2021 Fiscal Year Annual Research 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 – 2022-03-31
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| Keywords | 原子状酸素 / 宇宙環境 / フッ素系高分子材料 / 窒素分子 / 材料劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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、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、宇宙工学上の未解決の問題となっている。本申請ではこの宇宙工学上の未解決の問題に対する答えとして、「フッ素系高分子材料の宇宙環境における劣化要因の一部は、高エネルギー窒素分子の衝突によるもの」という仮説を実証するものである。
本研究では、高精度な質量変化計測のために、QCM上に新たにフッ素系薄膜を形成するとともに、原子状酸素および窒素分子同時衝突環境を模擬した原子状酸素アルゴンビーム同時照射技術を開発し、ビーム照射中の薄膜試料の質量変化をリアルタイム計測した。その結果、フッ素薄膜劣化の基準となる炭化水素薄膜の質量減少はビーム中のアルゴン割合によってリニアに増加することが観測された。この結果は材料劣化評価の基準自体が環境の影響を強く受けることを示している。一方、フッ素薄膜については、原子状酸素の含まれていないアルゴンビームのみでも質量減少が生じることが地上試験で確認されたことから、原子状酸素の化学的な性質によらない物理的な劣化が生じていることが明らかになった。SLATS/MDMミッションに搭載されているフッ素材料の劣化現象については、現在、詳細なデータ解析を行っているところである。これらの結果を踏まえて、2018年には本分野の国際会議において新仮説を説明し国際基準の改定の必要性を提案した。一部の参加者からは必要性について賛同を得ており、現在のところコロナ禍で遅延しているものの近い将来に新国際基準形成に関する議論が期待される。
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[Journal Article] Effect of simultaneous N2 collisions on atomic oxygen-induced polyimide erosion in sub-low Earth orbit: comparison of laboratory and SLATS data2021
Author(s)
Kumiko Yokota, Masahito Tagawa, Yusuke Fujimoto, Wataru Ide, Yugo Kimoto, Yuta Tsuchiya, Aki Goto, Kazuki Yukumatsu, Eiji Miyazaki, Shunsuke Imamura
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Journal Title
CEAS Space Journal,
Volume: 13
Pages: 389-397
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Scattering behavior of thermal molecular beams at microstructured surface for high compression intake system of air breathing ion engine2022
Author(s)
Keisuke Ezaki, Kosuke Shoda, Kazuki Itatani, Yuki Jotaki, Yuki Jotaki, Yusaku Ashida, Koki Sugimoto, Takashi Ozawa, Yusuke Yamashita, Kazutaka Nishiyama, Kumiko Yokota, Masahito Tagawa
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of atmospheric density probe aboard S-520-32 sounding rocket2022
Author(s)
Shoma Taira, Taishi Kato, Momoka Shimoi, Taiga Adachi, Towa Ushijima, Yusuke Yamashita, Takashi Ozawa, Takumi Abe, Yoshinori Nakayama, Kumiko Yokota, Masahito Tagawa
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] VLEO-related research activities at Kobe University2021
Author(s)
Masahito Tagawa, Wataru Ide, Naoki Kano, Momoka Shimoi, Yuki Fukami, Kosuke Shoda, Taishi Kato, Kazuki Itatani, Atsushi Fujita, Sasuga Horimoto, Keisuke Ezaki, Shoma Taira, Yuki Jotaki, Kumiko Yokota
Organizer
1st International Symposium on VLEO Missions and Technologies
Int'l Joint Research
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[Presentation] AO density variations during geomagnetic anomaly observed by SLATS2021
Author(s)
Atsushi Fujita, Kumiko Yokota, Masahito Tagawa, Wataru Ide, Sasuga Horimoto, Yugo Kimoto, Yuta Tsuchiya, Aki Goto, Kazuki Yukumatsu, Eiji Miyazaki, Yasunobu Miyoshi
Organizer
2nd Applied Space Environments Conference
Int'l Joint Research
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