| 研究課題/領域番号 |
20K04928
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 東京都立産業技術高等専門学校 |
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研究代表者 |
中野 正勝 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90315169)
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| 研究分担者 |
各務 聡 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (80415653)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | イオンエンジン / 二酸化炭素 / 有人宇宙構造物 / 省資源軌道運用 / 軌道保持 / 代替推進剤 / 呼気利用 / 省資源運用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
空気抵抗による高度低下を補う国際宇宙ステーションのリブースト（ロケット噴射による高度上昇）のように，宇宙構造物は定期的に高度を宇宙推進機によって保持する作業が必要になる．イオンエンジンは燃費に優れた宇宙用のロケットエンジンであり，原理的に種々の物質を燃料として利用することができる．本研究では，有人宇宙構造物の省資源軌道運用のために，人間から排出される二酸化炭素を燃料とするイオンエンジンの実現を目指し，イオンエンジンの心臓部であるイオン源の性能評価，システム全体としての要求性能の具体化，イオンエンジンの性能評価・最適化，システム全体としての達成性能の評価を行うことで研究を実施していく．
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| 研究成果の概要 |
有人宇宙構造物の省資源軌道運用のために二酸化炭素を用いるイオンエンジンの研究を実施した．ミッション解析から有人宇宙システムの高度制御運用に比推力で約2000 sが必要と概算し，当該性能を持つイオンエンジンの実現性を評価した．小型イオン源でビーム引き出し実験を行い，二酸化炭素イオンエンジンのグローバルモデルを作成した．推進剤利用効率向上に限界があることから，イオンビーム加工によるグリッド製作も実施した．理論的な推定の他，スラストスタンドを用いて推力性能を評価した．今後の性能向上は必要であるが，入手性や貯蔵性を鑑み，有人宇宙構造物の制御に二酸化炭素を用いるイオンエンジンが適合可能との結論を得た．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
イオンエンジンなどの電気推進において，キセノンの代替となる推進剤への切り替えは喫緊の課題である．キセノンなどの貴ガスと異なり，二酸化炭素のような分子性の推進剤をイオンエンジンに用いるには，分子性プラズマに関する新たな知見が要求されるとともに，耐久性能評価のために放電室・電極材料の表面物理に対する理解も必要である．宇宙開発には多額のコストがかかるとともにロケット打ち上げ等による環境負荷も懸念されている．人間や動植物からの排出物である二酸化炭素の有効活用は省資源での宇宙開発を実現し，宇宙開発における SDGsにも寄与するものであり社会的な意義が高い．
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