2019 Fiscal Year Annual Research Report
Optimum Design and Control of Hollow Cathode for High Power Electric Propulsion
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17H01353
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
船木 一幸 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, 教授 (50311171)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
窪田 健一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (10723364)
渡邊 裕樹 首都大学東京, システムデザイン研究科, 助教 (30648390)
張 科寅 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (40710596)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電気推進 / ホールスラスタ / 軌道間輸送 / 宇宙探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気推進ロケットエンジンは、その燃費（比推力）や効率の良さから小型のものは既に実用化し、深宇宙探査機の推進系や静止衛星の南北軌道制御に使われてきたが、大型衛星の主推進を担うための更なる大出力化が期待されている。ホールスラスタ等の大出力電気推進の最大の課題は、大電流動作が求められる中和器（電子放出装置）の損耗であり、出力増に従って急激に増加する中和器損耗が大出力電気推進の実現を阻んでいた。本研究では、大型人工衛星の主推進として期待される500mNクラスホールスラスタのための中和器に関する実験研究を実施した。
2019年度は中和器の長時間動作を昨年度から継続して実施し、放電電流を変更した3つのケース（5A, 20A, 30A）について200時間のホローカソード単体連続運転を実施した。カソードチューブ先端部の損耗率を評価したところ、いずれも1,000時間あたりで10μm以下と低損耗であった。イオンエネルギーとイオンフラックスの損耗部への入射量を抑える工夫によってホローカソードの長寿命化を図ることができた。なお、連続試験の際は熱電子放出を担う６ホウ化ランタン（LaB6）の蒸発も合わせて最適化する必要があるが、今回の動作時ではいずれも50um/khr程度であり、LaB6厚みを2mm以上とすることで1万時間以上の耐久性を達成することが可能である。以上のように、カソードチューブ先端部と熱電子放出を担うLaB6の双方を穏やかな損耗レベルとすることが可能であり、長寿命ホローカソードのための指針が得られた。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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