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推力密度の飛躍的な増加と冗長系の確保が可能な超小型エレクトロスプレー宇宙推進機

研究課題

研究課題/領域番号 18H01623
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関横浜国立大学

研究代表者

鷹尾 祥典  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2018年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
キーワード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 / 電界放出 / 高密度
研究成果の概要

超小型衛星にも搭載可能なイオン液体を利用したエレクトロスプレー推進機の推力密度向上を目指し、電界放出電子源の作製プロセスを応用した高実装密度エミッタアレイを作製し、従来比で4桁増となる1平方cm当たり400万個となるアレイ化を実現した。イオンビーム引き出し実験を行ったところ、最大で1平方cm当たり43 mAもの高電流密度となり、従来のエレクトロスプレースラスタと比較して100倍以上となる結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超小型衛星に軌道遷移の自由度を与え、かつ、運用終了後のデブリ化を防止するためにも、高性能な超小型宇宙推進機が求められている。その有力候補は、理論的には100%の推進効率が実現可能なエレクトロスプレー推進機であるが、超小型衛星にとっても推力が1桁以上小さい問題を抱えていた。本研究を遂行することにより、上述の通り従来比で2桁以上の推力密度増加となり得る結果となり、超小型衛星の活躍の場を広げる推進機になる可能性を示した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

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 3件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Fabrication of nano-capillary emitter arrays for ionic liquid electrospray thrusters2021

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Kanta、Nagao Masayoshi、Liu Yongxun、Murakami Katsuhisa、Khumpuang Sommawan、Hara Shiro、Takao Yoshinori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SC ページ: SCCF07-SCCF07

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abf2d5

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Uniform needle-emitter arrays for ionic liquid electrospray thrusters with precise thrust control2021

    • 著者名/発表者名
      Tachibana Fumiya、Tsuchiya Toshiyuki、Takao Yoshinori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 号: SC ページ: SCCL06-SCCL06

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe997

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 超小型高推力密度エレクトロスプレースラスタの研究開発2019

    • 著者名/発表者名
      鷹尾 祥典、土屋 智由、長尾 昌善、村上 勝久
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会誌

      巻: 67 号: 1 ページ: 5-11

    • DOI

      10.14822/kjsass.67.1_5

    • NAID

      130007542890

    • ISSN
      0021-4663, 2424-1369
    • 年月日
      2019-01-05
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of a high-density emitter array for electrospray thrusters using field emitter array process2019

    • 著者名/発表者名
      Inoue Naoki、Nagao Masayoshi、Murakami Katsuhisa、Khumpuang Sommawan、Hara Shiro、Takao Yoshinori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SE ページ: SEEG04-SEEG04

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0fee

    • NAID

      210000156225

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ナノキャピラリエミッタを有する高実装密度エレクトロスプレースラスタのイオン放出実験2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木貫太, 長尾昌善, 柳永勛, 村上勝久, クンプアンソマワン, 原史朗, 鷹尾祥典
    • 学会等名
      令和2年度 宇宙輸送シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] エレクトロスプレースラスタの一様なエミッタアレイ電極作製とイオン放出実験2021

    • 著者名/発表者名
      橘郁哉, 森田寛之, 土屋智由, 鷹尾祥典
    • 学会等名
      令和2年度 宇宙輸送シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Nano-Capillary Emitter Arrays for Ionic Liquid Electrospray Thrusters2020

    • 著者名/発表者名
      Kanta Suzuki, Masayoshi Nagao, Yongxun Liu, Katsuhisa Murakami, Sommawan Khumpuang, Shiro Hara, and Yoshinori Takao
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ionic Liquid Electrospray Thrusters with Uniform Needle-Emitter Arrays for Precise Thrust Control2020

    • 著者名/発表者名
      Fumiya Tachibana, Toshiyuki Tsuchiya, and Yoshinori Takao
    • 学会等名
      33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 精密推力制御に向けたエレクトロスプレースラスタのイオンビーム特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      勝田紘英, 鷹尾祥典
    • 学会等名
      第64回 宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イオン液体エレクトロスプレースラスタの二段電極作製に向けたガラス貫通加工の検討2020

    • 著者名/発表者名
      西邑亜香音, 鷹尾祥典, 土屋智由
    • 学会等名
      第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] エレクトロスプレースラスタにおけるイオン液体構成によるイオン引き出しの変化2020

    • 著者名/発表者名
      榎本 昂明, 鷹尾 祥典
    • 学会等名
      令和元年度 宇宙輸送シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of Ionic Liquid Electrospray Thrusters with a Massive Emitter Array for Higher Thrust Density2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Takao, Naoki Inoue, Kanata Suzuki, Fumiya Tachibana, Masayoshi Nagao, Katsuhisa Murakami, and Toshiyuki Tsuchiya
    • 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] Molecular Dynamics Simulations of Nanodroplet Break-up for Ionic Liquid Electrospray Thrusters2019

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Enomoto and Yoshinori Takao
    • 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] Molecular Dynamics Simulations of Extracted Ions for Electrospray Thrusters2019

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Enomoto and Yoshinori Takao
    • 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] 2段電極一体化構造のイオン液体エレクトロスプレースラスタの試作2019

    • 著者名/発表者名
      松本有紀子, 橘郁哉, 土屋智由, 鷹尾祥典
    • 学会等名
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] エレクトロスプレースラスタの高密度エミッタアレイ作製とイオン引き出し実験2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 貫太,井上 直樹,長尾 昌善,村上 勝久,クンプアン ソマワン,原 史朗,鷹尾 祥典
    • 学会等名
      電子デバイス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] MEMS加工技術を利用したエレクトロスプレースラスタの作製とイオンビーム計測2019

    • 著者名/発表者名
      橘 郁哉,土屋 智由,鷹尾 祥典
    • 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] 超高密度実装エレクトロスプレースラスタのための微細キャピラリ・ニードル型エミッタ電極の作製2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木 貫太,長尾 昌善,村上 勝久,クンプアン ソマワン,原 史朗,鷹尾 祥典
    • 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] 高密度キャピラリ・ニードル型エミッタ電極を有するエレクトロスプレーイオン源の作製2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木貫太,長尾昌善,村上勝久,クンプアンソマワン,原史朗,鷹尾祥典
    • 学会等名
      2019年 日本表面真空学会 学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 分子動力学計算によるエレクトロスプレースラスタの発散イオンビーム解析2019

    • 著者名/発表者名
      榎本昂明, 鷹尾祥典
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会 第50期定時社員総会および年会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高エミッタ密度エレクトロスプレースラスタのイオン引き出し実現に向けたエミッタ電極表面の濡れ性操作2019

    • 著者名/発表者名
      井上直樹, 長尾昌善, 村上勝久, クンプアンソマワン, 原史朗, 鷹尾祥典
    • 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] 超小型宇宙推進機が求めるイオン源と電子源2019

    • 著者名/発表者名
      鷹尾祥典
    • 学会等名
      2019年Cupalシンポジウム、第16回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Electrospray Thrusters with a High-Density Emitter Array Utilizing Minimal-Fab System2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Inoue, Masayoshi Nagao, Katsuhisa Murakami, Sommawan Khumpuang, Shiro Hara, and Yoshinori Takao
    • 学会等名
      31st International Vacuum Nanoelectronics Conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of a high-density emitter array for electrospray thrusters using field emitter array process2018

    • 著者名/発表者名
      Naoki Inoue, Masayoshi Nagao, Katsuhisa Murakami, Sommawan Khumpuang, Shiro Hara, and Yoshinori Takao
    • 学会等名
      40th International Symposium on Dry Process
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超小型人工衛星に搭載可能なマイクロ電気推進機2018

    • 著者名/発表者名
      鷹尾祥典, 土屋智由, 長尾昌善, 村上勝久
    • 学会等名
      安全工学シンポジウム2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高密度エミッタアレイを有するエレクトロスプレースラスタのイオン引き出し実験2018

    • 著者名/発表者名
      井上直樹, 長尾昌善, 村上勝久, クンプアンソマワン, 原史朗, 鷹尾祥典
    • 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
  • [備考]

    • URL

      http://www.takao-lab.ynu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Takao Lab

    • URL

      http://www.takao-lab.ynu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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