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2017 年度 実績報告書

グリーンプロペラントを用いた低毒性宇宙機推進系の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16F16080
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

堀 恵一  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (40202303)

研究分担者 AMROUSSE RACHID  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
キーワード燃焼 / 触媒 / スラスタ / 低毒性 / HAN / パルス特性
研究実績の概要

ヒドロキシルアンモニウムナイトレート(HAN)を基材とする新規低毒性高性能液体推進薬の(SHP163)研究開発に従事し、以下に挙げる2点で大きな成果をあげた。
1.燃焼機構の解析
DTA-TG/MS装置を用いSHP163の熱分解機構を調べた。急速加熱を可能とする特殊リアクターを用い毎秒1000K/sという実際の燃焼場と同じ条件で、当該資料の熱分解特性を調査したところ、NO, NO2, N2O, N2, H2Oを主成分とする生成ガスの組成の特定に成功した。この結果はGAUSSIANを用いた量子化学計算にフィードバックされ、HANの熱分解を支配する2つの素反応を示すことに成功した。
2.スラスタ用特殊触媒の開発および20N級スラスタの開発
ヒドラジン用に使用されるS-405触媒(Ir担持30wr%)はHANにも有効であり、一般にHAN系推進薬を使用したスラスタの研究開発の場で使われている。しかし、ヒドラジンに比較してHAN系推進薬は燃焼温度が高く、粒状S-405をそのまま触媒層に転用すると耐久性に難があり、実用に供することができない。Dr. AmrousseはSHP163に最適化された触媒組成を見出し(Pt/Ir系、Ir/CuO系)さらに触媒層をハニカム構造とすることで十分な推進性能+パルス特性を引き出すことに成功した。具体的には20N級スラスタで比推力240秒(理論比推力~270秒)、パルス反応時間~50 msでヒドラジンのそれ以上の性能を示している。また比推力に関しては大型化に伴い上昇が期待できる。
SHP163を推進薬としたスラスタは平成30年度打ち上げ予定のイプシロン4号機に搭載される革新衛星技術実証衛星の1Nスラスタでテストされることとなっており、Dr. Amrousseの知見はここに一部生かされている。また上記「2」の部分は次のSTEP2計画の中核となる部分となっている。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Thermal analysis of hydroxylammonium nitrate based monopropellant: effect of heating rate and reaction temperature2018

    • 著者名/発表者名
      R. Amrousse, T. Katsumi, Y. Mishima, and K. Hori
    • 雑誌名

      Sci. Tech. Energ. Mat.

      巻: 421 ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydroxylammonium nitrate (HAN)-based green propellant as alternative energy resource for potential hydrazine substitution: from lab scale to pilot plant scale-up2017

    • 著者名/発表者名
      R. Amrousse, T. Katsumi, N. Azuma, K. Hori
    • 雑誌名

      Combust. Flame

      巻: 176 ページ: 334-348

    • DOI

      10.1021/ed044p248

    • 査読あり
  • [学会発表] Thermal decomposition of HAN-based monopropellant mixture using advancedmass spectrometer and high speed pyrolysis2017

    • 著者名/発表者名
      R. Amrousse, Y. Mishima, K. Hori
    • 学会等名
      7thInternational Symposium on Energetic Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Alternative propellant for hydrazine thruster: design, development and future application2017

    • 著者名/発表者名
      R. Amrousse, Y. Mishima, K. Hori
    • 学会等名
      53rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent advanced thermal decomposition of HAN as green propellant2017

    • 著者名/発表者名
      R. Amrousse and K. Hori
    • 学会等名
      International Workshop on Nanoenergetics
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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