JP7037146B2 - 収容方法、及び、被収容物の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回収カプセル等の収容物にパラシュート等の被収容物を収容する収容方法、及び、被収容物の形成方法に関する。

従来から、宇宙空間からの荷物（宇宙実験で得られた成果物等）を地球上に運搬する回収カプセルにパラシュートが使用されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１６－１４７６０４号公報

パラシュートのような被収容物を回収カプセルのような収容物に収容するとき、一般に、被収容物は、収容物に押し込まれ変形する（例えば、圧縮される）。しかしながら、この変形は、当該被収容物の周辺物（収容カプセルに搭載された各種装置、収容カプセルの筐体など）に余計な圧力を与える恐れがあり、従来、被収容物を収容物に好適に収容できないことがあった。

本発明は、被収容物を好適に収容できる収容方法、及び、収容を好適に行える被収容物の形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願の第１の観点に係る収容方法は、
宇宙空間からの荷物を地球に運搬する回収カプセルの収容空間に被収容物を収容する方法であって、
前記収容空間は、パネルで囲われ前記回収カプセルの動作に必要な部材が配置された空間であり、前記収容空間を模した空間を形成する型枠に前記被収容物を入れて、当該被収容物を変形させる第１ステップと、
前記第１ステップで変形させた前記被収容物の形状を定着させる第２ステップと、
前記第２ステップで前記形状を定着させた前記被収容物を前記収容空間に配置する第３ステップと、
を備える。

上記目的を達成するため、本願の第２の観点に係る被収容物の形成方法は、
宇宙空間からの荷物を地球に運搬する回収カプセルの収容空間に収容される被収容物を形成する方法であって、
前記収容空間は、パネルで囲われ前記回収カプセルの動作に必要な部材が配置された空間であり、前記収容空間を模した空間を形成する型枠に前記被収容物を入れて、当該被収容物を変形させる第１ステップと、
前記第１ステップで変形させた前記被収容物の形状を定着させる第２ステップと、
を備える。

本発明によれば、被収容物を好適に収容できる収容方法、及び、収容を好適に行える被収容物の形成方法を提供することができる。

回収カプセルの概略断面図。 被収容物の収容方法の流れ図。 被収容物を袋に入れたときを示す図。 圧縮装置の概略断面図。 図４の型枠を上から見た図。 型枠に被収容物を入れ圧縮したときの図。 被収容物に冷却カバーを取り付けたときの図。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る収容方法を説明する。この収容方法は、図１の回収カプセル１０内に用意された収容空間Ｓ１にパラシュート等の被収容物を収容する方法である。回収カプセル１０は、被収容物を収容する収容装置であり、宇宙空間からの荷物（宇宙実験で得られた成果物等）を地球上に運搬する役割を有し、地球上に落下して回収される。以下、回収カプセル１０を簡単に説明してから、本実施の形態に係る収容方法を説明する。

（回収カプセル１０）
回収カプセル１０は、略円錐形状を有し、図１のような構造を有する。回収カプセル１０は、内部筐体１１と、分離パネル１２と、下部パネル１３と、断熱底部１４と、蓋体１５と、を備える。これらは、回収カプセル１０の筐体を構成する。

内部筐体１１は、中心軸が上下方向に沿って延びている円筒部分と、当該円筒の下部から外側に張り出しているフランジと、を有する。分離パネル１２は、内部筐体１１及び下部パネル１３に着脱可能に取り付けられている。下部パネル１３は、断熱底部１４と、内部筐体１１と、に接続されている。断熱底部１４は、回収カプセル１０の下部（底）を構成する。断熱底部１４は、回収カプセル１０が落下しているときの大気との摩擦熱に耐え、かつ、当該摩擦熱を回収カプセル１０内に伝達しにくい性質を有する。蓋体１５は、内部筐体１１の上部を蓋する。

内部筐体１１、下部パネル１３、断熱底部１４、及び、蓋体１５に囲まれた空間には、回収カプセル１０が自立飛行するための各種装置、地球上に運搬する宇宙空間からの荷物等が配される。

内部筐体１１、分離パネル１２、及び、下部パネル１３に囲まれた空間には、分離パネル１２を内部筐体１１等から分離する分離装置１６Ａ、分離パネル１２と内部筐体１１とを連結する連結部材１６Ｂ、その他必要な装置等１７が配される。前記空間のうち、これらが配されたあとの余った収容空間（残余スペース）Ｓ１にパラシュート等の被収容物が配される。収容空間Ｓ１はドーナツ形状を有するが、当該収容空間Ｓ１の輪郭には、分離装置１６Ａ及び連結部材１６Ｂがその周囲よりも突出することにより形成される内側に凹んだ凹部が存在する。つまり、分離装置１６Ａ及び連結部材１６Ｂにより、収容空間Ｓ１の断面積が小さい部分が生じる（図１の右側の収容空間Ｓ１参照）。

収容空間Ｓ１に収容される被収容物には、回収カプセル１０の落下速度を減速させるパラシュートと、回収カプセル１０が海上等に落下したときに浮力を付与するフローテーションバッグと、が含まれる。これらは、それぞれ、収納袋に収納されて、収容空間Ｓ１に収容される。収納可能なパラシュートは、メインシュート（主傘）、パイロットシュート等の複数のサブアセンブリ毎に複数の収納袋に分けて収納されてもよい。前記被収容物は、パラシュート（又はサブアセンブリ）を入れた収納袋、フローテーションバッグを入れた収納袋であるものとする。

回収カプセル１０が落下している最中に、分離装置１６Ａは、分離パネル１２を吹き飛ばす。分離パネル１２は、例えば、３つに分離されて吹き飛ばされる。これにより、被収容物が回収カプセル１０から放出されるとともに、被収容物の収納袋それぞれから内容物（各サブアセンブリ、フローテーションバッグ）それぞれが開放される（内容物が本来の機能を発揮できる）。

回収カプセル１０は、その他にも、図示しない各種装置が搭載される。回収カプセル１０の構成は、一般的なものでよい。

（被収容物の収容方法）
被収容物を回収カプセル１０に収容する収容方法として、この実施の形態では、以下の行程が行われる（図２参照）。
（１）袋に入れた被収容物を型枠に入れて袋内を減圧しながら圧縮する行程（ステップＳ１０１）
（２）圧縮状態の被収容物の形状を加熱等により定着させる行程（ステップＳ１０２）
（３）形状が定着した被収容物を回収カプセルに配置する行程（ステップＳ１０３）
以下、これら行程を詳細に説明する。

（袋に入れた被収容物を型枠に入れて袋内を減圧しながら圧縮する行程；ステップＳ１０１）
まず、回収カプセル１０に収容される被収容物それぞれを合成樹脂製の袋に入れ、当該袋を、内部が減圧可能となるようにチューブを通して封止する。

例えば、図３のように、被収容物２１（内容物２１Ｂが入った収納袋２１Ａ）を、透明なナイロンポリ袋などの袋２５に入れる。袋２５の口は、袋２５内の空気を排出するチューブ２６を通した状態で、封止線２５Ａで封止される。チューブ２６は、図示しない吸気装置に接続されている。

図３に関する説明は、全ての被収容物について同様であるので（当然形状等は異なる）、以下、上記各被収容物を被収容物２１、各被収容物に含まれる収納袋及びその内容物（パラシュート等）を収納袋２１Ａ及び内容物２１Ｂ、上記合成樹脂製の袋を袋２５、上記合成樹脂製の袋を減圧可能とするチューブをチューブ２６と、総称して説明する。なお、袋２５に複数の被収容物２１が入れられてもよい。また、被収容物２１に含まれる収納袋２１Ａ又はその内容物２１Ｂ（パラシュート等）と、他の被収容物２１に含まれる収納袋２１Ａ又は内容物２１Ｂ等とを連結する各種の連結索は、収納袋に入れられ、被収納物２１が実際に回収カプセル１０に配置される際に取り出され、他の被収容物２１に含まれる収納袋２１Ａ又は内容物２１Ｂ等と連結される。

上記の封止後、袋２５に入れられた被収容物２１それぞれは、図４に示すような圧縮装置３０に入れられ、圧縮される。圧縮装置３０は、型枠３１と、押圧部材３２と、押圧器３３と、を備える。

型枠３１は、アルミ、木等の剛性を有する材料により形成されている。型枠３１は、型枠本体３１Ａと、凸部３１Ｂと、凸部３１Ｃと、を備える（図５も参照）。型枠本体３１Ａは、分離装置１６Ａによる凹部及び連結部材１６Ｂによる凹部が形成されていない輪郭の空間（図１の紙面左側の収容空間Ｓ１を断面とする空間）を形成する。凸部３１Ｂは、型枠本体３１Ａから突き出た部分であり、分離装置１６Ａを模した形状を有する。凸部３１Ｃは、型枠本体３１Ａから突き出た部分であり、連結部材１６Ｂを模した形状を有する。型枠３１の内壁により、収容空間Ｓ１を模した（再現した）再現空間Ｓ２が区画されている。模す対象（分離装置１６Ａなど）の形状が複雑な場合、凸部３１Ｂ及び凸部３１Ｃは、模す対象を包含し、かつ、凹凸が無い、直方体等、簡素な形状のものとするとよい。再現空間Ｓ２は、収容空間Ｓ１の輪郭を細かく再現した空間であっても、収容空間Ｓ１の輪郭の凹部が簡素な形状で再現された空間であってもよい。被収容物２１それぞれは、袋２５ごと再現空間Ｓ２の周方向に沿って並べて型枠３１に入れられる。

押圧部材３２は、ドーナツ盤形状であり、押圧器３３により押圧されることにより、型枠３１に入れられた被収容物２１（袋２５に入れられている。以下、適宜同じ。）を押圧する。なお、押圧部材３２は、押圧時に凸部３１Ｃが引っかからないように、凸部３１Ｃが通る切り欠き３２Ａを有する。前記押圧により、被収容物２１が型枠３１に押し込まれる。なお、当該押し込みは、押圧器３３を下方に移動させることにより行われてもよいし、型枠３１を上方に移動させることにより行われてもよいし、押圧器３３と型枠３１との両者を移動させることにより行われてもよい。

押圧部材３２により被収容物２１を押圧する際、袋２５内の空気はチューブ２６を介して吸気装置により吸気され、袋２５内は減圧される。つまり、袋２５内を減圧しながら、被収容物２１を押圧する。チューブ２６は、押圧部材３２と、型枠３１と、の間を通る。

上記押圧（押し込み）及び減圧により、被収容物２１は、再現空間Ｓ２の輪郭に合った形状（型枠３１の内面に沿った形状）に圧縮される（変形する）。この圧縮により、被収容物２１それぞれの形状は、上方から見た場合に、再現空間Ｓ２に合わせて湾曲した形状になり、かつ、凸部３１Ｂ及び凸部３１Ｃ（分離装置１６Ａ及び連結部材１６Ｂ）を避ける形状（凸部３１Ｂ及び凸部３１Ｃの部分が凹んだ形状）になる（図６等参照）。前記圧縮により、被収容物２１の収納袋２１Ａには、しわが形成される。押圧及び減圧は、被収容物２１が所望の大きさになるまで行われる。

（圧縮状態の被収容物の形状を加熱等により定着させる行程；ステップＳ１０２）
被収容物２１が所望の大きさに圧縮された場合、押圧状態及び減圧（吸気）をしばらく維持する。その後、押圧を解除しても、被収容物２１が押圧前の状態に復元しないようになったら、減圧（吸気）を維持したまま被収容物２１を袋２５ごと取り出す。そして、加熱炉等により、これらを加熱する。所定時間の加熱後、被収容物２１を袋２５ごと加熱炉等から取り出すと、当該被収容物２１は自然冷却される。この実施の形態の被収容物２１の収納袋２１Ａや内容物２１Ｂは、加熱により軟化（熱変形）し、その後の冷却により硬化する化学繊維（熱可塑性のポリアミド等）により形成される。これにより、被収容物２１の形状は、上記加熱及び冷却により、圧縮状態の形状（上記のしわが形成された形状）で定着する。特に、前記加熱の際の加熱温度は、例えば、被収容物２１の収納袋２１Ａ及び内容物２１Ｂを形成している繊維のガラス転移点を超えない温度で、かつ、当該繊維の強伸度が大きく低下しない温度（繊維の劣化が０．５％未満に留まるような温度）とする（例えば、６０度前後）。さらに、当該加熱温度は、袋２５に影響を与えない温度とするとよい。

なお、内容物２１Ｂは、上記軟化及び硬化しない繊維により形成されてもよい。少なくとも収納袋２１Ａが上記軟化及び硬化しない繊維により形成されれば、圧縮状態の被収容物２１の形状を定着させることができる。ただし、内容物２１Ｂが上記軟化及び硬化しないと、圧縮前の状態に復帰しようとする内容物２１Ｂが収納袋２１Ａを押し、被収容物２１が変形してしまう場合もあるので、内容物２１Ｂも上記軟化及び硬化させるとよい。収納袋等は、芳香族ポリアミドに熱可塑性のポリウレタンをコーティングした繊維により形成されてもよい（ポリウレタンが上記軟化及び硬化に寄与する）。

なお、内容物２１Ｂに加熱したくない部分（例えば、前記の加熱温度によって不具合が生じる部分）がある場合には、図７に示すように、その部分を冷却カバー４１（例えば、内部に水を流す管４１Ａが通された布状部材）で覆い、加熱時に当該部分の温度が上がらないようにする。

（形状が定着した被収容物を回収カプセルに配置する行程；ステップＳ１０３）
上記定着後、被収容物２１を、再度、圧縮装置３０により圧縮（上記押圧（押し込み）及び減圧）を行い、上記の加熱によって生じる歪みを修正し、その後、直ちに被収容物２１を、袋２５から取り出し、回収カプセル１０の収容空間Ｓ１に配置してもよい。なお、歪みの修正が不要な場合等では、圧縮装置３０による再度の圧縮を省略し、上記定着（冷却）後、直ちに被収容物２１を、袋２５から取り出し、回収カプセル１０の収容空間Ｓ１に配置してもよい。

（本実施の形態の効果）
上記のように、被収容物２１を、型枠３１に押し込み圧縮し、当該被収容物２１の形状を加熱及び冷却により定着させてから（多少の変形、減圧又は押し込みの解除による元の形状への多少の復帰等は許容される）、当該被収容物２１を回収カプセル１０に収容するので、被収容物２１を収容するときに、当該被収容物２１が周囲（分離装置１６Ａ、内部筐体１１、分離パネル１２等）にかける圧力を低減でき、被収容物２１を好適に収容させることができる。特に、被収容物２１を収容する収容空間Ｓ１が、他の装置等を配置したあとの残余スペースになってしまい、分離装置１６Ａ及び連結部材１６Ｂによる凸部等、収容空間Ｓ１の形状が複雑であっても、当該被収容物２１が周囲（例えば、内部筐体１１、分離パネル１２、分離装置１６Ａ、連結部材１６Ｂ、装置等１７等）にかける負荷を低減でき、被収容物２１を好適に収容させることができる。また、回収カプセル１０の筐体が柔らかい場合であっても、被収容物２１の収納により、筐体（内部筐体１１、分離パネル１２等）の形状が変化してしまうことを低減できる（理想的には無くすことができる。低減について同じ）。

被収容物２１を型枠３１に押し込む際に、袋２５の内部を減圧することで、効率的に被収容物２１を圧縮できるとともに、袋２５の内部を減圧したまま被収容物２１を加熱するので、被収容物２１を型枠３１から取り出すときに、当該被収容物２１の形状が元に戻ってしまうこと（多少の戻りは許容される）を防止できる。

（変形例）
本発明は、上記実施の形態に限定されず、様々な変形及び応用が可能である。

型枠３１に被収容物２１を押し込んだ状態のまま加熱を行ってもよい。この場合、上記減圧及び袋２５を不要としてもよい。収容空間Ｓ１が十分な大きさを有する場合等では、被収容物２１を、型枠３１に入れ、押し込みや減圧無し（圧縮無し）に、変形させてもよい。

また、加熱する際に、高圧下で加熱を行ってもよい。被収容物２１の形状の定着は、加熱等によらず、テープ等を巻き付ける等により行われてもよい。例えば、減圧等を解除してから直ちに、つまり、被収容物２１が復元するまでに、テープ等を巻き付けることで被収容物２１の形状を定着させる。

被収容物２１を押圧する際、圧力センサを被収容物２１に挿入等し、被収容物２１の内容物にかかる圧力が所定値を超えないよう、被収容物２１を押圧する力を調整してもよい。また、Ｘ線断層装置等により、Ｘ線による内容物の変形の有無を確認してもよい。

収容物及び被収容物は、上記実施形態に限らず、他のものであってもよい。上記実施の形態のように、被収容物の形状を収納時の形状（多少復元されてもよい）に一旦定着させ、形状が定着した被収容物を収容物に収容することで、収容物における被収容物の周囲に余計な圧力がかかることを軽減でき、好適に被収容物を収容できる。なお、被収容物は、パラシュート又はフローティングバッグ等、折りたたまれて、圧縮されて収容されるものであるとよい。なお、型枠３１は、収容物と同形状のものであってもよい。例えば、第１の収容物を型枠とし、第１の収容物と同じ形状（同じ型）の第２の収容物を、実際に被収容物を収容するものとしてもよい。

収容空間Ｓ１及び再現空間Ｓ２は、上記凹部（分離装置１６Ａ等が入り込んだ分凹んだ部分）の代わり又は上記凹部に加えて、収容物の凹部の分だけ外側に突出した凸部（凹部同様、再現空間の輪郭の凸部は、収容空間の凸部の形状が簡素化されたものでもよい）が形成されたものであってもよい。

被収容物２１は、回収カプセル１０の現在位置を知らせる通信機器を入れた収納袋等であってもよい。

１０ 回収カプセル
１６Ａ 分離装置
１６Ｂ 連結部材
２１ 被収容物
２１Ａ 収納袋
２１Ｂ 内容物
２５ 袋
３１ 型枠
３１Ａ 型枠本体
３１Ｂ 凸部
３１Ｃ 凸部
Ｓ１ 収容空間
Ｓ２ 再現空間

Claims (6)

1. 宇宙空間からの荷物を地球に運搬する回収カプセルの収容空間に被収容物を収容する方法であって、
   前記収容空間は、パネルで囲われ前記回収カプセルの動作に必要な部材が配置された空間であり、前記収容空間を模した空間を形成する型枠に前記被収容物を入れて、当該被収容物を変形させる第１ステップと、
   前記第１ステップで変形させた前記被収容物の形状を定着させる第２ステップと、
   前記第２ステップで前記形状を定着させた前記被収容物を前記収容空間に配置する第３ステップと、
   を備える収容方法。
2. 前記型枠は、当該型枠の内壁から突出し、前記部材を模した凸部を備える、
   請求項１に記載の収容方法。
3. 前記被収容物は、内容物と、当該内容物を収納した収納袋と、を含み、
   前記第２ステップでは、前記第１ステップで変形させた前記被収容物の形状を保ったまま当該被収容物の少なくとも一部及び内容物の少なくとも一部を加熱し冷却することで、当該被収容物の形状を定着させる、
   請求項１又は２に記載の収容方法。
4. 前記第１ステップは、前記被収容物を袋に入れ、当該袋を減圧するステップを備える、
   請求項１から３の何れか１項に記載の収容方法。
5. 前記第２ステップでは、減圧された前記袋ごと前記被収容物を加熱する、
   請求項４に記載の収容方法。
6. 宇宙空間からの荷物を地球に運搬する回収カプセルの収容空間に収容される被収容物を形成する方法であって、
   前記収容空間は、パネルで囲われ前記回収カプセルの動作に必要な部材が配置された空間であり、前記収容空間を模した空間を形成する型枠に前記被収容物を入れて、当該被収容物を変形させる第１ステップと、
   前記第１ステップで変形させた前記被収容物の形状を定着させる第２ステップと、
   を備える被収容物の形成方法。

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