ホール型スラスタの推進性能の向上に関する研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452096
• Research Institution: UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 荒川 義博 東京大学, 工学部, 教授 (50134490)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 鶴雄 東京大学, 工学部, 助手 (90215343)
• Keywords: スラスタ / 性能 / プラズマ / 電気推進 / ホール電流 / ホローカソード / ロケット

Research Abstract

ホール型スラスタの推進性能に大きな影響を及ぼす磁気回路の設計を、これまでに開発した有限要素法による二次元解析コードを用いておこなった。スラスタ加速部に於ける磁力線形状をできるだけ半径方向に均一かつ高い磁束密度が得られるように、ソレノイドコイルの位置を中心部に設けた。
上記磁気回路の設計に基づいて、スラスタの加速部の設計、製作を行った。またこれに並行して、プラズマ生成電源、加速電源、中和器電源等の電源の発注と電源系の組立作業が行われた。
研究室に現有の真空排気装置(内径80cm、長さ2.5mの真空チェンバーと排気速度1万リットル毎秒から構成される)を用いて、放電作動を行い、安定なる放電作動と、プラズマの生成と加速が行われていることを確認した。また、放電電圧と放電電流の関係を調べ、これがホールスラスタの一般的傾向と同じであることを確認した。
出力を1.5kWまでに増加させて、推力測定を行い、推進性能を求めた。またイオンビーム電流を測定し、推進性能に最も影響を及ぼす加速効率を求め、いかなる電極の形状や磁場の強さ、作動条件がこの効率を高めることが出来るか等を調べた。
また陰極としてフィラメントに代えてホローカソードを用いた。その結果、キセノンを推進剤とした時、最高34%の推進効率が得られた。

Research Products

• [Publications] Kimiya Komurasaki: "Hall Current Ion-Thruster Performance" Journal of Propulsion and Power. 8. 1212-1216 (1992)
• [Publications] 小紫公也: "ホールスラスタの性能とプラズマ加速過程" 日本航空宇宙学会誌. 40. 568-575 (1992)
• [Publications] 荒川義博: "未完成宇宙機のエンジンの展望" 日本航空宇宙学会誌. 40. 248-251 (1992)
• [Publications] Kimiya Komurasaki: "Hall Thruster Performance and Plasma Acceleration Processes" Proceedings of 18th ISTS. 327-332 (1992)
• [Publications] Miharu Hirakawa: "Plasma and Performance Analysis of a High-Power Hall Thruster" Proceedings of 18th ISTS. 353-358 (1992)
• [Publications] Kimiya Komurasaki: "Two-Dimensional Numerical Model of Plasma Flow in a Hall Thruster" 23rd IEPC. 93-230. (1993)