衛星塔載電力ケーブルの絶縁劣化評価手法の開発

• 研究課題/領域番号: 17760639
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 九州工業大学
• 研究代表者: 金 正浩 九州工業大学, 工学部, 産学官連携研究員 (30380736)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2005年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: 宇宙インフラ / 人工衛星 / 航空宇宙工学 / 電力工学

研究概要

2003年のADEOS2の全損事故原因は、電力ケーブル間のアーク放電による全ケーブルの焼損である。太陽電池から衛星本体までの送電ケーブルが宇宙空間に曝露されると、デブリ等の衝突により被膜に傷がつく。傷周辺部でプラズマ帯電による微小な放電が発生すると、太陽電池回路の電力が放電エネルギーを供給する直流アーク放電に至り、最悪の場合はアークが他のケーブルに飛び火して全損に至る。
本研究では、宇宙空間に曝露された電力ケーブルの絶縁性能の劣化が、宇宙環境下での材料劣化の進行と共にどの程度進むのかについて基礎研究を行った。熱・真空・微小粒子衝突・放射線といった環境劣化因子に晒されたケーブルを用い、宇宙プラズマ環境を模擬した真空チャンバー内で隣接するケーブル間の絶縁耐圧及びケーブル・宇宙機表面導電性部材(CFRP等)間の絶縁耐圧を測定した。その際、繰り返しの微小放電によるアークトラッキングの形成と進行が絶縁耐圧(持続放電の発生電圧)低下にどう影響を及ぼすかを評価した。
ケーブル絶縁評価試験装置を構築し、様々な宇宙環境要因にケーブルを曝して被覆を劣化させて、ケーブル間に繰り返しの微小放電と瞬間的短絡を起こさせた。繰り返しの過程の中で、in-situで微小電流計等を使って、10^<15>Ω程度の高抵抗から持続放電に至るまでの、累積放電回数や累積放電エネルギーに対するケーブル間抵抗の変化を測定し、絶縁耐圧を評価した。その結果、ケーブル間の線間抵抗は放電によって形成されるアークトラッキングの形成と進行と共に低下した。また絶縁被覆の劣化により放電の継続時間が変化する傾向が認められた。また線間電圧および電流の上昇と共に放電の継続時間も長くなる傾向が認められた。さらに恒久的持続放電の閾値を明らかにした。