| 研究課題/領域番号 |
20J21547
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
秋山 茉莉子 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 小型宇宙機 / 小型推進機 / ハイブリッドロケット / マグネシウム / 水 / 金属燃焼 / 燃焼速度 / 着火電力 / 燃焼 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は，小型宇宙機向け推進機である金属-水スラスタの実現である．小型宇宙機は現在利用が加速しているが，惑星間探査での活用例は極めて少ない．その実現に不可欠な大推力推進機として，本研究では金属-水スラスタを提案する．燃料のワイヤ状マグネシウム，及び酸化剤の水は，小型宇宙機に必須である安全性及び高密度で搭載可能という性質を持ち合わせている．
まずは，先行研究が乏しい低圧水蒸気中におけるワイヤ状マグネシウムの燃焼物理について実験と解析の両者から解明する．続いて，得られた知見から推進機実機の要素検討を行い，実機構築を行う．最後に，推力や消費電力といった，宇宙機搭載に必須な特性を取得する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，燃料にマグネシウムワイヤ，酸化剤に水を用い，それらの燃焼エネルギーを推進力に変換する小型宇宙機向けの推進機を提案している．当該推進機の実現に向け，令和4年度は，1)マグネシウムワイヤの反応速度と反応率の取得，2)実験結果を用いた推進機の性能推算，という2点の進捗を得た．
1) 前年度に引き続き，構築済みの実験系を用い，水蒸気流量を変化させた場合のマグネシウムワイヤ反応速度の取得を進めた．反応速度は水蒸気流量に対して弱い正の相関を示した．理由の一つとして，水蒸気流量，すなわち水蒸気流速が大きいほど，火炎面がマグネシウムワイヤに近接し入熱量が増すためであるというものが示唆された．また，燃焼後の固体生成物を塩酸と反応させた際の水素発生量から，マグネシウムワイヤの反応率を算出した．結果，実験を行った水蒸気流量の範囲では，おおむね99%以上であることが明らかになった．
2) 前項にてマグネシウムワイヤの反応速度の，混合比依存性が得られた．この関係から，いくつかの仮定の下で，当該推進機の推力あるいは比推力等を推算した．計算過程において，固体生成物の燃焼器からの排出の有無や，水蒸気のノズルにおける凝縮等を加味した．結果，先行研究にて提案されている小型化学推進機に対して，推力は同じオーダーか1桁小さく，比推力は同程度であると明らかになった．先行研究の推進機に比べ化学的に安定かつ入手性の高い物質を用いつつも，小型化学推進機として適用可能な性能の達成が見込まれるという点で，本研究にて提案する推進機の有用性を示した．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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