| Project/Area Number |
22K20421
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, 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 |
田畑 邦佳 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, 宇宙航空プロジェクト研究員 (80963959)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | DESTINY+ / はやぶさ2 / 大電力電気推進 / 高比推力 / イオンエンジン / ダイアモンドライクカーボン / 発光分光 |
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| Outline of Research at the Start |
将来の深宇宙探査に向けて、従来よりも高い比推力の電気推進機が求められている。マイクロ波放電式イオンエンジンは、プラズマ生成用の電極が不要なため耐久性に優れているが、比推力向上に向けてより高い電圧を印加した際に放電が不安定となり、推力が低下することが課題となっていた。本研究では、プラズマ生成に直接影響を与える非平衡電子エネルギー分布に着目し、高電圧印加時においても非接触でプラズマ診断可能な発光分光を実施する。そして、本手法で得られた結果を手掛かりに、放電が不安定化しない運転パラメータ(マイクロ波周波数、放電室形状)を模索し、高比推力型イオンエンジンの安定作動を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究で、イオンエンジンの高電圧作動において必須の機器であったガス絶縁器で、耐電圧7キロボルトを達成した。今年度は、そのガス絶縁器を使用して実機作動を行い、以下の成果が得られた。まず、先行研究で確認された放電不安定性の問題については、マイクロ波のインピーダンス整合を取るために導波管の設計を微変更することで解決できた。これにより、最大推力26 mNをとる動作点で、中和器流量を加味した比推力6500秒を達成した。また、導波管の設計変更により、軌道上での性能変化を最小限にとどめた耐久性の高いスラスタを仕上げることができた。具体的には、マイクロ波を伝播させる導波管表面に、軌道上での堆積が予想されるカーボンを予め付着させ、マイクロ波のインピーダンス整合状態を実現した。これにより、カーボン堆積状態でもイオンエンジンの高性能作動を実証できた。本研究により、軌道上で長期にわたり耐久性の高い、推力25 mN、比推力6500 sの高比推力イオンエンジンを実現できた。今後は、スラスタ性能の温度依存性やその他の懸念事項を入念に調べ上げ、宇宙機搭載に見合う信頼性の高いエンジンに仕上げていきたい。
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