JPS63287700A - 宇宙飛行体の電気的な駆動機構用稀ガスを貯蔵するための容器に稀ガスを充填しかつこの容器から取出す方法およびそのための容器 - 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】 本発明は、宇宙飛行体の電気的な駆動機構用の安定剤と
して使用される稀ガスを貯蔵するための容器に稀ガスを
充填しかつこの容器から取出す方法およびこのための容
器に関する。

宇宙飛行体用の化学的な駆動機構、即ち通常のロッケッ
ト推進機構にあっては、推進剤もしくは推進剤成分を液
体の形で貯蔵しておくのが−ａ的である。たとえ通常の
条件下にあって気体状の推進剤、例えば酸素および水素
であっても、これらの物質は特に宇宙飛行にあっては液
状の形（ＬＯＸ、、ＬＨｚ）で携帯される。これにより
、所定の容器容量にあって密度が高いことから気体状で
貯蔵する際よりは著しく多くの推進剤を携帯することが
可能である。このような推進剤は出発時から極低温下に
冷却されて液状の状態に保持されている。宇宙飛行体の
容器内にあっては、この液状の状態の維持は冷却部およ
び絶縁体が欠如していることから大抵は、推進剤を少な
くともその瞬間的な蒸気圧と同程度の圧力下に保持する
ことによって可能となる。これは推進剤容器が比較的安
定した、従って重量のある構造様式を有していることを
前提としている。

成る程度の量の推進剤を連続的に蒸発させることも可能
であり、従って蒸発エネルギーにより残存液体の温度を
安定化することが可能である（即ち、この際は貯蔵損失
を伴う）。推進剤容器内に液体と気体とが同時に存在し
ている際の他の問題点は重力のない宇宙にあって相分離
が生じることである。この場合、その都度所望の相のみ
が取出されることが保証されなければならない。何故な
ら、そうでなかった場合規制しかた推力変動或いは推進
機構の不作動が発生するからである。この問題は例えば
ドイツ連邦共和国特許公報筒２３２０２４５号において
取扱われている。

重力のない宇宙にあっては、推進機構に関して推力は比
較的僅かであっても、その代わり極端に高い噴射速度（
約４０ｋｍ／ｓ以下）および長時間の使用持続（数年ま
で）を必要とする使命がある。この例としては例えば小
惑星ゾンデ或いはヰ星ゾンデが挙げられる。このような
目的の使用には特に電気的な推進機構が設けられる。

この推進機構にあっては推力の発生は、稀ガス特に、キ
セノン、或いは水銀蒸気が例えば電気的なコイルの高周
波帯域内で絶縁されており、相前後して設けられている
多数の格子電極の静電気的な野において加速もしく遅延
されるような様式で行われる。パルス発生のための物質
およびエネルギーを供給する化学的な推進剤と異なり、
電気的な駆動における気体は安定剤、即ちパルス担持体
に過ぎない、パルスエネルギーは充容量的に太陽電池で
或いは放射線的に発生される。安定剤としての水銀は液
状の形で貯蔵され、加圧気体により容器から圧送される
。稀ガス、例えばキセノン或いはアルゴンを安定剤とし
て使用した場合、これらの物質を可能な限り大きな密度
で気体の状態で或いはより良くは液体の状態で貯蔵する
ことは容易に可能である。

しかし、こう言ったことから相応する化学的な推進剤（
例えばＬＯＸ、　ＬＨｚ）におけると同様な欠点が生じ
る。大気の温度で必要な、高い貯蔵圧力は安定した重量
のある容器構造様式を条件として、更に重力のない状態
にあっては相（液状／気体状）分離が生じると言う問題
がある。

上記のような事柄を踏まえて、本発明の課題は、宇宙飛
行体用の電気的な駆動機構のために稀ガスを如何にして
容器収納、貯蔵および取出しの点で簡単なかつ確実な方
法で行う取扱うか、そしてその際如何にして容器の機械
的な負荷を僅かにし、所望の気体状の相のみを取出すか
にある。

上記の課題は特許請求の範囲の請求項１および２に記載
の特徴によって解決される。

稀ガスは本発明により固体の状態で貯蔵され、これによ
り容器内に最小に圧力が生じるに過ぎない。従って容器
構造の点でも壁が比較的肉薄なかつ重量も軽量な構造に
構成することが可能となる。キセノンの固化の温度は、
〈１バールの圧力にあって例えば−１１２〜−１５０°
Ｃである。固体状態の誘起と維持には大気条件下では自
ずと決まることであるが成る程度の構造上のおよびエネ
ルギー上の経費を必要とする。

容器は可能な限り良好な熱絶縁構造でなければならず、
その上冷凍剤、例えば液体窒素を必要とする。しかし大
気での滞留時間は数年にわたる全使用持続時間に比して
ほとんど看過し得る程度に短い。これに対して、冷たい
（−２６９°Ｃの）宇宙にあっては固体状態の維持は何
ら問題がなく、この維持は簡単な方法で周辺との熱放射
による交換を行うことによって達せられる。取出しのた
め稀ガスは局所的な昇華により直接固体状態から液体状
態へと移行せられ、これにより重力がない場合であって
も許容し得る程度の相分離が保証される。この際消費さ
れる熱効率を僅かに抑えるため、稀ガスはほんの僅かだ
けその昇華温度以下に冷却される。電気的な推進機構に
おける安定剤の時間当たりの消費量が極端に僅かであり
、かつ大きさにして数ｍｇ／Ｓに過ぎないので、昇華工
程は極めてゆっくりと経過し、これにより熱効率の必要
が更に逓減される。

特許請求の範囲の請求項３には請求項２による容器装置
の優れた実施例を記載した。

以下に添付した図面に図示した実施例につき本発明の詳
細な説明する。

好都合な機械的な特性および可能な限り熱的に有効な小
さな表面を得るため、容器２は完全に球形の容器として
構成されている。容器壁はその外側において極めて有効
に熱絶縁を行う絶縁体４を備えており、この絶縁体は例
えばいわゆる真空−スーパーイゾレーションの原理に基
づいて構成されている。容器内部には熱交換器として構
成されている冷凍器７が設けられている。この冷凍器を
必要に応じて液体窒素が流過する。冷凍器７は実際に、
一方では容器充填の際の稀ガスの冷却のために、他方で
は熱漏洩部を介して周囲から流入する熱量の導出のため
大気圏の条件下で使用される。

図示した状態は真空中な宇宙における容器の様子を示し
ている。容器２は冷凍された稀ガス、特にキセノンで充
填されている。この稀ガスは一１１２°Ｃ以下の温度に
冷凍されている。放熱器表面６は開かれており、従って
約２６９゜Ｃの冷たい宇宙１０との放熱交換が可能とな
る。

放熱器表面６から宇宙飛行体の外殼まで延びており同様
に熱極めて有効に熱絶縁を行う絶縁体４を備えている、
鏡面化された、段差を付された反射シールド５は、周囲
から、例えば宇宙飛行体１自体から来る熱放射を反射し
、これにより冷却作用を改善する働きを行う。放熱器表
面６の領域内における容器２と稀ガス３はいわゆる黒体
の放熱係数よりも約り０％小さいに過ぎない放熱係数を
有している。稀ガス３の温度を昇華温度以下の一定の僅
かな値に維持するため、放熱器表面６の放熱野内に熱反
射作用を行う物体を設けるのが有利である。この物体の
有効面は放射方向、即ち反射シールド５の軸線に対して
横方向に変更可能であるのが有利である。この物体は図
面には示されていない。この物体は例えば旋回可能なフ
ラップとして、折畳みブラインドとして或いは一種のカ
メラ絞りの様式で構成することが可能であり、反射シー
ルド５内に設けられる。このような物体により簡単な方
法により放出された熱量を量的に加減することが可能で
ある。放熱器表面６は地球大気圏にあっては熱絶縁され
て閉じられなければならないので、反射作用を行う物体
をその反射野において同時に絶縁作用を行うカバーとし
て使用することができる。

放熱器表面６は更に宇宙にあっては容器２の最も冷たい
位置に据えられるので、これには直径方向で取出し領域
が対置されている。導管、フィルタ、ペン等の様式の取
出し系９は容器２の絶縁体４内で一つ或いは多数の切通
しを必要とする。これにより、昇華を促す熱漏洩が生じ
る。付加的に加熱体８が設けられており、この加熱体は
意図する局所的な熱供給を可能にする。

昇華による取出しは明白な、図面において湾曲した不規
則な線で示した相（気体状の／固体状の）境界を形成す
る。従って、局所的な温度挙動により、重力のない宇宙
にあっても気体相のみの所望の取出しが保証される。こ
の場合、容器２に対する圧力負荷は極めて僅かであり、
固体キセノンの絶対蒸気圧は約０．７バールで一１１２
°Ｃ１約０．０１２バールで−１５０゜Ｃである。

【図面の簡単な説明】

図面は稀ガス用の容器装置のすべての重要な機素の簡略
した図。 図中符号は、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、宇宙飛行体の電気的な駆動機構用の安定剤として使
   用される稀ガスを貯蔵するための容器に稀ガスを充填し
   かつこの容器から取出す方法において、稀ガスを気体状
   のおよび／または液体状の状態で容器（２）内に充填し
   、そこで冷凍器（７）により冷凍することにより稀ガス
   （３）を固体の冷凍された状態にすること、この稀ガス
   （３）を固体の状態で容器（２）内に貯蔵し、この際大
   気圏での温度制御を本質的に熱絶縁体（４）による熱絶
   縁と冷凍器（７）による冷凍剤、例えば液体窒素との対
   流熱交換により容器（２）内で行い、真空の空間におけ
   る温度制御を本質的に放熱器面（６）による宇宙（１０
   ）との放熱交換によって行うこと、および冷凍した稀ガ
   ス （３）を取出し系（９）により取出すため局所的な昇華
   により気体状態にし、この際必要とする気体圧力を加熱
   体（８）により取出し領域内で熱を供給することにより
   発生させることを特徴とする、上記稀ガスを貯蔵してお
   く容器に稀ガスを充填し、かつこの容器から取出すため
   の方法。 ２、宇宙飛行体の電気的な駆動機構用の安定剤として使
   用される稀ガスを貯蔵しておくための容器において、熱
   絶縁体（４）により熱絶縁された容器（２）、この容器
   （２）の開口として設けられかつ宇宙飛行体（１）の周
   域に対して充分に熱封隙された開閉可能な放熱面（６）
   、この放熱面（６）から宇宙飛行体（１）の外殼方向に
   指向していてかつ熱絶縁体（４）により熱絶縁されたレ
   フレクタシールド（５）、容器内部に設けられる少なく
   とも一つの冷凍器（７）、放熱面（６）に対して最低限
   接近して相対している取出し系（ ９）並びに取出し領域内に設けられている少なくとも一
   つの加熱体（８）を有していることを特徴とする、上記
   稀ガスを貯蔵しておくための容器。 ３、放熱面（６）の放熱野内に熱的に反射作用を行う物
   体が設けられており、この物体の作用面が放熱方向に対
   して横方向に変更可能である、請求項２記載の容器。