| 研究課題/領域番号 |
18K18907
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
安藤 晃 東北大学, 工学研究科, 教授 (90182998)
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| 研究分担者 |
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
小室 淳史 東北大学, 工学研究科, 助教 (70733137) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | 電気推進 / CubeSat / スパッタリング / 小型衛星 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，超小型電気推進機の最大の問題である高圧ガスボンベを不要とするために，金属燃料を用いてスパッタリングによる大量質量放出によって推力を発生する新型推進機の原理実証と開発を行う．前年度に開発したプラズマ源および推力計測器を真空容器内へと設置し，推力計測を実施した．スパッタリングによる推力発生を検証するために，ターゲット材を銅，アルミ，炭素と変更し，放電電力を一定にした条件で推力計測を実施した．その結果．スパッタリングイールドが大きい材料程推力が得られることが分かり，さらに推力計測機の改良を行い，炭素ターゲット使用時においても微小推力を計測できる状態とした．
また，放電電源として，最大1kV, 100Aで動作可能なHiPIMS (HiPower Impulse Magnetron Sputtering)電源を開発した．ここではIGBT素子を用いて，100nsec程度の立ち上がり・立下り速度を安定して実現し，外部信号により任意のタイミングで放電可能な電源を制作した．この電源をマグネトロンスパッタリング源に接続して，大電流動作，パルス動作時の運転に関しても検証した．HiPIMS動作時には，放電の発光が大きく変化し，ターゲット材が再電離するリサイクリングプロセスが起こることを示し，その結果ターゲット材からの質量放出が減少し，推力が減少する可能性を示した．一方でこのデータは，比推力を向上できる可能性があることを示しており，今後より詳細な実験が必要であることを示唆している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り，スパッタリングによる推力発生が得られることを明らかにし，質量放出に応じた推力が発生することを示しているため，おおむね順調に進展しているといえる．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在は，プラズマ発生用の燃料としてアルゴンガスを用いている．将来的に高圧ボンベを搭載せずにプラズマ生成・スパッタリング現象を維持するために，液体金属であるセシウムを燃料としたプラズマ生成・維持の手法について開発を進める予定である．また高圧小型電源開発や詳細な推進性能評価等を並行して進め，小型推進機開発に関する技術展開を図る予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
プラズマ源や推力計測器，および実験に必要な真空機器や回路系の設計・製作を一貫して学内で行うことで当初計画よりも費用を抑えることができた，最終年度のセシウムプラズマ源の開発に必要となる物品に充当する予定である．
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