小型スラスタのための水分解を用いた革新的着火システムの実証

• 研究課題/領域番号: 19K23482
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浅川 純 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任助教 (20845367)
• 研究期間 (年度): 2019-08-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2019年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 宇宙推進 / 超小型衛星 / 水 / 電気分解 / スラスタ

研究開始時の研究の概要

超小型宇宙機による深宇宙探査の更なる発展のため，大推力と安全性を兼ね備えた金属／水ハイブリッドスラスタが提案されているが，通常の加熱方式では酸化被膜の溶融が困難であることを理由に着火に至っていない．そこで，小型スラスタのための水分解を用いた着火器を提案する．水の共有利用により，金属／水ハイブリッドスラスタと圧倒的親和性を持つ革新的な着火器が実現可能である．しかし，真空環境下での水分解特性及び水素／酸素着火限界は明らかになっていない．本研究では，小型スラスタのための水分解を用いた革新的着火システムの実証を目指し，真空環境下での水分解／水素酸素着火の基礎物理現象を解明する．

研究実績の概要

本研究の目的は、水分解を用いた小型スラスタ用着火システムの実証であり、「テーマ①：真空環境下での水分解特性の圧力／温度依存性の解明」「テーマ②：小型スラスタ用着火器における水素酸素混合気の着火限界の解明」という二つのテーマに細分化して研究遂行予定である。固体高分子膜の選定を行い、小型水電解セルのプロトタイプを構築し、水分解試験を実施した。併せてワシントンDCで開催された70th International Astronautical Congress（IAC）に参加し、同じく水電気分解を用いた水スラスタの研究を行うドイツのシュツットガルト大学の研究者らとの打ち合わせの場を設け、真空環境下での水分解コンセプトや、水素／酸素の着火限界等に関する議論を行った。その内容を実験系にフィードバックし、水素酸素混合気の真空中着火試験を実施した。