| 研究課題/領域番号 |
21K04492
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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 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
張 科寅 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (40710596)
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| 研究分担者 |
渡邊 裕樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (30648390)
杵淵 紀世志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90648502)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 宇宙機用推進機 / 電気推進 / ホールスラスタ / 代替推進剤 / 推進剤貯蔵 / 二酸化炭素 / 宇宙機用推進 / 代替推薬 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
探査・商用問わず様々な人工衛星でホールスラスタ（電気推進の一種）の利用が拡大している. それに伴い, 従来の推薬であったキセノンの大量消費が課題になりつつあり, 代替推進剤の開発が求められている. 本研究では, 高価で有限であるキセノンに代わり, 二酸化炭素推薬の基礎検討を行うものである.
二酸化炭素は, 様々なガスを電離加速できるホールスラスタの推薬として有望である一方で, 電離不安定性が課題になることが予想される. 本研究では実験とシミュレーションを活用することにより, 物理メカニズムの理解を図る. また, 固体貯蔵からの推薬安定供給方法について, 原理の確認を行う.
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| 研究成果の概要 |
ホールスラスタがCO2で安定作動可能であることを確認でき、比推力1140秒, 推力電力比27mN/kWといった推進性能を得た。またプルーム計測及び数値解析により、推進剤利用効率が低いこと及びCO2の解離に多くのエネルギーを取られていることが、要改善点であることがわかった。
また、CO2をドライアイスとして低温貯蔵し三重点を利用した、高圧貯蔵や調圧不要な貯蔵供給システムの基本コンセプトを確認できた。タンク内の可視化により、温度分布不均一を削減することが重要であることがわかった。
さらに、貯蔵供給装置から供給されたCO2ガスにより、1kW級ホールスラスタが安定作動する統合実験を実施できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高性能長寿命かつロバストであることから, 探査・商用問わず様々な人工衛星でホールスラスタの利用が急速に拡大している. それに伴い, 従来の推薬であったキセノンの大量消費が課題になりつつある. 本研究では,キセノンに代わり, これまであまり注目されてこなかった二酸化炭素推薬の基礎検討を実施した. 「CO2を推薬としたホールスラスタはどのような放電特性か. また, 安定作動可能か」, 「固体貯蔵したCO2を安定的にガス流量制御し, ホールスラスタに供給可能か」を明らかにし, 貯蔵及び供給方法まで含めたCO2ホールスラスタの実現性について一定の見通しが得られたことは, 重要な研究成果と考えられる.
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