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2019 年度 実績報告書

高エネルギー塩を基材としたイオン液体推進薬の着火機構解明と着火遅れ制御

研究課題

研究課題/領域番号 18J14397
研究機関東京大学

研究代表者

伊東山 登  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
キーワードエネルギー物質 / レーザ着火 / 推進薬 / 炭素材料 / スラスタ / 小型衛星
研究実績の概要

本課題の最終ゴール設定はイオン液体推進薬(ADN-EILPs)を用いた小型一液スラスタシステムの提案であった.本年度は昨年提示した,次に示す3つの研究課題に取り組んだ;(1)CWレーザ着火におけるレーザパラメータの整理と相関性評価,(2)スラスタシステムの検討とスラスタ設計フローの提案, (3)ラボラトリモデル(LM)スラスタ試験の設計・燃焼試験の実施.
課題(1):サンプルの着火遅れ時間の定量評価のために,サンプル表面における安定したレーザ照射状態を保証可能なレーザ着火用実験系を構築した.当該実験系を用いて,レーザ強度とADN-EILPsの着火遅れ時間の相関を検証した.レーザ強度に対するADN-EILPsの着火遅れ時間の分布は,前年度研究の考察に基づいた予測とは異なる傾向を示した.温度履歴解析および光学観察の結果から,本傾向はADN-EILPsの熱分解で発生する気泡によって光学的遮蔽効果があることが推測された.
課題(2):吸光材を推進薬供給方法としても用いる毛細管浸透型推進薬供給法と燃焼下限圧力以下の燃焼圧設計よりADN-EILPsの着火と消火をパルス的に繰り返し推力獲得するスラスタ概念を導出した.さらに当該スラスタの設計フローを構築した.
課題(3):(2)で述べたスラスタ概念および設計フローに基づき,LMスラスタを試作し,着火試験からLMスラスタの推進特性を評価した.圧力履歴,推力履歴および動画の解析から,概ね3 sの着火遅れで推力が発生することが確認された.当該着火試験の結果から,提案されたスラスタ概念は実現可能であることを見出した.
提案されたスラスタ概念は,既往の一液スラスタとは根本的に異なる機構である.そのため,本研究課題を通して,現存しない革新的なスラスタシステムの提案に至った.更に,0.5 U級の超小型スラスタモジュールの構成例を示した.

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

    (7件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Characterization of Continuous‐Wave Laser Heating Ignition of Ammonium Dinitramide‐Based Ionic Liquids with Carbon Fibers2020

    • 著者名/発表者名
      Itouyama Noboru、Matsunaga Hiroki、Habu Hiroto
    • 雑誌名

      Propellants, Explosives, Pyrotechnics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      doi.org/10.1002/prep.201900352

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CWレーザ加熱されたカーボン吸光材の液中分散評価2020

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登, 羽生宏人
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 23-26

    • DOI

      doi.org/10.20637/JAXA-RR-19-003/0004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高エネルギーイオン液体推進剤の点火システムの研究開発2020

    • 著者名/発表者名
      松永 浩貴, 伊東山 登, 和田 明哲, 和田 明哲, 松本 幸太郎, 塩田 謙人, 伊里 友一朗, 勝身 俊之, 羽生 宏人, 野田 賢, 三宅淳巳
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 1-10

    • DOI

      doi.org/10.20637/JAXA-RR-19-003/0001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超小型宇宙機搭載に向けた一液式推進系のトレードオフ評価2020

    • 著者名/発表者名
      和田 明哲, 伊東山 登, 羽生 宏人
    • 雑誌名

      宇宙航空研究開発機構研究開発報告書: 高エネルギー物質研究会: 令和元年度研究成果報告書

      巻: JAXA-RR-19-003 ページ: 11-16

    • DOI

      doi.org/10.20637/JAXA-RR-19-003/0002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous‐Wave Laser Ignition of Non‐Solvent Ionic Liquids Based on High Energetic Salts with Carbon Additives2019

    • 著者名/発表者名
      Itouyama Noboru、Habu Hiroto
    • 雑誌名

      Propellants, Explosives, Pyrotechnics

      巻: 44 ページ: 1107~1118

    • DOI

      doi.org/10.1002/prep.201900063

    • 査読あり
  • [学会発表] 硝酸ヒドロキシルアミン系一液推進薬の実験的化学反応分析に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登
    • 学会等名
      火薬学会2019年度春季研究発表会
    • 招待講演
  • [学会発表] アンモニウムジニトラミド系イオン液体推進薬の気相領域における燃焼機構2019

    • 著者名/発表者名
      伊東山 登, 羽生 宏人
    • 学会等名
      火薬学会2019年度春季研究発表会

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公開日: 2021-01-27  

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