JP2647220B2 - ロケット推進で、空中配置され、揚力を助長される、軌道飛行、超軌道飛行および低軌道飛行するためのブースタ飛行体 - Google Patents

ロケット推進で、空中配置され、揚力を助長される、軌道飛行、超軌道飛行および低軌道飛行するためのブースタ飛行体

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JP2647220B2
JP2647220B2 JP1504671A JP50467189A JP2647220B2 JP 2647220 B2 JP2647220 B2 JP 2647220B2 JP 1504671 A JP1504671 A JP 1504671A JP 50467189 A JP50467189 A JP 50467189A JP 2647220 B2 JP2647220 B2 JP 2647220B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は翼付きロケツト飛行体と、軌道、超軌道（即
ち地球からの脱出）あるいは低軌道の姿勢および速度に
到るまで効率的かつ安全にペイロードを運ぶために前記
ロケツト飛行体を利用する方法とに関する。より詳しく
は、本発明はロケツト推進で、空中配置されかつ揚力を
助長されるブースタ飛行体（ALBV）と、および所定のペ
イロード重量と、現在の推進システム技術レベルのブー
スタに対して最終の姿勢と速度とを達成するに要するロ
ケツト推進剤の量と関連の装置とを驚異的に低減させ
る、ブースタ飛行体を打ち上げる方法とに関する。実際
に、宇宙発射飛行体技術における現在の技術水準を用い
て、本発明は、所定のペイロード重量に対して対比しう
る地上打上げブースタと比較してブースタの全体重量を
約50％も低減させ、対応して打上げ系のコストを低減す
る。
効率的で、経済的、かつ安定した、ペイロードを運ぶ
宇宙発射飛行体および発射方法とに関して顕著でかつ間
断無き商業および政府レベルの要求がある。ペイロード
を宇宙へ打上げるために多くの従来技術が試みられてき
たが、今日まで全ての試みは安全性、経済性、安定性お
よび作動上の柔軟性に関して著しい妥協がなされてい
る。
従来の地上打上げの弾道（即ち非揚力の）ブースタロ
ケツトがペイロード打上げのための最も一般的な従来技
術による方法である。しかしながら、そのようなロケツ
トは、打上げパツド装置を含む、複雑な垂直離陸施設を
必要とし、推進剤による危険と、居住区上の飛行による
危険とから課される厳しい作動および地理的制約を加え
られる。
さらに、従来の地上打上げブースタには、設計上と作
動上の相反する問題の妥協から起因する本質的な非効率
性を蒙る。これらの非効率さは必然的に打上げ装置の寸
法、複雑さおよびコストを増加させ、ある種の応用に対
して非経済的、あるいは好ましくないものとする。
前記の一組の相反する問題は従来の地上打上げ弾道ブ
ースタにおけるスラスト方向の損失と抗力損失との間の
妥協である。特に、円形および長円形軌道並びにその他
の殆んどの関心のある飛行任務に対する最終の飛行姿勢
は水平あるいは実質的に水平であるので、従来の垂直に
打上げたロケツトは最終の軌道飛行姿勢を達成するため
に初期の垂直上昇方向から水平に近い上昇方向にピツチ
オーバする必要がある。軌道を達成するには高速で、概
ね水平の飛行を要する。前記のスラスト方向の変化（即
ち「スラスト方向損失」）に係わる損失を最小とするた
めに、飛行体が比較的低速で上昇している間に理想的に
はピツチオーバが行われ、飛翔弾道において早い中に水
平に近い方向に上昇するようにすべきである。このよう
な特性の浅い上昇曲線は、月面から離陸した後月の軌道
を達成するために米国のアポロ計画の月モジユール（U.
S.Apollo Program Lunar Module）により大気圧零の状
態（即ち真空）において利用された。
しかしながら、構造応力および航空力学的発熱の観点
から前記飛行体が大気を通して打上げられるような応用
においてこの理想的な飛行経路が実施できないようにす
る。抗力および揚力を含む航空力学的な力はパラメータ
ρV2と共に増加する。但し、ρは大気密度で、Ｖは飛行
体の速度、そして積1/2ρV2は動力である。従つて、所
定の速度に対して、ρは高度の低い場合、より大きくな
るので、高高度におけるよりも低高度における方が経験
される抗力は大きい。ブースタロケツトの飛行の間飛行
体が加速するにつれてV2は連続して増加し、飛行体が上
昇するにつれてρは連続して低下するので、動圧が最大
値に達するまで出来るだけ垂直方向に近く上昇すること
によつて飛行体に対するピークの航空力学的荷重を最小
にすることが好ましい。従つて、月モジユールでの大気
圧零での上昇と異なり、航空力学的荷重の検討では、従
来技術による地上打上げブースタは、垂直方向から最終
飛行への飛行姿勢へのピツチオーバの殆んどが、ρV2が
その最大値に達した後でのみ発生するようにして打上げ
られるべきことを示している。その結果、ピツチオーバ
は、Ｖが極めて高い（そしてρが低い）点において発生
し、スラスト方向での損失をもたらす著しく過度の推進
剤の使用の代償として飛行体に対する航空力学的荷重を
低減させる。
さらに、従来の弾道ブースタはその飛行時間の大部分
を垂直あるいは垂直に近い飛行姿勢に費消するので、重
力が直接飛行体のスラスト力と反作用し、通常「重力損
失」と称されるその他の損失をもたらす。飛行体が水平
飛行に近づくにつれて重力損失は低減されるものの、前
述の航空力学的荷重の問題により、ρV2の最大値に達し
た後まで飛行体の概ね水平の飛行を阻害する。その結
果、従来のブースタ飛行体は、その上昇飛翔の大部分に
対して著しい重力損失をもたらす。
さらに、ブースタロケツトモータの効率は排気ノズル
の膨張比即ちノズル出口面積の増加に伴つて増加する。
しかしながら、ロケツトモータノズルの出口面積に作用
する周りの大気圧はノズル面積が増加するにつれて正味
のエンジンスラストを低減する。通常「大気圧によるス
ラストの低減」と称される前記のスラスト損失は、大気
圧によるスラストの低減を低下させ、かつ大気のより濃
度の高い（即ち低高度の）領域における正味スラストを
最大にするためにノズル出口面積即ち膨張比をピークモ
ータ推進効率以下にするよう従来のブースタを設計する
ことを要する。
前述の説明から明らかなように、スラスト方向の損
失、抗力の損失、重力損失および大気圧によるスラスト
低減の損失は複雑に相反する問題を含み、その結果適正
なブースタ性能や飛行軌道操縦性を低下させる。前述の
性能や操縦性の妥協により所定のペイロード重量に対し
て従来のブースタの寸法、複雑さおよび費用を増加させ
る。
前記の欠点を克服するために、本発明は、揚力で上昇
するブースタを高高度かつ高速度において航空機から発
射することを提案している。飛行中に輸送機からブース
タ飛行体を発射することにより、輸送機の速度と高度
（運動および潜在エネルギ）を直接ブースタの上昇エネ
ルギに飛行弾道において貢献させるという著しい付加的
な利点を提供する。これらの飛行弾道上での貢献は地上
打上げブースタ飛行体では得られないものである。
地上打上げ飛行体の別の欠点は、打上げ個所の緯度お
よび打上げ方向を制限する区域の問題（即ち、打上げ軌
道は居住区域を横切つてはならない）によつて、赤道に
対する軌道の傾斜角が制限されることである。飛行中の
航空機からの発射の利点の１つは、航空機の速度ベクト
ルを最終に希望する軌道の平面に合わせることができる
ことである。このことは、輸送航空機を（通常は大洋領
域上のいずれかの希望する緯度における）希望する打上
げ個所まで飛行させ、該航空機に対して落下の前に希望
する速度ベクトルを提供することにより達成される。希
望する個所、緯度および希望する軌道方向に飛行できる
ことの主要な利点は、希望する軌道傾斜を達成するため
にエネルギを消費する傾斜変更作動をブースタ飛行体が
行う必要のないことであつて、これは同じ作動を行うた
めに輸送機を用いる場合よりはるかに効率が悪い。
地上打上げに対する宇宙発射の別の利点は、打上げ時
の天候状態が好ましいいずれかの位置の打上げ個所まで
飛行できることである。典型的に、地上打上げは安全お
よび防衛上の問題並びに、通常は固定された打上げ個所
である必要な打上げ施設の利用可能性により極僅かの選
定された個所に限定される。このように、宇宙発射は地
上打上げよりも天候不順による遅れあるいは取消しは少
ない。
水平方向に打ち上げられる飛行対の各種の構成が提案
されてきた。しかしながら、いずれも本発明により提供
される構成および作動上の利点を提供するものはないこ
とが判る。
米国特許第4,265,416号においてジヤツクソン他（Jac
kson,et al）は、再使用可能の翼付きの軌道飛行体が、
打ち上げに対して前記軌道飛行体に解放可能に接続され
る１個以上の使用可能のターボジエツト推進の翼付きブ
ースタ飛行体により滑走路からの水平方向に地上打上げ
を促進されるシステムを開示している。前記ブースタは
ロケツト推進の人工衛星のステージング高度までの上昇
を助長し、その後解放されて水平方向に着陸して、再使
用されるよう地球へ飛行して戻る。前記飛行体が再使用
可能であることは、大気圏へ再入でき、かつ翼を用いて
滑走路へ戻り、かつ着陸できる必要がある。その飛行体
において、人工衛星とブースタの翼とは、ある程度まで
重力損失を上廻る効果を有する揚力を提供する。しかし
ながら、前記の開示された打上げ飛行体は寸度が大き
く、かつ技術的に複雑であることにより、その設計、展
開および試験を非常に高価なものとし、かつ例えば重量
が450キロ（1000ポンド）以下の小さい軌道ペイロード
を打上げる上で非実用的で、かつコスト的に無理をす
る。さらに、部分的に再使用性構成のため構造の寸法や
複雑さが増加することにより飛行体のペイロード容量を
低減させる。
飛行中の翼付きブースタ飛行体を発射するために輸送
機を用いる別の打上げシステムがテレダイン ブラウン
エンジニアリング社（Teledyne Broum Engineering）
により提案されている。このシステムは、例えばボーイ
ング747のような従来の航空機の上から水平方向に発射
されるようにつくられた無人の宇宙飛行機を含む。しか
しながら、この提案された「ピギイバツク」技術は、飛
行体が輸送機の頂部に装着されたままである間に、宇宙
飛行機のブースタエンジンを始動させ、かつ試験するこ
とを計画していた。そのような打上げ法は極めて危険で
あるためにこの方法を広範囲に採用することを実質的に
制限している。さらに、前記システムはまた、飛行体に
留つたままの翼を有することにより該飛行体のペイロー
ド容量を減少させるブースタ飛行体を採用している。
輸送機の頂部から発射することに係わる害を排除する
ために、輸送機の下側からある高速の調査航空機、例え
ばNASA/ノースアメリカンのＸ−15が打ち上げられた。
しかしながら、今日まで、実際の輸送機の下側からの宇
宙発射は比較的低マツハ数の低軌道飛行体に限定されて
おり、輸送機から空中配置するに適した軌道飛行のでき
る飛行体は何ら構成されなかつた。Ｘ−15飛行体は、軌
道での弾道を達成するに要するエネルギの単に約20％を
達成するに過ぎない。さらに、Ｘ−15あるいはその他の
航空機より落下させるロケツト推進飛行体は、個別の２
個の段、即ち第１の推進並びに揚力を提供し、かつ飛翔
弾道を空気力学的に制御する段と第２の推進並びに飛翔
弾道を制御する段とを有していた。さらに、Ｘ−15は再
使用可能構成のため残存したまま大気圏へ再入し、水平
方向の滑走路に着陸できるようにするため更に複雑とな
らざるを得なかつた。
空対空および空対地のミサイルを含み、輸送機により
運ばれ、かつ飛行中に該輸送機から発射される多数の従
来技術によるミサイルがある。しかしながら、そのよう
なミサイルは大気圏を離れるようには構成されておら
ず、軌道速度あるいは高度を達成せず、かつ軌道飛行を
達成するに要するエネルギの単に約５％を達成するのみ
である。さらに、前記のミサイルにおいて、翼やその他
の航空力学的制御面は、大気圏を越えるまで上昇した後
は投げ捨てられることはない。
従つて、本発明の目的は、スラスト方向の損失、抗力
損失、重力損失および大気圧により誘発されるスラスト
低下損失のような不利な結果を低減させる、軌道、超軌
道および低軌道ロケツトブースタ飛行体を打ち上げる効
率な方法を提供することである。
本発明の別の目的は、地球軌道およびその他の希望す
る飛行弾道までのペイロード容量を増加させるために輸
送機によるエネルギの飛行軌道への貢献を利用できる飛
行体を提供することである。
本発明のさらに別の目的は飛行体のコストや複雑さを
低減させ、かつペイロード容量を増加させるために使い
捨て翼を有する飛行体を提供することである。
本発明のさらに別の目的は小さいペイロードおよび大
きいペイロードの双方を経済的かつ安定して軌道へ発射
する飛行体を提供することである。
本発明の別の目的は、垂直方向の離陸施設を必要とせ
ず、任務のための出発個所、打上げ個所および方位角並
びに最終軌着傾斜に関して地理的に制限されず、そのた
め地上打上げの時間と場所に大きく影響する天候、安全
性、防衛および固定された打上げ個所における施設の利
用可能性に関する懸念を排除あるいは最小とする軌道、
超軌道あるいは低軌道ロケツト飛行体を提供することで
ある。
本発明のさらに別の目的は、1988年の、推進技術水
準、構造、航空電子工学および装置に基づく前述の目的
を満足するロケツト飛行体を提供することである。
本発明のその他の目的および利点は、本発明の好適実
施例およびそれを使用する方法を示し、かつ説明する以
下の説明および図面から容易に明らかとなる。
発明の要約 本発明は、小さいペイロードおよび大きいペイロード
を軌道、超軌道および低軌道速度および高度まで運ぶた
めに輸送機の下側から空中発射するようより有利に構成
された無人で使い捨てのロケツト飛行体に関する。前記
ロケツト飛行体は、該飛行体が敏感な大気中を走行して
いる間航空力学的揚力および姿勢をそれぞれ制御する翼
と制御可能のフインとを含む。本発明の好適実施例にお
いて、複数の段が利用され、翼が使い捨てで、かつ飛行
体の第１の段と共に投げ捨てるべく該第１段に取り付け
られる。
作動の際、ロケツトブースタ飛行体は、例えばロツキ
ードＣ−130、ボーイングＢ−52、ボーイング757あるい
は特殊目的の航空機のような輸送機の翼あるいは胴体の
下側に取り付けられ、落下させて発射する高度まで運ば
れる。その後前記飛行体は水平方向あるいは水平に近い
姿勢で輸送機から解放され、第１段が発火される。本発
明の代替実施例においては、飛行体は輸送機の翼や、あ
るいは胴体の下側に取り付けられるのではなくて、むし
ろ輸送機の内側まで運びうる。その後、前記飛行体は、
好ましくは約45度以下の上昇飛行軌道角度まで最初は航
空力学的に制御されたピツチアツプを行ない、その後ρ
V2の最大値に達した後は飛行体の航空力学的に制御され
たピツチダウンが続くことからなる画期的な「垂直−
Ｓ」の操縦を実行する。前記垂直−Ｓ操縦の最終部分に
おいては、第一段の燃焼が終了し、第１段と、それに接
続された航空力学的翼とフイン面とが投げ捨てられ、第
２段およびその後のいずれかの段階が飛行体を従来の要
領で軌道、超軌道および低軌道姿勢および速度まで加速
する。
従来技術による前述の飛行体および方法に対する顕著
な利点は、本発明の大規模の軌道、超軌道および低軌道
へのペイロードの運搬に対して可能とせしめる前述の飛
行体と方法とにより達成される。
飛行中に輸送機からブースタ飛行体を発射することに
より輸送機の速度と高度（運動および潜在エネルギ）と
が直接ブースタ飛行体の上昇エネルギに加えられる。
航空力学的揚力を有利に使用しているため、本発明は
高高度（例えば13,000メートル−40,000フイート）およ
び高速度（例えば0.80マツハ数）で輸送機から水平方向
に配置を可能とする寸法や構成に設計することができ
る。前述の説明から判るように、敏感な大気を通して飛
行体が非垂直方向に上昇するようロケツトブースタを支
援するために航空力学的揚力が利用される。さらに、敏
感な大気中にある間、飛行体の航空力学的面の姿勢制御
により飛行弾道制御が実行される。その結果、航空力学
的揚力が重力損失を克服するよう支援する。これは従来
までは従来のブースタ飛行体におけるロケツトブースタ
のスラストにより主として反作用させてきた。さらに、
全体の速度ベクトル回転角度が地上打上げ飛行体のそれ
よりはるかに小さいためスラスト方向の損失が低減し、
前記回転の殆んどは低速で実行され、前記回転の著しい
量が航空力学的揚力により達成される。
さらに、高高度での軌道飛行体の発射はそれに前述の
垂直−Ｓ操縦が後続すると本発明による飛行体が、理想
的な非大気圏水平打上げ飛行弾道並びに前述した地球の
大気中での地上打上げに典型的に使用される垂直に近い
飛行弾道の双方共異なり、かつ通常大気中での発射に付
随する欠点を排除する上昇飛行弾道を飛行できるように
する。特に、打上げ姿勢での大気密度ρが低く、かつ配
置点での速度が比較的遅いと関係構造体に対する航空力
学的荷重および航空熱力学的荷重を最小とし、概ね非垂
直の飛行弾道の使用を可能とする。好適方法において
は、45゜あるいはそれ以下の初期ピツチアツプにより破
壊的なピークの航空力学的荷重および熱荷重とを排除す
る適当な大気密度傾斜を提供する。さらに、ピークの航
空力学的荷重に達した後、飛行体は前述した理想的な水
平で、真空中の飛翔に達するようピツチダウンされる。
さらに、概ね非垂直の飛行弾道が可能なので、スラス
ト方向の重力成分が低減するにつれて重力損失がさらに
低減され、その方向に対して垂直の重力は翼の航空力学
的揚力の反作用を受ける。
さらに、有用な揚力および航空力学的姿勢制御を提供
し終つた後翼とフインとを投げ捨てることによりさらに
飛行体の効率を向上させ、かつ軌道まで全航程使い捨て
でない翼を運ばねばならない前述のジヤクソン他の飛行
体あるいは米国のスペースシヤトルと比較してペイロー
ド容量を増加させる。
また飛行体を空中発射することにより、打上げを希望
するいずれかの緯度並び傾斜角度で行うことができるの
で、希望するいずれかの軌道傾斜を効率的に達成するこ
とができ、そのためブースタの上昇中あるいは軌道に達
した後の軌道傾斜変更機能に対する必要性を排除する。
さらに、本発明のロケツトモータの構成によればさら
に損失の低減を達成する。さらに、モータは12,000メー
トル（40,000フイート）およびそれ以上で大気圧におい
てのみ発火されるので、膨張比がより高くて、より大き
いノズル出口面積を採用でき推進効率を向上させ、かつ
大気スラスト低下損失を大きく低減させる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明によるロケツト飛行体の第１の好適実
施例の側面図、 第２図は本発明によるロケツト飛行体の第１の好適実
施例の部分的に断面の平面図、 第３図は本発明によるロケツト飛行体の第１の好適実
施例の正面図、 第４図は本発明によるロケツト飛行体を固定した代表
的な輸送機の上面図、 第５図は本発明によるロケツト飛行体を固定した輸送
機の側面図、 第６図は本発明によるロケツト飛行体を固定した輸送
機の正面図、 第７図は本発明によるロケツト飛行体の打上げ方法を
示す概略図、第8a図と第8b図はそれぞれ正と負の迎え角
の定義の仕方を示す図、および第９図はロケットブース
タ飛行体が正と負の迎え角を有する場合を示すロケット
ブースタ飛行体の好適な軌道の概略図である。
発明の詳細説明 第１図から第３図までは、ロケツト推進で、空中配置
の、揚力助長されたロケツト飛行体100の第１の好適実
施例を示す。ALBVは、それぞれ第１段、第２段および第
３段ロケツトモータ19,20および39を有する第１段10、
第２段20および第３段30よりなる。第１段10と第２段20
とは、飛行中に第１段が終ると選択的に解放するよう従
来の要領で１−２アダプタ15を介して隣接端で最初に接
続される。第２段20、第３段30も、飛行中に第２段が終
了すると選択的に解放するように同様に２−３アダプタ
25を介して隣接端で接続されている。
好適実施例においては、第１段、第２段および第３段
は、例えば高エネルギHTPB（ヒドロキシで終るポリブタ
ジン）ベースの推進剤のような適当な推進剤を燃料とす
る固体ロケツトモータでよい。第１段のケーシング11は
強度上および飛行体の全体重量の低減のために鋼あるい
はフイラメント合成材（例えばグラフアイト）製である
ことが好ましく、その選定は経済的および技術的観点か
らなされる。第２と第３段のケーシング21と31とはそれ
ぞれフイラメント合成材製が好ましい。ノズル12,22お
よび32はそれぞれ第１段、第２段および第３段の後部に
固定されている。第１段のノズル12は、約40:1のノズル
膨張比を有することが好ましい空中打上げに対して適正
な固定した（即ちジンバルを備えていない）ノズルであ
る。第２と第３段のノズル22と32とは、それぞれ約80:1
と60:1の膨張比を有することが好ましい、従来のジンバ
ルを備えたノズルである。
第２段と第３段とには従来の姿勢制御機構が採用され
ており、該機構は例えば、推進飛行中の縦揺れおよび横
揺れを制御する電気機械式スラストベクトル制御手段お
よび慣性飛行中の縦揺れおよび横揺れを制御し、かつ推
進飛行および慣性飛行中の縦揺れを制御する冷ガス（例
えば窒素）の反作用制御噴射とでよい。第１段の姿勢制
御は以下説明する要領で航空力学的に実施される。
航空力学的翼23は第１段のケーシング11に固定されて
いる。フイン24は飛行体を航空力学的に制御し、かつ後
部スカート27のフインアクチユエータ26により機械的に
枢着支持されている。フインアクチユエータ26に動力を
供給するために電池あるいは加圧された油圧リザーバ28
が設けられている。後部スカート27は従来の延長部材
（図示せず）を介してケーシング11に固定されている。
マイクロプロセツサ案内のコンピユータおよび初期姿勢
基準計器を含む飛行制御用の航空電子工学計器が、より
小さい直径の第３段モータ39を囲む第３段航空電子工学
計器組立体31内に位置している。
第３段の流線型構造38は、それがペイロードおよび第
３段全体を覆うこと以外は従来のブースタ航空力学／遮
熱流線型構造である。ペイロード（図示せず）は前記流
線型構造38の前方部分により形成された室内に格納され
ている。前記流線型構造38は通常第２段の発火の後で従
来の射出機構を介して射出するようにされているがその
正確なタイミングは飛行任務と弾道の要求によつて変わ
る。
第４図から第６図までは、翼の下の発射パイロンと解
放機構101を介して輸送機200に装着された前述のALBV10
0を示す。輸送機200は、例えばロツキードＣ−130、ボ
ーイングＢ−52、ボーイング757あるいは特殊目的の航
空機のようないずれか適当な航空機でよい。ALBV100は
いずれかの都合のよい位置に取り付けてよいが、プロペ
ラ／エンジンの空隙、航空力学的インタフエースおよび
離陸回転の間の地面との空隙に対して適正な距離におい
て、機体内エンジンと機体との間で輸送機の翼に取り付
けられることが好ましい。輸送機の安全に対して、一次
解放機構がたとえ故障したとしてもブースタが確実に発
射できるようにパイロン構造に適当な二重安全手段を含
めるべきである。
第７図を参照して、典型的な飛行任務の形態を以下説
明する。
輸送機200の離陸前、ALBV100は翼の下の発射パイロン
101を介して輸送機200に取り付けられている。その後、
輸送機200は従来の水平方向の離陸施設（即ち滑走路）
から離陸し、落下−発射個所まで進行する。ALBV100は
空中発射するようされているので、輸送機200は飛行任
務開始点は、従来の適当な空港施設の利用可能性および
輸送機200の飛行範囲により制限される。さらに、ALBV1
00の空中発射位置と方向とは弾性的であつて、使用済の
段の着水個所および軌道発射点の選択において著しい柔
軟性を提供する。
発射点300に達し、かつ適当なチエツクアウト試験お
よびその他の機能を果した後、ｔ＝０秒においてALBV10
0は概ね水平の姿勢で約12,000メートル（40,000フイー
ト）の高度において亜音速（例えば約0.80マツハ数）で
空中発射される。輸送機200から安全に分離した後、ALB
V100がそれ自身の飛行を確立する間に点302を通る自由
落下階段があり、次に点306（例えば、ｔ＝５秒）で第
１段のモータ19が発火する。
その後フイン24上のALBV航空力学的制御面が、307の
点でALBV100のピツチアツプ姿勢（正の迎え角を形成す
る）を作り出し、垂直−Ｓ操縦を開始し、かつ航空力学
的にALBV100が、約45度以下が好ましい上昇角で上昇す
るようにさせる形態に置かれる。上昇角は、飛行体に対
して許容しうる最大の航空力学的荷重をもたらす最も浅
い上昇角として選択される。航空力学的荷重および熱荷
重は動圧に直接関係するので、上昇角度が鋭いほど、航
空力学荷重および熱荷重は低くなる。他方、前記角度が
浅いほど、前述のようにスラスト方向の損失と重力損失
とは低くなる。
308の点（例えばｔ＝30秒、ｖ＝マツハ3.0、高度23,4
00メートル＝78,000フイート）において、フイン24上の
ALBV航空力学的制御面はALBV100をピツチダウンさせ、
そのため上昇飛行弾道角を低減する形態に置かれる。30
8の点は、パラメータρV2がその最大値に達した点とさ
れ、ALBV100に対するピーク航空力学的荷重の点に対応
する。ALBV100の高度が増し（ρを低減させ）、かつALB
V100の速度が増加するので発射後は動圧1/2ρV2は時間
と共に変化する。このように、発射後の時間の関数とし
てプロツトすると、動圧はまず増加し、次いで減少し、
そのためプロツトは放物曲線に類似する。
もし「プツシユ・オーバ」点308が余り低い高度（即
ちρが依然として高すぎる）で選択されるとすれば、そ
の結果の高いρV2の値は航空力学的荷重を支持するため
により重い構造を必要とし、そのためペイロード容量を
低減させる。もし308の点が高すぎる高度で選択される
とすれば、弾道が峻しすぎることにより重力損失が増
え、利用可能なペイロード容量を低減させる。308の点
は、プツシユ・オーバに対して高度並びに速度が適度な
垂直−Ｓ操縦点を記す。308の点の後は、航空力学的荷
重問題に関係なく理論的に適正な上昇角においてALBV10
0が阻害されることなく加速できる。
309の点（例えば、ｔ＝95秒、Ｖ＝3090メートル＝10,
300フイート／秒、高度＝78,000メートル＝260,000フイ
ート）において、第１段が燃焼終了しかつ投げ捨てら
れ、そのとき好適実施例においては、使い捨て翼23、フ
イン24および流線型構造38とは第１段と共に投げ捨てら
れる。前記の投げ捨てが行われる高度に応じて、翼23、
フイン24、流線型構造38および燃焼終了した第１段10の
残存物とは好適実施例においては大気圏への再入時大気
中で燃えるか、あるいは大洋へ落下する。第１段の燃焼
終了は少なくとも10psfの動圧において発生し第１段モ
ータ19の燃焼中フイン24により効率的な航空力学的姿勢
制御が確実に得られるように決めることが好ましい。
300−309の点はALBV100の飛行の第１の局面320を示
し、その間弾道は専ら航空力学的に制御される。前述の
ように、この局面の間に航空力学的制御はスラスト方向
の損失を大きく低減することにより第１の局面の効率を
著しく向上させる。さらに、航空力学的制御のため、ジ
ンバルを設けた第１段のノズルあるいは姿勢を制御する
その他の手段は必要とされずそのため飛行体の重量とコ
ストとを低減する。
第１段の燃焼終了（309の点）の後、第２段の発火
は、適度の慣性飛行時間の後点310（例えばｔ＝135秒）
において発生する。
第３段の発火は点311（例えばｔ＝610秒）において発
生し、第３段の燃焼終了と軌道への進入とが点312（例
えばｔ＝675秒）において続く。
310−312の点は弾道の第２の局面330を示し、その間
前述の従来の（非航空力学的）姿勢制御手段が用いられ
る。
上記のようにロケットブースタ飛行体を輸送機から空
中発射するための好適な軌道は第8a図、第8b図および第
９図に示す。先ず第8a図と第8b図を参照すると、正と負
の迎え角の定義が示される。迎え角は速度ベクトル460
とALBV100の胴体軸線との間の角度として定義される。
第8a図において、胴体軸線が速度ベクトル460より上方
にあるので、正の迎え角470が示される。第8b図におい
て、胴体軸線が速度ベクトル460より下方にあるので、
負の迎え角480が示される。迎え角のこれらの定義はロ
ケットブースタの好適な軌道を理解するのに用いられ
る。第９図において、好適な軌道は正と負の迎え角によ
って記述される。ALBV100は、輸送機から解放後に、増
大する正の迎え角の領域410で出発する。この増大する
角度は減少する正の迎え角の領域420になる。この減少
する正の迎え角は、ALBV100が最適な真空軌道450を出
て、実際の軌道400をたどることから生じる。減少する
正の迎え角の領域の後に、ロケットブースタは負の迎え
角の領域430に入る。この領域は、ロケットブースタが
最適な真空軌道450へ戻り、弾道飛行領域440へ移るまで
継続する。弾道飛行領域440には、正、負および零の迎
え角がある。
当該技術分野の専門家には明らかなように、本発明の
精神から逸脱することなく本発明の多様の修正が可能で
ある。例示のみとして、例えば希望する飛行任務の目的
地、ペイロードの重量、コスト問題、並びに輸送機のタ
イプと構成のような要素に応じて異なる数の段階を用い
ることができる。さらに、本明細書では固体推進剤のモ
ータとして説明してきたが、１段あるいはそれ以上の段
は、従来の液体推進剤エンジンを含み他の種類のロケツ
ト推進を含めてよい。また、本発明は各種の輸送機およ
び各種の落下機構と共に用いることができる。
さらに、好適実施例は第１段において翼23とフイン24
とを組み入れているが、前記翼23とフイン24とはそのよ
うに位置させる必要はなく、いずれか他の航空力学的に
適当な個所、即ち零段、第２段あるいは航空力学的に適
当な後続の段に位置させることができる。さらに、飛行
体の寸法あるいはペイロードの容量が重要でない用途に
おいては翼23とフイン24とは投げ捨てる必要はない。単
一段のみあるいは多段を用いている用途においては、翼
23とフイン24とは、燃焼終了した段の投げ捨てと関連さ
せるのでなく、それ自体のみで投げ捨ててよい。しかし
ながら、そのような用途においては、ALBV100を離れ捨
てられた翼23とフイン24とがALBVを損傷するのを確実に
避けるために適当な保護手段を講じるべきである。この
目的に対して翼23とフイン24とをALBV100に固定するた
めに従来の爆発マウントを実施すればよい。
最後に、本明細書では特定のミサイルの形に関してAL
BV100の作動を説明しているが、あるイベントの時間、
高度、速度および順序については単に例示であつて、例
えば天候、輸送機の型式、ペイロードのタイプ、希望す
る任務の目的地およびALBVの構成（例えば段の数、採用
したモータ／エンジンのタイプ、翼の投げ捨て方法等）
のような要素に対応するよう修正できる。
当該技術分野の専門家には、本発明は開示した正確な
実施例に限定されるのではなく、本明細書に記載のALBV
100、輸送機200および発射方法に関して本発明の範囲と
精神とから逸脱することなく各種の付加的な変更が可能
なることが認められる。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】飛行中に輸送機から解放されることによっ
    て発射するようにされたロケットブースタ飛行体におい
    て、 ａ）少なくとも２段であって、第１段がさらに前記飛行
    体の大気圏軌道制御用の使い捨て翼手段および前記飛行
    体の推進用の推進手段を含み、残りの段が前記飛行体の
    推進および軌道制御用の可変方向推進方向を有するよう
    な前記少なくとも２段、および ｂ）前記飛行体を前記輸送機で解放可能に運搬する運搬
    手段を含み、 ｃ）前記使い捨て翼手段が前記運搬手段による前記輸送
    機からの前記飛行体の解放後の第１の期間の間に軌道制
    御を提供し、前記可変方向推進手段が前記第１の期間の
    後の軌道制御を提供するようなロケットブースタ飛行
    体。
  2. 【請求項２】前記翼手段と一緒に前記第１段を前記飛行
    体から分離する分離手段を含む請求の範囲第１項に記載
    のロケットブースタ飛行体。
  3. 【請求項３】前記飛行体がさらに可変方向推進手段付き
    の第３段を含み、前記分離手段がさらに前記飛行体から
    前記第２段を分離する手段を含む請求の範囲第２項に記
    載のロケットブースタ飛行体。
  4. 【請求項４】前記運搬手段が前記飛行体を前記輸送機の
    下側に解放可能に取り付けている請求の範囲第１項、第
    ２項または第３項に記載のロケットブースタ飛行体。
  5. 【請求項５】前記使い捨て翼手段が空力学的揚力を提供
    する主翼手段と、前記第１の期間の間に飛行姿勢制御を
    行う補助翼手段を含む請求の範囲第２項、第３項または
    第４項に記載のロケットブースタ飛行体。
  6. 【請求項６】動圧が第１の所定値より小さい軌道上の点
    に前記飛行体が到達した時に、前記第１の期間が終わる
    請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項または第５
    項に記載のロケットブースタ飛行体。
  7. 【請求項７】前記第１の所定値が、前記翼手段による空
    力学的制御が実質的に無効になる動圧である請求の範囲
    第６項に記載のロケットブースタ飛行体。
  8. 【請求項８】輸送機からロケット飛行体を発射する方法
    であって、前記飛行体が少なくとも２段を有し、第１段
    が前記飛行体の大気圏揚力および軌道制御用の使い捨て
    翼手段および前記飛行体の推進用の推進手段を含み、残
    りの段が前記飛行体の推進および軌道制御用の可変方向
    推進手段を有するような方法において、 ａ）前記飛行体を前記輸送機から発射すること、 ｂ）前記翼手段により提供される揚力および制御と該第
    １段の前記推進手段により提供される推進とにより軌道
    上の第１の所定の点まで前記飛行体の高度を増すこと、
    および ｃ）前記可変方向推進手段により提供される推進および
    軌道制御により該所定の点を越えて前記飛行体の高度を
    変えることを含む前記輸送機からロケット飛行体を発射
    する方法。
  9. 【請求項９】さらに前記翼手段を制御して第１の期間の
    間に前記飛行体に正の迎え角を与えて前記第１の期間の
    少なくとも一部の間前記飛行体を増大する上昇角度で徐
    徐に上昇させること、および前記翼手段を制御して前記
    第１の期間の経過後に前記飛行体に負の迎え角を与えて
    前記飛行体を低減する角度で徐々に上昇させることを含
    む請求の範囲第８項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】さらに前記第１の期間の経過後の時点で
    前記翼手段を投棄することを含む請求の範囲第９項に記
    載の方法。
  11. 【請求項１１】前記飛行体が前記輸送機の内部に配置さ
    れ、前記輸送機から落とされることを含む請求の範囲第
    ８項、第９項または第10項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記翼手段が第２の期間の間軌道制御を
    行い、前記可変方向推進手段前記第２の期間の後に軌道
    制御を行うことを含む請求の範囲第９項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記第２の期間が発射の時に始まり、空
    力学的制御が無効になる時に終わる期間である請求の範
    囲第12項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記第２の期間の経過後に前記翼手段を
    前記飛行体から分離することを含む請求の範囲第13項に
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】さらに前記飛行体の所望の上昇軌道の方
    向に前記輸送機を操縦して、発射時点での前記飛行体の
    全エネルギが該所望の上昇軌道における前記飛行体のエ
    ネルギに寄与するようにすることを含む請求の範囲第９
    項、第10項、第11項、第12項、第13項または第14項に記
    載の方法。
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