JP2004218465A

JP2004218465A - 固体燃料ロケット

Info

Publication number: JP2004218465A
Application number: JP2003004205A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Morita; 貴和森田
Original assignee: Tokai University
Current assignee: Tokai University
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP4149272B2

Abstract

【課題】固体推進薬の燃焼制御を行うことができる固体燃料ロケットを提供する。
【解決手段】固体燃料ロケット１は外形が球状でかつ中空の燃焼室２と燃焼室２内に位置付けられた固体推進薬９と固体推進薬９にレーザＬを照射するレーザ部２４と水噴射部５０と圧力センサと制御装置４７を備えている。圧力センサは燃焼室２内の圧力を測定する。制御装置４７は圧力センサが測定した燃焼室２内の圧力に応じてレーザ部２４を制御する。制御装置４７はレーザＬを強弱させて推力を増減する。制御装置４７は圧力センサが測定した燃焼室２内の圧力が変動するとこの変動が減少するようにレーザＬを強弱させる。制御装置４７は動的消炎現象が起きる強度のレーザＬを固体推進薬９に照射させた後水噴射部５０の噴射ノズル５２から固体推進薬９に向かって水を噴射させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザにより着火される固体推進薬を備え宇宙空間などで燃焼可能な固体燃料ロケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙において長期に渡る有人宇宙活動が実行されるにつれ、即時に使用でき、保守点検管理が容易で、再使用可能な宇宙での利用に特化したロケットの必要性が生じてくる。
【０００３】
随時使用できるように宇宙空間に長期に渡りロケットを保管した場合、液体推進薬を使うロケットやハイブリッドロケットでは、沸点・融点の見地から液体推進薬の温度管理が問題となる。温度管理が容易なアンモニアや五フッ化塩素などの貯蔵性の良い液体推進薬は、燃料充填等の保守点検作業では取り扱いに十分注意する必要がある。
【０００４】
固体ロケット（例えば、特許文献１参照）は、液体ロケットに比べ温度管理や有害性、危険性の点で大幅に緩和され、特別な温度調整装置や有害物対策等を施さなくても特に大きな問題は生じない。また、簡単な構造のため保守点検がし易い。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１２７５２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ただ従来の固体ロケットは一度点火すると、燃焼を停止させたり燃焼制御によって推力を変化させることが難しい。このため、前述した従来の固体ロケットは、人工衛星などの宇宙空間などで点火・燃焼・消火を複数繰り返す推進装置には適さない。このように、従来の固体ロケットは、固体推進薬の燃焼制御を行うことができない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、固体推進薬の燃焼制御を行うことができる固体燃料ロケットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の固体燃料ロケットは、中空の燃焼室と、前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて、前記照射手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記測定手段が測定した前記燃焼室内の圧力が変動すると前記圧力の変動が減少するように前記照射手段にレーザの強度を強弱させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の本発明の固体燃料ロケットは、中空の燃焼室と、前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、前記固体推進薬に向かって水を噴射する噴射手段と、前記照射手段と噴射手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記制御手段が前記照射手段に動的消炎現象が起きる強度のレーザを前記固体推進薬に照射させた後、前記噴射手段に水を前記固体推進薬に向かって噴出させることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の本発明の固体燃料ロケットは、中空の燃焼室と、前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、前記固体推進薬に向かって水を噴射する噴射手段と、前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて前記照射手段を制御するとともに、前記噴射手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減し、前記測定手段が測定した前記燃焼室内の圧力が変動すると前記圧力の変動が減少するように前記照射手段にレーザの強度を強弱させるとともに、前記制御手段が前記照射手段に動的消炎現象が起きる強度のレーザを前記固体推進薬に照射させた後、前記噴射手段に水を前記固体推進薬に向かって噴出させることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の本発明の固体燃料ロケットは、中空の燃焼室と、前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、前記固体推進薬が前記レーザの照射を止めると燃焼を停止する非自燃性の固体推進薬となっていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の本発明の固体燃料ロケットは、請求項４に記載の固体燃料ロケットにおいて、前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて、前記照射手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記照射手段にレーザの照射を停止させて前記固体推進薬の燃焼を停止することを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載した本発明の固体燃料ロケットによれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、燃焼室内の圧力が変動すると、この変動が減少するように照射手段にレーザの強度を強弱させる制御手段を備えている。
【００１４】
このため、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、燃焼室内の圧力の変動則ち推力の変動が減少するようにレーザの強度を制御するので、固体推進薬を安定的に燃焼させることができる。
【００１５】
請求項２に記載した本発明の固体燃料ロケットによれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射する。
【００１６】
このため、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射するので、固体推進薬を燃焼して発生した火炎が一時的に固体推進薬の表面から離れる。このため、固体推進薬の表面では、急激に温度が下がりかつ圧力が減少して、固体推進薬が消火される。
【００１７】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射するので、固体推進薬の表面から一時的に離れた火炎に向かって水が噴射される。このため、前述した火炎の温度が急激に下がり、この火炎が固体推進薬を再着火することを防止できる。
【００１８】
したがって、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、固体推進薬の消火を行うことができる。したがって、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。
【００１９】
請求項３に記載した本発明の固体燃料ロケットによれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、燃焼室内の圧力が変動すると、この変動が減少するように照射手段にレーザの強度を強弱させる制御手段を備えている。
【００２０】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射する。このため、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射するので、固体推進薬を燃焼して発生した火炎が一時的に固体推進薬の表面から離れる。このため、固体推進薬の表面では、急激に温度が下がりかつ圧力が減少して、固体推進薬が消火される。
【００２１】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射するので、固体推進薬の表面から一時的に離れた火炎に向かって水が噴射される。このため、前述した火炎の温度が急激に下がり、この火炎が固体推進薬を再着火することを防止できる。
【００２２】
したがって、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、燃焼室内の圧力の変動則ち推力の変動が減少するようにレーザの強度を制御するので、固体推進薬を安定的に燃焼させることができる。さらに、固体推進薬の消火を行うことができる。したがって、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。
【００２３】
請求項４に記載した本発明の固体燃料ロケットによれば、固体推進薬にレーザを照射することにより推力を発生するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めると燃焼を停止する非自燃性となっている。このため、レーザの照射を制御することにより、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができる。したがって、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。また、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。
【００２４】
請求項５に記載した本発明の固体燃料ロケットによれば、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御するので、所望の燃焼室内の圧力則ち所望の推力を得ることができる。
【００２５】
本明細書に記した固体推進薬とは、固体燃料と固体酸化剤とを総称して示している。また、本明細書に記した固体推進薬には、燃料が酸化剤より多く含有された本来は燃料過多固体推進薬と呼ぶべき固体推進薬も含み、酸化剤が燃料より多く含有された本来は酸化剤過多固体推進薬と呼ぶべき固体推進薬も含む。
【００２６】
さらに、非自燃性の固体推進薬とは、レーザなどの外部からのエネルギ供給が停止すると、消炎（燃焼を停止）する固体推進薬を示している。自燃性の固体推進薬とは、レーザなどの外部からのエネルギが供給されなくても、燃焼し続ける固体推進薬を示している。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態にかかる固体燃料ロケット１を図１ないし図１０を参照して説明する。固体燃料ロケット１は、図１ないし図３に示すように、球状の燃焼室２と、ノズル３と、複数の燃焼ユニット４と、噴射手段としての水噴射部５０（図６に示す）と、測定手段としての圧力センサ４６（図６に示す）と、制御手段としての制御装置４７（図４に示す）を備えている。
【００２８】
燃焼室２は、図３に示すように、外形が球状でかつ中空の室本体８と、複数のアウタケース１０とを備えている。室本体８則ち燃焼室２は、中空に形成されかつ内側に燃焼ユニット４の後述の燃料部６の固体推進薬９が燃焼して生成する燃焼ガスが満たされる。アウタケース１０は、図５に示すように、円板状の底板１２と、円筒状に形成されかつ底板１２の外縁に連なった筒部１３と、筒部１３の底板１２から離れた側の外縁に連ねる円盤状のフランジ部１４とを備えている。
【００２９】
フランジ部１４は、内径が筒部１３の外径と等しく形成されており、筒部１３の外縁からこの筒部１３の外周方向に突出している。フランジ部１４には、ボルト通し孔１５が設けられている。また、フランジ部１４は、室本体８の壁面５の外面に重ねられて、この壁面５則ち室本体８に取り付けられる。また、壁面５には、前記ボルト通し孔１５に合致するとともにボルト１６が螺合するねじ孔１７が設けられている。さらに、フランジ部１４と壁面５との間には、これらの間を気密に保つＯリング１８が設けられている。
【００３０】
ノズル３は、燃焼室２の壁面５（図３などに示す）に取り付けられている。ノズル３は、室本体８の壁面５を貫通しているとともに燃焼室２内の燃焼ガスを、燃焼室２外に導く。燃焼室２のノズル３から離れかつ図２中上側に位置する上半分を、以下北半球２ａと呼び、ノズル３寄りでかつ図２中下側に位置する下半分を、以下南半球２ｂと呼ぶ。
【００３１】
燃焼ユニット４は、３以上設けられている。図示例では、燃焼ユニット４は、３つ設けられている。燃焼ユニット４は、図３に示すように、燃料部６と、着火部７とを備えている。
【００３２】
燃料部６は、図５に示すように、インナケース１１と、このインナケース１１内に収容される固体推進薬９とを備えている。インナケース１１は、円板状の底板１９と、円筒状に形成されかつ底板１９の外縁に連なった筒部２０とを備えている。底板１９と筒部２０の外径は、アウタケース１０の筒部１３の内径と等しい。底板１９が底板１２に重なった状態で、インナケース１１は、アウタケース１０内に収容される。
【００３３】
固体推進薬９は、アウタケース１０内に収容されるインナケース１１内に収容されている。このため、固体推進薬９は、燃焼室２内に位置付けられる。本明細書に記した固体推進薬９とは、固体燃料と固体酸化剤とを総称して示している。また、本明細書に記した固体推進薬９には、燃料中に多量の酸化剤を含んで、本来は燃料過多固体推進薬と呼ぶべき固体推進薬も含み、酸化剤中に多量の燃料を含んで本来は酸化剤過多固体推進薬と呼ぶべき固体推進薬も含む。
【００３４】
３つの燃焼ユニット４の燃料部６のうち図３に示す二つの燃料部６の固体推進薬９は、固体燃料と固体酸化剤とからなり、燃料過多となっている。残りの一つの燃料部６の固体推進薬は、固体酸化剤からなる。
【００３５】
さらに、前述した図３に示す二つの燃料部６の固体推進薬９は、非自燃性の固体推進薬２１と、自燃性の固体推進薬２２とを備えている。非自燃性の固体推進薬２１は、円筒状に形成されかつ収容部８のインナケース１１内に収容されている。自燃性の固体推進薬２２は、円柱状に形成され非自燃性の固体推進薬２１内に収容されている。こうして、固体推進薬９は、自燃性の固体推進薬２２などからなる。
【００３６】
本明細書に記した非自燃性の固体推進薬２１とは、レーザＬなどの外部からのエネルギ供給が停止すると、消炎（燃焼を停止）する固体推進薬を示している。則ち、非自燃性の固体推進薬２１は、レーザＬの照射が停止すると燃焼を停止する（消火される）。自燃性の固体推進薬２２とは、レーザＬなどの外部からのエネルギが供給されなくても、燃焼し続ける固体推進薬を示している。則ち、自燃性の固体推進薬２２は、レーザＬの照射を停止しても燃焼を継続する。
【００３７】
自燃性の固体推進薬２２は、レーザＬの照射時間とレーザＬの強度とが変化すると、図９に示すように、着火したり、燃焼したり、動的消炎現象（ＤｙｎａｍｉｃＥｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）を起こす。図９中の境界Ｓ１よりレーザＬの照射時間が短くレーザＬの強度が弱いと、自燃性の固体推進薬２２は、燃焼（着火）しない。
【００３８】
また、図９中の境界Ｓ２よりレーザＬの強度が強いと（図９中の平行斜線で示す領域では）、自燃性の固体推進薬２２は、動的消炎現象を起こす。動的消炎現象とは、固体推進薬２２が燃焼していることで発生した火炎の圧力と温度が一時的に上昇して、前述した火炎が固体推進薬２２の表面から離れる。そして、固体推進薬２２の表面付近の温度が著しく低下して、固体推進薬２２が消火される。即ち、動的消炎現象とは、固体推進薬２２の表面付近の温度が著しく低下して、固体推進薬２２が消火される現象である。さらに、図９中の境界Ｓ１と境界Ｓ２との間では、自燃性の固体推進薬２２は、動的消炎現象などを起こさずに、燃焼（着火）する。
【００３９】
非自燃性及び自燃性の固体推進薬２１，２２は、固体燃料としての末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）の高分子材料と、固体酸化剤としての過塩素酸アンモニウムとから成る燃料過多コンポジット推進薬とし、レーザＬの吸収性等を考慮してカーボンブラックを少量添加する。また必要に応じて酸化第二鉄等の燃焼触媒を加える。
【００４０】
固体推進薬２１，２２の構成物質としては、他にも酸化剤として硝酸アンモニウム、固体燃料にグリシジルアジ化ポリマー（ＧＡＰ）や不飽和ポリエステル樹脂等の高分子材料を使うこともできる。上記で挙げた例以外にも固体推進薬２１，２２に適切な固体エネルギー物質があれば、使用可能である。非自燃性の固体推進薬２１は燃料過多とした上で、レーザＬによる加熱が無くなると消炎するように固体燃料と酸化剤の配合比で得られる。これにより、非自燃性の固体推進薬２１は燃焼中にレーザＬを切ると燃焼が持続できなくなり、燃焼を停止させる（消炎する）ことができる。
【００４１】
自燃性の固体推進薬２２は燃料過多とした上で、レーザＬによる加熱が無くても燃焼を継続するように固体燃料と酸化剤の配合比で得られる。これにより、自燃性の固体推進薬２２は燃焼中にレーザＬを切っても燃焼を持続する。
【００４２】
また、前述した固体推進薬２１，２２は、レーザＬの強度を変化させれば、それに応じて燃焼速度も変化するのでロケットの推力の大きさを制御することができる。なお、固体推進薬２１，２２は、燃焼が進むと共に表面が後退するが、レーザＬの強度の変化は少ないのでその影響は通常問題にならない。
【００４３】
また、前述した燃料部６は、以下のように製造される。円筒状のインナケース１１内に図示しないライナを付けた後、まず、インナケース１１の内面に沿って非自燃性の固体推進薬２１を充填する。その後、さらに非自燃性の固体推進薬２１の内側に自燃性の固体推進薬２２を充填する。
【００４４】
さらに、残りの一つの燃料部６の構成は、前述した燃料部６の構成と等しい。この燃料部６の固体推進薬は、酸化剤に過塩素酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、燃料にグリシジルアジ化ポリマー（ＧＡＰ）や不飽和ポリエステル樹脂等の高分子材料などからなる。固体推進薬は、インナケース１１内に収容されている。前述した燃料部６は、円筒状のインナケース１１内に図示しないライナを付けた後、前述した固体推進薬が充填されて、製造される。
【００４５】
前述した構成の燃料部６は、インナケース１１内に固体推進薬２１，２２を充填（収容）して、このインナケース１１をアウタケース１０内に収容する。フランジ部１４にＯリング１８を取り付けた後、このフランジ部１４を壁面５に重ねる。そして、ボルト通し孔１５と、ねじ孔１７とを合致させて、これらの中にボルト１６を通す。ボルト１６をねじ込んで、フランジ部１４則ちアウタケース１０を、燃焼室２の壁面５に取り付ける。
【００４６】
インナケース１１内の固体推進薬２１，２２が燃焼済みになれば、アウタケース１０を壁面５から取り外して、このアウタケース１０内から燃焼済みの固体推進薬２１，２２をインナケース１１とともに取り外す。燃焼前の固体推進薬２１，２２をインナケース１１とともにアウタケース１０内に収容する。アウタケース１０を再び壁面５則ち燃焼室２に取り付けて、燃料部６として再使用する。また、燃焼室２内では、３つの燃焼ユニット４の燃料部６の固体推進薬９が燃焼すると、燃料過多の燃焼ガスが発生するようになっている。
【００４７】
着火部７は、図４に示すように、キャビティ２３と、照射手段としてのレーザ部２４と、気体供給部２５とを備えている。キャビティ２３は、燃焼室２の壁面５に一体に形成されかつ燃焼室２の中心Ｊ（図３などに示す）を挟んで燃料部６と相対する位置に配されている。キャビティ２３は、壁面５の内面から凹でかつ壁面５の外面から凸に形成されている。キャビティ２３は、円筒状に形成されかつ壁面５に連なりかつこの壁面５から燃焼室２の外周方向に延びた筒部２６と、前記筒部２６の壁面５から離れた側の縁部２６ａを塞いだ壁部２７とを有している。
【００４８】
レーザ部２４は、レーザ発生部２８と、超音波変位計２９と、レーザ制御部３０とを備えている。レーザ発生部２８は、レーザ用電源３１と、レーザコントローラ３２と、レーザ発生源としての半導体レーザ３３と、ビーム整形ユニット３４と、ビームホモジナイザ３５と、ズームユニット３６と、光学ガラス窓３７とを備えている。
【００４９】
レーザ用電源３１は、レーザコントローラ３２を介して、半導体レーザ３３に印加する。レーザコントローラ３２は、制御装置４７などからの命令に基づいて、半導体レーザ３３に印加する電力などを制御する。半導体レーザ３３は、固体推進薬９を燃焼するためのレーザＬを発生する。半導体レーザ３３は、ビーム整形ユニット３４に向かってレーザＬを出射する。ビーム整形ユニット３４は、半導体レーザ３３からのレーザＬを断面円形状に形成して、ビームホモジナイザ３５に向かって出射する。
【００５０】
ビームホモジナイザ３５は、断面円形状のレーザＬの強度を一様にして、ズームユニット３６に向かって出射する。ズームユニット３６は、凸レンズ３８と、凹レンズ３９などを備えている。凸レンズ３８は、凹レンズ３９よりビームホモジナイザ３５寄りに配されている。凹レンズ３９は、凸レンズ３８より光学ガラス窓３７寄りに配されている。凸レンズ３８と凹レンズ３９との間隔が変更可能にこれらのレンズ３８，３９のうち少なくとも一方がスライド自在となっている。
【００５１】
ビームホモジナイザ３５から出射されたレーザＬは凸レンズ３８に入射した後、凹レンズ３９に入射する。そして、凹レンズ３９から出射したレーザＬは光学ガラス窓３７に導かれる。ズームユニット３６は、凸レンズ３８と凹レンズ３９との間隔を変更することにより、凹レンズ３９から出射されたレーザの拡がる角度θ１，θ２（図４などに示す）を変更可能となっている。こうして、ズームユニット３６は、半導体レーザ３３からのレーザＬを光学ガラス窓３７に導くとともに、このレーザＬの広がり（前述した角度θ１，θ２が相当する）を変更する。
【００５２】
光学ガラス窓３７は、前記壁部２７に取り付けられている。光学ガラス窓３７は、前述したレーザＬを通すとともに、前述した燃焼ガスなどを通さない。光学ガラス窓３７は、燃焼室２の中心Ｊを挟んで、燃料部６の固体推進薬９と相対する。
【００５３】
超音波変位計２９は、前記壁部２７に取り付けられた測定子２９ａを備えている。このため、超音波変位計２９は、壁部２７に取り付けられている。測定子２９ａは、燃料部６の固体推進薬９の表面９ａに向かって超音波を放射する。測定子２９ａは、燃料部６の固体推進薬９の表面９ａから反射した超音波を受ける。固体推進薬９の表面９ａとは、固体推進薬９の燃焼室２の内側に露出する表面である。
【００５４】
超音波変位計２９は、測定子２９ａが固体推進薬９の表面９ａに超音波を放射して、この表面９ａから反射した超音波を受けることにより、壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔を測定する。超音波変位計２９は、レーザ制御部３０の後述するモータコントローラ４０に向かって、壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔に応じた情報を出力する。
【００５５】
レーザ制御部３０は、モータコントローラ４０と、ドライバ４１と、ズームユニット３６のレンズ３８，３９間の間隔を拡げたり狭くするステッピングモータ４２などを備えている。モータコントローラ４０は、ドライバ４１を介して、ステッピングモータ４２を制御する。
【００５６】
モータコントローラ４０は、超音波変位計２９が測定した壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔に基づいて、レーザＬの広がり（角度θ１，θ２）を変更する。モータコントローラ４０は、レーザＬが自燃性の固体推進薬２２の表面全体に照射され、かつ非自燃性の固体推進薬２１の外縁部則ち固体推進薬９の外縁部まで照射されるとともに、筒部２０などに照射されないように、レーザＬの広がり（角度θ１，θ２）を変更する。
【００５７】
このように、モータコントローラ４０は、超音波変位計２９が測定した壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔に基づいて、前記レーザＬが固体推進薬９の表面の外縁部まで照射されかつ筒部２０に照射されないように（筒部２０に照射されることを規制するように）、ズームユニット３６を制御する。前述した構成のレーザ部２４は、固体推進薬９にレーザＬを照射して、前記固体推進薬９を燃焼させて燃焼ガスを発生させる。
【００５８】
気体供給部２５は、図６に示すように、気体供給源としての気体タンク４３と、貫通孔４４と、配管４５と、流量調整器４８とを備えている。気体タンク４３は、空気などの気体を加圧した状態で収容する。気体タンク４３は、貫通孔４４を通して気体をキャビティ２３内に供給する。
【００５９】
貫通孔４４は、図４に示すように、筒部２６の前述した縁部２６ａを貫通している。配管４５は、気体タンク４３と、貫通孔４４とを連結している。配管４５は、気体タンク４３内の気体を貫通孔４４内に導く。流量調整器４８は、制御装置４７からの命令に応じて、気体タンク４３から貫通孔４４を通してキャビティ２３内に供給される気体の流量を変更する。
【００６０】
前述した構成の着火部７は、加熱源としての半導体レーザ３３からレーザＬを発生する。半導体レーザ３３から発せられたレーザＬは、ビーム整形ユニット３４を通って円柱状に整形され、次のビームホモジナイザ３５で強度が一様化される。
【００６１】
超音波変位計２９で計測された固体推進薬９の表面９ａと壁部２７との間隔に関する情報をモータコントローラ４０などでリアルタイムに解析し、固体推進薬９の表面９ａに適切なレーザＬの照射が行なわれるようにステッピングモータ４２を制御してズームユニット３６を調整する。
【００６２】
前述したように、ズームユニット３６をステッピングモータ４２で制御することにより、レーザＬが光学ガラス窓３７を通して放射状に拡がっていくので、前記キャビティ２３と壁面５との連結箇所４９（図４などに示す）を、固体推進薬９の断面積と比べ十分小さくすることができ、このため、キャビティ２３内に流入する気体の流量を減らすことができる。
【００６３】
次にレーザＬは、光学ガラス窓３７を透過して、燃料部６の固体推進薬９の表面９ａに照射される。ここでのレーザＬの照射面積は、筒部２０などを加熱しないように固体推進薬９の表面９ａより小さくなっている。よって一部の固体推進薬９に加熱されない部分が生じるが、これらは周囲の高温の既燃ガスによる対流熱伝達で分解・燃焼する。このように、固体推進薬９はレーザＬを照射されながら端面燃焼型式で燃焼する。レーザＬにより固体推進薬９が燃焼またはガス化されて、燃焼室２内に燃焼ガスが発生する。
【００６４】
前述したレーザＬを照射している間、則ち固体推進薬９を燃焼している間は、気体タンク４３などから流量調整器４８を経た気体を、貫通孔４４を通してキャビティ２３の中に常に噴出している。これによりレーザＬや燃焼ガスの火炎からの輻射により加熱された光学ガラス窓３７を冷却するとともにこの光学ガラス窓３７に燃焼生成物の付着することを防ぐ。こうして、光学ガラス窓３７を通してレーザＬを固体推進薬９に照射して、固体推進薬９を燃焼するとともに、貫通孔４４を通して気体タンク４３からキャビティ２３内に気体を供給する。
【００６５】
貫通孔４４を通して噴出される気体の流量は、燃焼室２内の圧力を圧力センサ４６と制御装置４７で監視しながら、流量調整器４８により最適に制御される。また、前述した着火部７において、キャビティ２３と壁面５との連結箇所４９を超音速ノズルに設定した場合は、キャビティ２３内に設置した超音波変位計２９の測定子２９ａに外部からの信号が届かない。このため、この場合は超音波変位計２９の測定子２９ａをキャビティ２３の外に設置する。
【００６６】
気体として空気を用いると、貫通孔４４から噴射された気体は、その後、燃料過多の燃焼ガスとさらに二次燃焼をし、燃焼効率を高める事に寄与する。また、固体燃料ロケット１は真空中のみの作動を対象としているため、空気抵抗を考慮する必要が無いので、重量の点で問題が無ければ気体タンク４３の容積を大きく取ることができる。気体タンク４３内の気体は他にも不活性ガス等を使用してもよいが、酸化性が強いものや可燃性の気体は適さない。このためここで空気を選んだのは二次燃焼に使えるだけでなく、宇宙空間における緊急用の予備空気貯蔵器としても役立つことを考慮した。
【００６７】
前述した３つの燃料部６は、北半球２ａに取り付けられているとともに、着火部７は、南半球２ｂに取り付けられている。各燃焼ユニット４の燃料部６と着火部７とは、燃焼室２の中心Ｊを挟んで相対している。また、各燃焼ユニット４のレーザＬの光軸は、前記燃料部６と着火部７とが相対する方向に沿っている。３つの燃焼ユニット４のレーザＬの光軸は、互いに交差している。燃料部６と着火部７とは、固体推進薬９の表面９ａの中心をレーザＬの光軸上に配置されている。レーザＬの光軸は、燃焼室２の中心軸Ｑ（ノズル３の軸芯をなし、図３中に一点鎖線で示す）と適切な角度で傾いている。燃焼ユニット４は、燃焼室２の中心軸Ｑに関して互いに軸対称となる位置に取り付けられている。
【００６８】
これにより各燃料部６から流出する燃焼ガスが前述した中心軸Ｑに対して傾いており、対向流になって燃焼室２の中央で衝突し、燃焼室２の径方向の流速成分を相殺するように作用する。このため、キャビティ２３の中にある光学ガラス窓３７に直接燃焼ガスが衝突することを防止でき、前記光学ガラス窓３７へ燃焼生成物が付着するのを妨げる。
【００６９】
前述した実施形態では、燃料部６を３個としたが、これを２個にすると片方のレーザ発生部２８が故障した場合、他方の正常な光学ガラス窓３７に向かって燃焼ガス流が直接向いてしまうという欠点を持つ。この点からも球状の燃焼室２における周方向の燃料部６の個数と配置は上記の設定が望ましい。燃料部６を増やしたい時は、燃焼室２の中央に新たに３つ配置すればよい。
【００７０】
水噴射部５０は、図６に示すように、水タンク５１と、水噴射ノズル５２と、配管５３と、水流量調整器５４を備えている。水タンク５１は、水を収容している。水噴射ノズル５２は、配管５３を通して供給された水タンク５１からの水を燃料部６の固体推進薬９に向かって吹き付ける。
【００７１】
配管５３は、水タンク５１と水噴射ノズル５２とを連結している。水流量調整器５４は、制御装置４７からの命令に応じて、水タンク５１から水噴射ノズル５２を通して固体推進薬９に吹き付けられる水の流量及び水を噴射するか否かを変更する。水噴射部５０は、後述するように、燃焼室２の燃焼を停止する際に、水噴射ノズル５２を通して水を固体推進薬９に向かって吹き付ける。水噴射部５０は、制御装置４７からの命令に基づいて、固体推進薬９に向かって水を噴射する。
【００７２】
また、水タンク５１は、気体タンク４３内の圧力で加圧されており、前述した水の噴射圧を得るようになっている。このため、構造が簡単になる。
【００７３】
圧力センサ４６は、壁面５に取り付けられており、燃焼室２内の圧力を測定して、制御装置４７に向かって出力する。圧力センサ４６として、圧電型の圧力センサを用いることができる。
【００７４】
制御装置４７は、周知のＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵなどを備えたコンピュータである。制御装置４７には、圧力センサ４６から燃焼室２内の圧力に応じた情報が入力する。制御装置４７は、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に基づいて、前記レーザ部２４のレーザコントローラ３２を制御する。制御装置４７は、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に基づいて、前記流量調整器４８を制御して気体タンク４３から貫通孔４４を通してキャビティ２３内に供給される気体の流量を制御する。制御装置４７は、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に基づいて、後述の水流量調整器５４を制御して水タンク５１から水噴射ノズル５２を通してキャビティ２３内に供給される水の流量を制御する。
【００７５】
制御装置４７は、レーザ部２４の照射するレーザＬの強度を強くしたり弱くして、燃焼ガスの発生量則ち推力を増減する。このとき、勿論、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に基づいて、レーザＬを強弱することは勿論である。則ち、制御装置４７は、レーザＬの強度を強くしたり弱くして、所望の燃焼室２内の圧力則ち所望の推力を得る。
【００７６】
制御装置４７は、図７に示す固体推進薬９が燃焼するときの燃焼室２内の圧力の変化を記憶している。なお、図７は、固体推進薬９を実際に燃焼させて得られる。燃焼室２内の固体推進薬９が燃焼している間に、図８（ａ）中の実線で示すように、燃焼室２内の圧力則ち推力が変動（圧力が高低、推力が増減）することがある。なお、図８（ａ）中の二点鎖線は、圧力変動を起こさずに固体推進薬９が燃焼する状態を示しており、固体推進薬９の理想的な燃焼状態を示している。制御装置４７は、まず、図７に示した固体推進薬９が燃焼した際の圧力変化に基づいて、燃焼室２内の圧力が今後どのように変化するかを予測する。
【００７７】
制御装置４７は、前述したように予測して得た圧力変化が一定の圧力（図８（ａ）中に二点鎖線で示す）となるレーザＬの強度（図８（ｂ）中に一点鎖線で示す）を算出する。なお、図８（ｂ）中の実線は、図８（ａ）中に実線で示す圧力変動が発生したときのレーザＬの強度を示している。図８（ｂ）中の一点鎖線は、図８（ａ）中に実線で示す圧力変動を減少させるためのレーザＬの強度を示している。制御装置４７は、図８（ｂ）中に一点鎖線で示す強度で、レーザ部２４に固体推進薬９にレーザＬを照射させる。このように、制御装置４７は、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力が変動（高低）すると、この圧力の変動が減少するようにレーザ部２４にレーザＬの強度を強弱させる。
【００７８】
さらに、制御装置４７は、燃焼中の固体推進薬９を消火する際には、レーザ部２４に図９中の平行斜線で示す動的消炎現象が起きる強度のレーザＬを固体推進薬９に照射させる。すると、固体推進薬９が燃焼して発生した火炎の圧力と温度が急激に上昇する。前述した火炎は、例えば図１０中の実線で示す位置から図１０中に二点鎖線で示す位置に向かって移動する。則ち、前述した火炎は、固体推進薬９から離れる。すると、固体推進薬９の表面９ａ付近則ち図１０中に実線で示す位置の温度が急激に低下して、固体推進薬９の燃焼が停止する則ち固体推進薬９が消火される。
【００７９】
また、制御装置４７は、動的消炎現象が起きる強度のレーザＬを照射した後、水流量調整器５４に水タンク５１から水噴射ノズル５２を通して固体推進薬９に向かって水を噴射させる。すると、図１０中に二点鎖線で示す位置に位置した火炎に水がかけられて、該火炎の温度が低下する。このため、火炎が、固体推進薬９の表面９ａに近づいて、この固体推進薬９を再着火することを防止できる。このように、制御装置４７は、レーザ部２４に動的消炎現象が起きる強度のレーザＬを固体推進薬９に照射させた後、水噴射部５０に水を固体推進薬９に向かって噴射させる。
【００８０】
このように、前述した構成の固体燃料ロケット１では、燃焼中の燃焼室２内の圧力は、応答性の良い圧力センサ４６で計測され、制御装置４７で波形がリアルタイムに解析される。もし、燃焼室２内で不安定燃焼が発生すれば、前述したように、レーザコントローラ３２によって半導体レーザ３３がアクチュエータとして駆動され、レーザＬが不安定燃焼を打ち消すように固体推進薬９の表面９ａに加えられる。
【００８１】
また、固体燃料ロケット１では、燃焼中の固体推進薬９を消火するために、前述したように、固体推進薬９に対し高強度のレーザＬを方形波パルスまたはパルス列として加えて、固体推進薬９の温度と燃焼室２内の圧力を一時的に上昇させる。その後、固体推進薬９の温度と燃焼室２内の圧力を急減少させることで動的消炎現象（ＤｙｎａｍｉｃＥｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）を起こさせる。
【００８２】
すると、固体推進薬９の表面９ａで燃焼していた燃焼ガスは、一時的に固体推進薬９の表面９ａから離れる。このとき、固体推進薬９の表面９ａから離れた高温の燃焼ガスに水噴射ノズル５２から水を噴射して、燃焼ガスの温度を低下させることで、固体推進薬９の再着火を抑制する。こうして、燃焼中の固体推進薬９を消火する。
【００８３】
前述した実施形態の固体燃料ロケット１は、図９中の境界Ｓ１，Ｓ２間の強度でレーザＬを固体推進薬９の表面９ａに照射して、固体推進薬９を着火する。すると、レーザＬの照射を止めても、固体推進薬９は、燃焼する。このとき、同時に貫通孔４４を通して気体をキャビティ２３内に吹き出すとともに、超音波変位計２９が壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔を測定して、モータコントローラ４０がズームユニット３６を制御している。例えば、固体推進薬９の表面９ａが図４中の実線で示す位置では、レーザＬの広がりは角度θ１となり、固体推進薬９の表面９ａが図４中の二点鎖線で示す位置では、レーザＬの広がりは角度θ２となる。このように、固体推進薬９の燃焼とともに、レーザＬの広がりを徐々に狭くする。
【００８４】
固体推進薬９から発生した燃焼ガスは、燃焼室２の中央で衝突して、ノズル３に向かって導かれる。そして、ノズル３を通して、燃焼室２の固体推進薬９の燃焼により発生した燃焼ガスが噴出して、推力を発生する。
【００８５】
このとき、推力を増加する際には、例えば、レーザＬを固体推進薬９に向かって照射したり、固体推進薬９に照射するレーザＬを強くする。また、燃焼室２内の圧力が変動した際には、この変動を圧力センサ４６で計測して、この変動をうち消すようにレーザＬの強さを変更する。
【００８６】
さらに、固体推進薬の燃焼を停止する際には、固体推進薬９に対し高強度のレーザ光線を方形波パルスまたはパルス列として加えて、動的消炎現象（ＤｙｎａｍｉｃＥｘｔｉｎｃｔｉｏｎ）を起こさせる。そして、水噴射ノズル５２から水を噴射して、固体推進薬９の燃焼を停止する。
【００８７】
本実施形態によれば、レーザＬを照射することにより固体推進薬９を点火するようになっており、固体推進薬９がレーザＬの照射を止めても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬２２からなる。また、燃焼室２内の圧力を測定する圧力センサ４６を備え、この圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に応じてレーザＬの強度を制御する。さらに、燃焼室２内の圧力が変動すると、この変動が減少するように照射部２４にレーザＬの強度を強弱させる制御装置４７を備えている。
【００８８】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザＬを固体推進薬９に照射して、固体推進薬９に水噴射部５０が水を噴射する。このため、動的消炎現象が起きる強さのレーザＬを固体推進薬９に照射するので、固体推進薬９を燃焼して発生した火炎が一時的に固体推進薬９の表面９ａから離れる。このため、固体推進薬９の表面９ａでは、急激に温度が下がって、固体推進薬９が消火される。
【００８９】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザＬを固体推進薬９に照射して、固体推進薬９に水噴射部５０が水を噴射するので、固体推進薬９の表面９ａから一時的に離れた火炎に向かって水が噴射される。このため、前述した火炎の温度が急激に下がり、この火炎が固体推進薬９を再着火することを防止できる。
【００９０】
したがって、レーザＬの強度を制御することにより、固体推進薬９の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、燃焼室２内の圧力の変動則ち推力の変動が減少するようにレーザＬの強度を制御するので、固体推進薬９を安定的に燃焼させることができる。さらに、固体推進薬９の消火を行うことができる。したがって、固体推進薬９の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケット１を得ることができる。
【００９１】
固体推進薬９が一旦着火したらその後は自燃性のためにレーザＬの照射を切っても燃焼が持続するので、この間はレーザＬを使用しなくても済み消費電力は大幅に低減される。但し、レーザＬで動的消炎をさせるため予め固体推進薬９の自燃性を低くするように固体燃料と固体酸化剤の配合比を適切な値に設定する必要がある。一方、着火時のレーザＬが強過ぎると着火後のレーザＬの遮断時にも動的消炎を起こす可能性があるので、消炎しない程度にレーザＬの強度をレーザコントローラ３２で低く保つ。
【００９２】
燃料部６が燃焼室２の北半球２ａに取り付けられているので、燃焼ガスの流れが比較的澱まずノズル３を通過するので、力学的な損失が少ない。但し、キャビティ２３が燃焼室２の南半球２ｂに取り付けられているので、キャビティ２３への燃焼生成物の流入の可能性が高くなる。
【００９３】
また、レーザＬを固体推進薬９に照射するため、燃焼室２内にレーザＬを通すことで固体推進薬９を燃焼できるので、燃焼室２内の圧力を高くすることができる。このため、燃焼室２内での燃焼ガスの発生量を増加させることができ、推力を増加させることができる。
【００９４】
さらに、燃焼ユニット４が、３つ設けられている。また、各燃焼ユニット４の着火部７と燃料部６が、燃焼室２の中心Ｊを挟んで互いに相対している。このため、各燃料部６の固体推進薬９が燃焼して発生した燃焼ガスが燃焼室２の中央で互いに衝突して、燃焼ガスの流れる方向が変更する。このため、各燃料部６の固体推進薬９が燃焼して発生した燃焼ガスが、相対する着火部７に直接吹き付けることを防止できる。
【００９５】
また、燃焼ユニット４が、３つ設けられているため、燃焼ユニット４が一つ破損しても、各燃料部６の固体推進薬９が燃焼して発生した燃焼ガスが燃焼室２の中央で互いに衝突して、燃焼ガスの流れる方向が確実に変更する。したがって、燃焼ガスが着火部７に直接吹き付けることを確実に防止でき、着火部７則ち燃焼ユニット４が破損することを防止できる。
【００９６】
固体推進薬９の外縁部に非自燃性の固体推進薬２１が設けられ、非自燃性の固体推進薬２１の内側に自燃性の固体推進薬２２が設けられている。さらに、レーザＬが、筒部２０などに照射されない。このため、筒部２０が必要以上に加熱されることを防止でき、筒部２０則ち燃焼ユニット４が破損することを防止できる。
【００９７】
光学ガラス窓３７を取り付けたキャビティ２３が、燃焼室２の内面から凹でかつ燃焼室２の外面から凸である。このように、着火部７は、燃焼室２内からみて窪んでいる。また、縁部２６ａから筒部２６則ちキャビティ２３内に気体を吹き込む。このため、吹き込まれた気体は、光学ガラス窓３７上を流れる。したがって、光学ガラス窓３７が加熱されることを防止できるとともに燃焼生成物が付着することを防止でき、着火部７則ち燃焼ユニット４が破損することをより確実に防止できる。
【００９８】
前述した実施形態では、燃焼室２の北半球２ａに燃料部６を取り付けている。しかしながら、本発明では、図１１及び図１２に示すように、南半球２ｂに燃料部６を取り付け、さらに、補助燃料部５５を北半球２ａに取り付けも良い。なお、前述した実施形態に示した燃焼室２（図１などに示す）を、以下型式Ａと呼び、図１１などに示す燃料室２を型式Ｂと呼ぶ。又、図１１及び図１２において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。補助燃料部５５は、固体酸化剤５６を収容している。補助燃料部５５は、中心Ｊを挟んでノズル３と相対している。
【００９９】
型式Ｂの燃焼室２では、南半球２ｂにある固体推進薬９からの燃料過多の燃焼ガス流が、北半球２ａにある補助燃料部５５の固体酸化剤５６の表面に衝突し、そこで対向噴流拡散火炎を形成する。型式Ｂの燃焼室２は、対向噴流拡散火炎を形成するので燃焼効率は向上するが、流れの力学的損失と燃焼室壁面の熱負荷の増大が問題となる。なお、型式Ｂの燃焼室２では、着火部７のキャビティ２３は燃焼室２の北半球２ａに設置されるので、燃焼生成物の流入の恐れは少ない。
【０１００】
また、前述した型式Ａ及び型式Ｂの燃焼室２の燃料部６の固体推進薬９すべてを、図１３に示すように、非自燃性の固体推進薬２１としても良い。非自燃性の固体推進薬２１は燃焼中にレーザＬを切ると燃焼が持続できなくなり、燃焼を停止させることができる。
【０１０１】
このため、図１３に示す非自燃性の固体推進薬２１のみを燃料部６に用いると、レーザＬの照射を停止することにより、固体推進薬９の燃焼を停止する。このため、固体推進薬９の燃焼を容易に停止できる。また、レーザＬの強度を制御することにより、固体推進薬９の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。
【０１０２】
このように、図１３に示すように、非自燃性の固体推進薬２１のみを燃料部６に用いると、レーザＬの照射を制御することにより、固体推進薬９の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができる。さらに、レーザＬを強弱して、燃焼ガスの発生量則ち推力を増減する。
【０１０３】
また、燃焼室２内の圧力を測定する圧力センサ４６を備え、この圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力に応じてレーザＬの強度を制御する。燃焼室２内の圧力に応じてレーザＬの強度を制御するので、所望の燃焼室２内の圧力則ち所望の推力を得ることができる。したがって、取り扱いが容易で、点火・停止を含む推力制御が可能な固体推進薬９で構成される再使用型の固体燃料ロケット１を容易に得ることができる。
【０１０４】
さらに、図１３に示す場合も、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力が変動すると、この圧力の変動が減少するようにレーザ部２４にレーザＬの強度を強弱させる。
【０１０５】
また、前述した実施形態では、レーザＬを適切に固体推進薬９に照射するために、レーザＬの広がりθ１，θ２を制御してきた。しかし、図１４に示すように、壁部２７則ち超音波変位計２９の測定子２９ａと固体推進薬９の表面９ａとの間隔を一定に保って、レーザＬが固体推進薬９の外縁部まで照射されかつ筒部２０に照射されることを規制するようにしても良い。
【０１０６】
なお、図１４において、前述した実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図１４に示す場合では、インナケース１１は、アウタケース１０に対して燃焼室２の径方向に沿ってスライド自在となっている。燃焼ユニット４は、前述した超音波変位計２９と、移動手段としての移動部５７と、制御部５８とを備えている。
【０１０７】
移動部５７は、インナケース１１に取り付けられたラック５９と、燃焼室２に固定されたモータ６０などを備えている。モータ６０の出力軸には、ラック５９と噛み合うピニオン６１が取り付けられている。移動部５７は、モータ６０の出力軸が回転することにより、固体推進薬９を前記燃焼室２の内側に向かって移動させることが可能である。
【０１０８】
制御部５８は、超音波変位計２９と接続したモータコントローラ６２と、ドライバ６３などを備えている。モータコントローラ６２は、ドライバ６３を介してモータ６０に接続している。モータコントローラ６２は、超音波変位計２９が測定した前記壁部２７と固体推進薬９の表面９ａとの間隔に基づいて、前記レーザＬが前記固体推進薬９の表面９ａの外縁部まで照射されかつ前記筒部２０に照射されることを防止するように、ドライバ６３を介してモータ６０を制御する。モータコントローラ６２は、固体推進薬９の燃焼とともに前記固体推進薬９を徐々に燃焼室２の内側に向かって移動する。図１４に示す場合では、レーザＬが、筒部２０に照射されないので、筒部２０が必要以上に加熱されることを防止でき、筒部２０則ち燃焼ユニット４が破損することを防止できる。
【０１０９】
さらに、本発明では、図１５に示すように、燃焼室２にさらに２次燃焼室６４を取り付けて、推力を増加させても良い。２次燃焼室６４は、前記ノズル３などに取り付けられる円筒状の本体部６５と、第２ノズル６６と、本体部６５内に収容された２次固体推進薬６７とを備えている。本体部６５の一端部は、燃焼室２のノズル３に取り付けられている。本体部６５内には、燃焼室２の燃焼ガスがノズル３を通して吹き込む。第２ノズル６６は、本体部６５のノズル３から離れた側の他端部に取り付けられている。第２ノズル６６は、本体部６５内を通る燃焼ガスを本体部６５外に導く。
【０１１０】
２次固体推進薬６７は、円環状に形成されかつ本体部６５内に充填されている。２次固体推進薬６７は、中央に本体部６５内に吹き込まれた燃焼ガスを通す通し孔６７ａが形成されている。
【０１１１】
前述したノズル３と、本体部６５と、第２ノズル６６と、２次固体推進薬６７とは同軸に配されている。
【０１１２】
２次固体推進薬６７は、前記本体部６５内に複数設けられている。２次固体推進薬６７は、ノズル３から近い順に、固体酸化剤５６、非自燃性の固体推進薬２１、固体酸化剤５６と配されいる。こうして、固体酸化剤５６と非自燃性の固体推進薬２１とを交互に設けている。固体酸化剤５６として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いるが、他の固体酸化剤５６として過塩素酸アンモニウム単体の加圧成形体等を使ってもよい。又、本体部６５内に一種類のみの固体推進薬６７を設けても良い。
【０１１３】
図１５に示す場合では、燃焼室２からノズル３を経た燃焼ガスは、二次燃焼室６４に流入する。このときの燃焼ガスは、まだ未燃の燃料成分を含んでいるので、二次燃焼室６４に装填された固体酸化剤５６と燃焼を行なう。これにより燃焼効率が向上し、推進性能が増大する。さらに、非自燃性の固体推進薬２１と燃焼し、固体酸化剤５６などと燃焼して、第２ノズル６６から噴出する。こうして、ガス発生量が増大して、推力が増加する。
【０１１４】
図１５に示す場合では、レーザＬによる燃焼制御の対象を自燃性の固体推進薬２２とし、二次燃焼室６４に固体酸化剤５６を配置している。しかしながら、本発明では、反対に固体酸化剤５６をレーザ加熱により熱分解し、二次燃焼室６４に装填された自燃性の推進薬２２と燃焼反応させても良い。また、図１５に示す場合で、燃焼室２から発生する燃焼ガスが酸化剤過多の場合は、本体部６５内にノズル３から近い順に非自燃性の固体推進薬２１と、固体酸化剤５６とを交互に配置すればよい。
【０１１５】
図１５に示す場合によれば、燃焼室２内の燃焼ガスを通す２次燃焼室６４を備えている。２次燃焼室６４の本体部６５内には、２次固体推進薬６７が設けられている。このため、２次燃焼室６４の本体部６５内に通された燃焼ガスは、２次固体推進薬６７を燃焼する。したがって、２次燃焼室６４の２次ノズル６６から排出されるガス発生量を増加でき、推力を増大させることができる。
【０１１６】
また、図１５に示す場合において、固体推進薬２１，２２の中には、燃焼ガスが光学的に不透明でレーザＬが固体推進薬９の表面まで届かないものやキャビティ２３内に流入し易い固形の燃焼生成物を生成するものがある。このような場合は燃焼室２を光学的に比較的透明なガスを発生する固体酸化剤５６のみとし、二次燃焼室６４に固体推進薬２１，２２を置くと良い。
【０１１７】
以上、燃焼室２の型式、二次燃焼室６４の有無、固体推進薬２１，２２の種類による固体燃料ロケット１の違いを大まかに述べたが、本発明では、固体燃料ロケット１を以下の表１及び表２に示すような構成としても良い。
【０１１８】
【表１】

【０１１９】
【表２】

ここで、型式Ｂの燃焼室２には上記以外に、燃焼室２の北半球２ａに固体酸化剤５６などからなる補助燃料部５５が取り付けられている。
【０１２０】
次に、本発明の第２の実施形態にかかる固体燃料ロケット１を、図１６を参照して説明する。図１６に示された固体燃料ロケット１は、アウタケース１０を設けずに、燃焼室２全体に固体推進薬９を充填している。また、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同様に、レーザＬを着火部７から固体推進薬９に照射することにより、前記固体推進薬９を燃焼させる。
【０１２１】
また、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同様に、レーザＬを照射して固体推進薬９を着火するとともに、レーザＬを強弱することにより、燃焼ガスの発生量則ち推力を増減する。さらに、本実施形態では、固体推進薬９を自燃性の固体推進薬２２から構成しても良く、非自燃性の固体推進薬２１から構成しても良い。
【０１２２】
固体推進薬９を非自燃性の固体推進薬２１から構成すると、レーザＬの照射を止めて、固体推進薬９を消火する。さらに、本実施形態でも、圧力センサ４６が測定した燃焼室２内の圧力が変動すると、この圧力の変動が減少するようにレーザ部２４にレーザＬの強度を強弱させる。
【０１２３】
本実施形態によれば、前述した第１の実施形態と同様に、非自燃性の固体推進薬９の場合、点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケット１を得ることができる。
【０１２４】
さらに、本発明では、レーザＬの光源として、半導体レーザ３３の他にＮｄ：ＹＡＧレーザやガラスレーザ等の高出力固体レーザを利用することもできる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明によれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、燃焼室内の圧力が変動すると、この変動が減少するように照射手段にレーザの強度を強弱させる制御手段を備えている。
【０１２６】
このため、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、燃焼室内の圧力の変動則ち推力の変動が減少するようにレーザの強度を制御するので、固体推進薬を安定的に燃焼させることができる。
【０１２７】
請求項２に記載の本発明によれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射する。
【０１２８】
このため、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射するので、固体推進薬を燃焼して発生した火炎が一時的に固体推進薬の表面から離れる。このため、固体推進薬の表面では、急激に温度が下がりかつ圧力が減少して、固体推進薬が消火される。
【０１２９】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射するので、固体推進薬の表面から一時的に離れた火炎に向かって水が噴射される。このため、前述した火炎の温度が急激に下がり、この火炎が固体推進薬を再着火することを防止できる。
【０１３０】
したがって、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、非自燃性の固体推進薬の場合、消火を行うことができる。したがって、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。
【０１３１】
請求項３に記載の本発明によれば、固体推進薬にレーザを照射することにより固体推進薬を点火するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めても燃焼を継続する自燃性となっている。また、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。さらに、燃焼室内の圧力が変動すると、この変動が減少するように照射手段にレーザの強度を強弱させる制御手段を備えている。
【０１３２】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射する。このため、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射するので、固体推進薬を燃焼して発生した火炎が一時的に固体推進薬の表面から離れる。このため、固体推進薬の表面では、急激に温度が下がりかつ圧力が減少して、固体推進薬が消火される。
【０１３３】
また、動的消炎現象が起きる強さのレーザを固体推進薬に照射して、固体推進薬に噴射手段が水を噴射するので、固体推進薬の表面から一時的に離れた火炎に向かって水が噴射される。このため、前述した火炎の温度が急激に下がり、この火炎が固体推進薬を再着火することを防止できる。
【０１３４】
したがって、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。また、燃焼室内の圧力の変動則ち推力の変動が減少するようにレーザの強度を制御するので、固体推進薬を安定的に燃焼させることができる。さらに、固体推進薬の消火を行うことができる。したがって、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができ、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。
【０１３５】
請求項４に記載の発明によれば、固体推進薬にレーザを照射することにより推力を発生するようになっており、固体推進薬がレーザの照射を止めると燃焼を停止する非自燃性となっている。このため、レーザの照射を制御することにより、固体推進薬の点火・燃焼及び消火を複数回行うことができる。したがって、取り扱いが容易で複数回噴射できる固体燃料ロケットを得ることができる。また、レーザの強度を制御することにより、固体推進薬の燃焼制御（推力の増減など）を行うことができる。
【０１３６】
請求項５に記載の本発明によれば、燃焼室内の圧力を測定する測定手段を備え、この測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御する。燃焼室内の圧力に応じてレーザの強度を制御するので、所望の燃焼室内の圧力則ち所望の推力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる固体燃料ロケットの平面図である。
【図２】図１に示された固体燃料ロケットの矢印ＩＩ方向からみた側面図である。
【図３】図１中のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図４】図１に示された固体燃料ロケットの着火部などの構成を示す説明図である。
【図５】図１に示された固体燃料ロケットの燃料部の断面図である。
【図６】図１に示された固体燃料ロケットの気体供給部などの構成を示す説明図である。
【図７】図１に示された固体燃料ロケットの固体推進薬を燃焼したときの圧力の変化を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、図１に示された固体燃料ロケットの固体推進薬を燃焼したときに圧力の変動が発生した状態を示す説明図である。（ｂ）は、図８（ａ）の時に、変動を減少させるレーザの強度などを説明する説明図である。
【図９】図１に示された固体燃料ロケットの固体推進薬が着火、燃焼、動的消炎現象などを発生するときの条件などを示す説明図である。
【図１０】図１に示された固体燃料ロケットで動的消炎現象などが発生した状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】図１に示された固体燃料ロケットの燃焼室の変形例を示す平面図である。
【図１２】図１１中のａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｈ−ｉ線に沿う断面図である。
【図１３】図１に示された固体燃料ロケットの燃料部の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１に示された固体燃料ロケットの燃料部などの他の変形例を示す断面図である。
【図１５】図１に示された固体燃料ロケットに取り付けられる２次燃焼室などを示す断面図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態にかかる固体燃料ロケットの断面図である。
【符号の説明】
１固体燃料ロケット
２燃焼室
３ノズル
９固体推進薬
２１非自燃性の固体推進薬
２２自燃性の固体推進薬
２４レーザ部（照射手段）
４６圧力センサ（測定手段）
４７制御装置（制御手段）
５０水噴射部（噴射手段）

Claims

中空の燃焼室と、
前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、
前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、
前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、
前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、
前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて、前記照射手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記測定手段が測定した前記燃焼室内の圧力が変動すると前記圧力の変動が減少するように前記照射手段にレーザの強度を強弱させることを特徴とする固体燃料ロケット。
中空の燃焼室と、
前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、
前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、
前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、
前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、
前記固体推進薬に向かって水を噴射する噴射手段と、
前記照射手段と噴射手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記制御手段が前記照射手段に動的消炎現象が起きる強度のレーザを前記固体推進薬に照射させた後、前記噴射手段に水を前記固体推進薬に向かって噴出させることを特徴とする固体燃料ロケット。
中空の燃焼室と、
前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、
前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、
前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、
前記固体推進薬がレーザの照射を停止しても燃焼を継続する自燃性の固体推進薬となっており、
前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、
前記固体推進薬に向かって水を噴射する噴射手段と、
前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて前記照射手段を制御するとともに、前記噴射手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減し、前記測定手段が測定した前記燃焼室内の圧力が変動すると前記圧力の変動が減少するように前記照射手段にレーザの強度を強弱させるとともに、前記制御手段が前記照射手段に動的消炎現象が起きる強度のレーザを前記固体推進薬に照射させた後、前記噴射手段に水を前記固体推進薬に向かって噴出させることを特徴とする固体燃料ロケット。
中空の燃焼室と、
前記燃焼室内に位置付けられた固体推進薬と、
前記固体推進薬にレーザを照射して前記固体推進薬を燃焼させて燃焼ガスを発生させる照射手段と、
前記燃焼室の壁面を貫通しかつ前記燃焼室内の燃焼ガスを前記燃焼室外に導くノズルと、を備えた固体燃料ロケットにおいて、
前記固体推進薬が前記レーザの照射を止めると燃焼を停止する非自燃性の固体推進薬となっていることを特徴とする固体燃料ロケット。
前記燃焼室内の圧力を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した燃焼室内の圧力に応じて、前記照射手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が前記照射手段の照射するレーザの強度を強くしたり弱くして前記燃焼ガスの発生量を増減するとともに、前記照射手段にレーザの照射を停止させて前記固体推進薬の燃焼を停止することを特徴とする請求項４記載の固体燃料ロケット。