2021 Fiscal Year Research-status Report
Construction of stability evaluation system of high energetic ionic liquid to use as propellant for small satellites
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20K14997
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
松永 浩貴 福岡大学, 工学部, 助教 (70759240)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ロケット推進薬 / 高エネルギー物質 / 化学安定性 / イオン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高エネルギー物質を基剤とした"高エネルギーイオン液体(Energetic Ionic Liquids, EILs)"は，高密度・低蒸気圧という特有の物性により，超小型人工衛星に適した高性能かつ取扱いが容易な新規推進剤となることが期待される。本研究では，高エネルギー酸化剤アンモニウムジニトラミド(ADN，融点92℃)と固体可燃剤との共融により得られるADN系イオン液体をターゲットとし，安全利用に向けた安定性評価の枠組みを構築することを目的としている。
2020年度の研究では，ADN系イオン液体の因子の洗い出しおよび影響度の把握のため，熱分解，タンク・配管材料の溶出，吸湿に着目し，それぞれの因子を付与する加速試験により影響度の大きさを解析した。2021年度は実環境に近い条件における劣化および複合因子による劣化を評価するための実験系を構築し，貯蔵および劣化度の評価を開始した。次年度にかけて加速試験との比較を行うためのデータの取得を進めている。
また，加速試験における反応熱，生成ガスを詳細に分析し，得られた結果を基に，ADN系イオン液体の熱分解反応機構を解析することができた。その中で，ADNとの間で反応性が高いだけでなく貯蔵時の化学安定性も高いEILsを形成する可燃剤の探索も実施し，ロケット推進剤に適したEILs調製の指針を得た。特に，ホルモヒドラジド(融点52℃)はADNとの混合により室温で安定なEILsを形成し，実験および化学平衡計算により着火性，推進性能(比推力，特性排気速度)が高いことが示された。これはADNを高温に加熱した場合に生じる二酸化窒素がホルモヒドラジドと高い反応性を示すことに起因すると考えられる。
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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
2021年度の目標は，ADN系EILsについて，加速試験における詳細検討(反応機構解析)および複合因子による劣化挙動の解析，実環境に近い条件での劣化挙動の観測を行い，加速試験と実環境貯蔵における結果を比較することであった。実環境貯蔵の実験系の構築に時間を要したが，試験を開始し，劣化度の評価および比較を開始するに至った。2022年度も引き続き実施することで十分対応可能であると考える。
一方で，これまでの加速試験での反応機構解析については詳細検討が進み，当該分野で国際的に定評のある論文誌や国際会議で発表することができた。さらに得られた結果を基に推進剤として期待できる特性(低融点，高着火性，高性能)を有するADN系EILs組成を調整するための指針を構築するに至り，計画以上の結果が得られたと考える。
2021年度に計画していた検討をほぼ予定通り進めることができ，最終年度で目標が達成できる見込みが得られた。さらに研究成果を論文誌や国際会議で成果を発表するに至った。したがって本研究は，おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は劣化機構の詳細解析を行うとともに，2021年度に開始した実環境に近い条件における劣化挙動の分析について，より長期間の貯蔵試験結果を取得し，加速試験における劣化の速度の測定結果との比較を進める。これらを基に試験法の妥当性を評価し，必要に応じて試験法に改良を加える。最終的に実環境での変化を再現できる加速試験法および各因子を考慮した劣化予測式の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
学内で行う研究活動については予定通り進行したが，発表を予定していた国内学会や国際会議の一部が中止またはオンラインでの開催となり，旅費の使用が無かったことから繰越金が生じた。繰越金は，令和3年度に延期となった学会における発表経費および実験の拡充費として使用する計画である。
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