JP6256196B2 - ロケットの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ロケットの制御装置に関するものである。
例えば、衛星等のペイロードの打ち上げに用いられる多段式ロケットでは、ｎ−１段目のロケットエンジンの停止に伴いｎ段目のロケットのエンジンが点火され、ｎ段目のロケットからｎ−１段目のロケットが分離投棄される。
分離投棄されたｎ−１段目のロケットは、地球上の陸地やその近海から離れた安全な領域に落下させる必要がある。そこで、多段式ロケットを打ち上げる際には、２段目以降のロケットのエンジン（前段のロケットの分離投棄）を適切なタイミングで点火させる必要がある。
これに関連する技術として、飛翔体の加速度から計算した飛翔体の離陸地点からの水平飛行距離が、投棄物を安全な領域に落下させるのに適した既知の分離投棄地点の離陸地点からの距離を超えたときに、投棄物を飛翔体から分離投棄する提案が存在する（例えば、特許文献１）。
特開平６−３４４９９４号公報
ところで、ロケットの燃料は、打ち上げ時の気象条件差等を考慮し、標準的な必要量にマージンを加えて多めに搭載する必要がある。このため、従来の提案のように、事前に決めておいた地点でロケットの分離投棄を行うと、マージン分の燃料が残ったままの状態でロケットが分離投棄される場合がある。
ロケットエンジンによる消費量に応じた適正な量の燃料をロケットに搭載することは、燃料の搭載量に対する飛行距離を伸ばしてロケットの打ち上げ能力を向上させる上で極めて重要である。言い換えると、ロケットに搭載した燃料は極力消費され尽くすことが理想的である。その観点からすると、従来の提案のように事前に決めておいた地点でロケットの分離投棄を行うことは、ロケットの打ち上げ能力を向上させる上で好ましくない。
また、ｎ段目のロケットの分離投棄がない単段式のロケットにおいても、搭載した燃料を無駄なく消費した上でロケットエンジンを停止させ、かつ、安全な領域にロケットを落下させるようにすることは、ロケットの打ち上げ能力を向上させるために極めて重要である。
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、搭載した燃料をできるだけ多く消費させて打ち上げ能力を向上させつつ、投棄されたｎ段目のロケットやエンジン停止後の単段式ロケット等の投棄物を安全な領域に落下させることができるロケットの制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明のロケットの制御装置は、
飛行中にロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するロケットの制御装置において、
ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ロケットが残りの燃料で今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測する飛行経路予測手段と、
ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合の投棄物の落下予測点を、周期的に予測する落下点予測手段と、
過去の周期に予測されたロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、その通過予定地点において投棄した投棄物が予め定められた地形データ上の安全領域内に落下すると予想された通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点と、ロケットの飛行位置とが一致した場合に、ロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するエンジン停止制御手段と、
を備えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、請求項２に記載した本発明のロケットの制御装置は、
飛行中にロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するロケットの制御装置において、
ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ロケットが残りの燃料で今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測する飛行経路予測手段と、
ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合の投棄物の落下予測点を、周期的に予測する落下点予測手段と、
ロケットの予想飛行経路及び投棄物の落下予測点のうち少なくとも一方の、直前の連続する２つの周期間における変化から、次の周期に予測される予想飛行経路上の各通過予定地点について予測される投棄物の落下予測点が、予め定められた地形データ上の安全領域内に全く存在しない状態となることが推定された場合に、今回予測されたロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、対応して予測された投棄物の落下予測点が地形データ上の安全領域内に存在する通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点において、ロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するエンジン停止制御制御手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項１に記載した本発明のロケットの制御装置によれば、打ち上げたロケットの飛行中に、ロケットが残りの燃料で飛行すると予想される経路（予想飛行経路）が予測される。この予想飛行経路は周期的に予測されて最新の内容に更新される。そして、予想飛行経路が予測されるたびに、予想飛行経路上に複数設定される各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合に投棄物が落下すると予想される各地点（落下予測点）が予測される。この落下予測点も周期的に予測されて最新の内容に更新される。
そして、過去の周期に予測されたロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、その通過予定地点において投棄した投棄物が地形データ上の安全領域内に落下すると予想された通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に、飛行中のロケットが到達したら、ロケットエンジンが停止されて投棄物が投棄される。
また、請求項２に記載した本発明のロケットの制御装置でも、請求項１に記載したロケットの制御装置と同様に、打ち上げたロケットの飛行中にロケットの予想飛行経路と、予想飛行経路上に複数設定される各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合の投棄物の各落下予測点とが、周期的に予測されて最新の内容に更新される。
そして、次の周期に予測される予想飛行経路上の各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄すると投棄物が地形データ上の安全領域内に落下しないと推定されると、今回予測されたロケットの最新の予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、その通過予定地点においてロケットエンジンを停止させて投棄した投棄物が地形データ上の安全領域内に落下すると予想された通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に、飛行中のロケットが到達したら、ロケットエンジンが停止されて投棄物が投棄される。
ここで、ロケットの投棄物としては、例えば、単段式ロケットや多段式ロケットにおいてペイロードを目標軌道に投入する際にロケットから分離投棄されるフェアリングや、多段式ロケットにおいてｎ段目のロケットから分離投棄されるｎ−１段目のロケット、さらに、単段式ロケット自身が挙げられる。
このため、請求項１や請求項２に記載した本発明のロケットの制御装置によれば、例えば、ロケットを決められた飛行経路で飛行させるためにロケットエンジンが消費する燃料が気象条件等によって増減しても、投棄物が地形データの安全領域内に落下する最も遠方の通過予定地点までロケットを飛行させてからロケットエンジンが停止されて投棄物が投棄される。
よって、搭載した燃料をできるだけ多く消費させてロケットの飛行距離を稼ぎ打ち上げ能力を向上させつつ、分離投棄された投棄物を安全な領域に落下させることができる。
さらに、請求項３に記載した本発明のロケットの制御装置は、請求項１又は２に記載した本発明のロケットの制御装置において、前記ロケットは多段式ロケットであり、前記投棄物は、ｎ段目のロケットから分離投棄されるｎ−１段目のロケットを少なくとも含んでおり、前記飛行経路予測手段は、多段式ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ｎ−１段目のロケットエンジンが残りの燃料で発生する推力により多段式ロケットが今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測し、前記落下点予測手段は、ｎ−１段目のロケットエンジンを停止させてｎ−１段目のロケットをｎ段目のロケットから分離投棄した場合のｎ−１段目のロケットの落下予測点を、多段式ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点について周期的に予測することを特徴とする。
請求項３に記載した本発明のロケットの制御装置によれば、請求項１又は２に記載した本発明のロケットの制御装置において、ロケットが多段式ロケットである場合、ｎ−１段目のロケットエンジンを停止させたｎ−１段目のロケットのｎ段目のロケットからの分離投棄が、多段式ロケットの打ち上げ箇所から最も遠く、且つ、分離投棄されたｎ−１段目のロケットが安全領域内に落下する通過予定地点で行われる。
このため、ｎ−１段目のロケットの燃料をできるだけ多く消費させてｎ−１段目のロケットエンジンの推進力による多段式ロケットの飛行距離を稼ぎ、かつ、ｎ段目のロケットから分離投棄されたｎ−１段目のロケットを安全領域内に落下させることができる。
本発明によれば、搭載した燃料をできるだけ多く消費させて打ち上げ能力を向上させつつ、投棄されたｎ段目のロケットやエンジン停止後の単段式ロケット等の投棄物を安全な領域に落下させることができる。
本発明の第１実施形態に係る制御装置が搭載される２段式ロケットの概略構成を示す一部切欠正面図である。 図１の２段式ロケットのノミナル飛行経路と分離投棄物の落下軌跡を示す説明図である。 図１のコントローラの内蔵メモリに記憶された他国の落下制限線（ＩＬＬ）を含むダウンレンジ（射程上の地域）の地形データを示す説明図である。 図１の搭載計算機が行う処理の手順を示すフローチャートである。 図４のエンジン停止判断処理の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置が搭載される２段式ロケットの搭載計算機が行う図４のエンジン停止判断処理の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態及び第４実施形態に係る制御装置が搭載される単段式ロケットの概略構成を示す一部切欠正面図である。 図７の単段式ロケットのノミナル飛行経路とロケットの落下軌跡を示す説明図である。 図７の搭載計算機が行う処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る制御装置が搭載される単段式ロケットの搭載計算機が行う図９のエンジン停止判断処理の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る制御装置が搭載される単段式ロケットの搭載計算機が行う図９のエンジン停止判断処理の具体的な手順の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明に係るロケットの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、ロケットの一例として２段式ロケットについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置が搭載される２段式ロケットの概略構成を示す一部切欠正面図である。図１に示す本実施形態の２段式ロケット１は、１段目及び２段目のロケット１１，１３とフェアリング１５とを有している。
１段目及び２段目のロケット１１，１３はそれぞれ、液体酸素及び液体水素の燃料タンク１１ａ，１３ａと、液体酸素及び液体水素を推進薬とするロケットエンジン１１ｂ，１３ｂとを有している。なお、２段式ロケット１の打ち上げ時に使用する固体ロケットブースターと補助エンジンは、図示を省略している。
２段目のロケット１３は１段目のロケット１１の上部に分離機構（図示せず）を介して接続されている。１段目のロケットエンジン１１ｂが燃料タンク１１ａの燃料（液体酸素及び液体水素）をほぼ使い終わって停止されると、１段目のロケット１１が分離機構により２段目のロケット１３から分離され、２段目のロケットエンジン１３ｂが点火される。
フェアリング１５は、２段目のロケット１３の上部に分離機構（図示せず）を介して接続されたペイロード（図示せず）を覆っており、２段式ロケット１の飛行中に先端側から２つに開いて２段目のロケット１３から分離投棄される。
フェアリング１５は、１段目のロケット１１が２段目のロケット１３から分離投棄される前に、２段目のロケット１３から分離投棄される場合もある。しかし、本実施形態では、２段目のロケット１３からの１段目のロケット１１の分離投棄から一定時間経過後又は一定距離推進後に、フェアリング１５が２段目のロケット１３から分離投棄される場合について説明する。
フェアリング１５が２段目のロケット１３から分離投棄されると内部の不図示のペイロードが露出する。ペイロードは、２段目のロケットエンジン１３ｂが燃料タンク１１ａの燃料（液体酸素及び液体水素）を使い終わって停止されると、２段目のロケット１３から分離されて衛星軌道上に投入される。
１段目及び２段目のロケットエンジン１１ｂ，１３ｂの点火や停止、１段目のロケット１１やフェアリング１５の２段目のロケット１３からの分離は、２段目のロケット１３の搭載計算機（ＧＣＣ：Guidance Control Computer 、誘導制御計算機）１３ｃ（請求項中のロケットの制御装置に相当）によって制御される。
搭載計算機１３ｃには、ジャイロや加速度センサを用いて２段式ロケット１の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢を割り出すＩＭＵ（Inertial Measuring Unit 、慣性センサユニット）１３ｄが接続されている。搭載計算機１３ｃは、ＩＭＵ１３ｄが割り出す飛行速度や飛行位置、飛行姿勢に基づいて、搭載計算機１３ｃの内蔵メモリにデータが記憶されたノミナル飛行経路を２段式ロケット１が飛行するように、ロケットエンジン１１ｂ，１３ｂの推進方向等を制御する。
また、搭載計算機１３ｃは、２段式ロケット１の燃料タンク１１ａ，１３ａに残った燃料の量を監視し、これと、ＩＭＵ１３ｄが割り出す２段式ロケット１の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢とに基づいて、２段式ロケット１の飛行経路を予測する。
搭載計算機１３ｃが予測する飛行経路（予想飛行経路）は、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させるまでに、１段目のロケット１１の残りの燃料で１段目のロケットエンジン１１ｂの推力により２段式ロケット１が今後飛行すると予想される経路を含んでいる。以下、この予想飛行経路を１段目の予想飛行経路と称する。
また、予想飛行経路は、２段目のロケット１３から１段目のロケット１１を分離投棄した後、２段目のロケット１３の燃料で２段目のロケットエンジン１３ｂの推力により２段式ロケット１が飛行すると予想される経路を含んでいる。以下、この予想飛行経路を２段目の予想飛行経路と称する。
なお、図２の説明図における実線が、搭載計算機１３ｃが予測する２段式ロケット１の予想飛行経路である。このうち、地表面距離と高度がいずれも「０」の打ち上げ地点から図中に２つあるアスタリスクのプロット点のうち左側のプロット点で示す１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点までが、１段目の予想飛行経路である。また、１段目のロケットエンジン１１ｂの分離投棄点から、図中に２つあるアスタリスクのプロット点のうち右側のプロット点で示す２段目のロケットエンジン１３ｂの燃焼停止点までが、２段目の予想飛行経路である。
さらに、搭載計算機１３ｃは、１段目の予想飛行経路上の燃焼停止地点において、１段目のロケットエンジン１１ｂを停止させて、その先の分離投棄点において１段目のロケット１１を２段目のロケット１３から分離投棄した場合の、１段目のロケット１１が落下すると予想される地点、即ち、落下予測点（ＩＩＰ；Instantaneous Impact Point）を予測する。
また、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１を分離投棄してから一定時間が経過した、又は、一定距離推進した２段式ロケット１が、２段目の予想飛行経路上の図中の白抜きの三角形のプロット点で示す分離投棄点において、フェアリング１５を２つに開いて２段目のロケット１３から分離投棄した場合の、フェアリング１５が落下すると予想される各地点、即ち、落下予測点を予測する。
なお、搭載計算機１３ｃは、１段目及び２段目の各予想飛行経路上における２段式ロケット１の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢に基づいて、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点をそれぞれ予測する。
また、１段目のロケット１１の落下予測点は、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点を１段目の予想飛行経路上のどの地点にするかによって変化する。そこで、搭載計算機１３ｃは、１段目の予想飛行経路上に複数の通過予定地点を設定し、各通過予定地点を１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点とした場合について、１段目のロケット１１の落下予測点をそれぞれ予測する。
さらに、２段式ロケット１の２段目の予想飛行経路は、１段目の予想飛行経路上における１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点をどこにするかによって変化する。そこで、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点を決定した後に、その燃焼停止地点に対応する２段式ロケット１の２段目の予想飛行経路を予測する。そして、１段目のロケット１１の分離投棄点から一定時間又は一定距離飛行したときの、２段目の予想飛行経路上における２段式ロケット１の位置を分離投棄点として、フェアリング１５の落下予測点を予測する。
このように、２段目の予想飛行経路上におけるフェアリング１５の分離投棄点は、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点と仮定する１段目の予想飛行経路上における各通過予定地点に対応してそれぞれ仮定される。したがって、搭載計算機１３ｃは、フェアリング１５の分離投棄点に対応する落下予測点を、１段目のロケット１１の落下予測点と同じく、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点と仮定する１段目の予想飛行経路上における各通過予定地点に対応してそれぞれ予測することになる。
ところで、搭載計算機１３ｃが予測する２段式ロケット１の１段目や２段目の予想飛行経路は、所謂ノミナル飛行経路である。しかし、２段式ロケット１の実際の飛行経路には、気象条件等の影響によりノミナル飛行経路に対する分散が生じる。そして、この分散は、搭載計算機１３ｃが１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点を予測する際の基となる２段式ロケット１の１段目や２段目の予想飛行経路には反映されていない。
そこで、搭載計算機１３ｃは、ノミナル飛行経路に対する２段式ロケット１の実際の飛行経路の分散を考慮して、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点を、ある程度の誤差を含む範囲として予測する。
なお、搭載計算機１３ｃの内蔵メモリには、２段式ロケット１のノミナル飛行経路のデータと共に、２段式ロケット１の投棄物の落下が許容される安全領域を定義する地形データが記憶されている。この地形データは、図３の説明図に示すように、投棄物の落下から守るべき陸地やその周辺海域の境界線を示す落下制限線（ＩＬＬ）を含むダウンレンジ（射程上の地域）の地形データである。したがって、落下制限線よりも陸地側の領域を除く残りの領域が、２段式ロケット１の投棄物の落下が許容される安全領域ＳＡとなる。
また、搭載計算機１３ｃの内蔵メモリには、２段目のロケット１３から分離投棄された１段目のロケット１１やフェアリング１５の破片落下域を示すデータが記憶されている。この破片落下域は、２段式ロケット１の打上能力、つまり、不図示のペイロードの打上可能重量によって大きさや形状が異なる。
これは、打上能力の高い２段式ロケット１ほど、分離投棄時の１段目のロケット１１に働く飛行方向への慣性が大きく、分離投棄後の１段目のロケット１１の破片が慣性以外の力で拡散する度合いが少ないからである。
例えば、図３中の点線で示す予想飛行経路を飛行する打上能力１．５ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の破片落下域は、点線の楕円で示すような範囲となる。また、図３中の一点鎖線で示す予想飛行経路を飛行する打上能力２ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の破片落下域は、一点鎖線の楕円で示すように、打上能力１．５ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の破片落下域よりも小さい範囲となる。
なお、打上能力１．５ｔ（トン）の２段式ロケット１の予想飛行経路上にプロットした図３中の白抜きの菱形は、打上能力１．５ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の落下予測点（ＩＩＰ）である。また、打上能力２ｔ（トン）の２段式ロケット１の予想飛行経路上にプロットした図３中の黒ベタの菱形は、打上能力２ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の落下予測点（ＩＩＰ）である。
打上能力２ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の落下予測点は、打上能力１．５ｔ（トン）の２段式ロケット１における１段目のロケット１１の落下予測点よりも、分離投棄時の１段目のロケット１１に働く飛行方向への慣性が大きい分、破片落下域に対して２段式ロケット１の飛行方向における前方寄りに位置している。
そして、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点（破片落下域を含む）を地形データと照合し、１段目のロケット１１の落下予測点とフェアリング１５の落下予測点とが両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組を抽出する。さらに、搭載計算機１３ｃは、抽出した組に対応する、１段目の予想飛行経路上における１段目のロケット１１の分離投棄点と仮定した通過予定地点を、１段目のロケット１１の正式な分離投棄点とする。
このとき、１段目のロケット１１の落下予測点とフェアリング１５の落下予測点とが、それぞれの破片落下域を含めて両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組み合わせが複数組ある場合は、その組み合わせに対応する複数の通過予定地点のうち、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点を、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点とする。
これにより、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させるまでの間に、１段目のロケットエンジン１１ｂの推力で２段式ロケット１がより遠くまで飛行することになる。このため、２段式ロケット１の打ち上げ能力を向上させることができる。
なお、搭載計算機１３ｃは、図２に示した２段式ロケット１の予想飛行経路と１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点とを、周期的に繰り返し予測する。これにより、２段式ロケット１による燃料の消費ペースが気象条件の変化等により飛行中に増減しても、それに応じて、搭載計算機１３ｃが予測する予想飛行経路と落下予測点とを随時更新することができる。
そして、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点に２段式ロケット１が到達する（２段式ロケット１の飛行位置が一致する）と、１段目のロケットエンジン１１ｂを停止させ、その後、１段目のロケット１１を２段目のロケット１３から分離させる。
また、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１を分離投棄した２段式ロケット１がフェアリング１５の分離投棄点に到達する（２段式ロケット１の飛行位置が一致する）と、フェアリング１５を２段目のロケット１３から分離させる。
次に、上述した搭載計算機１３ｃが２段式ロケット１の飛行中に行う１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止に関する処理を、図４のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態の搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１やフェアリング１５が安全領域ＳＡに落下するように１段目のロケットエンジン１１ｂを燃焼停止させるために、図４に示す飛行経路予測処理（ステップＳ１）、落下点予測処理（ステップＳ３）、及び、エンジン停止判断処理（ステップＳ５）を、２段式ロケット１の飛行中に周期的に繰り返して実行する。
そして、ステップＳ１の飛行経路予測処理では、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１を分離投棄する前の２段式ロケット１の１段目の予想飛行経路と、１段目のロケット１１を分離投棄した後の２段式ロケット１の２段目の予想飛行経路とを予測する。
なお、搭載計算機１３ｃは、１段目の燃料タンク１１ａに残った燃料の量と、ＩＭＵ１３ｄが割り出す、２段式ロケット１の１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させる前における飛行速度や飛行位置、飛行姿勢とに基づいて、１段目の予想飛行経路を予測する。
また、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１の分離投棄点と、２段目の燃料タンク１３ａに残った燃料の量と、ＩＭＵ１３ｄが割り出す２段式ロケット１の１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させた後における飛行速度や飛行位置、飛行姿勢とに基づいて、２段目の予想飛行経路を予測する。
次に、ステップＳ３の落下点予測処理では、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下点（落下予測点）を予測する。ここで、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下点（落下予測点）は、１段目のロケット１１の予想飛行経路上に仮定する１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点に基づいて予測する。
続いて、ステップＳ５のエンジン停止判断処理では、搭載計算機１３ｃは、まず、図５のフローチャートに示すように、今回の周期においてステップＳ３の落下点予測処理で予測した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下点（落下予測点）の組の中に、落下点が両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組があるか否かを確認する（ステップＳ５１）。
１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下点が両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組がある場合は（ステップＳ５１でＹＥＳ）、今回の周期における図４のステップＳ３で予測した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点に対応する１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点のうち、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、２段式ロケット１が到達したか否かを判定する（ステップＳ５２）。
これに対し、１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下点が両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組がない場合は（ステップＳ５１でＮＯ）、前回の周期における図４のステップＳ３で予測した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点に対応する１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点のうち、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、２段式ロケット１が到達したか否かを判定する（ステップＳ５３）。
そして、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に２段式ロケット１が到達したと判定した場合に（ステップＳ５２又はステップＳ５３でＹＥＳ）、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させ（ステップＳ５４）、その燃焼停止地点にそれぞれ対応する各分離投棄点において、１段目のロケット１１やフェアリング１５を２段目のロケット１３から分離投棄させて（ステップＳ５５）、分離判断処理を終了する。
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図４のフローチャートにおけるステップＳ１が、請求項中の飛行経路予測手段に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図４中のステップＳ３が、請求項中の落下点予測手段に対応する処理となっている。さらに、本実施形態では、図４中のステップＳ５が、請求項中のエンジン停止制御手段に対応する処理となっている。
このように、本実施形態の２段式ロケット１では、２段式ロケット１の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点で１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させた場合の、２段目のロケット１３から分離投棄した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点を周期的に予測するようにした。
そして、１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点が両方とも安全領域ＳＡ内となる通過予定地点が存在するうちは、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点を１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点とする処理を周期的に行うようにした。
このため、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点が随時、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に更新される。これにより、１段目のロケット１１やフェアリング１５の分離投棄点も随時、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い地点に更新される。
よって、１段目のロケット１１や２段目のロケット１３の燃料タンク１１ａ，１３ａの燃料をできるだけ消費し飛行距離を伸ばして２段式ロケット１の打ち上げ能力を向上させつつ、２段目のロケット１３から分離投棄された１段目のロケット１１やフェアリング１５を安全領域ＳＡに落下させることができる。
次に、２段式ロケット１に搭載される本発明の第２実施形態に係る制御装置について説明する。
本実施形態においても、搭載計算機１３ｃは、２段式ロケット１の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点で２段目のロケット１３から１段目のロケット１１やフェアリング１５を分離投棄した場合の落下予測点を周期的に予測する。
そして、本実施形態において、搭載計算機１３ｃは、次の周期において予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点が、地形データの安全領域ＳＡ内に１つも存在しなくなるか否かを推定する。搭載計算機１３ｃはこの推定を、２段式ロケット１の予想飛行経路と１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点とのうち少なくとも一方の、直前の連続する２つの周期間における変化を基に行う。
具体的には、例えば、今回の周期で予測した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点に、前回の周期で予測した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点との変化分を加えて、次回の周期で予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点を推定する。
そして、推定した次回の周期の落下予測点が、１段目のロケット１１とフェアリング１５の両方とも安全領域ＳＡ内に位置するか否かを判定する。
あるいは、例えば、今回の周期で予測した１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点に、前回の周期で予測した１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点との変化分を加えて、次回の周期で予測される１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点を推定する。
そして、推定した次回の周期の１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点から、１段目のロケット１１の分離投棄点やフェアリング１５の分離投棄点をそれぞれ割り出す。さらに、各分離投棄点から１段目のロケット１１やフェアリング１５をそれぞれ分離投棄した場合の１段目のロケット１１の落下予測点とフェアリング１５の落下予測点とが、両方とも安全領域ＳＡ内に位置するか否かを判定する。
落下予測点が１段目のロケット１１とフェアリング１５との両方とも安全領域ＳＡ内に位置すれば、次の周期において予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点は、地形データの安全領域ＳＡ内に存在するという推定結果となる。一方、落下予測点が１段目のロケット１１とフェアリング１５との両方とも安全領域ＳＡ内に位置しなければ、次の周期において予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点は、地形データの安全領域ＳＡ内に存在しなくなるという推定結果となる。
そして、搭載計算機１３ｃは、次の周期において予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点が、地形データの安全領域ＳＡ内に１つも存在しなくなると推定した場合に、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点を決定する。
具体的には、今回の周期で予測した１段目のロケット１１の落下予測点とフェアリング１５の落下予測点と組のうち、両方とも安全領域ＳＡ内に位置する組み合わせを抽出する。そして、抽出した組に対応する通過予定地点のうち、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点を、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点とする。
そして、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点に２段式ロケット１が到達する（２段式ロケット１の飛行位置が一致する）と、１段目のロケットエンジン１１ｂを停止させる。そして、燃焼停止地点に対応する分離投棄地点において、１段目のロケット１１を２段目のロケット１３から分離させる。
また、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１を分離投棄した２段式ロケット１が、燃焼停止地点に対応するフェアリング１５の分離投棄点に到達する（２段式ロケット１の飛行位置が一致する）と、フェアリング１５を２段目のロケット１３から分離させる。
このため、本実施形態でも、搭載計算機１３ｃは、１段目のロケット１１やフェアリング１５を安全領域ＳＡに落下するように２段目のロケット１３から分離投棄するために、図４に示す飛行経路予測処理（ステップＳ１）、落下点予測処理（ステップＳ３）、及び、エンジン停止判断処理（ステップＳ５）を、２段式ロケット１の飛行中に周期的に繰り返して実行する。
そして、ステップＳ１の飛行経路予測処理とステップＳ３の落下点予測処理では、搭載計算機１３ｃは、第１実施形態と同様の処理を行う。一方、ステップＳ５のエンジン停止判断処理では、搭載計算機１３ｃは、第１実施形態とは異なる処理を行う。
具体的には、まず、図６のフローチャートに示すように、次の周期において予測される１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点を推定し（ステップＳ５６）、推定した１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点が両方とも地形データの安全領域ＳＡ内に存在する組があるか否かを確認する（ステップＳ５７）。
推定した１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点が両方とも地形データの安全領域ＳＡ内に存在する組がある場合は（ステップＳ５７でＹＥＳ）、エンジン停止判断処理を終了し、両方とも地形データの安全領域ＳＡ内に存在する組がない場合は（ステップＳ５７でＮＯ）、今回の周期における図４のステップＳ３で予測した１段目のロケット１１の落下予測点に対応する１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点のうち、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、２段式ロケット１が到達したか否かを判定する（ステップＳ５８）。
そして、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に２段式ロケット１が到達したと判定した場合に（ステップＳ５８でＹＥＳ）、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させ（ステップＳ５９）、その燃焼停止地点にそれぞれ対応する各分離投棄点において、１段目のロケット１１やフェアリング１５を２段目のロケット１３から分離投棄させて（ステップＳ６０）、エンジン停止判断処理を終了する。
上述した実施形態でも、図４のフローチャートにおけるステップＳ１が、請求項中の飛行経路予測手段に対応する処理となっている。また、本実施形態でも、図４中のステップＳ３が、請求項中の落下点予測手段に対応する処理となっている。さらに、本実施形態でも、図４中のステップＳ５が、請求項中のエンジン停止制御手段に対応する処理となっている。
そして、本実施形態の２段式ロケット１では、２段式ロケット１の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点で１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼を停止させた場合の、２段目のロケット１３から分離投棄した１段目のロケット１１やフェアリング１５の落下予測点の組を、周期的に予測するようにした。
さらに、連続する２つの周期間における予想飛行経路や落下予想地点の変化から、次の周期において予想される１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点をそれぞれ推定するようにした。
そして、推定した１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点が両方とも安全領域ＳＡ内に存在する組が存在するうちは、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点を決定しないで、予想飛行経路や落下予想地点を予測する処理を次の周期にも行うようにした。
このため、推定した１段目のロケット１１とフェアリング１５の落下予測点が両方とも安全領域ＳＡ内に存在する組が存在しなくなるまでは、１段目のロケットエンジン１１ｂの燃焼停止地点が随時、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に更新される。これにより、１段目のロケット１１やフェアリング１５の分離投棄点も随時、２段式ロケット１の打ち上げ箇所から最も遠い地点に更新される。
よって、１段目のロケット１１や２段目のロケット１３の燃料タンク１１ａ，１３ａの燃料をできるだけ消費し飛行距離を伸ばして２段式ロケット１の打ち上げ能力を向上させつつ、２段目のロケット１３から分離投棄された１段目のロケット１１やフェアリング１５を安全領域ＳＡに落下させることができる。
なお、上述した各実施形態では、１段目のロケット１１とフェアリング１５を２段目のロケット１３から分離投棄する場合に本発明をそれぞれ適用した例について説明した。したがって、これらの実施形態においては、１段目のロケット１１とフェアリング１５が、請求項中の投棄物に相当する。
また、本発明は、上述した各実施形態に限らず、例えば、単段式と多段式とを問わずロケットからフェアリングを分離投棄する際や、多段式ロケットにおいてｎ−１段目のロケットをｎ段目のロケットから分離投棄する場合にも適用可能である。前者の場合はフェアリングが請求項中の投棄物に相当し、後者の場合はｎ−１段目のロケットが請求項中の投棄物に相当することになる。勿論、上述した各実施形態のように、フェアリングとｎ−１段目のロケットが共に請求項中の投棄物に相当するような形態で本発明を実施することもできる。
さらに、本発明は、フェアリングがなくエンジンの停止により自身が投棄物となって落下する単段式のロケットにも適用可能である。以下、そのようなロケットに本発明を適用した場合の実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態及び第４実施形態に係る制御装置が搭載される単段式ロケットの概略構成を示す一部切欠正面図である。図７に示す本実施形態の単段式ロケット３は、液体酸素及び液体水素の燃料タンク３１ａと、液体酸素及び液体水素を推進薬とするロケットエンジン３１ｂとを有している。なお、単段式ロケット３の打ち上げ時に使用する固体ロケットブースターと補助エンジンは、図示を省略している。
ロケットエンジン３１ｂが燃料タンク３１ａの燃料（液体酸素及び液体水素）をほぼ使い終わって停止されると、単段式ロケット３はやがて落下し投棄される。ロケットエンジン３１ｂの点火や停止は、単段式ロケット３の搭載計算機（ＧＣＣ、誘導制御計算機）３３ｃ（請求項中のロケットの制御装置に相当）によって制御される。
搭載計算機３３ｃには、ジャイロや加速度センサを用いて単段式ロケット３の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢を割り出すＩＭＵ３３ｄが接続されている。搭載計算機３３ｃは、ＩＭＵ３３ｄが割り出す飛行速度や飛行位置、飛行姿勢に基づいて、搭載計算機３３ｃの内蔵メモリにデータが記憶されたノミナル飛行経路を単段式ロケット３が飛行するように、ロケットエンジン３１ｂの推進方向等を制御する。
また、搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３の燃料タンク３１ａに残った燃料の量を監視し、これと、ＩＭＵ３３ｄが割り出す単段式ロケット３の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢とに基づいて、単段式ロケット３の飛行経路を予測する。
搭載計算機３３ｃが予測する飛行経路（予想飛行経路）は、ロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させるまでに、燃料タンク３１ａの残りの燃料でロケットエンジン３１ｂの推力により単段式ロケット３が今後飛行すると予想される経路を含んでいる。
なお、図８の説明図における実線のうち、地表面距離と高度がいずれも「０」の打ち上げ地点から、図中のアスタリスクのプロット点で示すロケットエンジン３３ｂの燃焼停止点までが、搭載計算機３３ｃが予測する単段式ロケット３の予想飛行経路である。
そして、搭載計算機３３ｃは、予想飛行経路上のエンジン停止地点において、単段式ロケット３のロケットエンジン３１ｂを停止させた場合の、単段式ロケット３が落下すると予想される地点、即ち、落下予測点（ＩＩＰ）を予測する。なお、搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３の予想飛行経路上における飛行速度や飛行位置、飛行姿勢に基づいて、単段式ロケット３の落下予測点を予測する。
また、単段式ロケット３の落下予測点は、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点を予想飛行経路上のどの地点にするかによって変化する。そこで、搭載計算機３３ｃは、予想飛行経路上に複数の通過予定地点を設定し、各通過予定地点をロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点とした場合について、単段式ロケット３の落下予測点をそれぞれ予測する。
ところで、搭載計算機３３ｃが予測する単段式ロケット３の予想飛行経路は、所謂ノミナル飛行経路である。しかし、単段式ロケット３の実際の飛行経路には、気象条件等の影響によりノミナル飛行経路に対する分散が生じる。そして、この分散は、搭載計算機３３ｃが単段式ロケット３の落下予測点を予測する際の基となる単段式ロケット３の予想飛行経路には反映されていない。
そこで、搭載計算機３３ｃは、ノミナル飛行経路に対する単段式ロケット３の実際の飛行経路の分散を考慮して、単段式ロケット３の落下予測点を、ある程度の誤差を含む範囲として予測する。
なお、搭載計算機３３ｃの内蔵メモリには、単段式ロケット３のノミナル飛行経路のデータと共に、単段式ロケット３の落下が許容される安全領域を定義する地形データが記憶されている。記憶されている地形データは、おおよそ図３の説明図に示すようなものである。
また、搭載計算機３３ｃの内蔵メモリには、落下した単段式ロケット３の破片落下域を示すデータが記憶されている。この破片落下域は、単段式ロケット３の打上能力によって大きさや形状が異なる。
これは、打上能力の高い単段式ロケット３ほど、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止時に単段式ロケット３に働く飛行方向への慣性が大きく、落下した単段式ロケット３の破片が慣性以外の力で拡散する度合いが少ないからである。
そして、搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３の落下予測点（破片落下域を含む）を地形データと照合し、安全領域ＳＡ内に位置する単段式ロケット３の落下予測点を抽出する。さらに、搭載計算機３３ｃは、抽出した落下予測点に対応する、単段式ロケット３の予想飛行経路上におけるロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点と仮定した通過予定地点を、ロケットエンジン３１ｂの正式な燃焼停止地点とする。
このとき、破片落下域を含めて安全領域ＳＡ内に位置する単段式ロケット３の落下予測点が複数ある場合は、それら複数の通過予定地点のうち、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点を、ロケットエンジン３１ｂの正式な燃焼停止地点とする。
これにより、単段式ロケット３のロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させるまでの間に、ロケットエンジン３１ｂの推力で単段式ロケット３がより遠くまで飛行することになる。このため、単段式ロケット３の打ち上げ能力を向上させることができる。
なお、搭載計算機３３ｃは、図８に示した単段式ロケット３の予想飛行経路と落下予測点とを、周期的に繰り返し予測する。これにより、単段式ロケット３による燃料の消費ペースが気象条件の変化等により飛行中に増減しても、それに応じて、搭載計算機３３ｃが予測する予想飛行経路と落下予測点とを随時更新することができる。
そして、搭載計算機３３ｃは、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点に単段式ロケット３が到達する（単段式ロケット３の飛行位置が一致する）と、ロケットエンジン３１ｂを停止させる。
次に、上述した搭載計算機３３ｃが単段式ロケット３の飛行中に行うロケットエンジン３１ｂの燃焼停止に関する処理を、図９のフローチャートを参照して説明する。
本実施形態の搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３が安全領域ＳＡに落下するようにロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させるために、図９に示す飛行経路予測処理（ステップＳ１１）、落下点予測処理（ステップＳ１３）、及び、エンジン停止判断処理（ステップＳ１５）を、単段式ロケット３の飛行中に周期的に繰り返して実行する。
そして、ステップＳ１１の飛行経路予測処理では、搭載計算機３３ｃは、ロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させる前の単段式ロケット３の予想飛行経路を予測する。
なお、搭載計算機３３ｃは、燃料タンク３１ａに残った燃料の量と、ＩＭＵ３３ｄが割り出すロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させる前における単段式ロケット３の飛行速度や飛行位置、飛行姿勢とに基づいて、単段式ロケット３の予想飛行経路を予測する。
次に、ステップＳ１３の落下点予測処理では、搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３の落下点（落下予測点）を予測する。ここで、単段式ロケット３の落下点（落下予測点）は、単段式ロケット３の予想飛行経路上に仮定するロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点に基づいて予測する。
続いて、ステップＳ１５のエンジン停止判断処理では、搭載計算機３３ｃは、図１０のフローチャートに示すように、今回の周期においてステップＳ１３の落下点予測処理で予測した単段式ロケット３の落下点（落下予測点）の中に、安全領域ＳＡ内に位置する落下点があるか否かを確認する（ステップＳ１５１）。
安全領域ＳＡ内に位置する単段式ロケット３の落下点がある場合は（ステップＳ１５１でＹＥＳ）、今回の周期における図９のステップＳ１３で予測した単段式ロケット３の落下予測点に対応するロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点のうち、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、単段式ロケット３が到達したか否かを判定する（ステップＳ１５２）。
これに対し、安全領域ＳＡ内に位置する単段式ロケット３の落下点がない場合は（ステップＳ１５１でＮＯ）、前回の周期における図９のステップＳ１３で予測した単段式ロケット３の落下予測点に対応するロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点のうち、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、単段式ロケット３が到達したか否かを判定する（ステップＳ１５３）。
そして、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に単段式ロケット３が到達したと判定した場合に（ステップＳ１５２又はステップＳ１５３でＹＥＳ）、ロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させて（ステップＳ１５４）、エンジン停止処理を終了する。
以上の説明からも明らかなように、本実施形態では、図９のフローチャートにおけるステップＳ１１が、請求項中の飛行経路予測手段に対応する処理となっている。また、本実施形態では、図９中のステップＳ１３が、請求項中の落下点予測手段に対応する処理となっている。さらに、本実施形態では、図９中のステップＳ１５が、請求項中のエンジン停止制御手段に対応する処理となっている。
このように、本実施形態の単段式ロケット３では、単段式ロケット３の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点でロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させた場合の、単段式ロケット３の落下予測点を周期的に予測するようにした。
そして、単段式ロケット３の落下予測点が安全領域ＳＡ内となる通過予定地点が存在するうちは、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点をロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点とする処理を周期的に行うようにした。
このため、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点が随時、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に更新される。よって、燃料タンク３１ａの燃料をできるだけ消費し飛行距離を伸ばして単段式ロケット３の打ち上げ能力を向上させつつ、単段式ロケット３を安全領域ＳＡに落下させることができる。
次に、単段式ロケット３に搭載される本発明の第４実施形態に係る制御装置について説明する。
本実施形態においても、搭載計算機３３ｃは単段式ロケット３の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点でロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させた場合の単段式ロケット３の落下予測点を周期的に予測する。
そして、本実施形態において、搭載計算機３３ｃは、次の周期において予測される単段式ロケット３の落下予測点が、地形データの安全領域ＳＡ内に１つも存在しなくなるか否かを推定する。搭載計算機３３ｃはこの推定を、単段式ロケット３の予想飛行経路と単段式ロケット３の落下予測点とのうち少なくとも一方の、直前の連続する２つの周期間における変化を基に行う。
具体的には、例えば、今回の周期で予測した単段式ロケット３の落下予測点に、前回の周期で予測した単段式ロケット３の落下予測点との変化分を加えて、次回の周期で予測される単段式ロケット３の落下予測点を推定する。そして、推定した次回の周期の単段式ロケット３の落下予測点が、安全領域ＳＡ内に位置するか否かを判定する。
あるいは、例えば、今回の周期で予測したロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点に、前回の周期で予測したロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点との変化分を加えて、次回の周期で予測されるロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点を推定する。
そして、推定した次回の周期の単段式ロケット３の落下予測点が、安全領域ＳＡ内に位置するか否かを判定する。
単段式ロケット３の落下予測点が安全領域ＳＡ内に位置すれば、次の周期において予測される単段式ロケット３の落下予測点は、地形データの安全領域ＳＡ内に存在するという推定結果となる。一方、単段式ロケット３の落下予測点が安全領域ＳＡ内に位置しなければ、次の周期において予測される単段式ロケット３の落下予測点は、地形データの安全領域ＳＡ内に存在しなくなるという推定結果となる。
そして、搭載計算機３３ｃは、次の周期において予測される単段式ロケット３の落下予測点が、地形データの安全領域ＳＡ内に１つも存在しなくなると推定した場合に、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点を決定する。
具体的には、今回の周期で予測した単段式ロケット３の落下予測点のうち、安全領域ＳＡ内に位置する落下予測点を抽出する。そして、抽出した落下予測点に対応する通過予定地点のうち、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点を、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点とする。
そして、搭載計算機３３ｃは、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点に単段式ロケット３が到達する（単段式ロケット３の飛行位置が一致する）と、ロケットエンジン３１ｂを停止させる。
このため、本実施形態でも、搭載計算機３３ｃは、単段式ロケット３が安全領域ＳＡに落下するようにロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させるために、図９に示す飛行経路予測処理（ステップＳ１１）、落下点予測処理（ステップＳ１３）、及び、エンジン停止判断処理（ステップＳ１５）を、単段式ロケット３の飛行中に周期的に繰り返して実行する。
そして、ステップＳ１１の飛行経路予測処理とステップＳ１３の落下点予測処理では、搭載計算機３３ｃは、第３実施形態と同様の処理を行う。一方、ステップＳ１５のエンジン停止判断処理では、搭載計算機３３ｃは、第３実施形態とは異なる処理を行う。
具体的には、まず、図１１のフローチャートに示すように、次の周期において予測される単段式ロケット３の落下予測点を推定し（ステップＳ１５５）、推定した単段式ロケット３の落下予測点中に、地形データの安全領域ＳＡ内に存在する落下予測点があるか否かを確認する（ステップＳ１５６）。
推定した単段式ロケット３の落下予測点中に、地形データの安全領域ＳＡ内に存在する落下予測点がある場合は（ステップＳ１５６でＹＥＳ）、エンジン停止判断処理を終了し、地形データの安全領域ＳＡ内に存在する落下予測点がない場合は（ステップＳ１５６でＮＯ）、今回の周期における図９のステップＳ１３で予測した単段式ロケット３の落下予測点に対応するロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点のうち、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に、単段式ロケット３が到達したか否かを判定する（ステップＳ１５７）。
そして、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い燃焼停止地点に単段式ロケット３が到達したと判定した場合に（ステップＳ１５７でＹＥＳ）、ロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させて（ステップＳ１５８）、エンジン停止判断処理を終了する。
上述した実施形態でも、図９のフローチャートにおけるステップＳ１１が、請求項中の飛行経路予測手段に対応する処理となっている。また、本実施形態でも、図９中のステップＳ１３が、請求項中の落下点予測手段に対応する処理となっている。さらに、本実施形態でも、図９中のステップＳ１５が、請求項中のエンジン停止制御手段に対応する処理となっている。
そして、本実施形態の単段式ロケット３では、単段式ロケット３の飛行経路を飛行中に周期的に予測し、予測した飛行経路上の各通過予定地点でロケットエンジン３１ｂの燃焼を停止させた場合の単段式ロケット３の落下予測点を、周期的に予測するようにした。
さらに、連続する２つの周期間における予想飛行経路や落下予想地点の変化から、次の周期において予想される単段式ロケット３の落下予測点をそれぞれ推定するようにした。
そして、推定した単段式ロケット３の落下予測点中に、安全領域ＳＡ内に存在する落下予測点が存在するうちは、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点を決定しないで、予想飛行経路や落下予想地点を予測する処理を次の周期にも行うようにした。
このため、推定した単段式ロケット３の落下予測点中に、安全領域ＳＡ内に存在する落下予測点が存在しなくなるまでは、ロケットエンジン３１ｂの燃焼停止地点が随時、単段式ロケット３の打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点に更新される。
よって、単段式ロケット３の燃料タンク３１ａの燃料をできるだけ消費し飛行距離を伸ばして単段式ロケット３の打ち上げ能力を向上させつつ、単段式ロケット３を安全領域ＳＡに落下させることができる。
１ ２段式ロケット
３ 単段式ロケット
１１ １段目のロケット
１１ａ，１３ａ，３１ａ 燃料タンク
１１ｂ，１３ｂ，３１ｂ ロケットエンジン
１３ ２段目のロケット
１３ｃ，３３ｃ 搭載計算機
１３ｄ，３３ｄ ＩＭＵ
１５ フェアリング
ＳＡ 安全領域

Claims (3)

  1. 飛行中にロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するロケットの制御装置において、
    ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ロケットが残りの燃料で今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測する飛行経路予測手段と、
    ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合の投棄物の落下予測点を、周期的に予測する落下点予測手段と、
    過去の周期に予測されたロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、その通過予定地点において投棄した投棄物が予め定められた地形データ上の安全領域内に落下すると予想された通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点と、ロケットの飛行位置とが一致した場合に、ロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するエンジン停止制御手段と、
    を備えることを特徴とするロケットの制御装置。
  2. 飛行中にロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するロケットの制御装置において、
    ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ロケットが残りの燃料で今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測する飛行経路予測手段と、
    ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点においてロケットエンジンを停止させた場合の投棄物の落下予測点を、周期的に予測する落下点予測手段と、
    ロケットの予想飛行経路及び投棄物の落下予測点のうち少なくとも一方の、直前の連続する２つの周期間における変化から、次の周期に予測される予想飛行経路上の各通過予定地点について予測される投棄物の落下予測点が、予め定められた地形データ上の安全領域内に全く存在しない状態となることが推定された場合に、今回予測されたロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点のうち、対応して予測された投棄物の落下予測点が地形データ上の安全領域内に存在する通過予定地点であって、且つ、ロケットの打ち上げ箇所から最も遠い通過予定地点において、ロケットエンジンを停止させて投棄物を投棄するエンジン停止制御手段と、
    を備えることを特徴とするロケットの制御装置。
  3. 前記ロケットは多段式ロケットであり、前記投棄物は、ｎ段目のロケットから分離投棄されるｎ−１段目のロケットを少なくとも含んでおり、前記飛行経路予測手段は、多段式ロケットの飛行速度、飛行位置及び飛行姿勢に基づいて、ｎ−１段目のロケットエンジンが残りの燃料で発生する推力により多段式ロケットが今後飛行する予想飛行経路を周期的に予測し、前記落下点予測手段は、ｎ−１段目のロケットエンジンを停止させてｎ−１段目のロケットをｎ段目のロケットから分離投棄した場合のｎ−１段目のロケットの落下予測点を、多段式ロケットの予想飛行経路上の各通過予定地点について周期的に予測することを特徴とする請求項１又は２記載のロケットの制御装置。
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