WO2019093520A1 - 網、テザー収容装置及び網の製造方法 - Google Patents

網、テザー収容装置及び網の製造方法 Download PDF

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WO2019093520A1
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tether
yarn
yarns
twist
net
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河本　聡美
賢太郎 壹岐
鈴木　勝也
Original Assignee
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
日東製網株式会社
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04C—BRAIDING OR MANUFACTURE OF LACE, INCLUDING BOBBIN-NET OR CARBONISED LACE; BRAIDING MACHINES; BRAID; LACE
    • D04C1/00—Braid or lace, e.g. pillow-lace; Processes for the manufacture thereof
    • D04C1/06—Braid or lace serving particular purposes
    • D04C1/08—Tulle fabrics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52—Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/56—Protection against meteoroids or space debris
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/26—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre with characteristics dependent on the amount or direction of twist
    • D02G3/28—Doubled, plied, or cabled threads

Definitions

  • the present invention relates to a net used as, for example, a space tether used to remove space debris, a tether accommodating device, and a method of manufacturing the net.
  • the tether is launched into space in a rolled up state, and extended by releasing an end mass attached to one end of the tether with a spring or the like at several m / s per second (see Non-Patent Document 1).
  • Patent Document 1 The inventors have proposed a lightweight, space-saving, high-strength space tether (see Patent Document 1).
  • the spacecraft at the tether end that was operating the tether breaks down or the spacecraft at the tether end breaks down, and the propulsion power and collision avoidance ability of the tether satellite are lost, etc. It will orbit on the orbit, giving the operating satellites a burden of collision avoidance and giving them the risk of collisions.
  • the object of the present invention is that even if the tether orbits the space orbit for a long period of time, it does not impose a burden on collision avoidance for operating satellites etc. To provide technology that will not give.
  • Another object of the present invention is to provide a technology that can be used for a fishing net that automatically spreads in mesh, an electric wire that does not get in the way when cutting itself, and the like.
  • the network according to one aspect of the present invention is kinked and deformed autonomously when tension is released.
  • the tension is released, and the mesh autonomously converges from the stretched state, for example, and the mesh as the tether
  • the mesh Even when orbiting in space for a long period of time, it is less likely to place a burden on collision avoidance on operating satellites and so on, and less likely to pose a risk of collision.
  • a net according to an aspect of the present invention comprises a first single yarn and a second single yarn having higher torsional rigidity than the first single yarn from a first single yarn with Z twist, and A first twine yarn obtained by up-twisting a first cocoon yarn with S twist, and a second single yarn from the first single yarn and the second single yarn by underlaying with a second twist yarn; A plurality of mesh yarns including a second twine yarn in which the two twine yarns are S-twisted and upper-twisted are formed in a net shape.
  • the plurality of mesh yarns are crossed in a zigzag shape so as to be knotless so that the first yarn and the second yarn are alternately adjacent to each other.
  • the second single yarn contains a piano wire, a tungsten wire or a high strength fiber.
  • a net according to an embodiment of the present invention is formed by twisting a first cop yarn from a plurality of single yarns, twisting a net yarn from a plurality of the first cop yarns, and forming a net from a plurality of the net yarns.
  • the balance between the twist density of the lower twist and the twist density of the upper twist is adjusted so as to converge autonomously at the time of tension release. This makes it possible to construct a net that autonomously converges from an extended state at tension release without using a special material.
  • a network according to an aspect of the present invention is used as a space tether.
  • a space tether which is a net according to an embodiment of the present invention has conductivity.
  • current flows to the tether, and an induced electromotive force can be generated to function as a conductive tether system.
  • the conductive site may be a bare (uncoated) tether that is uncoated and exposed. This allows the tether itself to capture surrounding electrons. Further, by forming the tether in a net shape, it is possible to capture more electrons, and the performance as the tether can be enhanced.
  • the net according to one aspect of the present invention is used as a fishing net.
  • the mesh according to one aspect of the present invention is used as a wire or attached to a wire as an auxiliary member.
  • the tether accommodating device winds and stores a weak twisting net by a pullout spool method when releasing tension, one end of the net extends from one side, and the other end of the net extends from the other side,
  • the first winding portion capable of extending the net from the one side and the other end of the net housed in the first winding portion are continuous, and the net with strong twist is released by the outer drawing spool method when the tension is released.
  • a second winding unit for winding and storing is provided in the tether accommodating device according to one aspect of the present invention
  • the weakly twisting net is a net that does not converge autonomously at tension release
  • the strong twist net is a net that converges autonomously at tension release.
  • a method of manufacturing a net according to the first aspect of the present invention a first single yarn and a second single yarn having higher torsional rigidity than that of the first single yarn are first twisted with Z twist.
  • a plurality of the first yarns are S-twisted from the plurality of the first yarns, and a plurality of the first yarns and the second yarns are secondarily-twisted with the S yarns.
  • a second yarn from the two cocoons of the above is S-twisted, and a plurality of the yarns including the first yarn and the second yarn are meshed in a knotless manner And at least the thickness of the second single yarn, or the density of the upper twist of the first or second mesh yarn and the second yarn so as to autonomously deform into a desired state when releasing tension. Adjust the balance with the density of the first twist of the 1st yarn. This makes it possible to manufacture a net that autonomously deforms to the desired state when the tension is released.
  • FIG. 2C It is a figure which shows the structure of the tether accommodating apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a partially expanded view of the tether which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating the yarn which comprises the tether shown in FIG. It is a figure which shows the kink of a line. It is a figure which shows S twist and Z twist.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a debris removal system according to an embodiment of the present invention.
  • the debris removal system 1 has a tether 10 as a net, a spacecraft 20 carrying a tether accommodating device for accommodating the tether 10, and an end mass 30 attached to one end of the tether 10.
  • An electron emission source is provided on the end mass 30 side.
  • the electron emission source is described, for example, in Non-Patent Document 1.
  • the spacecraft 20 is shown attached to the debris 2.
  • the tether 10 typically has a length of several kilometers to several tens of kilometers during extension, and when the tension is released by cutting etc, it kinks and converges autonomously and shrinks to about several tens m to several hundreds m be able to.
  • the twist is weak in a range 10a of about 100 m from one end, and is a portion which does not converge or does not converge almost autonomously at the tension release, and the twist is strong in the remaining range 10b and autonomous at the tension release. It is a part to focus on.
  • the part of the range 10a and the part of the range 10b are continuous, they may be integral from the time of manufacture, and these may be connected and integrated.
  • ⁇ Tether according to First Embodiment> are diagrams for explaining the configuration of the tether 10.
  • the tether 10 consists of 18 single yarns 11a and 11b, of which 12 single yarns 11a consist of aluminum wires and the remaining 6 single yarns 11b consist of stainless steel fibers.
  • the single yarn 11a of the aluminum wire is, for example, about 0.15 mm in diameter
  • the single yarn 11b of the stainless steel fiber is, for example, about 0.1 mm in diameter.
  • the tether 10 has good conductivity by including the single thread 11a of aluminum wire.
  • at least the single yarn 11a of the aluminum wire is exposed without being coated.
  • a portion of about 10 m at both ends of the tether 10 is constituted by a single yarn 11a of 12 aluminum wires and a single yarn 11b of 18 stainless steel fibers as a reinforcing portion.
  • said number, material, thickness, etc. are only an example, and various aspects are considered by this invention.
  • a single filament 11a of two aluminum wires and a single filament 11b of one stainless steel fiber are each pre-twisted into one pair to form six filaments 11.
  • each child thread 11 is constituted from single thread 11a of two aluminum wires and single thread 11b of three stainless steel fibers.
  • the tether 10 is a reticulated filament having a length of several kilometers to several tens of kilometers at the time of extension and a width of several millimeters.
  • 2B and 2C although a part is not twisted in order to explain composition of tether 10 intelligibly, in fact, this part is also twisted and it is constituted in the shape of a net further.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the tether 10.
  • the tether 10 forms a net by tying three net yarns 12 to adjacent net yarns 12 at predetermined intervals or at random intervals. These tied portions are called intersections 14. Each crossing portion 14 typically crosses in a zigzag manner to form a net structure. By making the structure of the net, it is possible to reduce the weight and to prevent bulkiness when stored.
  • the tension tether 10 at the time of tension release supertwists the twist density at the time of untwisting the single yarn 11a and 11b shown in FIG. 2B from the single yarn 11 and the double yarn 11 from the second yarn 11 shown in FIG.
  • the tether 10 By adjusting the balance with the twist density at the time, it can be configured to converge autonomously at the time of tension release. Also, by weakening the twist of the tether 10, the tether 10 can be configured such that such focusing does not occur or substantially does not occur. Furthermore, the tether 10 can be configured to be non-focused or substantially non-focused upon tension release by adjusting the balance between the twist density of the first twist and the twist density of the first twist.
  • a range 10a of about 100 m from one end of the tether 10 is configured to weaken the twist of the tether 10 so that it does not converge or does not converge at tension release.
  • the balance between the twist density of the first twist and the twist density of the first twist is adjusted so as to converge at the time of tension release.
  • FIG. 4 is a view showing the configuration of a tether accommodating device according to an embodiment of the present invention.
  • the tether accommodating device 40 typically accommodates the tether 10 shown in FIG. 1 and has two winding portions 42, 43 in a housing 41.
  • the first winding unit 42 winds up and accommodates a portion of the range 10 a of about 100 m from the one end of the tether 10.
  • the second winding unit 43 winds up and accommodates the portion of the remaining area 10 b of the tether 10.
  • the first winding portion 42 winds up and accommodates the tether 10 by the internal withdrawal spool method, one end of the tether 10 extends from one side 42a, the other end of the tether 10 extends from the other side 42b, and one side 42a
  • the tether 10 can be extended outside.
  • An end mass 30 is attached to one end of the tether 10.
  • the tether 10 is wound and stored in a fixed spool reel 42c fixed to the housing 41 and not rotating, and the tether 42 is not rotated and the axial direction of the reel 42c is not rotated. And from the inside. That is, the tether 10 is extended by being pulled out in the axial direction of the reel 42c while being pulled outward from the outer periphery of the reel 42c.
  • the second winding unit 43 is continuous with the other end of the tether 10 housed in the first winding unit 42, and winds and accommodates the tether 10 by an outer removal spool method.
  • the outer removal spool method typically, the tether 10 is wound and stored in a fixed type spool reel 43c fixed to the housing 41 and not rotating, and the tether 43 is not rotated and the axial direction of the reel 43c is not rotated. And extend from the outside. That is, the tether 10 is extended by being pulled out in the axial direction of the reel 43c while being pulled inward from the outer periphery of the tether 10 wound around the reel 43c.
  • the internal withdrawal spool method has smaller frictional resistance (extension resistance) when the tether 10 is extended as compared with the external removal spool method.
  • first and second winding units 42 and 43 are arranged in series, but may be arranged in parallel. Further, two or more sets of the first and second winding sections 42 and 43 may be provided.
  • the tether accommodating device 40 is mounted on the spacecraft 20.
  • the end mass 30 mounted on the spacecraft 20 is directed downward (toward the earth) and released at a speed of several tens cm to several m per second by the force of a spring or the like.
  • the tether 10 is withdrawn from the tether containing device 40 and extends downward.
  • the tether accommodating device 40 when the tether 10 is extended, the tether 10 taken up by the first winding unit 42 is first extracted.
  • the tether 10 with a weak twist is extended from the reel 42c by the inner pulling spool method with a small extension resistance. Thereby, the tether 10 can be extended at high speed without applying excessive tension.
  • the gravity inclination becomes large. Then, the tether 10 taken up by the second winding portion 43 is extracted, and the tether 10 is extended.
  • the strong twisting tether 10 is extended while applying the brake resulting from the large extension resistance from the reel 43c by the outside pulling spool method. This allows the tether 10 to be extended without becoming excessively fast or applying excessive tension.
  • the tether accommodating device 40 can extend the tether 10 smoothly.
  • the tether 10 is tensioned and extended between the debris and the end mass 30 in space, and a current flows to the tether 10 by emitting electrons from the electron emission source, and the Lorentz force is tethered. 10, the debris descends with the debris removal system 1 and eventually rushes into the atmosphere and disappears.
  • the gravity slope is lost by automatically removing the tether after a predetermined time.
  • the tension of the tether 10 is released, the tether 10 converges autonomously from the extended state.
  • At least one of the plurality of mesh yarns may be made of a material in which at least one single yarn autonomously converges at tension release.
  • the yarn 11 constituting the tether 10 is composed of the single yarn 11a of the aluminum wire and the single yarn 11b of the stainless steel fiber, but it is made of a material that converges autonomously at the time of tension release.
  • a single yarn may be added over the whole or a part of the area.
  • a material which converges autonomously at the time of releasing tension it is preferable to use a material having high strength or high torsional rigidity, such as a high strength fiber represented by a monofilament fiber or a piano wire.
  • the present invention is not limited to such a material, and other materials such as tungsten wire may be used. By using these materials, it is possible to strengthen the strength of the tether itself while enabling autonomous focusing from the stretched state at the time of tension release.
  • the tether is cut or the like by putting a weak twist, set or the like on the tether by changing the balance of twist at the time of producing the tether, or putting the above-mentioned high strength fibers etc. in part.
  • the gravity gradient is lost, the tethers are focused and gathered together to reduce the burden on the operation satellite without leaving the tether having a length of several kilometers to several tens of kilometers in the outer space.
  • a tether was aluminum wire and stainless steel fiber
  • other materials may be used.
  • a conductive aramid fiber instead of a stainless steel fiber, it is possible to reduce the weight while maintaining the strength and the conductivity.
  • the tether according to the present invention can be used for debris removal and the like without having conductivity.
  • the tether according to the present invention can be used in various applications other than for debris removal in space.
  • the tether storage device may store a tether other than the tether according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining the configuration of the tether 50 according to the second embodiment.
  • the tether 50 as a net has first to seventh net yarns 51 to 57, and has a zigzag shape so that the first to seventh net yarns 51 to 57 are knotless. For example, it crosses at intervals of about 30 cm, and is formed in a mesh shape.
  • a knotless network By using a knotless network, there are no knots, no bulkiness, and no reduction in strength at the knots.
  • the mesh does not deviate by making the zigzag shape.
  • a penetration type may be adopted. As shown in FIG.
  • each of the first to seventh mesh yarns 51 to 57 is formed by twisting two yarns 61 on top.
  • the first to sixth mesh yarns 51 to 56 have the cop yarn 61 made of four aluminum and one conductive aramid fiber as a first single yarn.
  • a single piano wire 72 as a second single yarn is, for example, 0.150.15 mm, and the thickness of the piano wire 72 is, for example, 0.050.05 mm.
  • the piano wire 72 as the second single yarn has higher torsional rigidity than the aluminum wire 71 as the first single yarn.
  • the thicknesses of the aluminum 71 and the piano wire 72 are not limited to this example.
  • the number of child threads is not limited to this example.
  • the yarn of the seventh mesh yarn 57 (not shown) is formed by priming four aluminum and conductive aramids (not shown).
  • the first, third and fifth mesh yarns 51, 53, 55 are firstly twisted from the aluminum 71 and the piano wire 72 by Z twist of the first yarn 61, and are secondly twisted with two second yarns 61 by S twist.
  • the second, fourth, and sixth mesh yarns 52, 54, 56 are formed by untwisting the child yarn 61 from the aluminum 71 and the piano wire 72 by S twisting, and super twisting the child yarn 61 by S twisting.
  • the S twist is to twist the twisting direction of the yarn 81 to the right as shown in FIG. 8A
  • the Z twist is to twist the yarn 82 as shown in FIG. 8B. Twist the direction to the left.
  • the tether 50 by mixing the S twist and the Z twist as described above, the balance of kinks between mesh yarns is broken, and it is possible to cause autonomous focusing more strongly.
  • the tether 10 according to the first embodiment is a reticulated filament having a width of several mm, that is, a net, it has a form close to a string, but the tether 50 according to the second embodiment has a width of 10 cm It has the form of a net of ⁇ 100 cm, typically about 30 cm.
  • the tether 50 is made of aluminum 71 and a piano wire 72, has conductivity, and has the form of a net, and by increasing the area, the tether 50 itself can capture more surrounding electrons, and as a tether Performance can be enhanced.
  • the tether 50 has the form of a net, and by having a certain degree of width, it is possible to lower the probability of being cut off by cutting even if it is partially cut.
  • first to sixth yarns 51 to 56 include the piano wire 72
  • a tungsten wire or a high-strength fiber may be used instead of the piano wire.
  • the first to sixth yarns 51 to 56 include the aluminum wire 71, but may be made of other materials.
  • the surfaces of the aluminum wire 71 and the piano wire 72 may be plated with a material having a lower electric resistance such as copper.
  • the tether according to the above embodiment is kinked and autonomously converges at the time of tension release, but the network according to the present invention may be one that kinks and autonomously deforms when the tension is released.
  • the network according to the present invention may be kinked at the time of tension release and autonomously coiled, may be kinked at the time of tension release, and may open the mesh autonomously, or may be kinked at the release of tension and the mesh may be autonomously. It may be overturned.
  • the material and thickness of the single yarn (piano wire) and the method of twisting balance of upper twist and lower twist (density and twist strength), twist direction (S twist, Z twist), etc. are appropriately selected. It can be realized by doing.
  • the net according to the present invention can be used for applications other than the space tether.
  • it can be used as a fishing net by being configured to kink automatically when tension is released to open the mesh autonomously.
  • the electric wire can be prevented from becoming an obstacle when it is cut.
  • Tether 11 Filament 11a: Single Yarn 11b: Single Yarn 12: Yarn 40: Tether accommodation device 42: First winding portion 42a: One side 42b: Other side 43: Second winding portion

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Abstract

【課題】切断などの際に伸展した状態から自律的に集束するテザーを提供すること。 【解決手段】テザー１０は、張力解放時にキンクして自律的に集束する網である。テザー１０は、伸展時には数ｋｍ～数十ｋｍの長さで、切断などで張力が解放したときにキンクして自律的に集束して数十ｍ～数百ｍ程度まで縮めることができる。

Description

網、テザー収容装置及び網の製造方法
　本発明は、例えば宇宙空間のデブリを除去するために用いられる宇宙用テザーなどとして用いられる網、テザー収容装置及び網の製造方法に関する。
　導電性テザーや運動量変換用テザーなどが提案され、数百ｍ～数十ｋｍの長さのテザーが宇宙空間で実証されている。
　テザーは、巻き取られた状態で宇宙空間に打ち上げられ、テザーの一端に取り付けられたエンドマスをバネなどで秒速数ｍ／ｓで放出することなどで伸展される（非特許文献１参照）。
　本発明者らは、軽量、省占有面積、かつ、高強度の宇宙用テザーを提案している（特許文献１参照）。
特開２００７－１３１１２４号公報
http://www.kenkai.jaxa.jp/research/debris/deb-edt.html
　テザーが切断したり、テザーを運用していたテザー端の宇宙機が故障して、テザー衛星の推進力や衝突回避能力が失われた場合などに、テザーが伸展した状態で長期間宇宙空間の軌道上を周回することになり、運用衛星などに衝突回避の負担を与えたり、衝突のリスクを与えていた。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、テザーが長期間宇宙空間の軌道上を周回することになっても、運用衛星などに衝突回避の負担を与えることがなく、また衝突のリスクを与えることがなくなる技術を提供することにある。　
　本発明の別の目的は、自動的に網目が広がる漁網やそれ自体の切断時に邪魔にならない電線などに用いることができる技術を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る網は、張力解放時にキンクして自律的に変形する。　
　本発明では、典型的には、宇宙空間で張力がかかって伸展した状態のテザーとしての網が切断すると張力が解放され、網は伸展した状態から自律的に例えば集束し、テザーとしての網が長期間宇宙空間の軌道上を周回することになっても、運用衛星などに衝突回避の負担を与えることが少なく、また衝突のリスクを与えることが少なくなる。
　本発明の一形態に係る網は、第１の単糸及び前記第１の単糸よりもねじり剛性の高い第２の単糸から第１の子糸をＺ撚りで下撚りし、複数の前記第１の子糸をＳ撚りで上撚りした第１の綱糸と、前記第１の単糸及び前記第２の単糸から第２の子糸をＳ撚りで下撚りし、複数の前記第２の子糸をＳ撚りで上撚りした第２の綱糸とを含む複数の網糸を網状に構成してなる。
　本発明の一形態に係る網は、前記第１の綱糸と前記第２の綱糸とが交互に隣接するように、前記複数の網糸を無結節となるように千鳥型に交差して構成される。　
　本発明の一形態に係る網は、前記第２の単糸は、ピアノ線、タングステン線又は高強度の繊維を含む。　
　本発明の一形態に係る網は、これらの材料の第２の子糸を含むことで、張力解放時に伸展した状態から自律的に集束することを可能にし、その集束する力を強くでき、しかも網自体の強度を強くすることができる。
　本発明の一形態に係る網は、複数の単糸から第１の子糸を下撚りし、複数の前記第１の子糸から網糸を上撚りし、複数の前記網糸から網状に構成してなり、張力解放時に自律的に集束するように前記下撚りの撚り密度と前記上撚りの撚り密度とのバランスが調整されている。これにより、特別な材料を用いることなく、張力解放時に伸展した状態から自律的に集束する網を構成できる。
　本発明の一形態に係る網は、宇宙用テザーとして用いられる。
　本発明の一形態に係る網である宇宙用テザーは、導電性を有する。これにより、テザーに電流が流れ、誘導起電力が発生することが可能となり、導電性テザーシステムとして機能する。導電性を有する部位は被覆されず露出しているベア（被覆なし）テザーのこともある。これにより、テザー自体が周囲の電子を捕獲できる。また、テザーを網状に構成することでより多くの電子を捕獲することが可能となり、テザーとしての性能を高めることができる。
　本発明の一形態に係る網は、漁網として用いられる。
　本発明の一形態に係る網は、電線として用いられ、又は電線に補助部材として添えられる。
　本発明の一形態に係るテザー収容装置は、張力解放時に撚りの弱い網を内抜きスプール方式で巻き取って収容し、一側より網の一端が延び、他側より網の他端が延び、前記一側より網を外部に伸展できる第１の巻き取り部と、前記第１の巻き取り部に収容された網の他端と連続し、張力解放時に撚りの強い網を外抜きスプール方式で巻き取って収容する第２の巻き取り部とを具備する。　
　本発明の一形態に係るテザー収容装置は、前記撚りの弱い網は、張力解放時に自律的に集束しない網であり、前記撚りの強い網は、張力解放時に自律的に集束する網である。　
　これにより、このテザー収容装置を宇宙で使用した場合、テザーをスムーズに伸展することができる。
　本発明の一形態に係る網の製造方法は、第１の単糸及び前記第１の単糸よりもねじり剛性の高い第２の単糸から第１の子糸をＺ撚りで下撚りし、複数の前記第１の子糸から第１の網糸をＳ撚りで上撚りし、前記第１の単糸及び前記第２の単糸から第２の子糸をＳ撚りで下撚りし、複数の前記２の子糸から第２の網糸をＳ撚りで上撚りし、前記第１の綱糸と前記第２の綱糸とを含む複数の網糸を無結節となるように網状に構成する工程を有し、張力解放時に所望の状態に自律的に変形するように、少なくとも前記第２の単糸の太さ、又は前記第１又は第２の網糸の上撚りの密度と前記第１の子糸の下撚りの密度とのバランスを調整する。　
　これにより、張力解放時に所望の状態に自律的に変形する網の製造することができる。
　本発明により、テザーが長期間宇宙空間の軌道上を周回することになっても、運用衛星などに衝突回避の負担を与えることがなく、また衝突のリスクを与えることがなくなる。
　本発明により、自動的に網目が広がる漁網やそれ自体の切断時に邪魔にならない電線などを提供できる。
本発明の第１の実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図である。 図１に示したテザーを構成する単糸を説明するための図である。 図１に示したテザーを構成する子糸を説明するための図である。 図１に示したテザーを構成する網糸を説明するための図である。 図２Ｃに示したテザーの一部拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係るテザー収容装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るテザーの一部拡大図である。 図５に示したテザーを構成する網糸を説明するための図である。 線のキンクを示す図である。 Ｓ撚り及びＺ撚りを示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。　
　＜デブリ除去システム＞　
　図１は、本発明の一実施形態に係るデブリ除去システムの構成を示す図である。
　デブリ除去システム１は、網としてのテザー１０と、テザー１０を収容するテザー収容装置を搭載する宇宙機２０と、テザー１０の一端に取り付けられたエンドマス３０とを有する。エンドマス３０側には、電子放出源が設けられている。電子放出源については、例えば非特許文献１に記載されている。図１では、宇宙機２０がデブリ２に取り付けられた状態を示した。
　テザー１０は、典型的には、伸展時には数ｋｍ～数十ｋｍの長さで、切断などで張力が解放したときにキンクして自律的に集束して数十ｍ～数百ｍ程度まで縮めることができる。テザー１０のうち、一端から１００ｍ程度の範囲１０ａについては撚りが弱く、張力解放時に自律的に集束しない乃至ほぼ集束しない部分であり、残りの範囲１０ｂについては撚りが強く、張力解放時に自律的に集束する部分である。なお、範囲１０ａの部分と範囲１０ｂの部分とは連続するものであるが、製造時から一体物であってもよいし、これらを接続して一体化してもよい。
　＜第１の実施形態に係るテザー＞　
　〈テザーの構成〉　
　図２Ａ～Ｅは、テザー１０の構成を説明するための図である。　
・単糸　
　図２Ａに示すように、テザー１０は１８本の単糸１１ａ、１１ｂからなり、そのうち１２本の単糸１１ａはアルミニウムワイヤからなり、残り６本の単糸１１ｂはステンレス繊維からなる。アルミニウムワイヤの単糸１１ａは例えば直径０．１５ｍｍ程度であり、ステンレス繊維の単糸１１ｂは例えば直径０．１ｍｍ程度である。テザー１０はアルミニウムワイヤの単糸１１ａを含むことで良好な導電性を有する。また少なくともアルミニウムワイヤの単糸１１ａは被覆がされずに露出している。更に、テザー１０の両端の例えば１０ｍ程度の部分は、補強部として１２本のアルミニウムワイヤの単糸１１ａ及び１８本のステンレス繊維の単糸１１ｂから構成されている。なお、上記の本数、材料、太さなどは一例にすぎず、本発明では様々な態様が考えられる。
・子糸
　図２Ｂに示すように、２本のアルミニウムワイヤの単糸１１ａと１本のステンレス繊維の単糸１１ｂを１組としてそれぞれ下撚りされ、６本の子糸１１が構成される。なお、上記の補強部では、各子糸１１は、２本のアルミニウムワイヤの単糸１１ａと３本のステンレス繊維の単糸１１ｂとから構成される。
・網糸／テザー
　図２Ｃに示すように、２本の子糸１１を１組としてそれぞれ上撚され、３本の網糸１２が構成されると共に、３本の網糸１２が網状に構成するように結ばれることで、１本のテザー１０が構成される。すなわち、テザー１０は、伸展時には長さが数ｋｍ～数十ｋｍで、幅が数ｍｍの網状の線条体である。なお、図２Ｂ、Ｃにおいて、一部はテザー１０の構成を分かりやすく説明するために撚られていないが、実際にはこの部分も撚られて、更に網状に構成されている。
　図３は、テザー１０の拡大図である。テザー１０は、３本の網糸１２がそれぞれ隣接する網糸１２と所定の間隔或いはランダム間隔で結ぶことで網状を構成している。これらの結ばれた部分を交差部１４と呼ぶ。各交差部１４は、典型的には、網の構造となるように、千鳥型で交差している。網の構造とすることで、軽量化し、且つ、収納時に嵩が張らないようにすることができる。
・張力解放時の集束
　テザー１０は、図２Ｂに示した単糸１１ａ、１１ｂから子糸１１を下撚りする際の撚り密度と、図２Ｃに示した子糸１１から網糸１２を上撚りする際の撚り密度とのバランスを調整することで、張力解放時に自律的に集束するように構成できる。また、テザー１０は、テザー１０の撚りを弱くすることで、そのような集束しない或いはほぼ集束しないように構成できる。更に、テザー１０は、下撚りの撚り密度と上撚りの撚り密度とのバランスを調整することで、張力解放時に集束しない或いはほぼ集束しないように構成できる。
　この実施形態においては、テザー１０の一端から１００ｍ程度の範囲１０ａは、テザー１０の撚りを弱くして、張力解放時に集束しない或いはほぼ集束しないように構成されている。残りの範囲１０ｂは、張力解放時に集束するように、下撚りの撚り密度と上撚りの撚り密度とのバランスが調整されている。
　〈テザー収容装置〉　
　図４は、本発明の一実施形態に係るテザー収容装置の構成を示す図である。
　テザー収容装置４０は、典型的には図１に示したテザー１０を収容するものであり、筐体４１内に２つの巻き取り部４２、４３を有する。
　第１の巻き取り部４２は、テザー１０のうちその一端から１００ｍ程度の範囲１０ａの部分を巻き取り収容する。第２の巻き取り部４３は、テザー１０のうち残りの範囲１０ｂの部分を巻き取り収容する。
　第１の巻き取り部４２は、テザー１０を内抜きスプール方式で巻き取って収容し、一側４２ａよりテザー１０の一端が延び、他側４２ｂよりテザー１０の他端が延び、一側４２ａよりテザー１０を外部に伸展できる。テザー１０の一端には、エンドマス３０が取り付けられている。内抜きスプール方式は、典型的には、筐体４１に固定され且つ回転しない固定型スプールリール４２ｃにテザー１０を巻き取って収納し、リール４２ｃが回転せずにテザー１０をリール４２ｃの軸方向に且つ内側から伸展する。すなわち、テザー１０は、リール４２ｃの外周から外側方向に向けて抜けつつ、リール４２ｃの軸方向に抜けていくことで伸展される。
　第２の巻き取り部４３は、第１の巻き取り部４２に収容されたテザー１０の他端と連続し、テザー１０を外抜きスプール方式で巻き取って収容する。外抜きスプール方式は、典型的には、筐体４１に固定され且つ回転しない固定型スプールリール４３ｃにテザー１０を巻き取って収納し、リール４３ｃが回転せずにテザー１０をリール４３ｃの軸方向に且つ外側から伸展する。すなわち、テザー１０は、リール４３ｃに巻かれたテザー１０の外周から内側方向に向けて抜けつつ、リール４３ｃの軸方向に抜けていくことで伸展される。
　内抜きスプール方式は、外抜きスプール方式と比べて、テザー１０の伸展の際の摩擦抵抗（伸展抵抗）が小さい。
　なお、この例では、第１及び第２の巻き取り部４２、４３が直列に配置されているが、並列に配置してもよい。また、第１及び第２の巻き取り部４２、４３はそれぞれ２組以上有してもよい。
　このテザー収容装置４０は宇宙機２０に搭載されている。
　宇宙機２０がデブリに固定されると、宇宙機２０に搭載されたエンドマス３０を下方（地球側）に向けてバネ等の力により秒速数数十cm～数ｍ程度の速度で放出する。テザー１０はテザー収容装置４０から抜き出されて下方に向けて伸展する。
　テザー収容装置４０では、テザー１０を伸展する際に、最初は第１の巻き取り部４２に巻き取られたテザー１０が抜き出される。
　第１の巻き取り部４２では、伸展抵抗の小さい内抜きスプール方式によるリール４２ｃから撚りの弱いテザー１０が伸展される。これにより、高速にかつ過大な張力をかけずにテザー１０を伸展させることができる。
　その後、伸展の距離がある程度、例えば１００ｍ程度伸びると、重力傾斜が大きくなる。そうなると、第２の巻き取り部４３に巻き取られたテザー１０が抜き出されて、テザー１０が伸展される。
　第２の巻き取り部４３では、外抜きスプール方式によるリール４３ｃから伸展抵抗の大きいことから生じるブレーキをかけながら撚りの強いテザー１０が伸展される。これにより、過度に高速になったり過大な張力をかけずにテザー１０を伸展することができる。
　従って、この実施形態に係るテザー収容装置４０により、テザー１０をスムーズに伸展することができる。
　なお、このテザー収容装置４０にテザー１０を収容する際に、張力解放時にキンクして自律的に集束するようにテザー１０を捻ってもよい。
　〈作用・効果〉　
　このようにして、テザー１０は、宇宙空間でデブリとエンドマス３０との間で張力がかかって伸展した状態となり、電子放出源から電子を放出することでテザー１０に電流が流れ、ローレンツ力がテザー１０にかかり、デブリはデブリ除去システム１と共に下降し、やがて大気圏に突入し、消失する。
　このように大気圏に突入し、消失する前に、テザー１０が何らかの原因で切断したり、宇宙機２０が故障した場合には一定時間後に自動的にテザーが外れることにより、重力傾斜が失われ、テザー１０の張力が解放されると、テザー１０は伸展した状態から自律的に集束してまとまる。
　このようにテザー１０が集束してまとまることで、数ｋｍ～数十ｋｍという長さのテザー１０が宇宙空間に残らずに、運用衛星に与える負担を少なくすることができる。
　すなわち、テザー１０が長期間宇宙空間の軌道上を周回することになっても、その長さが極めて短くなり、運用衛星などに衝突回避の負担を与えることが少なく、また衝突のリスクを与えることが少なくなる。
〈その他〉
　本発明は、上記の実施形態には限定されず、その技術思想の範囲内で実施することが可能であり、その実施の範囲も本発明の範囲に属するものである。
　例えば、本発明に係るテザーでは、複数の網糸のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの単糸が張力解放時に自律的に集束する材料からなるものであってもよい。例えば、上記実施形態では、テザー１０を構成する子糸１１がアルミニウムワイヤの単糸１１ａとステンレス繊維の単糸１１ｂからなるものであったが、これに張力解放時に自律的に集束する材料からなる単糸を全体にわたり或いは一部の領域に追加すればよい。張力解放時に自律的に集束する材料としては、モノフィラメント繊維に代表される高強度の繊維やピアノ線など、高強度乃至ねじり剛性が高い材料を用いることが好ましい。ただし、本発明はこのような材料に限定されず、タングステン線など他の材料を用いてもよい。これらの材料を用いることで、張力解放時に伸展した状態から自律的に集束することを可能にしつつテザー自体の強度を強くすることができる。本発明では、テザー製作時の撚りのバランスを変えたり、上記の高強度の繊維などを一部に入れるなどで、テザーに弱い撚りやくせ等をつけておくことにより、テザーが切断したりして重力傾斜が失われた場合に、テザーが集束してまとまることにより、数ｋｍ～数十ｋｍという長さのテザーが宇宙空間に残らずに、運用衛星に与える負担を小さくすることができる。
　上記の実施形態では、テザーがアルミニウムワイヤやステンレス繊維であったが、他の材料を用いてもよい。例えば、ステンレス繊維に代えて導電性アラミド繊維を用いることで、強度及び導電率を維持しつつ、軽量化することができる。
　また、本発明に係るテザーの表面に例えばＭｏＳ２導電性膜を焼成し、真空凝着を防止しつつ伸展抵抗を低減することができる。
　更に、本発明に係るテザーは、導電性を有していなくてもデブリ除去等に用いることが可能である。
　また、本発明に係るテザーは、宇宙空間におけるデブリ除去用以外の様々な用途に用いることができる。
　更に、本発明に係るテザー収容装置は、本発明に係るテザー以外のテザーを収容してもよい。
　＜第２の実施形態に係るテザー＞　
　図５は、第２の実施形態に係るテザー５０の構成を説明するための図である。　
　図５に示すように、網としてのテザー５０は、第１～第７の網糸５１～５７を有し、第１～第７の網糸５１～５７を無結節となるように千鳥型に（図３参照）例えば３０ｃｍ程度の間隔で交差して網状に構成される。無結節網とすることで、結び目がなくかさばらず、また結び目における強度低下がなくなる。また、千鳥型とすることで、網目がずれなくなる。ただし、本発明では、貫通型を採用しても勿論構わない。
　第１～第７の網糸５１～５７は、それぞれ、図６に示すように、２本の子糸６１を上撚りしてなる。　
　第１～第７の網糸５１～５７のうち第１～第６の網糸５１～５６の子糸６１は、第１の単糸としての４本のアルミニウム及び１本の導電性アラミド繊維７１及び第２の単糸としての１本のピアノ線７２を下撚りしてなる。アルミニウム７１の太さは、例えばΦ０．１５ｍｍであり、ピアノ線７２の太さは、例えばΦ０．０５ｍｍである。また、第２の単糸としてのピアノ線７２は第１の単糸としてのアルミニウム線７１よりねじり剛性が高い。ねじり剛性が高い材料を混在させて撚ることで、図７に示すように、子糸６１自体が符号６１ａに示す如くキンクしようとし、自律的な集束を実現することができる。
　なお、本発明では、アルミニウム７１及びピアノ線７２の太さは、この例に限定されない。また、子糸の本数もこの例に限定されない。
　第７の網糸５７の子糸（図示を省略）は、４本のアルミニウム及び導電性アラミド（図示を省略）を下撚りしてなる。
　第１、第３及び第５の網糸５１、５３、５５は、アルミニウム７１及びピアノ線７２から子糸６１をＺ撚りで下撚りし、２本の子糸６１をＳ撚りで上撚りしてなる。　
　第２、第４及び第６の網糸５２、５４、５６は、アルミニウム７１及びピアノ線７２から子糸６１をＳ撚りで下撚りし、子糸６１をＳ撚りで上撚りしてなる。　
　Ｓ撚りとは、図８（Ａ）に示すように、糸８１の撚る方向を右に撚ることであり、Ｚ撚りとは、図８（Ｂ）に示すように、糸８２の撚る方向を左に撚ることである。　
　本実施形態に係るテザー５０では、上記の如くＳ撚りとＺ撚りを混在させることで、網糸間のキンクのバランスが崩れ、自律的な集束をより強く引き起こすことができる。
　第１の実施形態に係るテザー１０は幅が数ｍｍの網状の線条体、つまり網といえるが、紐に近い形態であったが、第２の実施形態に係るテザー５０は、幅が１０ｃｍ～１００ｃｍ、典型的には３０ｃｍ程度の網の形態を有する。テザー５０は、アルミニウム７１及びピアノ線７２からなり、導電性を有し、かつ、網の形態を有し面積を大きくすることで、テザー５０自体が周囲の電子をより多く捕獲でき、テザーとしての性能を高めることができる。また、テザー５０は、網の形態を有し、ある程度の幅を有することで、部分的に切れた場合でも、切断によって切り離れる確率を低くすることができる。
　なお、第１～第６の網糸５１～５６の子糸６１は、ピアノ線７２を含むものであったが、ピアノ線に代えてタングステン線や高強度の繊維を用いてものよい。　
　第１～第６の網糸５１～５６の子糸６１は、アルミニウム線７１を含むものであったが、他の材質であってもよい。　
　アルミニウム線７１やピアノ線７２の表面に、銅等のより電気抵抗の低い材料のメッキを施してもよい。　
　＜応用例＞　
　上記の実施形態に係るテザーは、張力解放時にキンクして自律的に集束するものであったが、本発明に係る網は、張力解放時にキンクして自律的に変形するものであればよい。例えば、本発明に係る網は、張力解放時にキンクして自律的にコイル状にまとまったり、張力解放時にキンクして自律的に網目が開いたり、或いは張力解放時にキンクして自律的に網目がひっくり返るものであってもよい。このような変形は、単糸の材質や太さ（ピアノ線）や撚り方（上撚りや下撚りのバランス（密度や撚り強さ）、撚り方向（Ｓ撚り、Ｚ撚り）等）を適宜選択することで実現することができる。
　上記の実施形態では、宇宙用テザーを例にして説明したが、本発明に係る網は、宇宙用テザー以外の用途にも用いることができる。例えば、張力解放時にキンクして自律的に網目が開くように構成することで、漁網として用いることができる。また、張力解放時にキンクして自律的に集束する網を電線又は電線に補助部材として添えられる部材として用いることで、電線が切断したときに邪魔にならないようにすることができる。
１０、５０　　：テザー
１１　　：子糸
１１ａ　：単糸
１１ｂ　：単糸
１２　　：網糸
４０　　：テザー収容装置
４２　　：第１の巻き取り部
４２ａ　：一側
４２ｂ　：他側
４３　　：第２の巻き取り部

Claims (12)

  1. 　張力解放時にキンクして自律的に変形する網。
  2. 　第１の単糸及び前記第１の単糸よりもねじり剛性の高い第２の単糸から第１の子糸をＺ撚りで下撚りし、複数の前記第１の子糸をＳ撚りで上撚りした第１の綱糸と、前記第１の単糸及び前記第２の単糸から第２の子糸をＳ撚りで下撚りし、複数の前記第２の子糸をＳ撚りで上撚りした第２の綱糸とを含む複数の網糸を網状に構成してなる請求項１に記載の網。
  3. 　前記第１の綱糸と前記第２の綱糸とが交互に隣接するように、前記複数の網糸を無結節となるように千鳥型に交差してなる請求項２に記載の網。
  4. 　前記第２の単糸は、ピアノ線、タングステン線又は高強度の繊維を含む請求項２又は３に記載の網。
  5. 　複数の単糸から第１の子糸を下撚りし、複数の前記第１の子糸から網糸を上撚りし、複数の前記網糸から網状に構成してなり、
    　張力解放時に自律的に変形するように前記下撚りの撚り密度と前記上撚りの撚り密度とのバランスが調整された請求項１～４のうちいずれか一項に記載の網。
  6. 　宇宙用テザーとして用いられる請求項１～５のうちいずれか一項に記載の網。
  7. 　導電性を有する請求項６に記載の網。
  8. 　漁網として用いられる請求項１～５のうちいずれか一項に記載の網。
  9. 　電線として用いられ、又は電線に補助部材として添えられる請求項１～５のうちいずれか一項に記載の網。
  10. 　張力解放時に撚りの弱いテザーを内抜きスプール方式で巻き取って収容し、一側よりテザーの一端が延び、他側よりテザーの他端が延び、前記一側よりテザーを外部に伸展できる第１の巻き取り部と、
    　前記第１の巻き取り部に収容されたテザーの他端と連続し、張力解放時に撚りの強いテザーを外抜きスプール方式で巻き取って収容する第２の巻き取り部と
    　を具備するテザー収容装置。
  11. 　前記撚りの弱いテザーは、張力解放時に自律的に集束しないテザーであり、前記撚りの強いテザーは、張力解放時に自律的に集束するテザーである請求項８に記載のテザー収容装置。
  12. 　第１の単糸及び前記第１の単糸よりもねじり剛性の高い第２の単糸から第１の子糸をＺ撚りで下撚りし、
    　複数の前記第１の子糸から第１の網糸をＳ撚りで上撚りし、
    　前記第１の単糸及び前記第２の単糸から第２の子糸をＳ撚りで下撚りし、
    　複数の前記２の子糸から第２の網糸をＳ撚りで上撚りし、
    　前記第１の綱糸と前記第２の綱糸とを含む複数の網糸を無結節となるように網状に構成する工程を有し、
    　張力解放時に所望の状態に自律的に変形するように、少なくとも前記第２の単糸の太さ、又は前記第１又は第２の網糸の上撚りの密度と前記第１の子糸の下撚りの密度とのバランスを調整する
    　網の製造方法。
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