2018 Fiscal Year Research-status Report
Atomic oxygen-induced erosion of fluorinated polymers in LEO: its collapse and new mechnism
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18K18912
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
横田 久美子 神戸大学, 工学研究科, 助手 (20252794)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田川 雅人 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10216806)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 宇宙環境 / 原子状酸素 / フッ素系高分子材料 / 高質量分子 / 材料劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで地球高層大気による材料劣化現象は宇宙機の前面で顕著に観察されることから、その発見以降30年以上にわたり、地球高層大気成分で化学的に活性な原子状酸素によるものと信じられてきた。この仮定のもとで2004年に制定されたASTM E2089-00に準拠してこれまで全ての材料試験が行われてきたが、フッ素系材料など一部の宇宙用材料では軌道上での劣化現象と地上実験との間に不整合が生ずることが知られており、30年以上にわたり宇宙工学上の未解決の問題となっている。本申請ではこの未解決の問題に対して全く新しい仮説を導入することより解決を図ることを目的とする。その仮説は、「FEPなどのフッ素系高分子材料の宇宙環境における劣化要因は、これまで信じられてきた原子状酸素ではなく、高エネルギー窒素分子の衝突によるものである」というものである。本研究では、この仮説を証明することと、この新理論に基づいた新しい宇宙環境地上実験に関わる国際基準を制定する道筋を作ることを本研究の目的とするものである。
本仮説を証明するためには、多様な条件下での材料劣化挙動を明らかにするため、宇宙環境地上試験のスループットを向上させることが必要不可欠である。そのため、リアルタイムでの質量変化計測を実現する方法として、プラズマアシスト蒸着法開発者である大阪府立産業技術総合研究所の岡本昭夫博士の技術指導のもとで、蒸着装置を新設しQCM上にフッ素系薄膜を形成することを予定していたが、岡本博士のご協力により、オリジナル装置によるサンプルの作製の可能性が開かれ、これにより大幅な予算、工数の削減、およびリスク低減が可能となった。現在は大阪府立産業技術総合研究所で保管されていた同装置の整備を行っている状況である。QCMサンプルに照射するN2およびArビームについても、そのビーム形成と安定照射に向けての準備を行いつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本プロジェクトではフッ素系材料などで軌道上での劣化現象と地上実験との間に不整合が生ずる原因について、申請者らの提案する「フッ素系高分子材料の宇宙環境における劣化要因は原子状酸素ではなく、高エネルギー窒素分子の衝突によるものである」という新仮説を検証し、この新理論に基づいた新しい宇宙環境地上実験に関わる国際基準を制定する道筋を作ることを目的とするものである。
本仮説を証明するためには、多様な条件下での材料劣化挙動を明らかにするため、宇宙環境地上試験のスループットを向上させることが必要不可欠である。フッ素系高分子のリアルタイム質量変化を計測するため、プラズマアシスト蒸着法によりQCM上にフッ素系薄膜を形成することを予定していたが、本手法の開発者である岡本博士のご協力により、大阪府立産業技術総合研究所で保管されていた同装置の使用が可能になり、現在整備を行っている状況である。これにより実験計画ならびに購入備品等の大幅な変更が必要となったが、蒸着条件の最適化にこれまでのデータが適用可能になることから、全体としては大幅な予算、工数の削減、およびリスク低減が可能となった。QCMサンプルに照射するN2およびArビームについても、そのビーム形成と安定照射に向けて、照射条件の自動調整機構の設計など準備を行いつつある。また2018年10月には本分野の国際会議で新仮説を説明し、国際基準の改定の必要性を提案し、一部の参加国からは、その必要性について賛同を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
FY2019年度には再整備したプラズマアシスト装置で蒸着したフッ素系高分子のキャラクタリゼーションを行い、サンプルの照射前評価を行う。同時にN2およびArビーム形成と安定照射のため、照射条件の自動調整機構を実現する。これらの十分な実験準備により、多様な条件で安定な実験を行うことができる条件を整える。
現在、本研究グループの提案によりフッ素系高分子サンプルの宇宙曝露実験が超低軌道試験機「つばめ」を用いて行われており（MDMミッション）、フライト実験の結果が本年度中には得られる予定である。この宇宙実験解析と地上実験を同時並行的に行うことで、地上実験結果と宇宙実験結果をリンクさせることができ、さらに強固なエビデンスを得ることが可能となる。
本研究では情報発信についても重視しており、関連分野の国際会議において、これらのデータを公開することで、国際基準改定の必要性を訴えることにより、新国際基準形成に関する環境醸成に注力してゆく。本年4月からは専任の学生を配置し、プロジェクトの進行を滞りなく進めてゆく。
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| Causes of Carryover |
上記のように、最初の計画では新規に製作する予定であったプラズマアシスト蒸着装置について、本手法の開発者である岡本博士のご協力により、大阪府立産業技術総合研究所で保管されていた同装置の使用が可能になり、現在整備を行っている状況である。そのため真空ポンプなど大型の備品の新規購入が必要なくなったため、2018年度における各種真空部品等の費用の大幅な削減が可能となった。2019年度には本蒸着装置の整備上必要になるいくつかの真空部品についての購入が予定されている。さらに、ビーム照射の自動調整が可能なシステムを新設することから、繰り越した予算の多くはこの目的で使用される予定である。
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Research Products
(14 results)
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[Presentation] One-nozzle two-beam laser-detonation system2018
Author(s)
Kumiko Yokota, Kazuki Kita, Ryota Okura, Teppei Shimizu, Sze Keat Chee, Minoru Iwata, Masahito Tagawa
Organizer
14th International Symposium on Materials in the Space Environment/12th International Conference on protection of Materials and Structures in a Space Environment,
Int'l Joint Research
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