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大出力電気推進の革新に向けた中和器の不安定性制御と損耗低減

研究課題

研究課題/領域番号 17H01353
研究種目

基盤研究(A)

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

船木 一幸  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50311171)

研究分担者 窪田 健一  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (10723364)
渡邊 裕樹  首都大学東京, システムデザイン研究科, 助教 (30648390)
張 科寅  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (40710596)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2019年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2017年度: 28,210千円 (直接経費: 21,700千円、間接経費: 6,510千円)
キーワード電気推進 / ホールスラスタ / 軌道間輸送 / 宇宙探査 / ホローカソード / 航空宇宙工学 / プラズマ・核融合 / 衛星推進
研究成果の概要

電気推進ロケットエンジンは、その燃費や効率の良さから小型のものは既に実用化し、深宇宙探査機の推進系や静止衛星の南北軌道制御に使われてきたが、大型衛星の主推進を担うための更なる大出力化が期待されている。大出力電気推進の課題は、中和器 (電子放出装置)の損耗であり、本研究では、500mNクラスホールスラスタのための中和器に関する実験研究により、イオンエネルギーとイオンフラックスの損耗部への入射量低減に成功し、中和器の長寿命化を達成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電気推進システムの大出力化において、大きな枷となっている中和器損耗を制御・低減することにより、より高密度で高効率な推進機の実現が可能になり、これにより重量メリットのみならず、運用コストなどを含めたトータルの宇宙輸送コスト低減が予想される。 さらに木星圏探査など、従来の数倍である 5 万時間級の寿命が要求されていたミッションも遂行可能になり、太陽系における人類の未知未踏領域への進出が進む。

報告書

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

    (36件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 12件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Development of a 6-kW-class Hall thruster for geostationary missions2020

    • 著者名/発表者名
      Funaki Ikkoh、Cho Shinatora、Sano Tadahiko、Fukatsu Tsutomu、Tashiro Yosuke、Shiiki Taizo、Nakamura Yoichiro、Watanabe Hiroki、Kubota Kenichi、Matsunaga Yoshiki、Fuchigami Kenji
    • 雑誌名

      Acta Astronautica

      巻: 170 ページ: 163-171

    • DOI

      10.1016/j.actaastro.2019.08.029

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the Orbital Transfer between the Earth–Mars Orbit using Electric Propulsion based on the Direct Collocation Method2019

    • 著者名/発表者名
      TOBA Akihito、FUNAKI Ikkoh、YAMAGIWA Yoshiki
    • 雑誌名

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

      巻: 17 号: 4 ページ: 455-460

    • DOI

      10.2322/tastj.17.455

    • NAID

      130007674848

    • ISSN
      1884-0485
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid-PIC Simulation of LaB<sub>6</sub> Hollow Cathode Self-Heating Characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Kubota Kenichi、Oshio Yuya、Watanabe Hiroki、Cho Shinatora、Ohkawa Yasushi、Funaki Ikkoh
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 62 号: 1 ページ: 11-19

    • DOI

      10.2322/tjsass.62.11

    • NAID

      130007542860

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 1,000-hours Demonstration of a 6-kW-class Hall Thruster for All-Electric Propulsion Satellite2019

    • 著者名/発表者名
      FUNAKI Ikkoh、CHO Shinatora、SANO Tadahiko、FUKATSU Tsutomu、TASHIRO Yosuke、SHIIKI Taizo、NAKAMURA Yoichiro、WATANABE Hiroki、KUBOTA Kenichi、MATSUNAGA Yoshiki、FUCHIGAMI Kenji
    • 雑誌名

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

      巻: 17 号: 5 ページ: 589-595

    • DOI

      10.2322/tastj.17.589

    • NAID

      130007674855

    • ISSN
      1884-0485
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ホールスラスタの地上試験におけるチャンバ背圧影響に関する数値感度解析2018

    • 著者名/発表者名
      張科寅,渡邊裕樹,窪田健一,船木一幸
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会論文集

      巻: 66 号: 3 ページ: 61-68

    • DOI

      10.2322/jjsass.66.61

    • NAID

      130007384385

    • ISSN
      1344-6460, 2432-3691
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thrust performance, propellant ionization, and thruster erosion of an external discharge plasma thruster2018

    • 著者名/発表者名
      Karadag Burak、Cho Shinatora、Funaki Ikkoh
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 123 号: 15

    • DOI

      10.1063/1.5023829

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] External Discharge Plasma Thruster2018

    • 著者名/発表者名
      Karadag Burak、Cho Shinatora、Funaki Ikkoh、Hamada Yushi、Komurasaki Kimiya
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: 34 号: 4 ページ: 1094-1096

    • DOI

      10.2514/1.b36900

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hall Thruster Development for Japanese Space Propulsion Programs2017

    • 著者名/発表者名
      HAMADA Yushi、BAK Junhwi、KAWASHIMA Rei、KOIZUMI Hiroyuki、KOMURASAKI Kimiya、YAMAMOTO Naoji、EGAWA Yusuke、FUNAKI Ikkoh、IIHARA Shigeyasu、CHO Shinatora、KUBOTA Kenichi、WATANABE Hiroki、FUCHIGAMI Kenji、TASHIRO Yosuke、TAKAHATA Yuya、KAKUMA Tetsuo、FURUKUBO Yusuke、TAHARA Hirokazu
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 60 号: 5 ページ: 320-326

    • DOI

      10.2322/tjsass.60.320

    • NAID

      130006059281

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensitivity Analysis of a Fully Kinetic Code for Physical Parameters2017

    • 著者名/発表者名
      KARADAG Burak、CHO Shinatora、FUNAKI Ikkoh
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 60 号: 2 ページ: 67-76

    • DOI

      10.2322/tjsass.60.67

    • NAID

      130005403749

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 大電力電気推進システムの研究2020

    • 著者名/発表者名
      船木一幸
    • 学会等名
      令和元年度航空宇宙空力シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] INPPS Flagship: Cluster of Electric Thrusters2019

    • 著者名/発表者名
      Frank Jansen, Tim Brandt, Emmanouil Detsis, Athanasios Dafnis, Simona Ferraris, James AP Findlay, Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      70th International Astronautical Congress (IAC2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Comparisons between Hybrid-PIC Simulation and Plume Plasma Measurements of LaB6 Hollow Cathode2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kubota, Y. Oshio, K. Torii, Y. Okuno, H. Watanabe, S. Cho and I. Funaki
    • 学会等名
      36th International Electric Propulsion Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hall Thruster Breadboard Model Development for ETS-92019

    • 著者名/発表者名
      Ikkoh Funaki, Shinatora Cho, Tadahiko Sano, Tsutomu Fukatsu, Yosuke Tashiro, Taizo Shiiki, Yoichiro Nakamura
    • 学会等名
      Joint Symposium: 32nd ISTS & 9th NSAT
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 国産ホールスラスタを用いた火星サンプルリターンミッションの検討2019

    • 著者名/発表者名
      牧 麦,船木 一幸,山極 芳樹,鳥羽 瑛仁
    • 学会等名
      第63回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 6kW級国産ホールスラスタの研究開発状況2019

    • 著者名/発表者名
      船木 一幸,張 科寅,佐野 伊彦,深津 敦,田代 洋輔,椎木 泰三,中村 陽一郎
    • 学会等名
      第50期年会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 技術試験衛星9号機搭載国産ホールスラスタの研究開発2019

    • 著者名/発表者名
      船木一幸,張科寅,佐野伊彦,深津敦,田代洋輔,椎木泰三,中村陽一郎
    • 学会等名
      第59回航空原動機・宇宙推進講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ホールスラスタシステムの放電特性及び推進性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      宮坂武志,山本直嗣,竹ヶ原春貴,渡邊裕樹,船木一幸
    • 学会等名
      宇宙科学に関する室内実験シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 国産ホールスラスタによる地球-火星軌道間輸送システムの解析2019

    • 著者名/発表者名
      牧麦,船木一幸,山極芳樹,鳥羽瑛仁
    • 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] ETS9搭載6kW級ホールスラスタの研究開発2019

    • 著者名/発表者名
      船木一幸
    • 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] Facility Effect Characterization of 6-kW Class Hall Thruster in Newly Developed High-power EP Test Facility2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kinefuchi, Shinatora Cho, Yoshiki Matsunaga, Daisuke Goto, Hiroki Watanabe, Takahiro Yabe, Tadahiko Sano, Tsutomu Fukatsu and Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      2018 Joint Propulsion Conference, AIAA Propulsion and Energy Forum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Simulation of Hollow Cathode with Hybrid-PIC Coupled with Growth Model of Ion Acoustic Turbulence2018

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kubota, Yuya Oshio, Hiroki Watanabe, Shinatora Cho, and Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      2018 Joint Propulsion Conference, AIAA Propulsion and Energy Forum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 技術試験衛星9号機搭載国産ホールスラスタの開発状況2018

    • 著者名/発表者名
      船木一幸,張科寅,佐野伊彦,深津敦,田代洋輔,椎木泰三,中村陽一郎
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 国産ホールスラスタを用いた地球-火星軌道間輸送ミッションの検討2018

    • 著者名/発表者名
      牧麦,船木一幸,山極芳樹,鳥羽瑛仁
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ホローカソードにおける放電モード及びプラズマ特性の実験的研究2018

    • 著者名/発表者名
      鳥井健笑,大塩裕哉,窪田健一,船木一幸,奥野喜裕
    • 学会等名
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ホールスラスターの計算機シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      船木一幸,張科寅
    • 学会等名
      第367回生存圏シンポジウム, KDK生存圏ミッションシンポジウム,2018年2月,京都.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 低電力永久磁石型外部放電式ホールスラスタの地上評価実験2018

    • 著者名/発表者名
      張科寅,Burak Karadag,大塩裕哉,船木一幸
    • 学会等名
      平成29年度宇宙科学に関する室内実験シンポジウム,2018年2月,相模原.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ETS9搭載ホールスラスタの研究開発2018

    • 著者名/発表者名
      船木一幸,ETS9プロジェクトチーム・ホールスラスタ研究開発チーム
    • 学会等名
      平成29年度宇宙輸送シンポジウム2018年1月,相模原.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 6kW級ホールスラスタの500時間耐久試験とシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      張科寅,渡邊裕樹,窪田健一,船木 一幸
    • 学会等名
      平成29年度宇宙輸送シンポジウム,2018年1月,相模原.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Ion Current Density Profile of an Erosion Free Low Power Hall Thruster2017

    • 著者名/発表者名
      Burak Karadag, Shinatora Cho, Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference, Atlanta, Georgia, Oct. 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pole-piece Interactions with the Plasma in a Magnetic- layer-type Hall Thruster2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Watanabe, Shinatora Cho, Kenichi Kubota
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference, Atlanta, Georgia, Oct. 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid-PIC Simulation of Hall Thruster with Internally-Mounted Cathode2017

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kubota, Shinatora Cho, Hiroki Watanabe, Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference, Atlanta, Georgia, Oct. 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Particle Simulation of a Hall Thruster with Internally-Mounted Cathode2017

    • 著者名/発表者名
      Shinatora Cho and Kenichi Kubota
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference, Atlanta, Georgia, Oct. 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid-PIC Simulation on Thermal Characteristics of Hollow Cathode2017

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kubota, Yuya Oshio, Hiroki Watanabe, Shinatora Cho, Yasushi Ohkawa, Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      Joint Conference: 31st ISTS, 26th ISSFD & 8th NSAT, Matsuyama, June 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Investigation of LaB6 Hollow Cathode with Radiative Heater2017

    • 著者名/発表者名
      Yuya Oshio, Kenichi Kubota, Hiroki Watanabe, Shinatora Cho, Yasushi Ohkawa, Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      Joint Conference: 31st ISTS, 26th ISSFD & 8th NSAT, Matsuyama, June 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] R&D of Hall thruster toward Japanese All-Electric Propulsion Satellite, Invited Plenary Lecture2017

    • 著者名/発表者名
      Ikkoh Funaki
    • 学会等名
      35th International Electric Propulsion Conference, Atlanta, Georgia, Oct. 2017.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 宇宙機推進技術-深宇宙航行から、オール電化衛星へ-2017

    • 著者名/発表者名
      船木一幸
    • 学会等名
      東海大学プラズマの基礎と応用研究会,2017年11月,平塚.
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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