深宇宙探査用大電力電磁加速プラズマスラスタの高性能・長寿命化

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03484
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 田原 弘一 大阪工業大学, 工学部, 教授 (20207210)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙推進 / 電気推進 / 電磁加速プラズマスラスタ / 定常作動 / 永久磁石 / 惑星探査 / 有人火星探査 / 宇宙旅行

研究実績の概要

MPDスラスタの推進性能と耐久性の向上を目指し、最適な外部磁場の形状・強さ、スラスタ本体とシステム構造、作動条件の提案を行った。
１）すでに測定してある推進性能と数値シミュレーションの結果を比較検討した。その結果、スラスタ本体、および全体システムの構造を変更した。さらに推進性能を正確に予測できる計算コードを構築すると共に、スラスタ設計のための相似則を提案した。
２）全く水冷をしない、完全輻射冷却式MPDスラスタを設計した。外部磁場の印加は水冷コイルではなく、永久磁石で行った。電源システムも水冷せず、その作動電力域は5-30kWと設定した。これまでの実験結果と流れ場の数値計算の結果を総動員し、スラスタ本体・システム全体の熱計算を行い、スラスタシステムの最適熱設計をした。その結果、最良の熱特性が得られる構造、材質が提案できた。こうして、最適熱設計による、完全輻射冷却式外部磁場印加型MPDスラスタシステムが最終提案できた。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 電気推進ロケットエンジンの性能と開発動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田原弘一
  • 雑誌名: 機械の研究, 養賢堂 巻: Vol.71, No.3 ページ: 171-180
• [雑誌論文] Performance Characteristics of High-Power Steady-State MPD Thrusters with Divergent and Cusp Magnetic Fields Using Permanent Magnets for In-Space Propulsion (2019)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Mizutani, Kazuma Tani, Shota Saito, Kyoko Takada, Hirokazu Tahara, and Tomoyuki Ikeda
  • 雑誌名: Proceedings of 36th Int. Electric Propulsion Conference (IEPC 2019), University of Vienna, Vienna, Austria 巻: IEPC-2019-130 ページ: 1-15
  • 査読あり
• [学会発表] 太陽系内軌道間航行用大推力・高比推力MPD/DCスラスタの性能特性と熱設計 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田原弘一, 鷹尾良行, 池田知行, 桃沢 愛,脇園 堯, 外山雅也
  • 学会等名: 2019年度宇宙輸送シンポジウム, STEP-2019-006, 2020年1月, JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市）
• [備考] 人工衛星プロジェクト
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=ejJcDAHJp60&feature=youtu.be
• [備考] 研究室紹介
  • URL: https://www.osaka-sandai.ac.jp/fc/en/mech/labs.html
• [備考] 学科ニュース
  • URL: https://www.osaka-sandai.ac.jp/fc/news/10188.html