JP4444964B2

JP4444964B2 - 複数ノーズコーンを備えたミサイル

Info

Publication number: JP4444964B2
Application number: JP2006539521A
Authority: JP
Inventors: ファッシアノ、アンドリュー・ビー．; モーア、ロバート・ティー．; パリー、ジェームス・イー．; ホワイト、ジョン・ティー．
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: WO2005103600A2; US7082878B2; JP2007511730A; WO2005103600A3; ATE371848T1; IL173568A; EP1685362B1; IL173568A0; DE602004008664T2; EP1685362A2; US20050000383A1; DE602004008664D1

Description

【発明の分野】
【０００１】
本発明はミサイルおよびミサイルシステムに関する。
【発明の背景】
【０００２】
以前のミサイル要撃機設計は、高高度飛行（ＨＡＦ）において、かなり疑わしい信頼性の安定メカニズム、クリッピング性能制約、およびクラシュ費用の不利益に依存していた。ＨＡＦにおいてミサイルを安定化させる以前のアプローチは、最初に軸方向に入れ子式に短くされ、そして第２ステージ分離後に放射状に展開される機尾に取り付けられた大きな空気力学フレアと、第２ステージ分離後に再度展開される第３ステージの後部機体上に取り付けられたラージスパン折り畳みエアロフィンと、先行技術のノーズコーン上に取り付けられた４つの電気機械カナードとを含む。これらすべてのエアロ安定化メカニズムは、動作の成功が疑われているポイントに対して、費用がかかり、重く、複雑であり、要撃機の運動学的性能をかなり低下させる。提案されている他のさらに受動的なオプションは、より大きな直径のブースタと係合するように現在の第３ステージ機体フレアを大きくし、バラストで要撃機重心をシフトさせるノイズコーンエアロスパイクを含む。これらの受動制御のアイデアはいずれも成功が立証されていない。したがって、ミサイル設計における改良が望まれることが理解される。
【発明の開示】
【０００３】
【発明の概要】
本発明の観点にしたがうと、ミサイルは、ペイロードアセンブリと、ペイロードアセンブリと分離可能に結合された１以上のブースタステージとを含む。ペイロードアセンブリは少なくとも２つのノーズコーンを含む。
【０００４】
本発明の他の観点にしたがうと、飛行中のミサイルを動作させる方法は、飛行の第１のフェーズ中に、ミサイルのペイロードアセンブリの外部ノーズコーンを大気に露出させ、飛行の第１のフェーズに続いて、ペイロードアセンブリから外部ノーズコーンを分離させ、それによりペイロードアセンブリの内部ノーズコーンを露出させ、飛行の第２のフェーズ中に、ミサイルの飛行を継続させることを含む。
【０００５】
前述および関連の目的を達成するために、本発明は後に十分に説明し、特に特許請求の範囲で指摘している特徴を含む。以下の説明および添付した図面は本発明のある例示的な実施形態を詳細に記述している。これらの実施形態は、本発明の原理を使用することができるさまざまな方法の内のいくつかを示している。本発明の他の目的、効果および新規な特徴は、図面とともに考慮すると、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【詳細な説明】
【０００６】
ミサイルは１対のノーズコーンを有するペイロードアセンブリを含む。ノーズコーンは異なる環境および／または飛行フェーズに対して最適化されてもよく、例えば、異なる形状、異なるシェル材料、異なるタイプのシール、および／または、異なる分離メカニズムを持っていてもよい。第１（外部）のノーズコーンは、第２（内部）のノーズコーンよりも、さらに熱的に保護された材料からなる、さらに流線型化された形状を持っていてもよく、より厳しさの少ないシーリング要求を満たしてもよい。ペイロードアセンブリからの外部ノーズコーンの分離は、ペイロードアセンブリの圧力中心を後方に移動させることがあり、アセンブリの圧力中心をアセンブリの重心により近づける。これは、所望のコース上にペイロードアセンブリを維持するために、ペイロードアセンブリを操縦するのをさらに容易にし、例えば、姿勢制御システムによる関与の必要性を減少させ、または無くす。
【０００７】
最初に図１を参照すると、ミサイル１０は第１ステージ１２、第２ステージ１４およびペイロードアセンブリ１６を含む。図１に示され、ここで説明されている特定の実施形態のミサイル１０は、例えば９０ｋｍを超える高高度で、他のミサイルのような動くターゲットに衝突するように設計されている操縦可能なミサイルである。しかしながら、複数のノーズコーンを有する、ペイロードアセンブリ１６のようなペイロードアセンブリが他の多くのタイプのミサイルとともに利用されてもよいことが理解される。
【０００８】
ペイロードアセンブリ１６は複数ノーズコーンアセンブリ１７を有し、複数ノーズコーンアセンブリ１７は１対のノーズコーン１８および２０を含み、その両方がペイロードアセンブリのペイロード２２すなわち第３ステージ１６から着脱可能である。以下でさらに詳細に説明するように、第１（外部）のノーズコーン１８は低高度飛行に対して最適化され、第２（内部）のノーズコーン２０はより高い高度の飛行に対して最適化されている。
【０００９】
図１に示されているように、ペイロード２２はミサイル１０の誘導のためのセンサすなわち目標検知追尾装置２６、敵ミサイルに衝突して破壊する（キルビークルとしても知られている）衝突発射体２８、ペイロードアセンブリ１６に対して動力を与える第３ステージモータ３０、およびペイロードアセンブリ１６に対して方向制御を行う姿勢制御システム３２を含む。
【００１０】
基本的な動作において、ミサイル１０の第１ステージ１２および第２ステージ１４は推力を与えて、ミサイル１０を静止から高速に素早く加速させる。第１ステージ１２および第２ステージ１４の推進剤が消費されると、ステージ１２および１４は切り離し投棄され、それによりミサイル１０により運ばれる寄生重量を減少させる。ペイロードアセンブリ１６は敵のミサイルのようなターゲットに向けて操縦される。第３ステージモータ３０および姿勢制御システム３２は電力を提供し、ターゲットに近づくようにコース調整を行う。最後に、衝突発射体２８はペイロードアセンブリの他の構成部品から分離し、弾動的にターゲットに向かって飛行し、ターゲットに衝突する。このプロセスにおいて、ノーズコーン１８および２０はミサイル１０から離れる。外部ノーズコーン１８は主ブーストがステージ１２および１４によって行われた後に分離する。例えば、外部ノーズコーン１８は第２ステージ１４の燃料がほぼ消費された後で、第２ステージ１４の分離前に分離してもよい。内部ノーズコーン２０は、ペイロードアセンブリ１６の燃料の少なくともいくらかが第３ステージモータ３０により消費された後に、飛行中で後に分離する。第２ノーズコーン２０の分離または切離（展開としても呼ばれる）はペイロード２２の残りからの衝突発射体２８の分離前までに起こる。第２のノーズコーン２０の分離は、第３ステージモータ３０の燃焼間で、アセンブリ１６の飛行の惰性部分中に起こってもよい。代わりに、内部ノーズコーン２０は第３ステージモータ３０の燃焼がほぼ終了した後に分離してもよい。
【００１１】
図２および３を参照すると、ペイロードアセンブリ１６のさらに詳細が示されている。外部ノーズコーン１８は１対の外部ノーズコーンシェル部分すなわちペタル３８および４０を含む。ペタル３８および４０は継目シール４２に沿って互いにぴったり合っている。シール４２は以下でさらに詳細に説明するように、舌状体−溝ガスケットシールであってもよい。外部シェルペタル３８および４０は、ペイロードアセンブリ１６の両側のヒンジ結合４８および５０で、ペイロードアセンブリ１６のハウジング４６に結合されている。花火ピストンアクチュエータ５４は、ペタル３８および４０を互いに分離し、それらの展開を生じさせ、ペイロードアセンブリ１６の残りのものからそれらを分離および切り離す手段を提供する。
【００１２】
外部ノーズコーン１８は地上近くの比較的厚い大気を通る上昇中のような、低い高度の飛行に対して最適化されていてもよい。したがって、外部ノーズコーン１８は、例えば、比較的鋭い先端５６を有し、先端５６の後部である円錐部分６０中に比較的小さな角度５８の形状を有する流線型化形状を有していてもよい。外部ノーズコーン１８はそれにより内部ノーズコーン２０よりも低い抵抗係数を持っていてもよい。１つの実施形態では、先端５６は３．６インチ（９．２センチメートル）の半径に鈍らせた半球先端であってもよい。先端５６は極超音速上昇中によどみ点をペイロードアセンブリ１６の前方に向けて移動させるように鈍らせてもよい。外部ノーズコーン角５８は約７度であってもよい。さらに広く言えば、外部にノーズコーン角５８は約５度と約１０度との間であってもよい。もっとさらに広く言えば、外部ノーズコーン角５８は内部ノーズコーン２０の対応する内部ノーズコーン角６４よりも小さくてもよい。同様に、外部ノーズコーン先端５６は内部ノーズコーン２０の対応する内部ノーズコーン先端６６よりも鋭くてもよい。したがって、内部ノーズコーン２０は、例えば約６インチ（１５センチメートル）の半径を有する内部先端５６を持つ、尖っていない形状を有していてもよく、内部ノーズコーン角６４は約４０度で、さらに広く言えば、約３０度と約５０度との間であってもよい。
【００１３】
外部ノーズコーンペタル３８および４０は高強度複合材料から形成してもよく、外部ノーズコーン１８の切り離し前に、極超音速上昇中に除去される熱保護層を含んでいてもよい。外部コーンペタル３８および４０に対して適切な熱保護系材料の例はシリカの表面層を持つ複合材料である。適切な基礎材料はグラファイト−ビスマレインイミド複合材料である。このような材料は共通に譲渡された米国特許第５，８２４，４０４号および第５，９７９，８２６号で説明されており、その詳細な説明および図面は参照によりここに組み込まれている。
【００１４】
内部ノーズコーン２０は１対のシェル部分すなわちペタル６８および７０を含んでいる。ペタル６８および７０は互いに密封シールされ、ペイロードアセンブリ１６のハウジング４６に密封シールされ、ペイロードアセンブリ１６内に囲まれているペイロード２２の構成部品に汚染物質が届かないようにしてもよい。起爆薬７２は、ペタル６８および７０が互いに、そしてペイロードアセンブリ１６のハウジング４６から分離できるように、内部ノーズコーン２０の適切な部分に沿って配置される。例えば、起爆薬７２はペタル６８および７０間の継目に沿って、内部ノーズコーン２０がハウジング４６と結合している、内部ノーズコーン２０の周辺に沿って配置されてもよい。起爆薬７２は、内部ノーズコーン２０に取り付けられている溝の内側にリベット留めまたはブレーズされた押し出し成形アルミニウム管を含むよく知られた爆薬であってもよい。起爆薬７２が爆発されるとき、起爆薬７２は膨張して、基本的に、内部ノーズコーン２０のアルミニウムまたは他の材料をばらばらに引き裂く。
【００１５】
ペイロードアセンブリ１６のペイロードは図１に関して上述した構成部品：センサすなわち目標検知追尾装置２６、衝突発射体すなわちキルビークル２８、第３ステージロケットモータ３０、および姿勢制御システム３２を含む。センサすなわち目標検知追尾装置２６は、ターゲットの動きを追跡する際に使用される光または他のデバイスであってもよく、飛行中にペイロードアセンブリ１６のコースを補正するのを助ける。目標検知追尾装置２６は光目標検知追尾装置を含んでいてもよい。マイクロ波目標検知追尾装置、レーダ目標検知追尾装置、またはライダー目標検知追尾装置のような、他のタイプの目標検知追尾装置を代わりに利用してもよいことが理解される。
【００１６】
衝突発射体２８はターゲットに衝突し、ターゲットを破壊および／またはターゲットのコースを変更させるのに使用される。衝突発射体２８は、ターゲットとの極超音速衝突中に大きな運動エネルギを有するように比較的大きな質量を持っていてもよい。
【００１７】
第３ステージロケットモータ３０は、第１および第２ステージ１２および１４のミサイル１０からの切り離し後に、ペイロードアセンブリ１６に対する推進力をもたらす。第３ステージロケットモータ３０は、ときどき推力をもたらす断続的な推力をもたらすように構成され、ペイロードアセンブリ１６が他の時間に惰性飛行できるようにしてもよい。例えば、第３ステージロケットモータ３０は、惰性動作のためにオフに戻される前までの２ないし１０秒間、断続的にオンにされてもよい。
【００１８】
姿勢制御システム（ＡＣＳ）３２はペイロードアセンブリ１６のコースを調整する方法を提供する。ＡＣＳ３２は、方向安定およびナビゲーション制御のために、完全な推力可変姿勢制御を行ってもよい。ＡＣＳ３２は複数の小型ロケットモータであってもよく、これらはペイロードアセンブリ１６の後部内でさまざまな位置および方向に配置してもよく、これらを選択的に燃焼させて所望のコース微調整を行ってもよい。幅広いさまざまな他の種類の姿勢制御システムを代わりに使用してもよいことが理解され、これには主ロケットモータ３０のノズルの方向と、ペイロードアセンブリ１６の飛行を変えるために展開される制御面とを変えるシステムを含む。
【００１９】
ペイロード２２は他の種類のデバイスを含んでいてもよいことが理解される。例えば、ペイロード２２は、センサすなわち目標検知追尾装置２６からの情報を処理し、および／またはＡＣＳ３２の動作を制御する制御システムを含んでいてもよい。他の例として、ペイロード２２は、例えば無線波または他のエネルギ波を使用することにより、あるいは、例えばレーダービーコンでターゲット追跡を可能とすることにより、地上局または他のデバイスと能動的または受動的に通信する通信装置を含んでいてもよい。他のタイプのミサイルに対して、ペイロード２２は幅広いさまざまな他の種類のペイロードを含んでいてもよいことが理解される。
【００２０】
先に着目したように、ノーズコーン１８および２０は、それらが利用される異なる環境に基づいて、異なる設計を有していてもよい。外部ノーズコーン１８は、例えば約５０ｋｍまでの、地球近くの標準大気環境で使用されてもよい。このような環境では、空気密度はその最高におけるものであり、特に（極超音速のような）高速で移動するミサイルにとって、抵抗および熱は、重要な懸念事項となる。したがって、外部ノーズコーン１８は流線型化された形状を有していてもよく、大気内で高速飛行中に増大する高い熱量に耐えることができる材料から作られていてもよい。いったん、ミサイル１０が地球近くの大気から出ると、外部ノーズコーン１８の流線型化および高熱保護はもはや必要ではなく、実際、その寄生重量およびミサイル１０の圧力中心における望ましくない影響のために障害にさえなる。
【００２１】
先に着目したように、内部ノーズコーン２０は高いシール処理要求を持ち、例えば、望ましくない汚染物質からペイロード２２を保護するために密閉シールされる。内部ノーズコーン２０におけるシール処理は、内部ノーズコーン２０のペタル６８および７０間、および内部ノーズコーン２０とハウジング４６間の金属境界面をシール処理するポリスルフィドシーラントの使用により達成してもよい。
【００２２】
外部ノーズコーン１８に対するシール処理要求は厳重さが少なくてもよい。これは少なくとも部分的に、内部ノーズコーン２０により提供される密封シールのためであり、そして、外部ノーズコーン１８と内部ノーズコーン２０との間に配置された重要な装置がないためである。外部ノーズコーン１８の主シール処理要求は、地球に近い大気で超音速または極超音速飛行中に懸念事項となることが多い、熱ジェットガスの進入を避けることであってもよい。したがって、外部ノーズコーン１８のペタル３８および４０間のガスケットを施した舌状体および溝シールで十分であるかもしれない。
【００２３】
内部ノーズコーン２０は密度がより少ない大気で機能することから、流線型化の要求はより少なく、内部ノーズコーン２０に対してかなり軽微な熱保護システムを使用してもよい。内部ノーズコーン２０は、フェノールナイロン、カーボンフェノール、またはクオーツフェノールのような、さまざまな適切な熱保護材料の任意のものを含んでいてもよい。
【００２４】
図４および５を参照すると、複数ノーズコーンミサイル１０の他の利点が図示されている。図４に示されているように、外部ノーズコーン１８がペイロードアセンブリ１６の残りに依然として取り付けられているとき、ペイロードアセンブリ１６の圧力中心（Ｃp）は重心（Ｃg）の十分前方である。これは、ミサイルの第２ステージ１４が依然としてペイロードアセンブリ１６に取り付けられている限り懸念事項ではない。その理由は、第２ステージ１４が依然として取り付けられている間はミサイル１０は動力飛行下にあり、また第２ステージ１４はペイロードアセンブリ１６の十分後方にＣpおよびＣgを引っ張るからである。しかしながら、いったん第２ステージ１４がペイロードアセンブリ１６から切り離されると、Ｃgの十分前方にＣpを有することは不利なことになる。このような構成はＣpおよびＣgが互いに近いときよりも安定性が少なく、そこでは、空力力はペイロードアセンブリ１６のコースを変えさせる傾向がある。結果として、所望のコースを維持するために、姿勢制御システムのより大きな関与が必要とされる。これに対して、外部ノーズコーン１８が切り離し投棄されると、Ｃgの位置を大きく変化させることなく、Ｃpは後方に移動し、Ｃgにより近くなる。これは、外部ノーズコーン１８が（Ｃgへの影響が少ない）比較的軽い重量を持ちながらも、（Ｃpの位置に大きな影響を与える）比較的大きな表面領域を提供するからである。したがって、外部ノーズコーン１８を展開（分離または切り離し）することにより、ＣpおよびＣgは互いに非常に近くに移動する。有利なことに、所望のコースを維持するためにＡＣＳ３２の動作に必要な時間は大きく減少する。他の利点として、ＡＣＳ３２に対する設計要求が減るので、したがって、より重量の少ない姿勢制御システムが使用できる。実際、いくつかの例では、姿勢制御システムの使用を完全に不要にすることができる、または完全に不要にすることが望ましいかもしれない。
【００２５】
その２つの別々なノーズコーン１８および２０を有するペイロードアセンブリ１６は、低高度飛行で望ましい抵抗および熱特性を可能にしながらも、より高い高度の飛行で、より良好な操縦能力を可能にし、姿勢制御システムへの依存がより少なくなることが理解される。このような性能向上は、例えば減少重量、減少費用、発射からターゲット衝突までのより早い時間、および／または、改善した信頼性を含む。
【００２６】
図６を参照すると、外部ノーズコーン１８の部分３８および４０間のガスケットが施された舌状体および溝シールの詳細が示されている。部分３８，４０の内の１つは、突出舌部分７８を有するガスケットを含んでいてもよい一方で、部分３８，４０の他のものは、舌７８を受けるように構成された、その中の溝８２を有する溝付き部分８０を含んでいてもよい。舌７８が溝８２に押し入れられるとき、外部ノーズコーン１８の内部に熱いガスの進入を防ぐのには十分であるシールがなされる。シール中のオーバーラップは、部分３８および４０間の電磁気シールド漏洩を防ぐ。ガスケット材料は、シリコンベースのゴム、ネオプレン、およびフルオシリコン材料のような、さまざまな適切な材料の任意のものを含んでいてもよい。
【００２７】
図７に移ると、ペタル３８および４０をシール処理する他のメカニズムが示されている。図７に示されているように、Ｏリング８６がペタル３８および４０の部分間の溝に設けられている。Ｏリング８６は外部ノーズコーンに対して十分なシールをもらたす。Ｏリングは先にリストアップしたガスケット材料のような、適切な材料を含んでいてもよい。
【００２８】
加えて図８を参照すると、ピストンアクチュエータ５４の取り付けの詳細が示されている。先に着目したように、ピストンアクチュエータ５４は外部ノーズコーンペタル３８および４０の分離を開始するための花火デバイスである。外部コーンペタル３８および４０は、ピストンアクチュエータ５４を入れるためにそれぞれ取り付けハウジング８８および９０を含んでいてもよい。ピストンアクチュエータ５４は、例えば、ペタル４０の部品であるスプリングワッシャ９４にロックされる戻り止めピンまたはリング９２でペタル４０に結合されてもよい。戻り止めピン９２およびスプリングワッシャ９４は、外部コーンペタル４０に対して、ピストンアクチュエータ５４のピストン９８の位置を維持する。分離イニシエータ１００は花火火薬または材料１０２を発火させて圧力を上昇させ、この圧力はピストン９８を、したがってペタル４０を、ペタル３８から離れるように押す。これは、外部コーン１８を展開させる（ペイロードアセンブリ１６の残りから分離または切り離す）。
【００２９】
ピストンアクチュエータ５４は、外部コーンペタル３８および４０をハウジング４６から分離するためにさまざまな分離イニシエータの任意のものにより強化または置換されてもよいことが理解される。
【００３０】
図９は外部コーンペタル３８とハウジング４６との間のヒンジ結合４８の詳細を示している。ヒンジ結合４８はハウジング４６に関して外部コーンペタル３８の回転、その後に続く、外部コーンペタル３８のハウジング４６からの切り離しを可能にする。この切り離しプロセスは図１０ないし１２に図示されている。
【００３１】
図１０では、ピストンアクチュエータ５４の作動の直前の外部コーン１８を示している。外部コーンペタル３８および４０は互いに結合され、ハウジング４６に結合されている。
【００３２】
図１１に図示されているように、ピストンアクチュエータ５４により開始されると、外部コーンペタル３８および４０は互いに離れるように駆動され、ハウジング４６および内部コーン２０に関して回転される。分離プロセスはミサイル１０の発射後の予め定められた時間において開始されてもよい。代わりに、分離の開始は、例えばペイロード２２中の制御システムからの信号に基づいて（ピストンアクチュエータ５４のような）分離イニシエータを起動することにより開始させてもよい。先に着目したように、開始時に、ピストンアクチュエータ５４の花火材料１０２は発火または爆破されて圧力上昇を生じさせ、これは外部コーンペタル３８および４０を互いに離れるように押す。
【００３３】
外部コーンペタル３８および４０が互いに離れるので、ペタル３８および４０における空力力はさらなる分離を生じさせる。結局、図１２に図示されているように、ペタル３８および４０はペイロードアセンブリ１６から全体的に分離する。
【００３４】
ピストンアクチュエータ５４は外部ノーズコーン１８の前半分に位置付けされている。ピストンアクチュエータ５４に対するこの位置はピストンアクチュエータ５４の作動による衝撃荷重を効果的に減少させる。ピストンアクチュエータ５４からの衝撃荷重がペイロード２２（および、例えば目標検知追尾装置２６のようなペイロード２２の感知デバイス）に到達するために、ピストンアクチュエータ５４からの荷重は、外部ノーズコーンペタル３８および４０の分離（切り離し）前に、外部ノーズコーン１８の少なくとも後半分の全長を横切り、ヒンジ結合４８および５０を通して伝わらなければならない。外部ノーズコーンペタル３８および４０の急速な分離のために、ピストンアクチュエータ５４の作動からの大きな衝撃がペイロードアセンブリ１６の残りの部品に伝わらない。特に、大きな衝撃はペイロード２２に伝わらない。したがって、外部ノーズコーン１８の前半分におけるピストンアクチュエータ５４の配置により、外部ノーズコーン１８は、ペイロード２２に対する望ましくない衝撃を伝えることなく、ペイロードアセンブリ１６の残りから切り離される。
【００３５】
図１３はヒンジ結合４８に対する代替構成を示している。
図９および１３に示されているヒンジ結合は外部ノーズコーン１８の両側におけるヒンジ結合に対してほぼ同じであってもよいことが理解される。
【００３６】
図１４は起爆薬７２（図２）の配置の例の詳細を示している。図１４に示されている起爆薬７２の部品は、内部ノーズコーン２０のノーズコーン部分６８および７０間の空洞１０４中に配置されている。アルミニウム重ね板１０６および１０８は空洞１０４を囲む。シール構成部品またはボンド層は、リベット留めまたは固定するときに、重ね板とノーズコーン部分との間に付けられ、内部ノーズコーン２０に対するシール処理を行う。発火時に、起爆薬７２は重ね板１０６および１０８を破壊し、ノーズコーン部分６８および７０が互いにおよびハウジング４６（図２）から分離できるようにする。
【００３７】
図１５は、ミサイル１０の発射から、衝突または迎撃発射体２８によるターゲットの迎撃までの事象のタイムラインのさまざまなステップを示している。図１５のステップ１１０において、ミサイル１０の第１ステージが発火される。ステップ１１４において、第１ステージ１２により提供される推力はミサイル１０をブーストし、ミサイル１０を大きく加速させる。ステップ１１６では、第２ステージ１４が発火するので、第１ステージ１２の分離が生じる。ステップ１１８は第２ステージブーストを図示している。
【００３８】
ステップ１１９において、第２ステージはその燃料をほぼ使い果たしている。ステップ１２０において、外部ノーズコーン１８はミサイル１０の残りから放出（分離、切り離し、展開）する。ステップ１２０は少なくとも約５０ｋｍの高度において生じる。このポイントにおいて、地球に近い大気は通り過ぎており、低抵抗、高熱耐性ノーズコーンに対する必要性は、そのＣgに近づいたＣpを有するペイロードアセンブリが、姿勢制御システムからの大きな補正なく、そのコースを維持できる必要性に取って代わる。
【００３９】
ステップ１２２において、第２ステージ１４はペイロードアセンブリ１６から分離し、ステップ１２４において、ペイロードアセンブリ１６のロケットモータ３０が発火する。ステップ１２６において、ペイロードアセンブリ１６は惰性飛行する。ステップ１２４の燃焼およびステップ１２６の惰性飛行は断続的な事象であり、例えば、燃焼は２ないし１０秒起こり、その後に惰性飛行の期間が続く。両ステップ１２４および１２６の間、姿勢制御システム３２はその意図されたターゲットに向けてペイロードアセンブリ１６を誘導してもよい。
【００４０】
ステップ１２８において、内部ノーズコーン２０が展開（分離または切り離し）されてもよい。内部ノーズコーン２０の分離は起爆薬７２（図２）の起爆により達成されてもよい。内部ノーズコーン２０は外部ノーズコーン１８と比較したときに、減少した領域および減少した体積を有することが理解される。したがって、内部ノーズコーン２０の起爆による衝撃は、外部ノーズコーン２８のような流線型化ノーズコーンの起爆からの結果に対して必須となる衝撃と比較して減少されることが理解される。したがって、外部ノーズコーン１８の早期分離は減少された重量の内部ノーズコーン２０のみの起爆を可能にし、それにより起爆薬７２の花火衝撃に関係する重量を減少させ、それにより、センサ２６にかかる荷重を含む、ペイロード２２にかかる衝撃荷重を減少させる。内部ノーズコーン２０の分離は、例えば最低約９０ｋｍで起こる。
【００４１】
ステップ１３０において、第３ステージロケットモータ３０が発火され、ペイロードアセンブリ１６の残っているものに対してさらなる推力を提供する。ＡＣＳ３２はロケットモータ３０のさらなる推力推進中に適切な姿勢制御を行ってもよい。あるレベルより上で、内部ノーズコーン２０はペイロードアセンブリ１６のペイロード２２に対して保護をする必要がもはやなくなることが理解される。すなわち、ある高度より上で、大気はノーズコーンが必要でないくらい十分に薄くなる。ステップ１３４において、ペイロードアセンブリ１６の残りの部品の誘導惰性飛行は、姿勢制御システム３２の適切な作動により提供される誘導で達成されてもよい。
【００４２】
ステップ１３６において、衝突発射体はペイロードアセンブリ１６の残りの部分から分離され、ステップ１３８において衝突発射体は制御飛行に移る。最後に、ステップ１４０において、衝突発射体２８はターゲットを迎撃し、ミサイル１０の動作に対する目的を成功させる。
【００４３】
第１のノーズコーンすなわち外部ノーズコーン１８の切り離し投棄において、ピストンアクチュエータ５４の動作のための何らかの衝撃荷重が内部ノーズコーン２０および／またはハウジング４６に伝わる時間を有する前に、外部ノーズコーン１８が切り離し投棄されることが理解される。
【００４４】
外部ノーズコーン１８の切り離し投棄が約５０ｋｍにおいて生じるものとして説明した。しかしながら、第１のノーズコーン１８の切り離し投棄は、他の高度で生じてもよいこと、例えば約４０ｋｍにおいて生じてもことが理解される。したがって、ミサイル１０は以前のミサイルよりもさらに低高度、例えば約４０ｋｍで迎撃操縦を開始することができる。このより低い高度の迎撃操縦の開始は姿勢制御システムの重量に関して望ましくない不利益をもたらさずに起こる。
【００４５】
ミサイル１０は先に言及したもの以外の大きな利点を含むかもしれないことが理解される。例えば、操縦前に外部ノーズコーン１８の寄生重量を切り離し投棄することに対して利点があるかもしれない。加えて、外部ノーズコーン１８は比較的低い高度で切り離し投棄され、それにより外部ノーズコーン１８の後の切り離し投棄により生じる高高度空間残骸の問題を減少させる。
【００４６】
その複数ノーズコーン１８および２０を有するペイロードアセンブリ１６の使用により、ミサイル１０は９０ｋｍの高度より上で加速する高速移動ターゲットをより素早く、より高速に、より迎撃できるようになる。これは発射領域否定性能とミサイル１０を利用する兵器システムの全体的な利用を大きく増加させる。複数ノーズコーン１８および２０を備えたペイロードアセンブリ１６を利用することにより、ペイロード重量、費用および性能リスクにおける実質的な減少が得られる一方で、迎撃性能が実質的に増加する。
【００４７】
図１６は、図１５のステップ１１８および１１９に対応した、その第２ステージ構成におけるミサイル１０の１つの特定な構成の寸法を示している（寸法はインチである）。図１７ないし１９は、３つの高度５０ｋｍ、６０ｋｍおよび７０ｋｍに対する推力レベルおよび迎え角の関数として、この構成の圧力中心および重心の位置をプロットしており、この構成の安定性を示している。
【００４８】
図２０は、図１５のステップ１２２および１２６に対応した、その第３ステージ構成における同じミサイルの寸法を図示している。図２１ないし２３は、３つの高度５０ｋｍ、６０ｋｍおよび７０ｋｍに対する推力レベルおよび迎え角の関数として、この構成の圧力中心および重心の位置をプロットしている。図２１ないし２３のプロットから明らかなように、推力が加えられないときであっても、この構成は広い範囲の迎え角に対して安定である。
【００４９】
ある好ましい実施形態に関して発明を図示し説明してきたが、この明細書および添付図面を読んで理解したときに、均等な代替および修正が当業者に生じることは明らかである。特に、上述した構成要素（構成部品、アセンブリ、デバイス、構成物など）により実行されるさまざまな機能に関して、このような構成要素を説明するのに使用される（“手段”に対する参照を含む）用語は、別に示されない限り、本発明のここで図示されている例示的な実施形態において機能を実行する開示された構成とは構成的に均等でなくても、説明した構成要素（すなわち、機能的に均等な物）の特定の機能を実行する任意の構成要素に対応することを意図している。加えて、本発明の特定の特徴をいくつかの図示した実施形態の内の１つ以上のみに関して上述したが、任意の所定および特定の応用のために、望ましく、そして有利なように、このような特徴は他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
添付図面は必ずしもスケーリングされていない。
【図１】図１は本発明にしたがったミサイルの側面図である。
【図２】図２は図１のミサイルのペイロードアセンブリの横断面図である。
【図３】図３は図１のミサイルのペイロードアセンブリの側面図である。
【図４】図４は図１のミサイルのペイロードアセンブリの側面図であり、外部ノーズコーンが取り付けられた場合の、圧力中心（Ｃp）と重心（Ｃg）との相対配置を示している。
【図５】図５は図１のミサイルのペイロードアセンブリの側面図であり、外部ノーズコーンが取り付けられていない場合の、圧力中心（Ｃp）と重心（Ｃg）との相対配置を示している。
【図６】図６は図１のミサイルにしたがった外部ノーズコーンの舌状体−溝ジョイントの１つの実施形態における詳細を示す図である。
【図７】図７は図１の外部ノーズコーンの一部の分解図を示している。
【図８】図８は外部ノーズコーンの一部の横断面図を示している。
【図９】図９は外部ノーズコーン用ヒンジアセンブリの１つの実施形態の詳細図を示している。
【図１０】図１０は外部ノーズコーンの分離における１つのステップの横断面図を示している。
【図１１】図１１は外部ノーズコーンの分離における第２のステップの横断面図を示している。
【図１２】図１２は外部ノーズコーンの分離における第３のステップを示している。
【図１３】図１３は外部ノーズコーンのヒンジ接続の代替実施形態の横断面図を示している。
【図１４】図１４は内部ノーズコーンの展開のためのマイルド起爆薬の配置の詳細を示す断面図を示している。
【図１５】図１５はミサイルの動作中のさまざまなステップを図示している。
【図１６】図１６はその第２ステージの構成において、本発明にしたがった特定の実施形態のミサイルの寸法を図示している。
【図１７】図１７は５０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図１６のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。
【図１８】図１８は６０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図１６のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。
【図１９】図１９は７０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図１６のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。
【図２０】図２０はその第２ステージの構成において、本発明にしたがった特定の実施形態のミサイルの寸法を図示している。
【図２１】図２１は５０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図２０のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。
【図２２】図２２は６０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図２０のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。
【図２３】図２３は７０ｋｍの高度に対する、推力と迎え角との関数として図２０のミサイルの安定性（圧力中心および重心の位置）を示すグラフである。

Claims

ミサイル（１０）において、
ペイロードアセンブリ（１６）と、
ペイロードアセンブリと分離可能に結合された１以上のブースタステージ（１２，１４）とを具備し、
ペイロードアセンブリは少なくとも２つのノーズコーン（１８，２０）を含み、
ノーズコーンはミサイルの飛行中にペイロードアセンブリから分離するようにそれぞれ構成され、
少なくとも２つのノーズコーンは外部ノーズコーン（１８）と内部ノーズコーン（２０）とを含み、
内部ノーズコーンは、外部ノーズコーンに対して内部のペイロードアセンブリ内に少なくとも部分的に配置され、
外部ノーズコーンは内部ノーズコーンよりもさらに流線型化された形状を有し、それにより外部ノーズコーンは内部ノーズコーンよりもさらに低い抵抗係数を有するミサイル。
外部ノーズコーンは内部ノーズコーンよりもより鋭いコーン角を有する請求項１記載のミサイル。
外部ノーズコーンはヒンジ式に回転してペイロードアセンブリから分離するように構成された外部ノーズコーンペタル（３８，４０）を含む請求項１または２記載のミサイル。
ペイロードアセンブリは、外部ノーズコーンペタルに結合され、外部ノーズコーンペタルの分離を開始するピストンアクチュエータ（５４）を含み、
ピストンアクチュエータは外部ノーズコーンの前半分中にある請求項１ないし３のいずれか１項記載のミサイル。
内部ノーズコーンは内部ノーズコーンペタル（６８，７０）と内部ノーズコーンペタルの完全性を破壊する起爆薬（７２）とを含む請求項１ないし４のいずれか１項記載のミサイル。
外部ノーズコーンは内部ノーズコーンのものとは異なる分離メカニズムを有する請求項１ないし５のいずれか１項記載のミサイル。
飛行中の請求項１ないし６のいずれか１項記載のミサイルを動作させる方法において、
飛行の第１のフェーズ中に、ミサイルのペイロードアセンブリの外部ノーズコーンを大気に露出させ、
飛行の第１のフェーズに続いて、ペイロードアセンブリから外部ノーズコーンを分離させ、それによりペイロードアセンブリの内部ノーズコーンを露出させ、
飛行の第２のフェーズ中に、ミサイルの飛行を継続させることを含み、
第１のフェーズは第２のフェーズよりも低い高度での比較的低い高度フェーズである方法。
分離させることは、ペイロードアセンブリの圧力の中心を後方かつミサイルの重心にきわめて近接するように移動させることを含む請求項７記載の方法。
飛行を継続させることは、ペイロードアセンブリの誘導惰性飛行を含み、
誘導惰性飛行はペイロードアセンブリの一部であるロケットモータを断続的に燃焼させることを含み、
誘導惰性飛行は、ペイロードアセンブリの姿勢制御システムを作動させて、所望コースにペイロードアセンブリを操縦することを含む請求項７または８記載の方法。