| Project/Area Number |
19K22020
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
Funaki Ikkoh 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50311171)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 電気推進 / ホローカソード / スパッタリング / 単結晶 / 長寿命 / 単結晶素材 / 航空宇宙工学 / プラズマ・核融合 / 衛星推進 / ホールスラスタ |
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| Outline of Research at the Start |
イオンエンジン等の宇宙機用電気推進機には、一層の長時間動作とこれに基づく宇宙機軌道変換能力の向上が求められている。本研究では、電気推進機の寿命を律速している電子源を無損耗化するため、電子放出を担う部位への単結晶材料の適用可能性を追求する。研究の実施にあたり、単結晶材料において原子配向が同一である特性によって、低エネルギーキセノンイオンが材料に衝突する際の損耗を無くすことが可能であるという仮説を立て、仮説の実験的検証を図る。
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| Outline of Final Research Achievements |
Electric space propulsion (EP) such as ion thrusters and Hall thrusters exhausts a plasma jet to propel a spacecraft. EP's feature is high specific impulse, which means larger amount of delta-V is possible with the same propellant mass in comparison with conventional chemical propulsion. In this study, methods to drastically lower the erosion rate of a hollow cathode were tried experimentally. Although the effect of crystal structure on sputtering yield by xenon ion impact was not significant, it was found that the ion energy onto the orifice could be reduced via selecting appropriate orifice diameter and neutral density. By the latter approach life time in the order of several tens of thousand hours is expected.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
打ち上げから軌道制御までをすべてを燃費の良い電気推進機で実施する次世代衛星は、オール電化衛星と呼ばれ、その優れたペイロード搭載率から、2020年代人工衛星市場の主流になると予想されている。損耗の非常に小さいカソードオリフィス等素材設計が得られたことで、現在のスラスタ寿命制約を逃れ、自在な人工衛星運用や、軌道間輸送、惑星間輸送などの長期にわたるミッションの実現へと繋がり、挑戦的な意義を持つ。
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