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推進剤として水を用いた10kg級超小型衛星用電気推進機の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18J13721
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 航空宇宙工学
研究機関東京大学

研究代表者

中川 悠一  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードイオンスラスタ / 超小型衛星 / 水推進 / 分子プラズマ / 水蒸気プラズマ / 小型推進機
研究実績の概要

研究実施状況について、水分子の解離によるイオン組成の解明、および水イオンスラスタの10 kg衛星への搭載可能性を示すためのシステム解析の2点について述べる。
本研究員の対象とする水のプラズマ源は、水分子が解離することによるエネルギーの損失や酸素原子の発生が重大な研究課題となっている。本年度は、水プラズマの0次元モデルを構築し、それをもとにイオンの組成を推定、影響を見積もった。また、直接的に観測する手法として四重極型質量分析器によるイオン種測定を実施した。
0次元モデルはイオンスラスタの性能解析で広く用いられているプラズマのモデルで、一般的な推進剤であるキセノンではその結果が実験結果とよく一致することが知られている。本研究では、水にかかわる130あまりの反応を整理し26を選択、対象とするイオンスラスタに適応した。その結果、組成の電力・流量依存性が明らかになった。
ビーム中のイオン種測定を実施する方法として、申請者は研究計画中においてE×Bプローブを用いたビーム測定を提案した。しかし、前述した水プラズマの0次元モデルにおいて、質量電荷比が近い物質に対して十分な分解能を持たないE×Bプローブが測定に不向きであること示唆された。本研究では、より質量電荷比の分解能が高い四重極型質量分析器を用いることで、プラズマ中のイオン組成をより詳細に明らかにした。
本研究の大目的は、「省電力化・高燃費化を実現した10kg級衛星に搭載可能な高効率水イオンスラスタの実現」である。本研究員は、これまでの実験結果をもとに、本イオンスラスタをシステムとしたときの性能の解析を実施し、10kg級の衛星に搭載可能な電力・体積で実現可能であること、また、10kg級衛星に搭載した際のミッション遂行能力が一定程度あり十分有用性があることを示した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [雑誌論文] Performance characterization of a miniature microwave discharge ion thruster operated with water2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Nakagawa, Hiroyuki Koizumi, Hiroki Kawahara, and Kimiya Komurasaki
    • 雑誌名

      Acta Astronautica

      巻: 157 ページ: 294-299

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and Test of a 100 μN-class Thrust Stand for a Miniature Water Ion Thruster with CubeSat2018

    • 著者名/発表者名
      NAKAGAWA Yuichi、TOMITA Daiki、KOIZUMI Hiroyuki、KOMURASAKI Kimiya
    • 雑誌名

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

      巻: 16 号: 7 ページ: 673-678

    • DOI

      10.2322/tastj.16.673

    • NAID

      130007504900

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Miniature Water Ion Thruster; 1km/s-class Delta-V for a 6U CubeSat2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Nakagawa
    • 学会等名
      33rd Small Satellite Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Characterization of the Microwave-Discharge Water Ion Thruster for CubeSat2019

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Nakagawa
    • 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] 水を推進剤とするマイクロ波放電式小型イオンスラスタの開発状況2018

    • 著者名/発表者名
      中川悠一
    • 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] Performance Dependence on the Microwave Frequency of the Miniature Water Ion Thruster and Its Neutralizer2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Nakagawa
    • 学会等名
      Space Propulsion 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] Space Propulsion 20182018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Small Satellite Conference 20182018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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