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    公开号:WO1988007002A1
    申请号:PCT/JP1988/000271
    申请日:1988-03-15
    公开日:1988-09-22
    发明作者:Manabu Koda
    申请人:Manabu Koda；
    IPC主号:B64G1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 宇宙空間における保護された建造物
    [0003] (技術分野）
    [0004] この発明は宇宙空間における建造物の保護の方法、 ないしは該方法により保護された建 造物に鬨し、特に被保護建造物を真空状態にさらすことをしないで、少なくともある程度 のガス圧の下に収容することを主旨特徴とするものである。
    [0005] (背景技術） · 従来一般に軌道上の衛星等の宇宙空間における建造物は、 ただ裸のまま自由空間に放 出されていた。 これは勿論推進装置や姿勢制御装置による行動の自由を確保したい、 また 電波や光を自由に授受したいという目的意識が勝った故でもあるが、 —面、 苛酷なる宇宙 空間の環境条件にそれら建造物をじかに暴露する事態を不可避とし、 そのための防锊機構 をそれら建造物自らが有さねばならなかった。 そのためその外装に用いる部材は地上で汎. 用される物では一般に十分とは言えない。 また構造上も、若し内部に生物を収容せんとす る場合には相応の圧の空気ないし疑似空気を必要とし、相応の耐圧性が必要で、 それを限 られた質置と上記の耐環境性の要求のもとに単独で実現せねばならなかった。
    [0006] (本発明の目的）
    [0007] 本発明の主旨目的は被保護建造物それ自体を、 もしくはその中に収容され機能する所の 電子装置、熱力学装置、生化学装置ないし生命体、 ないしはそれらの有機的組合わせ、 を 、 ある程度の気圧のガスの中に置く事により、宇宙的真空に直接暴露するよりはより愛護 的に存在せしめ、 またかかる真空中では困難な 、し不可能な機能作用等を発揮せしめるこ とにある。
    [0008] また本発明の別の目的は、 いわゆる宇宙塵ないし場合によっては人工物由来の微少物体 、 ないし太陽光の紫外部、太陽風等が目的とする建造物を直擊することのないように保護 することにある。 また、 うかつに取外したりまた誤って脱落した部品ないし廃品、排出物 等々が無限の宇宙に漂遊し去ることを防止することにもある。 (発明の開示）
    [0009] 本発明の主旨は、被保護物を収容するためにバルーン状の構造物を用いる点にあり、特 にその中を有意なガス圧を有する程に前記の如きガスを詰めて脹らませる点にあり、 さら にそのようなバルーンを 2重以上の多重度で設け、外界から最内界に向けて段階的に中の ノ、'ルーンほど高いガス圧にてガスを詰めて脹らませて置く点にある。 この様な多重バル一 ン構造によれば、個々のノ、 'ルーンの内外差圧はさほど大とする必要はないので、単一のバ ルーンないしは硬性耐圧容器を用いる場合よりは強度設計上有利である。 またおのずと多 重化された安全性を具現する。すなわちバル一ンのうち一つが穴が明いたり裂けたりして 気蜜性を失っても全体が一気に破壊に至ることはない。特に最外層のバル—ンは高速で飛 来するパーティクルの直撃を受ける可能性が大であるが、 その膜（ないし壁）の構造ない し材料に適切なものを用いるならば、 ある程度の大きさないし運動量のパーティクルまで は耐え得るようにすることができる。
    [0010] 本発明の実 II例によれば、かかる多重のバルーンの膜を介しても十分に可視光（特に太 陽光）エネルギーや通信用電磁波等を十分良好に透過せしめることができ、実用上被収容 物体（例えば通信衛星など）は電磁波的には真空自由空園に置かれたとほぼ等価な状態を 得ることができる。 また植物などもある程度の気圧の大気類似の気体があれば生存ないし 成長することが出来ることから、最内側のノルーンの中にては十分安全に農業に類する事 を行うことができる。 これらの諸条件を有効に生かすならば、本発明に成る多重バルーン 構造の宇宙建造物は宇宙空圜に於ける居住環境ないし作業環境として新しい可能性を展開 するものである。
    [0011] (発明の作用効果）
    [0012] かかる作用効果により、本発明を実施するならば少なくとも被収容建造物ないし目 被 保護物は耐真空設計をさほどに厳しく要求されないで済み、その取得費用や寿命の点で完 全なる宇宙真空環境に耐性を有する設計のものよりも遥かに有利となる。 また特に生命体 を含む被保護物を収容するに当っては、疑似的にせよ大気の如きものの中におかれること は生命活動の上で真空中では行い得ない大規模な活動を可能とする。 (図面の簡単な説明）
    [0013] 第 1図は本発明の一実施例を示す模式図、
    [0014] 第 2図は上記実施例に使用する膜材の一例を示す図である。
    [0015] (発明を実施するための最良な形態）
    [0016] 第 1図は本発明の一実旄例を示すもので、 これにおいて、 da)、 （lb)、ないし（1c )は多 重バルーンを成す各々の球殻状の膜、 （2) は最内側のノくルーン（1C )の中に保護されて存在 する建造物、たとえばこの場合通信衛星である。各バルーンの膜の園には所々につりひも
    [0017] (3a, 3b) などが張りわた れていて、相互に接触するのを防止している。ノ、レーン同志が 接触することは必ずしも有害というわけでもないが、パーティクルの飛来による破壊が局 所で留まるためには接触点がない方が良い。 つりひもによるほか、柱やっつかえ棒の類い もまたこの目的には好ましく利用され得るものである。 これらは各バル一ン間に最低 4本 あれば目的を達成することができ、 たとえば正 4面体の頂点に対応する如き配置鬨係にて バルーン間を支持すればよい。
    [0018] 第 2図は該バルーンの膜材の一例を示すもので、 P V D F (ポリフッ化ビニリデン） 、 P T F E (ポリ 4フッ化工チレン）等の膜 2枚 (21a, b) がガラス繊維のメッシュ（22)を挟 んで接着な し熔着されている。 これは個々の繊維の径が 3 111ほどの織布ないしは不織布 を芯材のメッシュとしてそれに P V D Fないし P T F E等のディスパージョン液（乳化重 合物〉 を含浸し、 流動物を乾燥ないし揮散せしめたのち加熱して主成分たる P V D F、 P T F E等を上記のメッシュに熔着せしめる等の手法により得られる。一例として全体の仕 上り厚みが約 0. 8I1II1 、重量密度約 1.3 Kg/BBi 程度のものにおいては、 引張り強度は典型 的には 幅以上が容易に得られる。 この物自体は地上にて加圧式エアドーム等に 汎用される物と本質的に異なるものではな ^ またこの物のすぐれた透光性ないしは電波 に対する無妨害性はすでに広く知られ、証明されているものである。勿論この様なメッシ ュを骨材とするフッ素樹脂ポリマーの腠は当該目的に有効に利用できるものの一例でしか ない。骨材を有するか否かは全く自由度の内であり、 また骨材や膜の主成分はともに何で 作られようとも全く自由度の内である。 し力 >し、電磁波に対する透過性を目的の一つとす る場合、導体ないしは損失の大きな物質は膜の構成材料として不向きであることは自明で ある。 しかし逆にまた故意に電磁シールドを施したかかる多重ノ<ルーンを採用したいこと もある。例えば大規模なディジタル回線交換機を通信衛星の隣に配置したい場合もあるが 、そのような場合、 ディジタル機器の出す広帯域ノィズが通信衛星のァップリンクを妨害 しないためにはかかる装置は厳重にシールドするのが好ましい。 その場合、その装置を保 護するためのノ、'ルーンとして、導体で出来た、 またはメタライズされた膜材で出来た、電 磁波阻止性のノ、 'ルーンを少なくとも一層以上持つことにより、問題の 置自身を厳重にシ 一ルドする必要をゆるめることができる。
    [0019] ここでちなみにバルーンの内外差圧と膜にかかる等方的な引張り力ないし必要な引張り ' 強度との鬨係に注目しておく。すなわち、ノ ル一ンを直径 2 rの球と見てその含む大円を 考え、 そこでまっぷたつに切ったとして考えると、 その大円の成す面には仮想的に内外差 圧^ Pと円の面積： との積による圧力が面に垂直にはたらき、 お互いに相殺しあって いる。 これがじつはバルーンの膜によって担われているわけで、 その周長は である ことから、単位幅当りの引張り力は次の值になる。
    [0020] 一 Λ 一 VA
    [0021]
    [0022] 膜の限界引張り力を 100Kg/3Ci幅に設定すると、 rと Δ ρの鬨係は次式で求まり、
    [0023] r^p - ι°° c *. 67 Cwt それ故に差圧と限界半径の閲係は、
    [0024] 2 Γ (直径〉 ム p (内外差圧〉
    [0025] 1.33m ( g/cn2 =1気圧）
    [0026] 13.3m ( 0. 1Kg/CB2 = 1/10気圧）
    [0027] t33m ( 0.01 Kg/CH2= 1/100気圧） となる。即ち直径 10m強のノ、'ルーンならば 2〜3重に用いるのみで真空中に 1/5気圧ほど の保護された空間を発生せしめることができる。
    [0028] ここで、 /5気圧とは大略地上の大気の酸素分圧である事に注目したい。即ちあえて酸 素のみに注目するならば、 この条件で生命（人間も含む）がその中に生存し得る。勿論更 にバルーンの多重どを増やして 1気圧ないしそれに近い空気等を入れてもよい。直径 10m の球といえば大型通信衛星のみならず小さな実験室や居住房を収容するためには全く十分 なスペースであると言える。
    [0029] 多重のバルーンの各層間に詰めるガスは各々異なってもよい。 中間層にはガスとしての 物理的性質以外には大して役に立たない不活性ガスないしは窒素、 炭酸ガスなどを用いる のも、 酸素などの有用なガスを節約したい時には有益である。 しかし一般にあまり液化温 度の高いガスは天体の影に入って太陽のふく射が途絶するときにガス圧が下がるので好ま しくない。 しかし最外層のバルーンには水素などの如き膜を透遒し易いガスは逸散しゃす く好ましくない。
    [0030] 一方最内側のバル一ンの内側には目的とする被保護物体を封入するわけだが、 そこに詰 めるガスはそこに生命体が存在するならば酸素を主体とし、付加的に炭酸ガス（植物が舍 まれるならばその光合成を保障するため） 、窒素（少しでも大気に似せるため） 、 へリウ ム（全圧を増加させるための軽量添加物） 、等を加えるのが好ましい実施例を与える。 が 、 また単純に機械装置類のみを収容する場合には一般には酸素を含まない、窒素ガスない し諸々の不活性ガス、 ないしはそれらの適当な混合物が好ましい。 しかし本発明の趣旨に とってバルーン間ないし最内側のバルーン内にどのようなガスを封入するかは全く実 上 の自由度でしかない。
    [0031] 最内倒のバル一ンの中に保護されて封入される物体が通信衛星ないし天体観測手段など の場合、 その姿勢の制铒は目的からして非常に重要な事である。苷通の、真空中に放り出 される通信衛星の場合、太陽風や、月の引力や、地球が真球でないことによる摂動の影響 の結果生ずる姿勢の緩俊なるずれは、 自らの有する 3軸フライホイールへ角運動量を出し 入れするか、 もしくはその目的の小形ロケットエンジンによるかして調整せねばならない 。が、該通信衛星が本発明に従い保護されて最内側バル一ンの中に浮在するならば角運動 量の出し入れは少なくとも一時的には、 もしくは半永続的に、バルーンの中に封入されて いるガスを吸排するか、 もしくはその中でファンないしプロペラの類を回す、等の、物質 の逸散損失を伴わない方法により行うことができる。 もちろん自由空閎に独立して存在す る物体として、中身の通信衛星とそれを囲むバルーンおよび封入された各層の気体の全部 の合計の角運動量は保存されるから、姿勢制御の目的で上記の如き行為を行うと、衛星が 得た角運動量だけそれらの物体が反対向きの角運動量を得ることにになる。 しかし姿勢を 変える行為は運動の開始と停止をもって成立するから、運動量の収支も両行程で相殺平街 し、桔局バルーンの内部同志でガスをかきまぜた分だけエネルギーの損失が起るのみで終 る。 それゆえにかかる手続きによる姿勢変更の作業は、エネルギーのロスの他に何の影響 も残すことなくおこなわれることができる。該所要エ ルギーは太陽電池などの手段によ り原則として軌道上にて無制限に得ることができる。爾して姿勢制御のための消耗品が全 くあるいは殆どない設計が可能となり、 もってこのバルーンを含む通信衛星システムの寿 命を、かかる消耗品によって制限されない如くに非常に長いものとすることが出来る。 以上に本発明を実施するための最良の形態についてのベた如く、本発明によれば首 の 如き種々の新規な好ましい効果を宇宙空閩における建造物ないしその機能の取得と維持に 鬨連して得ることができる。 しかしながら本発明の属する技術分野における通常の知識を 持つ経験者、有識者においては、次に述べる請求の範囲を逸股することなく無数の変形が 可能であることは自明である。
    权利要求:
    Claims
    請求の範囲 . 少なくとも 2重以上の多重バルーンを保護手段として有し、最も内側のバルーンの中 の空間から最も外側のバル一ンの外の真空に至るまでの間の各バル一ン間の各層状の空 間に、 中から外に向って順々により低い気圧の気体を充填し、而して最も内側のバル一 ンの中に被保護建造物を封入して成ることを特徴とする、宇宙空閭における保護された 建造物。 . 上記建造物において、 各となりあうバルーン間の間隔を各々略不変に保ち、バルーン 同志が接触する事を防止するために、各バルーン簡に少なくとも 4本の柱状もしくは紐 状の連結手段を有することを特徴とする、上記建造物。 . 前記建造物において、 各バルーンはすべてその膜が所望の電磁波エネルギーの通 を 本質的に阻止しない物であることを特徴とする、前記建造物。 . 前記建造物において、 複数あるバルーンの内、少なくとも一つ以上が、 その膜が電磁 波エネルギーの通過を本質的に阻止する物であることを特徴とする、 前記建造物。 . 前記建造物において、バルーン間および、 もしくは少くとも最も内側のバルーン内に 封入される気体が不活性ガスを主成分とするガスであることを特徴とする前記建造物。 . 前記建造物において、 バルーン間および、 もしくは少なくとも最も内側のバルーン內 に封入される気体が空気ないしそれに類する酸素を含む気体であり、 その中での生物の 生存を許容するものであることを特徴とする、前記建造物。 . 前記建造物において、 バルーンの膜は織られたあるいは耩られない繊維性物質の中間 層を補強手段として有することを特徴とする、前記建造物。 . 最も内側のバルーンの中に封入せられる被保護建造物であって、 そのまわりに存在す る気体との園で連動量のやりとりのみをすることにより外界との囿に物質のやりとりを することなくその姿勢を制御する如く構成せられたることを特徴とする、 該被保護建造 物。
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    O^ NEILL1974|The colonization of space
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    US7249733B2|2007-07-31|Lighter-than-air aircraft including a closed loop combustion generating system and related methods for powering the same
    Nicogossian1982|Space physiology and medicine
    Smith et al.2013|Applications of scientific ballooning technology to high altitude airships
    US5645248A|1997-07-08|Lighter than air sphere or spheroid having an aperture and pathway
    US9540091B1|2017-01-10|High altitude balloon systems and methods
    Zimmerman2019|Leaving Earth: Space Stations, Rival Superpowers, and the Quest for Interplanetary Travel
    US7464895B2|2008-12-16|Lighter-than-air aircraft and related methods for powering the same
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    Jamison et al.2005|High-altitude airships for the future force army
    US20090145999A1|2009-06-11|Method and Apparatus for Stratospheric and Space Structures
    US7421936B2|2008-09-09|Systems and methods for explosive blast wave mitigation
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    EP2792817B1|2019-08-28|Method to erect an inflatable blast proof building
    Angelo2014|Encyclopedia of space and astronomy
    US20050116091A1|2005-06-02|High-altitude launching of rockets lifted by helium devices and platforms with rotatable wings
    Chaisson et al.1998|The Hubble wars: Astrophysics meets astropolitics in the two-billion-dollar struggle over the Hubble Space Telescope
    Harvey2007|Russian planetary exploration: history, development, legacy and prospects
    US4872625A|1989-10-10|Universal module assembly for space structures
    US7469857B2|2008-12-30|System and method for altitude control
    US20020195030A1|2002-12-26|Flexible multi-shock shield
    US4057207A|1977-11-08|Space vehicle module
    同族专利:
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    JP2520250B2|1996-07-31|
    US4971269A|1990-11-20|
    JPS63227500A|1988-09-21|
    SU1709899A3|1992-01-30|
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    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US3369770A|1965-05-20|1968-02-20|Bernard F. Cohlan|Drag free spacecraft|
    US4166598A|1974-05-30|1979-09-04|The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force|Vehicle enshrouding apparatus|US5044579A|1987-06-24|1991-09-03|Oerlikon-Contraves, Ag|Inflatable foldable structure and method of manufacturing foldable structures|US1001892A|1910-07-05|1911-08-29|Julius Rund|Balloon-envelop material.|
    US1900744A|1931-06-15|1933-03-07|Zeppelin Luftschiffbau|Airship|
    DE1158848B|1961-08-05|1963-12-05|Maxson Electronics Corp|Traegervorrichtung|
    FR1344260A|1962-05-24|1963-11-29|Cie D Ingenieurs Et Technicien|Enceintes précontraintes, et procédé de fabrication de ces enceintes|US5115998A|1990-06-29|1992-05-26|The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force|Annular balloon|
    US5568902A|1994-08-01|1996-10-29|Hurley, Jr.; Rupert B.|Descent, travel, and protection apparatus, method of making and using same|
    FR2727506B1|1994-11-30|1997-01-24|Giat Ind Sa|Dispositif de protection d'un vehicule ou d'une structure|
    US5743786A|1996-05-30|1998-04-28|Lindsey; Alan|Balloon face polyhedra|
    US7780118B2|2004-07-29|2010-08-24|Bigelow Aerospace|Radiation shield|
    US20100314280A1|2009-06-16|2010-12-16|Zulu 2|Apparatus for the protection of a package, plant, animal, or human|
    CN102696236B|2009-12-22|2014-12-03|Abb股份有限公司|无线传感器设备以及用于无线传送感测的物理参数的方法|
    DE102010043086A1|2010-10-28|2012-05-03|Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.|Umhüllung zum Schutz von Geräten vor energiereicher Strahlung|
    RU2528756C1|2013-04-09|2014-09-20|Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" |Способ строительства укрытия на космическом объекте|
    法律状态:
    1988-09-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): SU US |
    1988-09-22| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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