2000 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙空間における原子状酸素による炭素系材料の劣化の定量化
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10450043
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| Research Institution | UNIVERSITY OF TOKYO |
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Principal Investigator |
佐藤 勝彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30010911)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤本 浩司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (40182993)
塩谷 義 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30013733)
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| Keywords | 原子状酸素 / 材料劣化 / DCアークジェット / 低軌道 / 複合材料 / グラファイト / C / C複合材料 |
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| Research Abstract |
昨年までの原子状酸素照射実験の結果、試験片の質量損失は照射時間にほぼ比例することが分かった。また、試験片表面の温度が劣化に深くかかわっていることが分かった。これらの結果を踏まえて、今年度は、より原子状酸素の照射速度を高めるためDCアークジェットの改良型を試作した。これを、超高真空状態を実現可能なスペースチャンバ内に設置し、3種類の試験片(グラファイト、C/C、Si-CC)について照射実験を行った。今年度は、試験片表面の温度がどの程度劣化に影響を及ぼすか、定量的な評価を試みた。温度の制御は、アークジェットのノズル出口と試験片の照射距離を調整し、また、冷却水の流量を変化させることで行い、6パターンの温度による照射実験を行った。
実験の結果、どの試験片も試験片表面温度に対して質量損失が指数関数的に増加することが分かった。さらに、Si-CCはC/Cの40%〜80%の質量損失であることが分かり、Si-CCの耐酸化力が向上しているといえる。しかし、試験片自体にばらつきがあることや、実験におけるプラズマの安定性の問題で、実験結果に多少のばらつきがあった。従って、定量的な評価をするためには、温度計測の改善や照射速度の向上などを実施して、さらに多くの実験をする必要がある。さらに、実験と会わせて、理論解析として分子動力学を用いた数値計算モデルを構築し、シミュレーション計算を行った。これは、地上実験だけでは完全に宇宙実験を再現できない部分を、数値計算モデルにより補うことが可能である。今回構築したモデルにより、原子状酸素の衝突により材料が劣化していく様子をシミュレートし、実験結果と定性的に一致する結果を得ることが出来た。
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