてもよく、前記構造物2や宇宙構造物1を構成する各ソーラープレーンの333からイオン風を起こす粒子、又は電場により加速される荷電粒子により前記ソーラープレーンや前記構造物2や宇宙構造物1が加速されてもよい。
荷電粒子の電荷を中和・中性化する必要がある場合には中性化する装置を前記ソーラープレーンや前記構造物2や宇宙構造物1に備えてよい。(電気推進である、公知のイオンエンジンにおいて、イオン化させた粒子を中和する工程があってもよい。)正の電荷をもつ粒子の加速部333と負の電荷をもつ粒子の加速部333を前記ソーラープレーンや空中構造物2、宇宙構造物1に備えある方向に向けて正の粒子と負の粒子を発射させ、発射先で粒子の電荷を中和しつつ、前記正の粒子と負の粒子の粒子を発射したことによる反作用で加速してもよい。
本願では前記ソーラープレーンや前記構造物2や宇宙構造物1は電場又は磁場で荷電粒子や物体を加速する装置を備えていてもよい。
●線形加速器: 動的な、高周波であってもよい電位を加速器の電極に印加し、動的な電場を生じさせ粒子を加速する。
2.磁場による粒子の加速●レールガン方式:加速管301内にレールガンの機能部30ABを備えさせ弾又は粒子または物体300Bを加速する。●MHD加速器方式:MHD発電の逆であり、外部電源を印加することでローレンツ力によって加速管301内の粒子300Bを加速させる。
3.光子を推進材として発射・噴射する場合●(図2,図4、図5の光子発射装置30ACAより光子を発射して推進または加速させる場合。)光子の運動量PはP=h×nu/c =h/ld(hプランク定数、nu振動数、c光速度、ld波長)なので、光をソーラープレーンより発射する際の波長ldも検討してよく、ldは短いほうがPは大きくなりうる。そのため、光をソーラープレーンより発射する場合の発光素子には紫外線の発行ダイオードのほうが赤色若しくは赤外線の発光ダイオードより加速させる能力、推進力が高いかもしれない。●しかし 光子を推進材として発射・噴射するリングを前記構造物(または加速管内)に備える場合に、発射する光子の個数を多くとる場合、あるいは発光素子の耐久性等の理由(発光素子から照射される、波長の短い紫外線等光子が発光素子の封止樹脂などに作用し、樹脂の分解や劣化に繋がることを危惧する)から、紫外線より波長の長い可視光や赤外線の光子、マイクロ波の光子、電波の光子でもよい可能性もある。●前記光子はソーラープレーンの外の空中若しくは宇宙空間に放射される。前記光子が環境に悪影響を与えないよう波長を選択し運用されうる。前記光子が紫外線のUV-Cである時、地上に到達しずらいことを期待する。本願では前記光子が紫外線よりも波長の短い光子であってもよく、その場合も地上に到達しずらいことを期待する。●前記光子が紫外線のUV-BやUV-Aである時、空中に向けて放たれた光子であっても減衰しきれず地上に到達する恐れがある。前記UV-BやUV-A紫外線は人体の肌等(他の生物等)に影響を与えるので好ましくない恐れがあるが、実証したわけではないので本願の時点では限定できない。●前記光子が可視光または赤外光・マイクロ波・電波の場合も、大気中に吸収されつつ地上に到達する場合も考えられ、この場合も環境への影響の評価が必要である。
●上記の検討から、本願では前記光子の波長は限定できないが、波長が短い光子(前記光子はUV-CとUV-Cよりも短い波長の光子を含み、環境への影響の評価で許容できる場合によってはUV-BやUV-Aを含む)を用いることで運動量の高い光子を発射・放出でき、本願の前記加速装置の用途に好ましい恐れを主張する。なお前記UV-Cよりも短い波長の光子にはエックス線やガンマ線も含まれる。
<放射光を推進装置または加速装置に用いる場合>●前記エックス線に関連して本願の前記構造体は前記加速管を備え、加速器としてふるまう。加速器内の粒子が荷電粒子(電場をみにまとう粒子)である時、加速された高エネルギーの荷電粒子が磁場で曲げられると放射光である光子(エックス線等含む)を放出しうる。公知の放射光発生用の磁石の方式は偏光電磁石とアンジュレータがある。●前記放射光である光子を前記構造体は放射又は発射する光子に用いてもよい。前記構造体は加速装置または推進装置に前記放射光を用いてもよい。
(本願の前記構造体は地球の地磁気の影響を受けつつ加速管内で荷電粒子の加速を行うので放射光の発生やその影響についても実証が必要かもしれない。実証していないが地磁気と加速管内に備えさせた加速している粒子の流れ300Fにより放射光が生じる恐れがある。)
[0019]
<<ソーラープレーンの推進装置および加速管または加速装置>>本願では次を利用する。
1.電場による粒子の加速●コッククロフトウォルトン式線形加速器。(印刷法により太陽電池とキャパシタとダイオードと回路を作る事も想定される。)●線形加速器。
2.磁場による粒子の加速:●レールガン方式。
3.電力より光子を生じさせ推進材として発射・噴射する方式●ソーラープレーンに備えさせた発光素子からの光子発射により前記ソーラープレーンが受ける力を加速させる力もしくは推進力にする方式。
<<ソーラープレーンの飛行装置>>本願では次を利用する。
1.プロペラによる推進(プロペラ機)。
2.ポンプを備えさせ圧縮気体を作り前記圧縮空気を噴射する推進。(推進機に取りこんだ空気・希薄空気・ガスを圧縮する工程を含む物。ジェットエンジン機も圧縮機を持つので本箇所に含む)
3.イオン風による推進、大気中・希薄大気中での粒子加速による推進。
4.ソーラープレーンに備えさせた発光素子からの光子発射により前記ソーラープレーンが受ける力を加速させる力もしくは推進力にする方式。
5.ソーラープレーンに備えさせた光子セイルにおいて、外部からレーザーなどによる光子を発射された光子が前記光子セイルにて反射された際に、セイルの感じる圧力・力を加速させる力もしくは推進力にする方式。
6.飛行船用ソーラープレーンの気球
前記ソーラープレーン3は気球部339を備えてよい。
<ソーラープレーンが環状に連結されることによる大気の抵抗の軽減>
環状構造体を構成する其々の前記ソーラープレーンが前方を進むソーラープレーンの背後に連結され加速される特徴、若しくは、前記環状構造体を構成する其々の前記ソーラープレーンが前方を進むソーラープレーンの背後に連結され加速される事により、前記環状空中構造物の前記ソーラープレーンが大気または稀薄大気内部を進行するときに受ける風圧を軽減する効果や、前記環状空中構造物の前記ソーラープレーンが大気または稀薄大気内部を進行するときに、前記ソーラープレーンが圧縮する大気または稀薄大気を減少させる効果を期待する。
前記空中構造物が環状でなく線状である場合は線状の先頭(先端)付近のソーラープレーンは前記線状の空中構造物が推進するときに大気と正面からぶつかる、若しくは前記先頭付近のソーラープレーンは大気を圧縮することになるが、前記環状空中構造物の場合は大気とぶつかるまたは大気を圧縮する事を抑えられる効果がある。
[0020]
<電気装置、電気回路、電源装置(32)について>電気回路32はコンピュータや太陽電池等を含むソーラープレーンの電気回路を示している。前述の段落番号0012に記載のように、公知のソーラープレーン或いは無人飛行機ドローン、人工衛星に利用されうる電気回路を備えてもよい。また制御回路、コンピュータ、コンピュータの記憶装置に記憶されたプログラム・ソフトウェア、無人飛行機の自律制御プログラム・遠隔操作部、通信装置を含んでもよい。
[0021]
<機能の補足>1.宇宙太陽光発電、空中の太陽光発電●前記オービタルリングが宇宙に打ち上げられ地球を一周する場合(図において破線で囲まれたP1の場合)には日光の照射される領域と日光の照射されない夜の領域が生じる。前記日光の照射される領域で宇宙空間において太陽光発電を行う。宇宙空間になく空中にある場合の前記オービタルリングまたは前記空中構造物(破線で囲まれたP2の状態)またはリングとして連結していない線状の連結帯(破線で囲まれたP3およびP4の状態)である場合は日中は太陽光発電を行い二次電池若しくは蓄電装置に電力を貯蔵し、夜間は蓄電した電力で動作する。
2.加速器中の物体の原則によるエネルギー輸送と電力分配●前記オービタルリングの太陽光発電面で発電により得られた電力を加速管内の物体の加速に用い、加速された物体が太陽光の照射されていない領域に到達したときに加速された物体を減速させることで生じる電力を、前記太陽光の照射されていない領域の下の地上部に送電する。●また日光の照射されている前記オービタルリングの部分から、日光の照射されていない前記オービタルリングの部分へ電力を送電し前記部分の加速装置や打上装置・昇降装置・通信装置・それらを制御するコンピュータを動作させる電力に用いてもよい。●具体的なアイデアとして、本願のオービタルリングの加速管の一部に電磁流体発電の発電部(MHD発電部、MHD発電は非特許文献9を参考にした)を備えさせ、(加速管で加速する方式に荷電粒子を電場により加速させる方式であるときに)加速管内部の荷電粒子の流れを電流の流れとし、荷電粒子の流れの進行方向に対して直交させる(横切る)ように磁場を印加できるコイル・ソレノイドを加速管の外部壁面付近に備えさせ、さらに加速管に前記MHD発電にて電力を取り出すための電極を備えさせ、MHD発電を行わせる。前記 MHD発電部は本願の前記オービタルリングにおいて前記エレベータ部のスカイフック部(これはオービタルリングのスカイフック部と同様。スカイフック部はラダーケーブルと連結している)付近に備えさせる。前記 MHD発電部で加速管内の加速された荷電粒子をMHD発電により減速・減衰させ(MHD加速器モードではなくてMHD発電機モードで動作させ)得られる電力は前記MHD発電部から前記スカイフック部を経て前記ラダーケーブル部または前記エレベータ部を経て、前記ラダーケーブルが接続される地上部に送電もしくはエネルギー送信される。前記のMHD発電部により加速管内部の粒子の速度を減速させる代わりに電力を得る方式を記載したが、本願では加速管内の粒子の流れる速度を減速してエネルギーの消費地でエネルギー変換できれば良い。●なお本願は前記エネルギー変換部はMHD発電という方式に限定されない。本願ではエネルギーの生産されるオービタルリングの領域で加速管301内の粒子等を加速させ、エネルギーの需要がある付近のスカイフックで加速管301内の粒子等を減速させエネルギーを取り出せればよい。
3.ワイヤー部を備えエレベータ部を伴う物体の輸送・流通、エネルギーの輸送、燃料製造:本願ではオービタルリングにおいて日光の当たる領域で宇宙太陽光発電により得られた電力をオービタルリングの加速管を通じて日光の当たらない領域のスカイフック部のMHD発電部に粒子の運動エネルギーの形で届けて、発電部(例としてMHD発電部)では加速管の粒子の流れから電力を得て、接続されたスカイフック近傍の化学プラント部にて化学物質や燃料物質の製造を行い、地上に届け、エネルギーを届けることをアイデアとして記載する。
4.通信装置としての利用・データ通信:前記オービタルリングは成層圏プラットフォームと同じく通信のプラットフォームとなる。また人工衛星でもあるソーラープレーンが連結されたリングであり、前記ソーラープレーンが測位衛星や気象衛星の機能を備えていてもよい。(破線で囲まれたP1、P2、P3、P4の場面で太陽光発電と蓄電による電力を通信用電力として用いることができる。)現代では電子計算機端末に無線通信機を備えさせた電話機・端末が不可欠の装置となっており、本願では前記ソーラープレーンの連結体が宇宙空間で利用できなくとも、成層圏プラットフォームで利用できるかもしれない。
5.前記エレベータ部を介した送電機能・通信機能:本願では送電はスカイフック部とラダーケーブル部とエレベータ部に備えさせた電線で行う。その際に光ファイバケーブルを前記エレベータ部に備えてもよい。(図10の軌道エレベータ部10、槍型の部分10)
6.太陽光発電による大気中の二酸化炭素の固定用電力源
7.スペースデブリ捕縛帯:本願では前記オービタルリングの打上時に前記オービタルリングにスベースデブリを受止める面を備えさせ、前記の除去に用いることをアイデアとして主張する。
8.加速器:本願では前記オービタルリングを物理実験用を含む加速器に用いることを主張する。
[実施例1]
[0022]
本願の例として、図1から図13に本願のコンセプトの説明図を示す。
[0023]
本発明の主体は軽量化を期待した薄膜フイルム型太陽電池を搭載するソーラープレーンを連結させた線状または環状の構造物において備えさせた加速装置または推進装置によって、構造体に向心力を与えようとする物であるので、ソーラープレーン3の備えるべき基礎的な要素や3の備える加速装置・推進装置・太陽光発電装置・電気回路・コンピュータ・通信装置・連結装置・昇降装置において公知の物で説明できるものについては説明を省略する。本願は、線状または環状の構造物において備えさせた加速装置または推進装置には、電場で加速した粒子、または荷電粒子、磁場で加速した粒子、光子を用い、前記線状または環状の構造物から粒子又は荷電粒子又は光子を外界または後方へ発射させるか、前記荷電粒子を加速装置内部で加速し発射または循環させその反作用より線状または環状の構造物を加速させることを主張している。
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。
[産業上の利用可能性]
[0024]
本願の空中構造物2は成層圏プラットフォームに利用できるかもしれない。宇宙構造物1は実証が必要なアイデアである。
[符号の説明]
[0025]
<<<<<以下本願の記載>>>>>
<特許請求の範囲>
請求項1:
光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する反動により加速する打上物体(300FOBJ)と、
前記打上物体(300FOJB)を加速するための軌道を備えた、
打上物体(300FOBJ)を加速・発射して打ち上げる打上装置。(図1M、 図1N)
請求項2:
前記打上物体は、前記光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する特徴を備えている、
請求項1に記載の打上装置。(図1M)
請求項3:
前記打上物体を積載・搭載した前記打上装置は、
前記光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する特徴を備えている、
請求項1に記載の打上装置。(図1N)
請求項4:前記軌道が環状である請求項3に記載の打上装置。(図1N)
請求項5:前記打上装置は空中に配置されている、請求項4に記載の打上装置。(図1M、図1N)
請求項6:前記打上装置は太陽電池を備えた航空機となることのできる部分を含む、請求項5に記載の打上装置。(図1M、図1N)

Claims (6)

  1. 光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する反動により加速する打上物体(300FOBJ)と、
    前記打上物体(300FOJB)を加速するための軌道を備えた、
    打上物体(300FOBJ)を加速・発射して打ち上げる打上装置。
  2. 前記打上物体は、前記光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する特徴を備えている、
    請求項1に記載の打上装置。
  3. 前記打上物体を積載・搭載した前記打上装置は、
    前記光子または荷電粒子を後方に発射・放出・反射する特徴を備えている、
    請求項1に記載の打上装置。
  4. 前記軌道が環状である請求項3に記載の打上装置。
  5. 前記打上装置は空中に配置されている、
    請求項4に記載の打上装置。
  6. 前記打上装置は太陽電池を備えた航空機となることのできる部分を含む、
    請求項5に記載の打上装置。
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