JPH03271100A - 微小重力発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 無重力実験において微小重力を発生させる微小重力発生
装置に関し、 所望の微小重力を再現性よく発生させることを目的とし
、 回転盤と、この回転盤に取りつけられた回転軸と、回転
軸を回転させる駆動手段と、駆動制御手段とからなり、
回転盤に無重力試験装置を支持する構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は地上近くで行われる無重力実験において所望の
微小重力下で無重力試験を行うために地上の重力と宇宙
空間の無重力との中間の微小重力を発生させる微小重力
発生装置に関する。

近年、無重力環境を利用して新材料の開発を行うことが
注目されている。無重力環境に着目する理由は、無重力
環境下では、溶液及び融液の対流や、その中で生成する
結晶の沈降などがおこらず、地上では得られない物理現
象を起こすことが可能であり、新規な材料の創製の可能
性が内在するためである。無重力環境の提供の場として
は、宇宙空間が最も理想的であり、スペースシャトル及
び宇宙ステーション建造の計画や、日本における第１次
材料実験計画（ＦＭＰＴ）など、宇宙環境での実験が精
力的に進められている。

−船釣に、宇宙実験を行うには莫大な費用が要求される
ので、宇宙における実験機会は非常に限られている。そ
のために、宇宙実験においてはわずかのミスも許されず
、実験装置の信頼性を大幅に向上する必要がある。この
ため、実験費用が低廉な地上において宇宙用実験装置を
十分に予備検討しておくことが非常に重要であるが、そ
のような予備実験は実際の宇宙空間と同様な無重力環境
で行わなければならない場合が多い。従って、地上近辺
において、無重力実験を行うことの重要性が認識されて
いる。

〔従来の技術〕

地上近辺において比較的簡便に行える無重力実験として
は、航空機の弾道飛行による無重力場の提供（航空機実
験）や、高い塔からの実験系の自由落下や、あるいは深
い垂直坑における実験系の自由落下（落下塔実験）によ
る短時間の無重力状態の利用が知られている。航空機実
験ではエンジンを切ってから自由飛行状態にして２０〜
３０秒間無重力状態にすることができ、このような無重
力状態における実験を１日に２０〜４０回行うことがで
きる。一方、落下実験塔では、その持続時間は概ね１０
秒以下であり、１日の実験回数も４〜６回が限度である
。さらに前者では、実験者自身が実験装置を直接操作可
能であり、実験結果を常にフィードバックして、次回の
実験に反映させることが容易にでき、実験の進行を迅速
に行えるが、後者では実験者の搭乗が困難であり、実験
装置の全自動化とともに、実験結果の反映の遅れを余儀
なく強いられる。このため、航空機実験の方がより実用
的であると言える。

航空機実験においては、実験装置を航空機の床に固定さ
せる場合には、１Ｘ１０−’〜１×１０２Ｇ程度の無重
力状態が得られる。これに対して、実験装置を浮遊させ
た場合はほとんど零に近い重力状態を得ることができ、
宇宙空間に近い無重力環境での予備実験を行うことが可
能である。

しかし、航空機実験によれば宇宙空間に近い無重力環境
での予備実験を行うことが可能であるが、地上の重力と
宇宙空間の無重力との中間の微小重力での予備実験を行
うことはできなかった。さらに詳細に言えば、航空機の
瞬間的な飛行過程においては地上の重力と宇宙空間の無
重力との中間の微小重力が発生するが、そのような微小
重力状態は実験に必要な時間安定的に持続するものでは
なく、またそのような過渡的な状態で無理に実験を行っ
たとしても実験時の微小重力の値が判然としたものでは
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

宇宙用実験装置について、宇宙空間に近い無重力環境で
予備実験を行う重要性は改めて説明するまでもないが、
最近では、地上の重力と宇宙空間の無重力との中間の微
小重力での予備実験を行うことが重視されるようになっ
てきている。例えば、第４図に示されるように、無重力
環境でノズル１から水を排出すると、液体は飛散せずに
水玉２として固まった状態になる傾向がある。従って、
無重力環境で使用するノズル１は無重力環境で安定的に
水玉２を形成するように材料や形状を定められなければ
ならない。しかし、宇宙空間の無重力環境は常時一定で
はなく、例えば宇宙ステーション内には内部擾乱があり
、あるいは軌道修正のために燃料噴射を実施したりする
と、実験装置には微小重力の影響があられれる。そのよ
うなときに、ノズル１から排出された水が水玉２となら
ずに水滴となって飛散するようなことになると、その他
の装置との協働作用ができなくなる。従って、ノズル１
の設計に際しては、宇宙空間の無重力環境で使用され、
それから何かの微小重力の影響を受けてもその機能が変
化しないように考慮しておくことが必要である。そのた
めに、地上近くで行われる無重力実験において所望の微
小重力下で無重力試験を行うことのできるように微小重
力を発生させる微小重力発生装置が求められていた。

本発明の目的は、地上近くで行われる無重力実験におい
て所望の微小重力を再現性よく発生させることのできる
微小重力発生装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による微小重力発生装置は、無重力環境において
微小重力を発生することのできる微小重力発生装置であ
って、回転盤と、該回転盤に取りつけられた回転軸と、
該回転軸を回転させる駆動手段と、該駆動手段の駆動制
御手段とからなり、該回転盤に無重力試験装置を支持し
て所望の微小重力値で無重力試験を行うことができるよ
うにしたことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記構成においては、駆動手段によって回転軸を回転さ
せると、回転盤が回転軸とともに回転する。回転軸を取
りつけた回転盤はこまのように回転軸を一定の姿勢にし
たまま回転する。従って、この回転軸を取りつけた回転
盤からなる微小重力発生装置を無重力環境において浮遊
状態にしても回転盤が安定的に回転し、回転盤に支持さ
れた無重力試験装置も同時に回転して所望の微小重力値
に相当する遠心力を受ける。

〔実施例〕

第１図及び第２図を参照すると、本発明の実施例の微小
重力発生装置１０は、はぼ楕円形状の回転盤１２を含む
。回転盤１２は真円形状とすることもできる。回転盤１
２の下面の中心には回転軸１４が直角に取りつけられて
いる。回転軸１４を回転させるために電動機１６が設け
られ、電動機１６の出力軸が回転軸１４に連結される。

なお、回転軸１４は電動機１６の出力軸から回転力を受
けた後、電動機１６の出力軸から切り離されるようにす
ることもできる。また、回転軸１４を回転させるために
は、エンジンや、スプリングやゴムの弾性復元力等のそ
の他の駆動手段を使用することができる。

電動機１６は制御装置１８に取りつけられ、制御装置１
８は電動機１６の回転数を制御することができる。実施
例においては、制御装置１８のケースは微小重力発生装
置１０のベースとしての機能を有し、床２０上に置くこ
とができるようになっている。この微小重力発生装置１
０は無重力実験を行う航空機に積載されるようになって
おり、この場合には床２０は無重力実験用の航空機の床
または棚板等である。さらに、回転盤１２の上面には無
重力試験装置２２が支持される。無重力試験装置２２は
無重力環境下で実験を実施したいあらゆる装置とするこ
とができ、例えば第４図を参照して説明した宇宙空間で
使用するノズル１の使用実験装置でもよい。実施例にお
いては、回転盤１２の中心を挟んで対向するように無重
力試験装置２２とバランスウェイト２４とが配置される
。

バランスウェイト２４は回転盤１２の回転をより滑らか
にするものであり、場合によっては省略でき、あるいは
バランスウェイト２４の代わりに他の無重力試験装置を
積載することもできる。

使用時には、微小重力発生装置１０を積載した無重力実
験航空機が飛行し、例えば上昇中にエンジンを停止する
。するとその航空機はＱ山飛行状態になり、内部は無重
力環境になる。

制御装置１８は航空機が無重力状態になったときに電動
機１６を起動し、電動機１６の回転数を所望の一定値に
制御するとともに、所定時間後に電動機１６を停止させ
る。さらに、航空機が無重力状態になって電動機１６が
起動されたときに、微小重力発生装置１０は航空機から
浮動状態にされ、回転盤１２が回転軸１４とともに回転
する。

なお、回転盤１２が回転軸１４とともに回転した後で、
回転軸１４を電動機１６の出力軸から切り離し、回転す
る回転盤１２と回転軸１４のみを浮動状態にすることも
できる。いずれの場合にも、無重力試験装置２２は回転
盤１２とともに回転し、無重力試験装置２２の内部の実
験機器等に微小重力（遠心力〉がかかる。

この微小重力αは、回転盤１２の回転角速度〈ω）と無
重力試験装置２２の回転半径（ｒ）とによる下の関係か
ら求めることができる。

α＝ｒω２ 実施例においては、無重力試験装置２２の先端部に三軸
の加速度測定装置２６を取りつけて、得られる微小重力
を測定した。回転盤１２の長軸方向の半径は３０ｃｍで
あり、回転盤１２の回転数が毎秒２回転になるように制
御した。

この結果が第３図に示されている。航空機が無重力状態
になったときを起点とし、Ａ点において電動機１６を駆
動し、Ｂ点において電動機１６を停止した。最初は航空
機が無重力状態になっているので無重力試験装置２２に
かかる重力もほとんど零になっている。Ａ点において電
動機１６を駆動した後で回転盤１２の回転数が毎秒２回
転の一定値になり、このときに無重力試験装置２２にか
かる半径方向の加速度による重力は０．１Ｇの一定値と
なった。Ｂ点において電動機１６を停止すると無重力試
験装置２２にかかる重力が減少し、なお航空機が無重力
状態になっているので無重力試験装置２２にかかる重力
はほとんど零になった。

実験毎に回転盤１２の回転数を変えると無重力試験装置
２２にかかる微小重力も変化する。従って、本発明によ
る微小重力発生装置１０によれば、種々の微小重力の作
用の下で無重力試験装置２２の実験を行うことができ、
例えば無重力試験装置２２が実質的に無重力の状態から
どの程度の微小重力になったときに特性が変化するのか
を検討することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による微小重力発生装置は
、回転盤と、該回転盤に取りつけられた回転軸と、該回
転軸を回転させる駆動手段と、該駆動手段の駆動制御手
段とからなり、無重力環境において再現性よく微小重力
を発生することができるので、無重力実験装置を実際に
宇宙で使用する前に実質的に無重力の状態からどの程度
の微小重力になったときに特性が変化するのかを予備検
討することができ、従って、実際に宇宙で使用する際の
信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の微小重力発生装置を示す正面
図、第２図は第１図の平面図、第３図は本発明の実施例
により発生した微小重力の例を示す図、第４図は無重力
試験装置の１例として宇宙空間でノズルから水を排出す
る例を示す図である。 １０　・ １２　・ １４　・ １６　・ １８　・ ２２　・ ２４　・ 微小重力発生装置、 回転盤、 回転軸、 電動機、 制御装置、 無重力試験装置、 バランスウェイト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無重力環境において微小重力を発生することのできる微
   小重力発生装置（１０）であって、回転盤（１２）と、
   該回転盤に取りつけられた回転軸（１４）と、該回転軸
   を回転させる駆動手段（１６）と、該駆動手段の駆動制
   御手段（１８）とからなり、該回転盤に無重力試験装置
   （２２）を支持して所望の微小重力値で無重力試験を行
   うことができるようにした微小重力発生装置。