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電気浸透流ポンプ駆動推力可変スラスタによる超小型衛星姿勢制御系の変革

Research Project

Project/Area Number 22K18857
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

松岡 健  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40710067)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords電気浸透流ポンプ / スラスタ / 小型人工衛星 / 超小型衛星 / RCS / 過酸化水素
Outline of Research at the Start

近年、超小型衛星ミッションの多様化が加速度的に進んでいる。故に、ジェット推進による姿勢制御系(Reaction Control System、RCS)の小型高性能化が求められている。
本研究では、電気浸透流ポンプ(EOP)と過酸化水素を組み合わせたEOP駆動型推力可変スラスタによって目的を達成する。EOPをRCSに応用した場合、低い消費電力での1MPa程度の高い吐出圧、印可電圧による推力可変、可動部が存在しないなど、これまでのRCSの概念を変革する潜在的強みがある。本研究期間において、本RCSの成立性と優位性を示し、ブレッドボードモデルの構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

近年、米国の民間企業「SpaceX」によるスターリンク計画(約1万基の超小型衛星コンステーション構想)など、超小型衛星ミッションの多様化が加速度的に進んでいる。そのため、ジェット推進による姿勢制御系(Reaction Control System、RCS)の在り方にも抜本的な変革が必要である。具体的には、既存システムを格段に小型高性能化し、様々なミッションに柔軟に対応可能なRCSである。本研究では、電気浸透流ポンプも用いた革新的超小型衛星用RCSを確立することを目的とする。
当該年度では、研究室独自の手法でEOPを作成できる手法を模索した。具体的には、3次元プリンタを用いた多孔質セラミックスを保持するケーシングの造形、炭素電極および炭素ウールの利用である。製作したEOPと純水を用いた作動試験では、既製品と同等の質量流量を達成した。また、流量増大を目的に、ディスク形状のセラミックス直径を15mmに拡大させた。その結果、最大質量流量29 mg/sを達成し、これまでの最大流量を29倍増加させることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

電気浸透流ポンプを製作するノウハウを獲得し、想定通りの流量性能を達成できた点で、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

大流量化に成功した半面、課題も多くある。以下に各課題にとその研究方策を述べる。
・セラミックス側面からの液漏れ:これまでOリングによるシールを試みたが、よりシール性の高い接着剤やインサート成形を試みる。
・電極の最適化:炭素ウールは表面積が大きいため、電流が多く流れる。その結果として、電気分解が発生し、電極の損耗、気泡によるEOP不作動等の発生する。電極自体も導電性フィラメント等を用いた3Dプリンタで製造できる技術を確立する。
・電気分解の抑制:パルス状の高電圧高周波印加等で、電気分解自体を抑制する手法を模索する。
以上の課題を解決し、宇宙実証に耐えうるシステムをブレッドボードモデルで確認する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2024 2023 Other

All Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] 電気浸透流ポンプの圧力-流量特性評価およびスラスタへの応用検討2024

    • Author(s)
      長谷川 凌大,鈴木 大登,伊東山 登,川﨑 央,内田 圭亮,松岡 健,笠原 次郎
    • Organizer
      令和5年度宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 電気浸透流ポンプを用いた推力可変超小型一液式スラスタの実験研究2023

    • Author(s)
      鈴木 大登, 長谷川 凌大, 伊東山 登, 川﨑 央, 松岡 健, 笠原 次郎
    • Organizer
      第67回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 研究代表者の研究業績

    • URL

      http://www.prop.nuae.nagoya-u.ac.jp/member03.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Research-status Report

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Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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