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ダイヤモンド半導体を用いたパッシブな宇宙用電子放出源の実現可能性評価

研究課題

研究課題/領域番号 16H04595
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 航空宇宙工学
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

大川 恭志  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (20415920)

研究分担者 加藤 宙光  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (00415655)
田川 雅人  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10216806)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2018年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワード宇宙ごみ(スペースデブリ) / 宇宙推進 / エレクトロダイナミックテザー / ダイヤモンド半導体 / 電子放出 / スペースデブリ / 航空宇宙工学 / スペースデブリ除去
研究成果の概要

本研究では、宇宙ごみ(スペースデブリ)問題の解決に資することを将来のゴールとして、ダイヤモンド半導体を利用した電子放出源の実現可能性検討を行った。主な成果として、先行研究で示された低温でのダイヤモンド半導体からの熱電子放出現象が再現されるとともに、地球周辺の低軌道環境に多く存在する原子状酸素環境によって、この熱電子放出特性がどのように変化するかが明らかになった。これらの成果は、ダイヤモンド半導体の宇宙応用を進めるための重要な基盤となり、今後のスペースデブリ低減活動に貢献するものと期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果の主な適用先は、宇宙ごみを除去するための推進装置である。エレクトロダイナミックテザーと呼ばれる地球磁場を利用したユニークな推進機や、近年多く利用されるようになってきた電気推進機では、何らかの電子放出装置が必要となる。ダイヤモンド半導体の適用によりこれらの電子放出源を簡素化できれば、より効率的な推進システムの構築が可能となり、人類共通の課題となりつつある宇宙ごみ問題解決への一助となる。
また、ダイヤモンド半導体の宇宙用電子放出源への応用は初の試みであり、地球低軌道環境がその電子放出特性に与える影響も初めて評価された。

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Ion Thruster Operation with Carbon Nanotube Field Emission Cathode2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Naoji、Morita Taichi、Ohkawa Yasushi、Nakano Masakatsu、Funaki Ikkoh
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: 35 号: 2 ページ: 490-493

    • DOI

      10.2514/1.b37214

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Charging Behavior of the H-II Transfer Vehicle by Active Electron Emission2019

    • 著者名/発表者名
      Ohkawa Yasushi、Okumura Teppei、Kawamoto Satomi、Kobayashi Yuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 47 号: 8 ページ: 3852-3857

    • DOI

      10.1109/tps.2019.2915819

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operation of a carbon nanotube field-emission cathode in low Earth orbit2019

    • 著者名/発表者名
      Ohkawa Yasushi、Okumura Teppei、Iki Kentaro、Okamoto Hiroyuki、Kawamoto Satomi
    • 雑誌名

      Journal of Vacuum Science & Technology B

      巻: 37 号: 2 ページ: 022203-022203

    • DOI

      10.1116/1.5067299

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field Emission Cathodes for an Electrodynamic Tether Experiment on the H-II Transfer Vehicle2018

    • 著者名/発表者名
      Yasushi OHKAWA, Teppei OKUMURA, Yuuta HORIKAWA, Yoshiyuki MIURA, Satomi KAWAMOTO, Koichi INOUE
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN

      巻: 16 号: 1 ページ: 63-68

    • DOI

      10.2322/tastj.16.63

    • NAID

      130006301927

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ダイヤモンド半導体の宇宙用電子放出源への適用可能性評価2019

    • 著者名/発表者名
      恒川 尚輝、大川 恭志、加藤 宙光、山極 芳樹
    • 学会等名
      平成30年度宇宙輸送シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Research and Development Status of a Miniature Ion Engine2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Naoji、Adachi Misaki、Ikeda Ryo、Takesue Ippei、Morita Taichi、Nakano Masakatsu、Ohkawa Yasushi、Funaki Ikkoh
    • 学会等名
      32nd International Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低地球軌道上におけるカーボンナノチューブ電子放出源の性能変化について2019

    • 著者名/発表者名
      深見 侑希、大川 恭志、河本 聡美、横田 久美子、田川 雅人
    • 学会等名
      第16回宇宙環境シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Results of Field-Emission Cathode Operation on the H-II Transfer Vehicle2018

    • 著者名/発表者名
      Ohkawa Yasushi、Okumura Teppei、Horikawa Yuuta、Miura Yoshiyuki、Kawamoto Satomi、Inoue Koichi
    • 学会等名
      69th International Astronautical Congress (IAC)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural characterization and emission properties of phosphorus-doped NCD films2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromitsu Kato, Takatoshi Yamada, Yasushi Ohkawa, Masahiko Ogura, Toshiharu Makino, Satoshi Yamasaki
    • 学会等名
      The 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Operation of a Carbon Nanotube Field-Emission Cathode in Low Earth Orbit2018

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ohkawa, Teppei Okumura, Kentaro Iki, Hiroyuki Okamoto, Satomi Kawamoto
    • 学会等名
      The 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Quick Review of an Electrodynamic Tether Experiment on the H-II Transfer Vehicle2017

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Ohkawa, Kentaro Iki, Teppei Okumura, Satomi Kawamoto, Yuuta Horikawa, Koichi Inoue, Yuki Kobayashi, Takashi Uchiyama, Toru Kasai
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カーボンナノチューブカソード研究開発の現状2017

    • 著者名/発表者名
      大川恭志,奥村哲平
    • 学会等名
      第61回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド半導体を用いた宇宙用電子放出源の実現可能性検討2017

    • 著者名/発表者名
      恒川尚輝、大川恭志、加藤宙光、山極芳樹
    • 学会等名
      第61回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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