JP4117936B2 - 原子状酸素収集装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は宇宙環境、具体的には低地球軌道を飛行する飛行体に取り付けられた原子状酸素収集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度約１００ｋｍまでは大気の主成分は地上とほとんど変わらないが、この高度を過ぎると、それまで分子の形で存在していた酸素（Ｏ2 ）が原子の形（Ｏ）で存在するようになる。これは太陽からの紫外線による酸素分子の解離が酸素原子の再結合速度よりも大きくなるためである。スペースシャトルや宇宙ステーションが飛行する高度３００〜５００ｋｍ（低地球軌道）では、宇宙線や紫外線の影響で酸素分子が解離され、大気の組成は原子状の酸素がその主成分を占めていることが知られている。１９８１年から始まったスペースシャトルの飛行実験により低地球軌道における宇宙飛行体の表面暴露部材料の劣化現象が顕著に認識されるようになった。宇宙船体表面は高真空、紫外線、放射線等による厳しい複合環境に曝されるが、軌道飛行速度約８ｋｍ／ｓに対応するエネルギー（約５ｅＶ）で表面に入射してくる化学反応性の高い原子状酸素の衝撃による表面反応が表面部材劣化の主要原因と考えられている。スペースシャトルの飛行高度での速度ベクトルに垂直な面での原子状酸素の流束は約１０19個／ｍ2 ・ｓに達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの原子状酸素の衝突による表面部材の劣化現象については多くの報告があるが、原子状酸素を有効に活用し、酸素分子ガスを生成し宇宙軌道上での生存（呼吸）用他に利用しようという報告例はほとんどない。
この発明はこの点に着目してなされたもので、宇宙ステーションやスペースシャトル等の飛行体が宇宙空間飛行中に、原子状酸素を収集し再結合させ、酸素分子としてそれを捕集し、宇宙軌道上での呼吸用等の酸素として使用できる酸素分子ガスを生成することのできる原子状酸素収集装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１記載の発明は、凹面形状をした原子状酸素捕獲装置と、凹面の焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入する排気ポンプと、排気ポンプに連結された酸素分子ガスを貯えるボンベと、からなることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の原子状酸素収集装置において、放物線金属ミラーと、この放物線金属ミラーの焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプと、これをさらに補助排気するロータリポンプと、コンプレッサ及び捕集ボンベと、を備えていることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態を示す図である。まず構成を説明すると、本実施の形態の原子状酸素収集装置は、放物線金属ミラー１と、それによって収集された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプ２と、これをさらに補助排気するロータリポンプ３と、最終的に呼吸用の酸素として使用できる状態にするコンプレッサ４及び捕集ボンベ５とを備えている。
【０００６】
放物線金属ミラー１はその凹部を飛行体進行方向に向けられて設置され、ターボ分子ポンプ２は放物線金属ミラー１の焦点位置に設置されている。また、ターボ分子ポンプ２、ロータリポンプ３、コンプレッサ４、捕集ボンベ５を覆う保護カバー９が設置されている。
【０００７】
次に図を用いて作用を説明する。
本実施の形態は以上のような構成よりなるので、飛行体の飛行速度で図１矢印方向から放物線金属ミラー１に入射した原子状酸素は、放物線金属ミラー１の凹部表面の放物線金属ミラー凹部１ａでバウンドし光学ミラーと同様の原理で焦点位置すなわち、ターボ分子ポンプ２のターボ分子ポンプ吸入口２ａに収集され、ポンプ内に入射する。ポンプ内に入射した原子状酸素は太陽からの紫外線の照射が無いために互いに衝突・再結合し、分子状の酸素になる。この分子状の酸素をターボ分子ポンプ２内からさらに連結管６を介してロータリポンプ３で排気し、さらにロータリポンプ３から連結管７を介して排気された酸素分子気体をコンプレッサ４で圧縮し、連結管８を介して最終的に捕集ボンベ５に貯える。
【０００８】
保護カバー９は放物線金属ミラー１以外の構成装置を原子状酸素の照射暴露から保護するために、ターボ分子ポンプ２、ロータリポンプ３、コンプレッサ４、捕集ボンベ５を覆うように設置されている。原子状酸素の入射に直接暴露される放物線金属ミラー１の凹部１ａと保護カバー９の部材表面には、原子状酸素の入射による表面劣化を抑制するためにＳｉＣ等の保護膜が施されている。またロータリポンプ３以降の装置については図１に示すように同一直線状に並べる必要はなく、連結管６，７，８にて接続した状態であれば設置場所は問わない。
【０００９】
スペースシャトル等の実験結果から高度２３０ｋｍの高度で４２時間飛行した場合の、原子状酸素の単位面積当たりの入射量は、２．２〜２．５×１０20個／ｃｍ2 であると報告されている。
【００１０】
放物線金属ミラー１の口径をＤとし、放物線金属ミラー凹部１ａにバウンドしターボ分子ポンプ吸入口２ａに着実に捕獲される確率をＰとおくと、原子状酸素捕獲量は以下の式で表わされる。
【数１】
気体分子は１気圧、２０℃では２２．４リットル＝６×１０23個の関係があることから、捕獲できる酸素分子容積は、以下のように表わされる。
【数２】
ここでＤ＝５００ｃｍ、Ｐ＝０．１とすると、上式で算出すれば１時間当たり１．９リットルの酸素ガスを収集できることが可能となり十分呼吸用の酸素ガスとして流用可能と考えられる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の原子状酸素収集装置は、放物線金属ミラーと、それによって収集された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプと、これをさらに補助排気するロータリポンプと、最終的に呼吸用の酸素として使用できる状態にするコンプレッサ及び捕集ボンベとを備えており、放物線金属ミラーはその凹部を飛行体進行方向に向けられるように設置され、ターボ分子ポンプは放物線金属ミラーの焦点位置に設置されている。また、ターボ分子ポンプ、ロータリポンプ、コンプレッサ、捕集ボンベを覆う保護カバーが設置されている構成としたため、飛行中に呼吸用等に利用できる酸素ガスを収集できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１ 放物線金属ミラー
１ａ 放物線金属ミラー凹部
２ ターボ分子ポンプ
２ａ ターボ分子ポンプ吸入口
３ ロータリポンプ
４ コンプレッサ
５ 捕集ボンベ
６ 連結管
７ 連結管
８ 連結管
９ 保護カバー
【発明の属する技術分野】
この発明は宇宙環境、具体的には低地球軌道を飛行する飛行体に取り付けられた原子状酸素収集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高度約１００ｋｍまでは大気の主成分は地上とほとんど変わらないが、この高度を過ぎると、それまで分子の形で存在していた酸素（Ｏ2 ）が原子の形（Ｏ）で存在するようになる。これは太陽からの紫外線による酸素分子の解離が酸素原子の再結合速度よりも大きくなるためである。スペースシャトルや宇宙ステーションが飛行する高度３００〜５００ｋｍ（低地球軌道）では、宇宙線や紫外線の影響で酸素分子が解離され、大気の組成は原子状の酸素がその主成分を占めていることが知られている。１９８１年から始まったスペースシャトルの飛行実験により低地球軌道における宇宙飛行体の表面暴露部材料の劣化現象が顕著に認識されるようになった。宇宙船体表面は高真空、紫外線、放射線等による厳しい複合環境に曝されるが、軌道飛行速度約８ｋｍ／ｓに対応するエネルギー（約５ｅＶ）で表面に入射してくる化学反応性の高い原子状酸素の衝撃による表面反応が表面部材劣化の主要原因と考えられている。スペースシャトルの飛行高度での速度ベクトルに垂直な面での原子状酸素の流束は約１０19個／ｍ2 ・ｓに達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの原子状酸素の衝突による表面部材の劣化現象については多くの報告があるが、原子状酸素を有効に活用し、酸素分子ガスを生成し宇宙軌道上での生存（呼吸）用他に利用しようという報告例はほとんどない。
この発明はこの点に着目してなされたもので、宇宙ステーションやスペースシャトル等の飛行体が宇宙空間飛行中に、原子状酸素を収集し再結合させ、酸素分子としてそれを捕集し、宇宙軌道上での呼吸用等の酸素として使用できる酸素分子ガスを生成することのできる原子状酸素収集装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明請求項１記載の発明は、凹面形状をした原子状酸素捕獲装置と、凹面の焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入する排気ポンプと、排気ポンプに連結された酸素分子ガスを貯えるボンベと、からなることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の原子状酸素収集装置において、放物線金属ミラーと、この放物線金属ミラーの焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプと、これをさらに補助排気するロータリポンプと、コンプレッサ及び捕集ボンベと、を備えていることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下この発明を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態を示す図である。まず構成を説明すると、本実施の形態の原子状酸素収集装置は、放物線金属ミラー１と、それによって収集された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプ２と、これをさらに補助排気するロータリポンプ３と、最終的に呼吸用の酸素として使用できる状態にするコンプレッサ４及び捕集ボンベ５とを備えている。
【０００６】
放物線金属ミラー１はその凹部を飛行体進行方向に向けられて設置され、ターボ分子ポンプ２は放物線金属ミラー１の焦点位置に設置されている。また、ターボ分子ポンプ２、ロータリポンプ３、コンプレッサ４、捕集ボンベ５を覆う保護カバー９が設置されている。
【０００７】
次に図を用いて作用を説明する。
本実施の形態は以上のような構成よりなるので、飛行体の飛行速度で図１矢印方向から放物線金属ミラー１に入射した原子状酸素は、放物線金属ミラー１の凹部表面の放物線金属ミラー凹部１ａでバウンドし光学ミラーと同様の原理で焦点位置すなわち、ターボ分子ポンプ２のターボ分子ポンプ吸入口２ａに収集され、ポンプ内に入射する。ポンプ内に入射した原子状酸素は太陽からの紫外線の照射が無いために互いに衝突・再結合し、分子状の酸素になる。この分子状の酸素をターボ分子ポンプ２内からさらに連結管６を介してロータリポンプ３で排気し、さらにロータリポンプ３から連結管７を介して排気された酸素分子気体をコンプレッサ４で圧縮し、連結管８を介して最終的に捕集ボンベ５に貯える。
【０００８】
保護カバー９は放物線金属ミラー１以外の構成装置を原子状酸素の照射暴露から保護するために、ターボ分子ポンプ２、ロータリポンプ３、コンプレッサ４、捕集ボンベ５を覆うように設置されている。原子状酸素の入射に直接暴露される放物線金属ミラー１の凹部１ａと保護カバー９の部材表面には、原子状酸素の入射による表面劣化を抑制するためにＳｉＣ等の保護膜が施されている。またロータリポンプ３以降の装置については図１に示すように同一直線状に並べる必要はなく、連結管６，７，８にて接続した状態であれば設置場所は問わない。
【０００９】
スペースシャトル等の実験結果から高度２３０ｋｍの高度で４２時間飛行した場合の、原子状酸素の単位面積当たりの入射量は、２．２〜２．５×１０20個／ｃｍ2 であると報告されている。
【００１０】
放物線金属ミラー１の口径をＤとし、放物線金属ミラー凹部１ａにバウンドしターボ分子ポンプ吸入口２ａに着実に捕獲される確率をＰとおくと、原子状酸素捕獲量は以下の式で表わされる。
【数１】
【数２】
【００１１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の原子状酸素収集装置は、放物線金属ミラーと、それによって収集された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプと、これをさらに補助排気するロータリポンプと、最終的に呼吸用の酸素として使用できる状態にするコンプレッサ及び捕集ボンベとを備えており、放物線金属ミラーはその凹部を飛行体進行方向に向けられるように設置され、ターボ分子ポンプは放物線金属ミラーの焦点位置に設置されている。また、ターボ分子ポンプ、ロータリポンプ、コンプレッサ、捕集ボンベを覆う保護カバーが設置されている構成としたため、飛行中に呼吸用等に利用できる酸素ガスを収集できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１ 放物線金属ミラー
１ａ 放物線金属ミラー凹部
２ ターボ分子ポンプ
２ａ ターボ分子ポンプ吸入口
３ ロータリポンプ
４ コンプレッサ
５ 捕集ボンベ
６ 連結管
７ 連結管
８ 連結管
９ 保護カバー
Claims (2)
- 凹面形状をした原子状酸素捕獲装置と、凹面の焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入する排気ポンプと、この排気ポンプに連結された酸素分子ガスを貯えるボンベと、からなることを特徴とする原子状酸素収集装置。
- 放物線金属ミラー（１）と、この放物線金属ミラー（１）の焦点位置に配置された原子状酸素を結合させ吸入するターボ分子ポンプ（２）と、これをさらに補助排気するロータリポンプ（３）と、コンプレッサ（４）及び捕集ボンベ（５）と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の原子状酸素収集装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05837798A JP4117936B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 原子状酸素収集装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05837798A JP4117936B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 原子状酸素収集装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11255505A JPH11255505A (ja) | 1999-09-21 |
| JP4117936B2 true JP4117936B2 (ja) | 2008-07-16 |
Family
ID=13082649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05837798A Expired - Fee Related JP4117936B2 (ja) | 1998-03-10 | 1998-03-10 | 原子状酸素収集装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4117936B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2727613B2 (ja) * | 1989-01-05 | 1998-03-11 | 石川島播磨重工業株式会社 | 低軌道上での単体ガスの製造方法 |
| JPH03122002A (ja) * | 1989-10-03 | 1991-05-24 | Kyoichi Kuriki | 原子酸素発生方法 |
| JP3167444B2 (ja) * | 1992-07-31 | 2001-05-21 | 三菱電機株式会社 | 高効率酸素イオン中性化器および高効率酸素イオン中性化器を用いた耐酸素原子性評価装置 |
| JP2897549B2 (ja) * | 1992-10-05 | 1999-05-31 | 日産自動車株式会社 | 原子状酸素ビーム発生装置 |
| JP3666075B2 (ja) * | 1995-09-28 | 2005-06-29 | 三菱電機株式会社 | オゾン発生方法およびオゾン発生装置 |
-
1998
- 1998-03-10 JP JP05837798A patent/JP4117936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11255505A (ja) | 1999-09-21 |
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