Elucidation of the electrospray phenomena between microelectrodes for versatile use in ultra-small space propulsion devices

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01530
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: Takao Yoshinori 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土屋 智由 京都大学, 工学研究科, 教授 (60378792) ; 長尾 昌善 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (80357607)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: エレクトロスプレー / イオン液体 / イオンビーム / 電気推進 / 超小型衛星

Outline of Final Research Achievements

Electrospray thrusters are a candidate for a very small space propulsion system with variable thrust levels depending on the application. In this study, to establish the fundamental physics for the electrospray phenomenon between microelectrodes, emitters with scales varying from 1 to 100 micrometers were fabricated, and ion beam characteristics were evaluated. Reducing the scale resulted in high current density, and conditions were identified in which most ion species constituting the ion beam were monomers.

Free Research Field

航空宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エレクトロスプレー推進機に利用される電極構造の従来スケールは100 μm以上の領域であり、本研究において初めて10 μm以下を含めた2桁にわたるスケールでのエレクトロスプレー現象を実現できた。多様なエレクトロスプレーイオン源の創出は、用途に応じて推進機を選定可能な自由度を与えることになり、今後の超小型衛星の活躍の場を広げることに貢献することが期待できる。