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2009 年度 実績報告書

HAN系推進剤を用いた宇宙飛翔体用低毒性推進系の研究

研究課題

研究課題/領域番号 21246127
研究機関独立行政法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

堀 恵一  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部, 准教授 (40202303)

研究分担者 竹ヶ原 春貴  公立大学法人首都大学, 東京システムデザイン研究科, 教授 (20227010)
青柳 潤一郎  公立大学法人首都大学, 東京システムデザイン研究科, 助教 (10453036)
橘 武史  九州工業大学, 工学研究院・機械知能工学研究系, 教授 (50179719)
各務 聡  九州工業大学, 工学研究院・機械知能工学研究系, 助教 (80415653)
田原 弘一  大阪工業大学, 工学部, 教授 (20207210)
キーワード人工衛星 / 推進 / 触媒 / 大気圧プラズマ / アークジェット / アーク放電
研究概要

宇宙飛翔体用推進剤に低毒性かつ高性能であるHAN(Hydroxyl Ammonium Nitrate)系推進剤を実現するにあたり、本年度は推進剤の着火方式ごとにデータを取得した。
[触媒着火]
HANと共に、ブレンドしたメタノールについても共通で分解できる触媒をオープンカップ試験およびスラスタ燃焼試験により検討し、両成分を効率的に分解できる触媒および燃焼器内部の設計パラメータを得た。併せて触媒が劣化せず、触媒反応が維持される触媒温度に保持できる燃料流量パラメータも取得した。
[電気着火]
推力1Nクラスの推進機内の圧力上昇は20気圧程度となるため、真空環境から比較的高圧下における幅広い圧力環境下での放電プラズマの生成・維持が必要となる。そこで大気圧プラズマに着目し、その生成を試み、性質、特性を調査した結果、大気圧付近において低電力で放電が維持できることを確認し、分解反応促進機構に適用できるプラズマに対する指針を得た。
[アーク放電着火]
HAN系推進剤の燃焼生成物であるH_2O、CO_2、N_2を用いて10kW級直流アークジェットスラスタの噴射実験を行い、基礎放電特性、放電電極の損耗状態、作動安定性を調べた。電極構造を変化させた場合、電極間距離が縮まるにつれて、放電電圧が減少した。45°円錐状陰極の放電電圧、損耗率は共に半球状陰極のそれらに比べて減少した。純タングステン円錐状陰極の放電電圧は銅入りタングステン陰極のそれに比べて大幅に増加したが、600秒以上の安定作動が達成された。
さらにアーク放電でHAN系推進薬の燃焼を促進する推進機の研究に関しては、現有する電磁比例調整弁とコリオリ式流量計を当該推進薬に適応するように準備を終えた。また、予備実験として、対向した電極にアーク放電を誘起し、そのプラズマにHAN水溶液を噴霧し、触媒を用いなくとも燃焼反応が誘起されることが確認できた。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Combustion Characteristics of HAN-based Liquid Monopropellant -Combustion mechanism and application to thruster-2009

    • 著者名/発表者名
      T.Katsumi, H.Kodama, T.Matsuo, J.Nakatsuka, K.Hasegawa, K.Kobayashi, H.Ogawa, N.Tsuboi, S.Sawai, K.Hori
    • 雑誌名

      Combustion, Explosion, and Shock Waves Vol.45, No.4

      ページ: 442-453

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combustion characteristics of HAN solutions

    • 著者名/発表者名
      T.Katsumi, R.Matsuda, T.Inoue, H.Ogawa, N.Tsuboi, K.Hori
    • 雑誌名

      International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion

    • 査読あり
  • [学会発表] Consideration of Atmospheric Pressure Plasma for the Green-Propellant Reaction2010

    • 著者名/発表者名
      青柳潤一郎, 松浦佑太, 田近亨, 竹ヶ原春貴
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Plasma Application and Hybrid Functionally Materials
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20100226-20100228
  • [学会発表] 大気圧プラズマによるグリーンプロペラントの反応評価2010

    • 著者名/発表者名
      松浦佑太, 田近亨, 大友維大, 青柳潤一郎, 竹ヶ原春貴
    • 学会等名
      2009年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      相模原市、神奈川県
    • 年月日
      20100114-20100115
  • [学会発表] HAN系溶液の燃焼特性2010

    • 著者名/発表者名
      松田竜太
    • 学会等名
      平成21年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所神奈川
    • 年月日
      2010-01-14
  • [学会発表] 放電プラズマによるHAN系推進薬の反応評価2009

    • 著者名/発表者名
      青柳潤一郎, 竹ヶ原春貴, 松浦佑太, 大友維大, 田近亨
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部講演会2009
    • 発表場所
      北九州市、福岡県
    • 年月日
      2009-12-10
  • [学会発表] HAN系溶液の燃焼特性2009

    • 著者名/発表者名
      松田竜太
    • 学会等名
      第47回燃焼シンポジウム
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター「SORA」北海道
    • 年月日
      2009-12-04
  • [学会発表] Combustion characteristics of HAN solutions2009

    • 著者名/発表者名
      T.Katsumi
    • 学会等名
      8th International Symposium on Special Topics in Chemical Propulsion
    • 発表場所
      Cape Town International Conference Centre, Cape Town, South Africa
    • 年月日
      2009-11-03
  • [学会発表] HAN系溶液の燃焼特性2009

    • 著者名/発表者名
      松田竜太
    • 学会等名
      第53回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      京都大学京都
    • 年月日
      2009-09-11
  • [学会発表] Combustion Characteristics of Han-based Liquid Monopropellant2009

    • 著者名/発表者名
      松田竜太
    • 学会等名
      27th International Symposium on Space Technology and Science
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2009-07-09
  • [学会発表] HAN系溶液の燃焼特性2009

    • 著者名/発表者名
      松田竜太
    • 学会等名
      火薬学会2009年度年会
    • 発表場所
      タワーホール船堀東京
    • 年月日
      2009-05-22

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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