JP5366607B2 - ロケットの放出方法及び放出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロケットの空中発射を行うに際して、航空機に搭載したロケットを機外に放出するのに用いられるロケットの放出方法及び放出装置に関するものである。

ロケットの空中発射は、航空機に搭載したロケットを機外に放出し、そのロケットが所定の姿勢になったところで点火を行うものであり、ロケットの大きさ等に応じた幾つかの放出方式がある。その放出方式のうちの一つとして、例えば非引用文献１に記載されているような重力による方式（ＧＡＬ：Gravity Air Launch）がある。

重力による放出方式は、傾斜ランプ兼用の後部扉を備えた航空機（輸送機）を使用し、その貨物室の床に、前後方向にわたって左右のタイヤ等を多数配列して、これらのタイヤ等にロケットを載置する。この際、ロケットは、頭部を貨物室前方に向けて搭載され、適宜の手段で拘束してある。また、ロケットの尾部には、ピッチアップ抑制用のドラッグシュートが連結してある。

そして、上記の放出方式では、後部扉を開放し、航空機の機首を上げると共に、ロケットの拘束を解除することで、ロケットをその自重で後部扉から機外に放出する。また、ロケットの移動過程においては、重心が機外に出たところでロケットが頭部を上げる方向に回転（ピッチアップ）するので、ロケットの頭部が貨物室の出口上部に衝突するような事態を未然に阻止するために、ドラッグシュートでロケットの尾部を牽引して急激なピッチアップを抑制する。その後、ロケットは、落下しつつ次第に回転して垂直姿勢となり、その時点で点火することで空中発射される。

AIAA-2007-6146 "Flight Testing of a Gravity Air Launch Method to Enable Responsive Space Access"

ところが、上記したような従来のロケットの放出方式にあっては、放出時には、多数のタイヤ等にロケットを載置しているだけなので、航空機の急激な姿勢変化に対してロケットを確実に保持することが難しく、また、ロケットをその自重で放出することから、ロケットの移動速度が遅くて放出の際にランプ端で回転する時間が長くなり、ロケットの尾部をドラッグシュートで牽引していても回転角速度を小さくすることが難しいという問題点があり、これらの問題点を解決することが課題であった。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、放出時のロケットを確実に保持することができると共に、放出時のロケットの回転角速度を極力抑制することができるロケットの放出方法及び放出装置を提供することを目的としている。

本発明のロケットの放出方法は、航空機に搭載したロケットを空中発射のために航空機後方に放出するに際し、航空機の貨物室において横倒し姿勢のロケットを貨物室後方のみに移動可能に保持するためのレールランチャと、ロケットを機外に牽引するための抽出傘を用い、レールランチャに搭載したロケットの貨物室後方側となる部分に、抽出傘の吊索の中間部を分離可能に連結すると共に、ロケットの側部に、抽出傘の吊索の端部を連結し、展開させた抽出傘によりロケットを機軸方向に牽引して、ロケットと抽出傘の吊索の中間部とを分離すると共に、レールランチャによりロケットを案内しながら放出し、その後、放出したロケットを抽出傘で牽引しつつピッチ軸回りに回動させて点火姿勢を確立する構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のロケットの放出装置は、航空機に搭載したロケットを空中発射のために航空機後方に放出する装置であって、航空機の貨物室において横倒し姿勢のロケットを貨物室後方のみに移動可能に保持するためのレールランチャと、ロケットを機外に牽引するための抽出傘と、機外に放出したロケットにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を備え、レールランチャに搭載したロケットの貨物室後方側となる部分に、抽出傘の吊索の中間部を分離可能に連結すると共に、ロケットの側部に、抽出傘の吊索の端部を連結して、前記抽出傘が、機外に放出したロケットにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を兼用している構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

なお、上記の放出方法及び放出装置の構成において、航空機としては、傾斜ランプ兼用の後部扉を備えた輸送機類を使用することができる。

本発明のロケットの放出方法及び放出装置によれば、レールランチャにロケットを搭載したことで、放出時のロケットを確実に保持することができると共に、抽出傘でロケットを牽引することで、放出時のロケットの移動速度を速めて同ロケットの回転角速度を極力抑制することができる。これにより、放出時において外乱等により航空機に予期しない運動が生じた場合でも、ロケットが貨物室に衝突するような事態を確実に阻止して、同ロケットを安全に放出することができ、その後、放出したロケットの点火姿勢を円滑に確立することができる。
また、上記のロケットの放出方法及び放出装置によれば、レールランチャに搭載したロケットの貨物室後方側となる部分に、抽出傘の吊索の中間部を分離可能に連結すると共に、ロケットの側部に、抽出傘の吊索の端部を連結することで、ロケットを機外に牽引するための抽出傘が、機外に放出したロケットにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を兼用することとなり、これにより、構造の簡略化や小型・軽量化を実現することができる。

本発明のロケットの放出方法及び放出装置の一実施形態を説明する断面図（ａ）及び機軸方向から見た断面図（ｂ）である。 図１に示すロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）〜（ｃ）である。 図２に続いてロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）〜（ｃ）である。 図３に続いてロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）、（ｂ）である。 本発明に係わるロケットの放出方法及び放出装置の他の実施形態として、図３に続いてロケットの放出過程を示す各々断面図（ａ）、（ｂ）である。 本発明のロケットの放出方法及び放出装置のさらに他の実施形態を説明する断面図である。 図６に続いてロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）、（ｂ）である。 図７に続いてロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）、（ｂ）である。 図８に続いてロケットの放出過程を説明する断面図（ａ）、（ｂ）である。

図１に示すロケットの放出装置は、航空機Ａに搭載したロケットＲを空中発射のために航空機後方に放出する装置であって、航空機Ａの貨物室ＣＢの床に設置するレールランチャ１と、ロケットＲを機外に牽引する抽出傘２と、機外に放出したロケットＲにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を備えている。なお、航空機Ａは、貨物室ＣＢの後部に、傾斜ランプ兼用の後部扉ＣＤを備えている。

航空機Ａの貨物室ＣＢは、上記レールランチャ１のほか、天井の前後方向にわたって張設したアンカーケーブル３、天井の後部にボムラック４を介してセットしたドラッグシュート５、及び後部扉ＣＤの先端に配置したトウプレート６を備えている。そして、ドラッグシュート５の吊索５Ａの中間をトウプレート６で拘束し、同吊索５Ａの端部を抽出傘（正しくは抽出傘の収納袋）２に連結している。ドラッグシュート５は、抽出傘２を牽引して展開させるためのものである。

レールランチャ１は、図１（ａ）に示すように、貨物室ＣＢの前後のプラットホームＰに固定してあり、図１（ｂ）に示すように、左右一対のレール１Ａ，１Ａを前後方向にわたって有している。図示例のレール１Ａは、断面鉤型を成していると共に、ロケットＲの移動をより円滑にするためのローラや滑り板等の案内手段１Ｂを有している。また、レールランチャ１は、貨物室後方側の端部にガイドローラ７を備えている。

ロケットＲは、この実施形態では、レールランチャ１に、頭部を貨物室後方に向けた横倒し姿勢で搭載してあると共に、貨物室後方のみに移動可能に保持されている。すなわち、ロケットは、例えば頭部側と尾部側の二箇所に、レール１Ａ，１Ａに係合する支持脚８，８を備えており、このレール１Ａと支持脚８との係合によって貨物室後方以外の上下左右方向の動きを規制している。また、ロケットＲは、放出されるまでの間は、レール１Ａと支持脚８との間に設けたロック機構（図示せず）により拘束してある。なお、支持脚８は、放出後に不要になるので、ロケットＲから分離する構成にすることができる。

さらに、ロケットの放出装置は、レールランチャ１に搭載したロケットＲの貨物室後方側となる部分（この実施形態では頭部）に、抽出傘２の吊索２Ａの中間部が分離可能に連結してある。この実施形態では、抽出傘２が、機外に放出したロケットＲにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を兼用しており、これにより、構造の簡略化や小型・軽量化を実現している。

上記のロケットＲに対して抽出傘２の吊索２Ａの中間部を連結する手段は、抽出傘２の吊索２Ａの中間部とロケットＲの頭部とを連結する連結帯９と、連結帯９を切断するカッタ１０と、自動索１１を備えている。また、抽出傘２の吊索２Ａの端部は、姿勢安定用ストラップ１２を介してロケットＲの側部に連結してある。

連結帯９は、ロケットＲを充分に牽引し得る強度を有する部材であって、一端部に抽出傘２の吊索２Ａの中間部を連結し、他端部をロケットＲの頭部に連結してある。カッタ１０は、連結帯９の中間に装着してある。自動索１１は、その一端部に結合分離手段１３を介して取付帯１４を連結し、この取付帯１４をアンカーケーブル３に沿って移動自在に装着するとと共に、他端部をカッタ１０に連結している。

上記の自動索１１は、アンカーケーブル３に沿って貨物室後方に移動した後、末端のアンカーポイント３Ａによってそれ以降の移動が阻止される。また、抽出傘２の吊索２Ａの中間部と自動索１１の中間部との間は、自動索１１に添って設けた分離索１５で連結してある。さらに、結合分離手段１３は、取付帯１４の環状金具に自動索１１の端部を挿通すると共に、その自動索１１の端部に抜け止め用のピンを挿通し、このピンと分離索１５とを連結した従来既知の構造を有するものである。

姿勢安定用ストラップ１２は、搭載姿勢でのロケットＲの重心Ｇの下側において、一端部を重心Ｇよりも尾部側（ノズルＮ側）に装着すると共に、他端部を重心Ｇよりも頭部側に装着してあり、その中間に抽出傘２の吊索２Ａの端部が連結してある。姿勢安定用ストラップ１２は、テーピングや仮縛等の手段によりロケットＲの側面に固定してある。

上記構成を備えたロケットの放出装置及び同装置を利用した放出方法では、飛行中の航空機ＡからロケットＲを放出するには、所定高度において後部扉ＣＤを開放し、ボムラック４に解除信号を送信して、図２（ａ）に示すように、ドラッグシュート５を放出し且つ展開させる。

次に、放出装置は、トウプレート６による抽出傘２の吊索２Ａの拘束を解除して、図２（ｂ）に示すように、ドラッグシュート５が抽出傘２を機外に引き出して展開させる。これにより、図２（ｃ）に示すように、抽出傘２によりロケットＲが機軸方向に牽引されて移動を開始する。この際、ロケットＲは、レールランチャ１によって上下左右方向への動きが規制されつつ案内されて貨物室後方に移動する。

そして、放出装置は、ロケットＲの移動開始後に自動索１１が航空機Ａ側に拘束されると、カッタ１０が作動して連結帯９を切断する。すなわち、放出装置は、図３（ａ）に示すように、ロケットＲとともに移動した自動索１１がアンカーポイント３Ａに到達し、それ以降の自動索１１の移動が規制されると、自動索１１に張力が発生してカッタ１０を牽引し、これにより図３（ｂ）に示すように連結帯９を切断する。

また、放出装置は、抽出傘２の吊索２Ａと自動索１１とを分離索１５で連結しているので、連結帯９が切断されると、吊索２Ａが分離索１５を牽引し、これにより結合分離手段１３が作動して自動索１１と取付帯１４が分離する。この実施形態の放出装置は、結合分離手段１３、取付帯１４及び分離索１５を用いることで、図３（ｂ）に示すように、航空機Ａ側に取付帯１４のみが残されることとなり、移動するロケットＲに自動索１１等が衝突するような不具合を未然に防止する。

ここで、放出装置は、抽出傘２の展開後には、抽出傘２及び連結帯９によりロケットＲを機軸方向に牽引し、連結帯９の切断後には、図３（ｃ）に示すように、牽引による慣性でロケットＲを機外に放出する。この間、放出装置は、先述の如くレールランチャ１によってロケットＲを案内すると共に、とくに、ガイドローラ７により、レールランチャ１の端部においてロケットＲに集中荷重が生じるのを防いでいる。

また、上記過程を経て放出されたロケットＲは、抽出傘２により重心Ｇよりも尾部側が牽引されるので、図４（ａ）に示すように頭部を上げる方向に回転（ピッチアップ）する。つまり、抽出傘２によってピッチ軸回りのモーメントが附与される。そして、ロケットＲは、図４（ｂ）に示すように垂直姿勢に至ると、重心Ｇよりも尾部側と頭部側の二箇所に連結した姿勢安定用ストラップ１２を介して牽引され、これにより回転運動が減衰されることとなる。その後、ロケットＲは、姿勢安定用ストラップ１２を分離して点火により空中発射される。

上記実施形態におけるロケットの放出装置は、レールランチャ１によって放出時のロケットを確実に保持することができるので、航空機Ａに急激な姿勢変化が生じたとしてもロケットＲが不用意に動くことがなく、機内の安全を確保することができる。

また、上記放出装置は、ロケットＲをレールランチャ１で案内しつつ抽出傘２で牽引するので、例えば重力による放出方式に比べて、放出時のロケットＲの移動速度が格段に速いものとなる。これにより、放出時のロケットＲの回転角速度を極力抑制することができ、ロケットＲが航空機Ａに接触するような恐れを解消することができる。

ところで、重力による放出方式では、ドラッグシュートの連結位置がロケットの尾部に限られることから、モーメントアームが小さい水平姿勢でのピッチ運動調整と、点火前のモーメントアームが大きい垂直姿勢でのピッチ運動調整の両方に対応させる都合上、ドラッグシュート類の設計の自由度が狭いものとなっていた。

これに対して、上記放出装置は、抽出傘２によるロケットＲの牽引位置を任意に選ぶことで、速やかな放出動作と点火姿勢に至るまでの良好な回転動作の両立を実現することができ、抽出傘２の取付位置を選択することが可能であり、抽出傘２等の設計の自由度が高いものとなる。

さらに、上記放出装置は、連結帯９、カッタ１０及び自動索１１を採用したことから、簡単な構造により、ロケットＲの頭部と抽出傘２の吊索２Ａとを連結してロケットＲを円滑に牽引することができると共に、簡単な構造により、ロケットＲの頭部と抽出傘２の吊索２Ａとを確実に分離することができ、動作の信頼性がより高いものとなる。

さらに、上記放出装置は、抽出傘２を牽引して展開させるドラッグシュート５を採用したことで、抽出傘２の放出開傘がより円滑で且つ確実なものとなり、また、先述したように、ガイドローラ７によってロケットＲに対する集中荷重の発生を防止することができる。

図５は、本発明のロケットの放出方法及び放出装置の他の実施形態を説明する図である。この実施形態の放出装置は、抽出傘２の吊索２Ａの末端が二本に枝分かれをしており、一方の末端部２Ｂを搭載姿勢（横倒し姿勢）でのロケットＲの重心Ｇの下部に連結し、他方の末端部２ＣをロケットＲの重心Ｇよりも頭部側に連結している。なお、一方の末端部２ＢをロケットＲの重心Ｇよりも尾部側に連結しても良い。

上記の放出装置及び同装置を利用した放出方法は、ロケットＲを機外に放出するまでは、先の実施形態（図２及び図３参照）と同じである。そして、この実施形態では、ロケットＲを放出した直後は、図５（ａ）に示すように、一方の末端部２Ｂを介して、ロケットＲの重心Ｇの下側を抽出傘２で牽引することで、ロケットＲが頭部を上げる方向に回転（ピッチアップ）する。

その後、この実施形態では、図５（ｂ）に示すように、一方の末端部２Ｂを切断し、他方の末端部２Ｃを介して、ロケットＲの重心Ｇよりも頭部側の位置を抽出傘２で牽引することで、ロケットＲの回転運動を減衰させる。その後、ロケットＲは、抽出傘２を分離して点火により空中発射される。

図６〜図９は、本発明に係わるロケットの放出方法及び放出装置のさらに他の実施形態を示す図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

この実施形態のロケットの放出装置は、図６に示すように、レールランチャー１に対して、ロケットＲがその尾部を貨物室後方に向けた横倒し姿勢で搭載してある。そして、この放出装置は、抽出傘２の吊索２ＡをロケットＲの重心Ｇよりも尾部側に分離可能に連結すると共に、レールランチャ１に搭載したロケットＲの貨物室後方側となる部分（この実施形態では尾部）に、抽出傘２の吊索２Ａの中間部が分離可能に連結してある。

このとき、抽出傘２の吊索２Ａの中間部の連結位置は、ロケットＲの本体部の尾部である。また、この実施形態では、ロケットＲの尾部が貨物室後方に向いているので、抽出傘２の吊索２Ａの端部を所定長さにわたって分岐させ、搭載姿勢でのロケットＲの両側（ノズルＮを挟んだ両側）に吊索２Ａを連結することができる。

上記構成を備えたロケットの放出装置及び同装置を利用した放出方法は、基本的に先の実施形態と同様にロケットＲの放出を行う。

すなわち、上記放出装置は、所定高度において後部扉ＣＤを開放し、ボムラック４に解除信号を送信して、図７（ａ）に示すように、ドラッグシュート５を放出し且つ展開させる。次に、トウプレート６による抽出傘２の吊索２Ａの拘束を解除して、図７（ｂ）に示すように、ドラッグシュート５が抽出傘２を機外に引き出して展開させる。これにより、図８（ａ）に示すように、ロケットＲが抽出傘２に牽引されて移動を開始する。

そして、上記放出装置は、図８（ｂ）に示すように、ロケットＲとともに移動した自動索１１がアンカーポイント３Ａに到達し、それ以降の自動索１１の移動が規制されると、自動索１１に張力が発生してカッタ１０を牽引し、これにより図８（ｃ）に示すように連結索９を切断する。

その後、図９（ａ）に示すように、ロケットＲを機外に放出する。このとき、ロケットＲは、重心Ｇが機外に出たところで頭部を上げる方向に回転（ピッチアップ）しようとする。しかし、当該放出装置では、ロケットＲをレールランチャ１で案内しつつ抽出傘２で牽引しており、重力による放出方式に比べて放出時のロケットＲの移動速度が格段に速いので、放出時のロケットＲの回転角速度を抑制することができる。つまり、ロケットＲが急激に回転するようなことは無い。

また、上記過程を経て放出されたロケットＲは、落下しつつ頭部を上げる方向に回転することとなるが、図９（ｂ）に示すように、抽出傘２で重心Ｇよりも尾部側を牽引しているので、これによりピッチ運動が減衰されながら発射のための垂直姿勢（点火姿勢）に至る。その後、ロケットＲは、点火により空中発射される。

上記のロケットの放出方法及び放出装置にあっても、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。本発明のロケットの放出方法及び放出装置は、上記各実施形態から明らかなように、搭載するロケットＲの向きや、ロケットＲに対する抽出傘２の取付位置が変更可能であり、例えばロケットの大きさや放出速度などに応じて具体的な構成を選択することができる。

また、本発明のロケットの放出方法及び放出装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することができる。例えば、抽出傘以外のロケット回動手段を採用することも可能である。抽出傘の吊索の連結位置は、搭載姿勢での上側や下側又は中間でも構わない。

Ａ 航空機
ＣＢ 貨物室
Ｇ ロケットの重心
Ｒ ロケット
１ レールランチャ
２ 抽出傘（ロケット回動手段）
２Ａ 抽出傘の吊索
５ ドラッグシュート
７ ガイドローラ

Claims (4)

1. 航空機に搭載したロケットを空中発射のために航空機後方に放出するに際し、
   航空機の貨物室において横倒し姿勢のロケットを貨物室後方のみに移動可能に保持するためのレールランチャと、ロケットを機外に牽引するための抽出傘を用い、
   レールランチャに搭載したロケットの貨物室後方側となる部分に、抽出傘の吊索の中間部を分離可能に連結すると共に、ロケットの側部に、抽出傘の吊索の端部を連結し、
   展開させた抽出傘によりロケットを機軸方向に牽引して、ロケットと抽出傘の吊索の中間部とを分離すると共に、レールランチャによりロケットを案内しながら放出し、その後、放出したロケットを抽出傘で牽引しつつピッチ軸回りに回動させて点火姿勢を確立することを特徴とするロケットの放出方法。
2. 航空機に搭載したロケットを空中発射のために航空機後方に放出する装置であって、
   航空機の貨物室において横倒し姿勢のロケットを貨物室後方のみに移動可能に保持するためのレールランチャと、ロケットを機外に牽引するための抽出傘と、機外に放出したロケットにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を備え、
   レールランチャに搭載したロケットの貨物室後方側となる部分に、抽出傘の吊索の中間部を分離可能に連結すると共に、ロケットの側部に、抽出傘の吊索の端部を連結して、前記抽出傘が、機外に放出したロケットにピッチ軸回りのモーメントを附与するロケット回動手段を兼用していることを特徴とするロケットの放出装置。
3. 抽出傘を牽引して展開させるドラッグシュートを備えたことを特徴とする請求項２に記載のロケットの放出装置。
4. レールランチャが、貨物室後方側の端部にガイドローラを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のロケットの放出装置。

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