JP5519594B2 - 宇宙船 - Google Patents

Description

本発明は、宇宙船の下部を凹面にすることで、大気圏突入時の摩擦熱を軽減する宇宙船に関するものである。

従来の宇宙船は図２のような形が殆どであり、スペースシャトルのような形もあった。その宇宙船は、地球に帰還するとき大気の摩擦は、膨大の運動エネルギーを熱に変換して消費していた。それは、発射から秒速７キロの速度で宇宙空間に放出されるまでに、１０００トンのロケットが、９００トンの燃料を１０分ほどで燃焼させて、５トンの宇宙船を打ち上げているのでも分かる。その運動エネルギーを得た宇宙船は、図のように圧縮された大気（１ｃ）は熱を出しているので、熱せられた従来のカプセル（１ｚ）は、熱せられて溶ける分を計算して、厚く設計するか、スペースシャトル形のカプセルようにセラミックタイルを張っていた。

特願２０１０−２６９７６８

従来の宇宙船は図２のような形が殆どであった。その宇宙船は、地球に帰還するとき大気の摩擦で、空気は圧縮され、その圧縮された時の、加圧ときに発生する熱は、約３０００度になり、その熱がおよそ３分間にわたって熱せられているので、しばしば大事故にあっていた。それは秒速７キロの速度で、大気圏に突入するとき、図のように圧縮された大気（１ｃ）は熱を出しているので、熱せられた従来のカプセル（１ｚ）は、熱せられて溶ける分を計算して厚く設計していたが、余分な重量は無い方が良い。また、月から帰るときは、侵入角度が大切で、浅すぎると水切という遊びのように、地球の空気にバウンドしてしまい、深すぎると大気の摩擦で燃えていた。したがって大気（１ｃ）の摩擦が、宇宙船を溶かさないぐらいで、ゆっくりと減速さしていた。

また、スペースシャトルのようにセラミックタイルを張っていたが、打ち上げのときセラミックタイルが剥がれる事故もあった。そのため、宇宙空間でセラミックタイルが剥がれていないのを確認してから、帰還していた。

そこで、本発明の宇宙船の、下部から大気圏に突入する場合、宇宙船のカプセル（１）の下部を凹面（１ａ）にすることで、大気圏突入時の摩擦熱を軽減する宇宙船を提供するものである。

上記目的を達成するために、カプセル（１）の下部から大気圏に突入する場合、カプセル（１）の下部を凹面（１ａ）にすることで目的を達成した。

本発明の宇宙船は、次のような効果がある。
（イ）宇宙船のカプセルの下部を凹面にすることで、空気が入れ替わらないため、大気圏突入時の摩擦熱がカプセルに伝わらない。
（ロ）従来のカプセルは、熱せられて溶ける分を計算して、厚く設計していたが、その分を軽くできる。
（ハ）実施例２の脱出用ロケットは、帰還するときのブレーキに使用できる。
（ニ）実施例２の脱出用ロケットの翼は、帰還するときにバランスを取る。

図は、大気圏突入時の断面を現した模式図である。 図は、従来の大気圏突入時の断面を現した模式図である。 図は、本発明の原理を発見した、平面のガス切断の模式図である。 図は、本発明の原理を発見した、凹面のガス切断の模式図である。 ツングースカ大爆発の彗星の、軌道の模式図である。 彗星の断面の模式図である。 彗星の爆発する直前の、断面の模式図である。 図は、ロケットの模式図である。 図は、大気圏突入時する前の模式図である。 実施例３のスペースシャトルが、大気圏突入時の模式図である。 実施例３の、つばさ（５ａ）の模式図である。 実施例４のスペースシャトルが、大気圏突入時の模式図である。 実施例４の、垂直尾翼の模式図である。

本発明の宇宙船の、カプセル（１）の下部から大気圏に突入する場合、そのカプセル（１）の下部を凹面（１ａ）にすることで、大気圏突入時に圧縮した大気（１ｃ）が入れ替わらないため、摩擦熱を軽減する宇宙船である。

その宇宙船の原理は、図３のガス切断の模式図で説明する。厚さ１２ミリの鉄板（３）を、ガスの吹管（２）を使用して切断する場合、吹管（２）の火口（２ａ）の、青い火（２ｂ）は炎の中で、最も高温になるところで、火口（２ａ）の先の３ミリのところが青い火（２ｂ）で、その約３ミリの所で熱すると、１２ミリの鉄板（３）は約３０００度で熱し、鉄板（３）の熱した所は２〜３秒程で一部が溶ける。図面では、火口（２ａ）は５ミリ透しているが、実際には３ミリが最も効率良く熱せられるところであり、青い火（２ｂ）の外側には、約３０センチの炎がある。

そして、溶けたところに純粋な酸素を、火口（２ａ）の中心に具備してある穴から吹き付けると、鉄板（３）は酸化して、鉄板（３）を切断できる。鉄板（３）の、鉄の溶解しているとこれへ、純粋な酸素を吹き付けると鉄は燃え、鉄の燃える温度は６０００度に達するため、酸素を吹き付けた鉄板（３）は、１２ミリを貫通することは容易にできる。切断能力には、ＮＯ．１の酸素を吹き付ける穴が、φ０．７で、１ミリ〜５ミリで、ＮＯ．２は５ミリ〜１５ミリで、ＮＯ．３は１５ミリ〜３０ミリの切断能力があるが、その約３倍の厚みを切ることができる。そして、酸素が吹き付ける面を徐々に移動して行くと、切断できる。

しかし図４は、鉄板（３）にポンチなどで窪み（３ａ）がある場合、窪み（３ａ）の中心に青い火（２ｂ）をもっていき、熱すると図のように、鉄板（３）が溶解する温度の１２００度にはならない。それは、窪み（３ａ）の中は、熱する空気が効率好く入れ替わらないため高温にならない。つまり、熱して物が暖まる場合、そこに熱源があり、冷えた鉄板（３）があるとして、その間を熱が伝わるのは熱伝導であり、保温性の高い空気を介して鉄板（３）が溶けるのは無理であり、それ程温度は上がらない。

また、ガスの炎は窪み（３ａ）に入り、熱する火口（２ａ）の方に帰り、その窪み（３ａ）の中から切ることは不可能であることは、作業をしたことのある職人の間では常識である。図面で説明すると、図３では、炎が横に広がって、効率良く熱しているが、図４では窪み（３ａ）があることで、炎は火口（２ａ）の方に帰っていることでも分かる。

このガス切断の、切断する前の、鉄板（３）を熱する原理を、宇宙船が大気圏に突入したとき、高温になるのを防ぐ物に代用する物である。もっと分かりやすく説明すれば、熱源が幾らあっても、排出されないので効率良く暖まらない。言い換えれば、口から物を食べても、便秘になったら、効率良く食べた食物をエネルギーに変換できないのと同様である。

余談であるが、１９０８年６月３０日７時２分（現地時間）頃、ロシア帝国領中央シベリア．エニセイ川支流のポドカメンナヤ．ツングースカ川上流で起こった爆発が、ツングースカ事件である。その概要は、強烈な空振が発生し、半径３０キロメートルにわたって森林が炎上し、約２，１５０キロ平方メートルの範囲の樹木がなぎ倒された。爆発によって生じたキノコ雲は数百キロメートル離れた場所からも観測できた。爆発地点では、地球表面にはほとんど存在しない元素のイリジウムが検出されている。

爆発の原因は、地球に落下した天体が爆発したとみられるが、隕石孔や隕石の残片などは発見されておらず、爆発の原因はいまだに特定されていない。その隕石が何故爆発したのかを、仮説を立てて説明する。その隕石は彗星（６）であり、図５のように太陽（６ｂ）があり、太陽（６ｂ）の右側には地球（６ａ）があり、その直線状に彗星（６）がある。すると、太陽（６ｂ）の光が当たっている部分が、地球（６ａ）の方向を向いている。すると、図６の断面の模式図であり、彗星（６）は太陽（６ｂ）の当たった方向に、彗星（６）の尻尾（６ｃ）がはえ、太陽（６ｂ）の光が当たったところは、凹面（１ａ）になる。

そして、図７の断面の模式図のように、地球（６ａ）の引力に引かれてロシア帝国領中央シベリアのツングースカに落ちた。その彗星（６）も大気圏と、突入する面が凹面（１ａ）でできており、凹面（１ａ）の内部に溜まった内部空気（１ｂ）は高圧になる。さらに地球（６ａ）と直角に交わるため、その圧縮比は、地上にある空気を、地上何メートルまで圧縮するかによる。それは、図７のように、彗星（６）が落ちて来たら、彗星（６）の横幅は１００メートルあるのと、真ん中の空気は、排出されるまでに５０メートルも移動しなければならない。さらに、秒速１０キロメートルで落ちてくるので、空気が避けることは考え難い。

そして空気の、成層圏から対流圏までの全てを圧縮して、速度エネルギーを圧縮エネルギーに代え、そして圧縮エネルギーは熱エネルギーに変わるが、熱エネルギーは彗星（６）には伝わらず、地上の空気でバウンドするように、地上０メートルに付近になったとき、回りに逃げていた少しの大気（１ｃ）も、逃げ場を失うが、地上０メートルになる前に、彗星（６）が圧力に耐えられなくなり破裂したと考える。

さらに、内部空気（１ｂ）は高圧になり、直径１００メートルの彗星（６）は、内部の圧力で破裂する。その圧力の容量は、直径１００メートルの彗星（６）で、凹面（１ａ）が直径５０メートルの、深さが１０メートルの円錐として、６５００立方メートルで、高圧ボンベ６０キロの、内容量３０キロで換算すると、２０万本の高圧ガスが破裂することになり、破壊力はＴＮＴ火薬にして、１０メガトンと考えられている。したがって、地球（６ａ）の表面には、隕石の痕跡を残さない。

つまり、凹面になっていることで隕石は燃焼せず、地上に衝突する直前に、加圧した圧力で爆発したという仮説である。その隕石は、質量約１０万トンで、直径１００メートルの物が、秒速１０キロメートルで落ちてくるので、その素人の仮説も、隕石が凹面（１ａ）ということで、本発明の理論と同様と考えられるが、この理論なら夜落ちなければならないが、落ちた時間が朝なのが気にかかる。

そこで、宇宙船も大気圏に突入する前面を凹面（１ａ）にすることで、高温に絶える物である。そのカプセル（１）の、凹面（１ａ）になった内部空気（１ｂ）は、秒速７キロの速度で大気（１ｃ）と衝突し、内部空気（１ｂ）は圧縮されて高温になるが、大気（１ｃ）が圧縮されても排出されないため、その場に止まる。

したがって、一時的には内部空気（１ｂ）が高温になるが、その熱はカプセル（１）の外板に冷やされて、高温になることはない。ただし、カプセル（１）の、内部空気（１ｂ）の圧縮比は約５０対１になっているので、気圧による破壊に注意する。

その圧縮比は５０対１は、そのままブレーキとなり速度が落ちる。スピードが落ちれば、圧縮した圧力も次第に下がり、対流圏に届くときには秒速１０００メートルぐらいに減速し、圧縮比は４対１になり、高度１００００メートルでは音速以下になり、パラシュートを使用して地上に降りる。

本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
（イ）図１は、大気圏突入したときの、宇宙船の断面を現した図である。その宇宙船のカプセル（１）は大気圏突入する側の、下の部分で、図面では左側を凹面（１ａ）にしたことこから大気圏に突入する。そのカプセル（１）は、秒速７キロの速度で、図のように圧縮された大気（１ｃ）は約６０００度の熱を出している。図に書いている曲線の、大気（１ｃ）は約６０００度になったところである。

しかし、カプセル（１）は凹面（１ａ）になっているため、凹面（１ａ）の内部に内部空気（１ｂ）があり、内部空気（１ｂ）は圧縮されて、圧縮比５０対１の、約６０００度の熱を出して高温になるが、高温になった空気は流れず、その場所に止まっている。その約６０００度の内部空気（１ｂ）は、保温性があるため、カプセル（１）の外板に冷やされ、約５００度の熱が宇宙船に加わっているが、宇宙船を溶かす程の、熱は加わらない。

その図で、カプセル（１）の手前にある大気（１ｃ）は、カプセル（１）が秒速７キロの速度で衝突して、その波が衝撃波のようになって広がっていて、約６０００度の高温になっているところが、上下に広がっているように書かれているのが、実際は全体に広がっている。そしてカプセル（１）は、空気が介在して、空気は保温性があるため、約５００度の熱が伝わるだけである。

大気圏に突入したカプセル（１）は、従来のように流線形で無いため、空気との摩擦が大きいたため、早く速度が落ちる。流線形にした場合、従来のカプセル（１ｚ）の図２の先端は、空気が勢い良く流れているため、約３０００度の熱を出して高温になり、加わる大気（１ｃ）の圧力は２０対１になる。そして、重力は３Ｇで、約３分間、大気（１ｃ）の摩擦が続いて３０００度の温度は、外板を溶かしていた。しかし本発明では、大気（１ｃ）の圧力は５０対１で、約１０Ｇの減速で、およそ１分間で、秒速１０００メートルの速度まで減速する。

そして、対流圏に入る頃には、速度は音速くらいに秒速３００メートルになり、上空１０，０００メートルでパラシュートを開き、地上に降りる。

図８は、ロケットの模式図である。有人ロケット（４）は、打ち上げるときに十分な推力を出せず、尻餅事故または制御不能になったとき、カプセル（１）の上部に具備した脱出用ロケット（４ａ）が付いている。その事故が起こった場合、脱出用ロケット（４ａ）で、有人ロケット（４）のカプセル（１）を切り離して、安全な所まで飛んでいき、そこでパラシュートを開き脱出していた。その有人ロケット（４）を、打ち上げたところの図面である。

その脱出用ロケット（４ａ）は、大気圏の外に出たとき不要であるため捨てていたが、図９では、カプセル（１）の上に脱出用ロケット（４ａ）が付いており、脱出用ロケット（４ａ）は大気圏突入時するとき、後方でバランスを取る役目をする。

大気圏突入時するときは、進行方向にカプセル（１）の下部の、凹面（１ａ）の部分を先頭にして、後部に脱出用ロケット（４ａ）がある。そして、脱出用ロケット（４ａ）を噴射（４ｃ）した図である。脱出用ロケット（４ａ）から出ている矢印は、噴射（４ｃ）しているところであるが、噴射（４ｃ）した方向とは逆に進むので、逆噴射（４ｃ）となり、噴射（４ｃ）した排気ガスは、図のようにカーブする。そして、秒速７キロの速度にブレーキを掛けて、秒速６．５キロ程度に速度が落ちる。そのため衛生の軌道が保てず、大気圏に突入する。

カプセル（１）は、後方に脱出用ロケット（４ａ）を具備し、脱出用ロケット（４ａ）には、翼（４ｂ）が具備しており、弓矢の矢のような形で落下していく。したがって、後方の脱出用ロケット（４ａ）の翼（４ｂ）がある方が軽いためと、翼（４ｂ）の羽が抵抗になるため、ひっくり返ることがない。

理想としては、大気圏に突入してから脱出用ロケット（４ａ）を作動さした方が、逆噴射（４ｃ）になるので効率がよい。宇宙で脱出用ロケット（４ａ）を噴射（４ｃ）すると、抵抗が無いため作用、反作用の法則で、脱出用ロケット（４ａ）は、それだけの能力しか発揮できないが、逆噴射（４ｃ）では脱出用ロケット（４ａ）の噴射口を空気が塞ぎ、より効率の良い噴射（４ｃ）ができる。

図１０は、カプセル（１）のスペースシャトル（５）が大気圏に突入したときの、下の部分の図面では、左側の部分を凹面（１ａ）にしている。その図は、スペースシャトル（５）の下部を先頭に、大気圏に突入するということは、スペースシャトル（５）が起立した状態で大気圏に突入する。したがって、従来のスペースシャトルは約４５度の、前方を上にして、スペースシャトル（５）の下部全体を、空気の摩擦する部分にしていた。そのため、下部はセラミックのタイルを張っていた。

しかし本発明の、スペースシャトル（５）の下部を凹面にすることで、スペースシャトル（５）の下部に、空気の層ができ、その層は大気（１ｃ）が入れ替わらないため、スペースシャトル（５）を高温から守る。しかし、全ての抵抗を鑑みると、後ろの方が大きいので、起立したスペースシャトル（５）を、その間まで保つような姿勢制御が必要である。

そして図１１は、つばさ（５ａ）の断面を現した模式図である。そのつばさ（５ａ）は、前フラップ（５ｂ）と後フラップ（５ｃ）が付いており、そのことでつばさ（５ａ）全体を凹面（１ａ）に保つ。そして、点線は通常の滑空状態の、前フラップ（５ｂ）と後フラップ（５ｃ）の状態である。その前フラップ（５ｂ）と後フラップ（５ｃ）の状態になるときは、起立した状態で十分に速度が落ち、音速になったとき、起立した状態から徐々にスペースシャトル（５）の船首をさげ、通常の滑空状態になったときに、前フラップ（５ｂ）と後フラップ（５ｃ）を点線のようにして、滑空する。

そして、着陸前に再度前フラップ（５ｂ）と後フラップ（５ｃ）を下ろして揚力を上げ、着陸する。したがって、つばさ（５ａ）は約９０度、左に倒れた状態となる。

図１２のスペースシャトル（５）は、後ろ側のロケットエンジンのスカート（５ｄ）が凹面になっているので、後ろから大気圏に突入する図である。スペースシャトル（５）の後には、ロケットエンジンが具備されており、そのロケットエンジンにはスカート（５ｄ）がある。

そのスカート（５ｄ）は、すりばち状になっており、後から大気圏に突入した場合、凹面（１ａ）になっているため、温度が上がってスカート（５ｄ）を溶かすことはない。そして図１３のつばさ（５ａ）の垂直尾翼（５ｅ）は、後フラップ（５ｃ）が２枚になっており、その二枚に後フラップ（５ｃ）が開いて、凹面を作り、つばさ（５ａ）を高温から保護する。図面は、垂直尾翼（５ｅ）の断面を現した物である。

そして、速度が秒速３００メートルになったところで、スペースシャトル（５）は後転して、通常の着陸姿勢になる。したがって、スペースシャトル（５）のつばさ（５ａ）の後ろには、空気を溜めるような凹面にする必要がある。

この原理を鍋に利用すると、下面を極端に暖めない物もできる。鍋はコンロの炎を受け、コンロの炎のむらで、焼きかたにむらができていたが、本発明の仕組みを利用すると平均的に熱が伝わる。

１ カプセル １ａ 凹面 １ｂ 内部空気 １ｃ 大気
１ｚ 従来のカプセル
２ 吹管 ２ａ 火口 ２ｂ 青い火
３ 鉄板 ３ａ 窪み ３ｂ 溶けた部分
４ 有人ロケット ４ａ 脱出用ロケット ４ｂ 翼 ４ｃ 噴射
５ スペースシャトル ５ａ つばさ ５ｂ 前フラップ
５ｃ 後フラップ ５ｄ スカート ５ｅ 垂直尾翼
６ 彗星 ６ａ 地球 ６ｂ 太陽 ６ｃ 尻尾

Claims (1)

1. カプセル（１）の下部から大気圏に突入する場合、該カプセル（１）の下部を凹面（１ａ）とし、
   該凹面（１a)は、該カプセル（１）を大気（１ｃ）の摩擦熱を軽減するために、該カプセル（１）の中で一番広くなっており、
   該凹面（１a)の内部には、内部空気（１ｂ）があり、
   該内部空気（１ｂ）は流れず、保温性があるため、該カプセル（１）の外板を溶かす程の熱は加わらないことを特徴とする宇宙船。