Demonstration of Graphite Nozzle Erosion Suppression in Hybrid Rockets Through Regenerative Cooling

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14946
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: KAMPS LANDON 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (70869502)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ハイブリッドロケット / ノズル浸食 / 再生冷却 / 黒鉛

Outline of Final Research Achievements

With the increase in civilian space utilization, the demand for low-cost and safe space transportation systems is increasing. Hybrid rockets can provide such low-cost and safe space transportation systems and are particularly suitable for propulsion systems for small launchers and satellites. However, hybrid rockets have faced a problem of "nozzle erosion," in which the nozzle throat is thermochemically eroded, resulting in a significant degradation of rocket performance. In this study, we focused on the fact that the graphite nozzle erosion start temperature is higher than the copper nozzle melting temperature in conventional regenerative cooling nozzles, and developed a safer and easier regenerative cooling system. By actively suppressing graphite nozzle erosion, the understanding of graphite nozzle erosion was greatly improved, contributing to the realization of a hybrid rocket space transportation systems.

Free Research Field

航空宇宙工学関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙市場の規模は40兆円で、今後数十年にわたり成長を続けると予測されている。更に、日本は打ち上げ能力だけでなく、世界トップクラスの深宇宙探査計画を持ち、この産業の主要なプレーヤーの1つとなっている。本研究の期間中、主幹研究者は大学で開発された技術を商業化し、宇宙産業の向上に貢献するために事業会社を設立した（Letara㈱）。ハイブリッドロケット推進を産業に応用するための重要な技術の1つは、ノズルの熱管理に関するものである。本研究では、金属3Dプリンター等の新技術により、より安全で低コスト、かつ大量生産可能な再生冷却黒鉛ノズルが、高性能ハイブリッドロケットの実現に最も適していることを実証した。