熱スイッチング機能を有する宇宙機用放熱材料のふく射特性向上に関する研究
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21H01536
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
太刀川 純孝 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, 研究領域サブリーダ (90470070)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 智彦 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (30311129)
桑原 英樹 上智大学, 理工学部, 教授 (90306986)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | ふく射 / 放射率 / 熱制御材料 / 宇宙機 / ラジエータ / 熱光学特性 / 強相関電子系 / 金属ー絶縁体相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、次世代宇宙機に使用する放射率可変素子（以下、SRD：Smart Radiation Deviceと呼ぶ）の性能を向上させることを目的とする。SRDは、小惑星探査機「はやぶさ」に搭載され、その性能が実証されたが、我々は、さらなる性能向上を目指している。具体的には、SRDの材料（ペロブスカイト型Mn酸化物）の組成を多様に変化させた測定試料を作成し、様々な特性を調べ、それらを比較することによって、性能の良い組成を探索する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射率可変素子（SRD:Smart Radiation Device）は、宇宙機表面に設置するラジエータとして使用する次世代の熱制御デバイスである。自身の温度によって、自律的に赤外放射率が変化（低温で低放射率、高温で高放射率と変化）することにより、宇宙機の温度を自動的に一定に保つ機能がある。この機能により、宇宙機、特に太陽との距離が大きく変化する惑星探査機において、低温時に必要となるヒータ電力を大幅に削減することが可能となる。その結果、探査機のシステムリソースを有効に活用したシステム設計が可能となり、惑星探査ミッションの成功確率を高めることができると考える。
本研究の目的は、SRDの性能向上のための材料探索である。具体的には、小惑星探査機「はやぶさ」に搭載されたSRD材料（ペロブスカイト型Mn酸化物：La1-x-ySrxCayMnO3, x=0.115, y=0.11）が示す熱光学特性を上回る材料を見つけ出す。本研究では、特に「はやぶさ」組成を中心に探索を行うこととしている。
2021年度は、「はやぶさ」組成であるx+y=0.225を中心に、0.205≦x+y≦0.23の組成範囲の探索を行った。その結果、今回の探索範囲において、x+yが大きくなるほど、金属―絶縁体相転移温度が高くなる傾向が再確認できた。また、ある組成において、特に低温時の放射率が低くなる結果が得られた。残念ながら、「はやぶさ」組成を大きく超えるような熱光学特性を備える組成を見つけることはできなかったが、0.205≦x+y≦0.23の組成範囲での物理的な性質に関する知見を得ることができた。今回の知見を生かし、次年度の組成探索を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画調書では、2021年度に0.175≦x+y≦0.25、2022年度に0.25≦x+y≦0.3の組成範囲の探索を行う予定であったが、探索を進めていく中で、当初の予定より詳細に探索を行うように計画を変更した。そのため、2021年度は0.205≦x+y≦0.23、2022年度は、0.19≦x+y≦0.25の組成範囲で探索を行った。詳細に探索を行っているため、探索範囲は当初の予定より狭いが、探索数は同じであるため、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も、Aサイト置換(SrおよびCaのドープ）による熱光学特性の向上を目指し、材料の探索を継続する。2023年度は、2021～2022年度の知見をもとに、0.175≦x+y≦0.25の組成範囲で、より詳細な探索を行う予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
