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超小型衛星用多機能推進機の実現

Research Project

Project/Area Number 19J21437
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

西井 啓太  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords宇宙推進機 / 水 / グリーンプロペラント / ハイブリッドロケット / マグネシウム / 金属燃焼 / 発光分光 / 凝縮燃焼生成物 / レジストジェットスラスタ
Outline of Research at the Start

現在その利用の幅が爆発的に拡大する超小型人工衛星であるが,今後,大推力が要求されるミッションに用いることが検討されている.超小型衛星に搭載される推進機の例は少ない上,大推力推進機の例はほぼない.その理由として超小型衛星の容積の小ささと求められる安全性の高さが挙げられる.
本研究では安全性が極めて高い水を酸化剤とするハイブリッドロケットを提案し,基礎的な燃焼反応の観測から推進機としての開発までを行う.水は高い安全性に加え,搭載時に常圧で液体状態であるために簡素な構造で高い充填率を達成できるメリットも持つ.さらに水は宇宙での入手可能性が示唆されており,将来的な宇宙開発への応用の期待も高い.

Outline of Annual Research Achievements

化学エネルギーを用いた新しい推進機(本研究の根幹)を提案し,実用段階まで開発をすすめることで,小型衛星の利用の幅が広がることが期待される.前年度では,ワイヤ供給型推進機のフィージビリティ・スタディを行った.また,燃焼ガス内に存在する凝縮性酸化物の計測を行うべく,レーザー工学系及び,バンドパスフィルタを介したハイスピードカメラによる測定系を構築した.
本年度では,プレート型マグネシウムを燃焼させ,その燃焼場から発せられる自発光を観測した.自発光は分光器及びバンドパスフィルタを介した光速度カメラによって撮影され,燃焼物質の励起光と凝縮燃焼生成物の温度観測に用いられた.また,燃焼場にレーザーダイオード光を照射し,透過率を観測することで,燃焼場に存在する凝縮燃焼生成物のおおよその生成状態を確認した.
上記の結果,水の燃焼によって生成される凝縮燃焼生成物は燃料付近に非常に多く堆積した.その理由は沸点に比べて低い測定温度と表面酸化反応の進展によることが明らかにされた.また,その堆積物が生成物の拡散を阻害することで,さらに大きな堆積物へと成長することを透過光測定で明らかにした.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Combustion of Magnesium Wires with Oxygen and Water Vapor2021

    • Author(s)
      Nishii Keita、Akiyama Mariko、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • Journal Title

      Combustion Science and Technology

      Volume: - Issue: 10 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1080/00102202.2021.2019241

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Measurement of 2-D Density Distribution at the Downstream of a Micronozzle of a Spacecraft Using Electron Beam Induced Fluorescence2021

    • Author(s)
      Izawa Sota、Nishii Keita、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • Journal Title

      JOURNAL OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      Volume: 69 Issue: 6 Pages: 219-228

    • DOI

      10.2322/jjsass.69.219

    • NAID

      130008125591

    • ISSN
      1344-6460, 2432-3691
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-pressure-vaporization of water droplets on wall under normal and microgravity conditions2021

    • Author(s)
      Nishii Keita、Hattori Akihiro、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • Journal Title

      Acta Astronautica

      Volume: 186 Pages: 508-516

    • DOI

      10.1016/j.actaastro.2021.05.039

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Feasibility Study of a Hybrid Thruster using Wire-Shaped Magnesium and Water for Application to Small Spacecraft2021

    • Author(s)
      AKIYAMA Mariko、NISHII Keita、MANNAMI Yoshihito、MUROHARA Masaya、KOIZUMI Hiroyuki、KOMURASAKI Kimiya
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      Volume: 64 Issue: 4 Pages: 223-233

    • DOI

      10.2322/tjsass.64.223

    • NAID

      130008062316

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Experimental Characterization of Nozzle Performance at Low Reynolds Numbers for Water Microthrusters2021

    • Author(s)
      Nishii Keita、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • Journal Title

      Journal of Propulsion and Power

      Volume: - Issue: 4 Pages: 1-9

    • DOI

      10.2514/1.b38147

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mission to Earth-Moon Lagrange Point by a 6U CubeSat: EQUULEUS2020

    • Author(s)
      Funase .、Ikari S.、Miyoshi K.、Yano, H., Hirai, T., et al.
    • Journal Title

      IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine

      Volume: 35 Issue: 3 Pages: 30-44

    • DOI

      10.1109/maes.2019.2955577

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct measurement of 1-mN-class thrust and 100-s-class specific impulse for a CubeSat propulsion system2020

    • Author(s)
      Asakawa J.、Nishii K.、Nakagawa Y.、Koizumi H.、Komurasaki K.
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 91 Issue: 3 Pages: 035116-035116

    • DOI

      10.1063/1.5121411

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超小型ハイブリッドモーターの実現に向けた水ーマグネシウム燃焼場の観測2022

    • Author(s)
      西 井啓太,小泉宏之,小紫公也
    • Organizer
      第4回ハイブリッドロケットシンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental Observation of CondensedCombustion Products during Combustion of Magnesium in Water Vapor2022

    • Author(s)
      K. Nishii, H. Koizumi, K. Komurasaki
    • Organizer
      33rdInternational Symposium on Space Technology and Science
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] , Y. Mannami, M. Akiyama, M. Murohara, H. Koizumi and K. Komurasaki, "Experimental Study on Bulk Metal Water Combustion for Small Spacecraft Propulsion," AIAA Propulsion and2020

    • Author(s)
      K. Nishii , Y. Mannami, M. Akiyama, M. Murohara, H. Koizumi and K. Komurasaki, "Experimental
    • Organizer
      Water Combustion for Small Spacecraft Propulsion," AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 24
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超小型ハイブリッドモータへ向けた水と金属の低圧燃焼基礎実験2019

    • Author(s)
      西井啓太,秋山 茉莉子,室原 昌弥,万浪 義史
    • Organizer
      第63回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental characterization of nozzle performance at low reynolds numbers for water resistojet thrusters2019

    • Author(s)
      K. Nishii, H. Koizumi and K. Komurasaki
    • Organizer
      AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pre-flight Testing of AQUARIUS: the Water Resistojet Thruster on the SLS EM-1 CubeSat for Deep Space Exploration2019

    • Author(s)
      K. Nishii, H. Koizumi, J. Asakawa A. Hattori, K. Kikuchi, M. Akiyama Q. Wang and M. Murohara
    • Organizer
      33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Evaluation of the Micro Water Thruster Recovering Waste Heat of a Spacecraft2019

    • Author(s)
      K. Nishii, J. Asakawa, R. Matsushita, T. Shibukawa, H. Koizumi, R. Funase and K. Komurasaki
    • Organizer
      36th International Electric Propulsion Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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