• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Research and Demonstration of Next Generation Hall Thrusters and their Mechanism for Producing High-speed Plasma Jet

Research Project

Project/Area Number 20H05656
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section C
Research InstitutionJapan Aerospace EXploration Agency

Principal Investigator

船木 一幸  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)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 渡邊 裕樹  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (30648390)
大塩 裕哉  龍谷大学, 先端理工学部, 助教 (80711233)
Project Period (FY) 2020-08-31 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥190,450,000 (Direct Cost: ¥146,500,000、Indirect Cost: ¥43,950,000)
Fiscal Year 2024: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥46,670,000 (Direct Cost: ¥35,900,000、Indirect Cost: ¥10,770,000)
Fiscal Year 2022: ¥22,100,000 (Direct Cost: ¥17,000,000、Indirect Cost: ¥5,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥30,810,000 (Direct Cost: ¥23,700,000、Indirect Cost: ¥7,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥70,200,000 (Direct Cost: ¥54,000,000、Indirect Cost: ¥16,200,000)
Keywords航空宇宙工学 / プラズマ・核融合 / 宇宙機推進システム / ホールスラスタ / ホローカソード / 宇宙機推進 / 惑星探査
Outline of Research at the Start

本研究では、火星圏への往復航行や外惑星到達に求められる40~50km/sの高い排気速度を目指し、過去に実施されたことの無い高い電圧(1~3kV)とサブテスラ級の強磁場を印加可能なホールスラスタシステムを実験的に評価して設計最適化を図る。本研究ではホールスラスタの静電的な加速機構に着目しており、本研究の成果を踏まえて更に放電電圧を高めることで排気速度を増加可能な、線形性の高い理想的な推進機の実現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

宇宙活動が太陽系内そしてその外の領域へと拡張していくためには、宇宙機が軌道変換するための能力を一層向上させることが求められ、一例として火星圏への往復航行や外惑星への周回ミッションでは、宇宙機推進に対して40~50km/sまたはそれ以上の排気速度が必要となる。本研究では、実験的手法により高電圧ホールスラスタの排気速度と特性を評価し、排気速度40~50km/sが可能かどうかを直接的に検証することを目的としている。本年度は、高電圧ホールスラスタ実験を行う「初期試験フェーズ」の研究を継続し、ホールスラスタ実験・ホローカソード開発・探査システム検討のそれぞれについて前年度に引き続き成果が得られた。
ホールスラスタ実験では、通常のホールスラスタ動作である200-300Vでの特性(排気速度で13-14 km/s程度)に対して、高電圧動作として1,000V(最大で30 km/s)までの動作に成功した。2種類試作したスラスタのうち、狭窄化形状チャンネルについては従来のホールスラスタとは異なる新しい設計コンセプトの検証に成功し、高電圧時により高い排気速度が得られている。ホローカソードについては、10A以下でも安定動作が可能なモデルをホールスラスタ実験に適用した他、プラズマプローブと温度計測システムを利用した放電室内部診断による動作特性の解明が進んだ。また、外惑星探査のためのシステム検討では、地球から火星への軌道変換におけるホールスラスタの有用性を、スイングバイ利用時や化学推進を利用した場合との比較から定量的に明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ホールスラスタ実験・ホローカソード開発・探査システム検討のそれぞれについて順調に成果が得られているため。

Strategy for Future Research Activity

高電圧ホールスラスタ設計の改善を進める「最適化フェーズ」の研究を実施し、ホールスラスタ実験・ホローカソード実験・探査システム検討のそれぞれでの成果を発展させる。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A-: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress in research has been made on the whole though a part of it has been delayed.

Report

(7 results)
  • 2022 Abstract (Interim Assessment) ( PDF )   Annual Research Report   Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results ( PDF )   Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] The Effect of Discharge Mode on Ion Energy and Plasma Potential in the Plume Plasma Region2022

    • Author(s)
      Haoxiang Liu, Satoshi Satoh, Yasuhiro Shoji, Ichiro Jikuya, Katsuhiko Yamada
    • Journal Title

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      Volume: 65 Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.2322/tjsass.65.1

    • NAID

      130008139595

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cathode temperature measurement of a hydrogen self-field MPD thruster during 1 ms quasi-steady operation2021

    • Author(s)
      Oshio Yuya、Tauchi Shitan、Kawasaki Akira、Funaki Ikkoh
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 130 Issue: 17

    • DOI

      10.1063/5.0063942

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 大型ホールスラスタの研究開発ーETS9の次のステップー2023

    • Author(s)
      船木一幸
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SPT 型ホールスラスタの高電圧作動限界調査2023

    • Author(s)
      天野耕希, 船木一幸, 渡邊裕樹, 山極芳樹, 大塩裕哉, 松本裕斗
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外線2色放射温度計によるLab6ホローカソードのオリフィス表面温度測定2023

    • Author(s)
      平井溪登, 大塩裕哉, 渡邊裕樹, 堀澤秀之, 船木一幸
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高電圧ホールスラスタの動作特性評価-予備試験の状況-2023

    • Author(s)
      船木一幸,松本祐斗,天野耕希,渡邊裕樹,大塩裕哉,澤西佑介,平井溪登,堀澤秀之,山極芳樹
    • Organizer
      宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Preliminary Experiment of High-Voltage Hall-thrusters2023

    • Author(s)
      Ikkoh Funaki, Hiroki Watanabe, Yuto Matsumoto, Koki Amano, Yuya Oshio and Yusuke Sawanishi
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Emitter Temperature and Plasma Distribution inner LaB6 Hollow Cathode2023

    • Author(s)
      Yuya Oshio, Hiroki Watanabe and Funaki Ikkoh
    • Organizer
      Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Updated R&D Status of 6-kW-class Hall-Thrusters at JAXA2022

    • Author(s)
      Ikkoh Funaki, Tadahiko Sano, Tsutomu Fukatsu, Yasuyoshi Hisamoto, Daiki Koda, Yuta Nakajima, Shunichiro Ide, Shinatora Cho, Hiroki Watanabe, Yoshiki Matsunaga, Hiroaki Kusawake, Yasushi Okawa, and Shun Imai
    • Organizer
      37th International Electric Propulsion Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature and Plasma Measurement around the Emitter Region of the Hollow Cathode2022

    • Author(s)
      Yuya Oshio, Hiroki Watanabe, Ikkoh Funaki
    • Organizer
      International Electric Propulsion Conference 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 将来宇宙科学・探査ミッションと代替推進剤搭載電気推進の可能性2022

    • Author(s)
      船木一幸
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] SPT型ホールスラスタの高電圧放電特性2022

    • Author(s)
      天野 耕希, 船木 一幸, 渡邊 裕樹, 山極 芳樹, 大塩 裕哉, 松本 裕斗
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高電圧作動を目指した狭チャンネル型ホールスラスタの放電特性2022

    • Author(s)
      松本 祐斗, 船木 一幸, 渡邊 裕樹, 大塩 裕哉, 堀澤 秀之
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] LaB6ホローカソード内部のプラズマと温度計測実験2022

    • Author(s)
      大塩裕哉, 渡邊裕樹, 桝山翔吾, 船木一幸
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 大電力ホールスラスタの研究開発-ETS-9実験から将来探査へ-2022

    • Author(s)
      船木一幸
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 国産ホールスラスタ搭載のソーラー電力セイルを想定した地球-木星間輸送ミッション解析2022

    • Author(s)
      天野耕希,船木一幸,山極芳樹
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] The R&D Program of 6-kW-class Hall Thruster at JAXA2022

    • Author(s)
      Ikkoh Funaki, Tadahiko Sano, Tsutomu Fukatsu
    • Organizer
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Fluctuation Characteristics in the Hollow Cathode with Magnetic Fields2022

    • Author(s)
      Daisuke Imaguchi, Yuya Oshio, Hiroki Watanabe, Shun Imai, Ikkoh Funaki, Yoshiki Yamagiwa
    • Organizer
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Effect of Azimuthal Magnetic Field Uniformity on Thrust Performance of the 6-kW-class Hall Thruster2022

    • Author(s)
      Shun Imai, Hiroki Watanabe, Yoshiki Matsunaga, Daisuke Imaguchi, Nobuhito Onishi, Ikkoh Funaki
    • Organizer
      33rd International Symposium on Space Technology and Science
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高電圧ホールスラスタの初期動作試験2022

    • Author(s)
      松本 祐斗,船木 一幸,渡邊 裕樹,大塩 裕哉,堀澤 秀之,大西 惟仁
    • Organizer
      宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of a Hollow Cathode Plasma with Magnetic Fields2021

    • Author(s)
      Imaguchi Daisuke、Watanabe Hiroki、Imai Shun、Funaki Ikkoh、Yamagiwa Yoshiki
    • Organizer
      AIAA Propulsion and Energy Forum
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 軸方向磁場がホローカソードの放出プラズマに与える影響の評価2021

    • Author(s)
      今口大輔,渡邊裕樹,今井駿,船木一幸,山極芳樹
    • Organizer
      第65回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 宇宙機用次世代ホールスラスタの研究開発2021

    • Author(s)
      船木一幸
    • Organizer
      プラズマ核融合学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] An Overview of Electric Propulsion Activities in Japan2021

    • Author(s)
      Ikkoh Funaki
    • Organizer
      10th Asian Joint Conference on Propulsion and Power
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Measurement and Observation on Spot-plume Mode Plasmas of LaB6 Hollow Cathode2021

    • Author(s)
      Shun Imai, Kenichi Kubota, Shinatora Cho, Ikkoh Funaki, Daisuke Imaguchi, Hiroki Watanabe, Yuya Oshio
    • Organizer
      10th Asian Joint Conference on Propulsion and Power
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LaB6ホローカソードの耐久性能向上に向けたプラズマ特性評価2021

    • Author(s)
      今井駿,渡邊裕樹,松永芳樹,今口大輔,窪田健一,張科寅,大塩裕哉,船木一幸
    • Organizer
      2020年度宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁場中におけるホローカソードプルームプラズマのイオンエネルギー計測2021

    • Author(s)
      今口大輔,渡邊裕樹,今井駿,船木一幸,山極芳樹
    • Organizer
      2020年度宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-09-07   Modified: 2024-06-24  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi