| Project/Area Number |
24K01076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
土屋 智由 京都大学, 工学研究科, 教授 (60378792)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | 電気推進 / 電界放出 / イオン液体 / 中性粒子 / 超小型衛星 |
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| Outline of Research at the Start |
超小型衛星のように限られたスペース・電力でも大きな速度増分が期待されるエレクトロスプレー推進機の注目が高まっている。近年、多量体イオンビームが中性粒子へ分裂することが原因と見られる効率低下が報告された一方で、これは試験環境に起因する疑似的な可能性も報告され真相究明が求められている。本研究では独自に考案した、中性粒子の瞬時検出手法、および、飛行時間型質量分析と推力直接計測を組合せた定量評価法を用いて、疑似的に効率が低下する条件とその割合を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
限られたスペース・電力でも大きな速度増分が期待されるエレクトロスプレー推進機において、近年、注目が高まっている研究対象が推進剤の質量損失問題である。この要因は主に加速中の多量体イオンビームが中性粒子と軽いイオンへ分裂するためと考えられている一方で、試験環境起因の疑似的な質量損失となっている疑いがあり本質的な理解には至っていない。本研究では、申請者が独自に考案した中性粒子の瞬時検出手法、および、飛行時間型質量分析（Time-of-Flight: ToF）と推力直接計測を組合せた評価法を用いて、試験環境起因により疑似的に推進剤が損失している条件とその割合を明らかにすることを目的とする。
2024年度は、最も短期間で作製可能なニードル型イオン源とポーラス型イオン源を利用して解析を進めた。どのような条件でイオンビーム中に中性粒子が発生するのかを同定するために、ToFにおいてゲートを常時ONにして中性粒子だけmicrochannel plate (MCP)に届く状態にして中性粒子の直接計測を行った。一方、イオンビーム放出の有無は現有のSMU（ソース・メジャー・ユニット）を用いて把握を行った。なお、channel electron multiplier (CEM)を用いた場合でも、CEMの感度を上げることでイオンビーム放出時に中性粒子の影響と思われる波形が観察され中性粒子検出が可能なことが分かった。よって、ToF計測と中性粒子の計測との切り替え時における手間を省くために今後はCEMを利用することにした。この計測により、どのような条件で中性粒子が発生しないか、また、増減するかの把握を進めた。
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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
計画通り、MCPを用いた中性粒子検出ができており、また、CEMを利用した場合にも同様に検出可能なところを明らかにしたため。後者を利用することにより、ToF計測からコレクタを交換せず続けて実験できるため作業効率としては向上するため望ましい。
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度は以下の方法により研究を遂行する。MCPでも非常に低速な中性粒子には反応できないため、上記の定性的な評価において中性粒子が検出されない条件が同定されても、本当に中性粒子が発生していないかを確かめる必要がある。これにはQuartz Crystal Microbalance (QCM) を利用して中性粒子の発生有無を判定する。次に、ToFと推力直接計測を同時に行い、ToF計測によりイオンビームのみの寄与から算出される推進性能指標と中性粒子の影響も含んだ直接推力計測から求まる指標と比較し、その差異から中性粒子の寄与度を算出する。
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