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超小型衛星用多機能推進機の実現

研究課題

研究課題/領域番号 19J21437
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
審査区分 小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関東京大学

研究代表者

西井 啓太  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2019年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワード宇宙推進機 / 水 / グリーンプロペラント / ハイブリッドロケット / マグネシウム / 金属燃焼 / 発光分光 / 凝縮燃焼生成物 / レジストジェットスラスタ
研究開始時の研究の概要

現在その利用の幅が爆発的に拡大する超小型人工衛星であるが,今後,大推力が要求されるミッションに用いることが検討されている.超小型衛星に搭載される推進機の例は少ない上,大推力推進機の例はほぼない.その理由として超小型衛星の容積の小ささと求められる安全性の高さが挙げられる.
本研究では安全性が極めて高い水を酸化剤とするハイブリッドロケットを提案し,基礎的な燃焼反応の観測から推進機としての開発までを行う.水は高い安全性に加え,搭載時に常圧で液体状態であるために簡素な構造で高い充填率を達成できるメリットも持つ.さらに水は宇宙での入手可能性が示唆されており,将来的な宇宙開発への応用の期待も高い.

研究実績の概要

化学エネルギーを用いた新しい推進機(本研究の根幹)を提案し,実用段階まで開発をすすめることで,小型衛星の利用の幅が広がることが期待される.前年度では,ワイヤ供給型推進機のフィージビリティ・スタディを行った.また,燃焼ガス内に存在する凝縮性酸化物の計測を行うべく,レーザー工学系及び,バンドパスフィルタを介したハイスピードカメラによる測定系を構築した.
本年度では,プレート型マグネシウムを燃焼させ,その燃焼場から発せられる自発光を観測した.自発光は分光器及びバンドパスフィルタを介した光速度カメラによって撮影され,燃焼物質の励起光と凝縮燃焼生成物の温度観測に用いられた.また,燃焼場にレーザーダイオード光を照射し,透過率を観測することで,燃焼場に存在する凝縮燃焼生成物のおおよその生成状態を確認した.
上記の結果,水の燃焼によって生成される凝縮燃焼生成物は燃料付近に非常に多く堆積した.その理由は沸点に比べて低い測定温度と表面酸化反応の進展によることが明らかにされた.また,その堆積物が生成物の拡散を阻害することで,さらに大きな堆積物へと成長することを透過光測定で明らかにした.

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Combustion of Magnesium Wires with Oxygen and Water Vapor2021

    • 著者名/発表者名
      Nishii Keita、Akiyama Mariko、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • 雑誌名

      Combustion Science and Technology

      巻: - 号: 10 ページ: 1-17

    • DOI

      10.1080/00102202.2021.2019241

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 電子ビーム励起蛍光を用いた宇宙機用マイクロノズル下流における2次元密度分布測定2021

    • 著者名/発表者名
      Izawa Sota、Nishii Keita、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • 雑誌名

      日本航空宇宙学会論文集

      巻: 69 号: 6 ページ: 219-228

    • DOI

      10.2322/jjsass.69.219

    • NAID

      130008125591

    • ISSN
      1344-6460, 2432-3691
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-pressure-vaporization of water droplets on wall under normal and microgravity conditions2021

    • 著者名/発表者名
      Nishii Keita、Hattori Akihiro、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • 雑誌名

      Acta Astronautica

      巻: 186 ページ: 508-516

    • DOI

      10.1016/j.actaastro.2021.05.039

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Feasibility Study of a Hybrid Thruster using Wire-Shaped Magnesium and Water for Application to Small Spacecraft2021

    • 著者名/発表者名
      AKIYAMA Mariko、NISHII Keita、MANNAMI Yoshihito、MUROHARA Masaya、KOIZUMI Hiroyuki、KOMURASAKI Kimiya
    • 雑誌名

      TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      巻: 64 号: 4 ページ: 223-233

    • DOI

      10.2322/tjsass.64.223

    • NAID

      130008062316

    • ISSN
      0549-3811, 2189-4205
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental Characterization of Nozzle Performance at Low Reynolds Numbers for Water Microthrusters2021

    • 著者名/発表者名
      Nishii Keita、Koizumi Hiroyuki、Komurasaki Kimiya
    • 雑誌名

      Journal of Propulsion and Power

      巻: - 号: 4 ページ: 1-9

    • DOI

      10.2514/1.b38147

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mission to Earth-Moon Lagrange Point by a 6U CubeSat: EQUULEUS2020

    • 著者名/発表者名
      Funase .、Ikari S.、Miyoshi K.、Yano, H., Hirai, T., et al.
    • 雑誌名

      IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine

      巻: 35 号: 3 ページ: 30-44

    • DOI

      10.1109/maes.2019.2955577

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct measurement of 1-mN-class thrust and 100-s-class specific impulse for a CubeSat propulsion system2020

    • 著者名/発表者名
      Asakawa J.、Nishii K.、Nakagawa Y.、Koizumi H.、Komurasaki K.
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 91 号: 3 ページ: 035116-035116

    • DOI

      10.1063/1.5121411

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 超小型ハイブリッドモーターの実現に向けた水ーマグネシウム燃焼場の観測2022

    • 著者名/発表者名
      西 井啓太,小泉宏之,小紫公也
    • 学会等名
      第4回ハイブリッドロケットシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Experimental Observation of CondensedCombustion Products during Combustion of Magnesium in Water Vapor2022

    • 著者名/発表者名
      K. Nishii, H. Koizumi, K. Komurasaki
    • 学会等名
      33rdInternational Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] , Y. Mannami, M. Akiyama, M. Murohara, H. Koizumi and K. Komurasaki, "Experimental Study on Bulk Metal Water Combustion for Small Spacecraft Propulsion," AIAA Propulsion and2020

    • 著者名/発表者名
      K. Nishii , Y. Mannami, M. Akiyama, M. Murohara, H. Koizumi and K. Komurasaki, "Experimental
    • 学会等名
      Water Combustion for Small Spacecraft Propulsion," AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum, 24
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超小型ハイブリッドモータへ向けた水と金属の低圧燃焼基礎実験2019

    • 著者名/発表者名
      西井啓太,秋山 茉莉子,室原 昌弥,万浪 義史
    • 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] Experimental characterization of nozzle performance at low reynolds numbers for water resistojet thrusters2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nishii, H. Koizumi and K. Komurasaki
    • 学会等名
      AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pre-flight Testing of AQUARIUS: the Water Resistojet Thruster on the SLS EM-1 CubeSat for Deep Space Exploration2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nishii, H. Koizumi, J. Asakawa A. Hattori, K. Kikuchi, M. Akiyama Q. Wang and M. Murohara
    • 学会等名
      33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Evaluation of the Micro Water Thruster Recovering Waste Heat of a Spacecraft2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nishii, J. Asakawa, R. Matsushita, T. Shibukawa, H. Koizumi, R. Funase and K. Komurasaki
    • 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

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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