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2011 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, 宇宙科学研究所, 教授 (40202303)

研究分担者 竹ケ原 晴貴  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)
キーワード惑星探査 / 人工衛星 / 触媒 / 電気推進 / 直流アークジェットスラスタ / プラズマ支援燃焼 / 推力測定
研究概要

低毒性かつ高性能であるHAN(Hydroxyl Ammonium Nitrate)系推進剤を宇宙飛翔体に推進系として搭載することを目指して、要素レベルでデータを取得してきた。それらの成果を基に研究を発展させてスラスタ形態でデータを取得するなど研究を進めた。HAN系推進剤への着火方式毎に、各々以下の研究成果を得た。
[触媒着火方式]
これまでの研究において得られた知見に基づき、燃焼室長をパラメータとした燃焼試験を実施した。その結果として、燃焼器長と燃焼特性の関係を得ることができた。また、フライトコンフィギュレーションの燃焼器を設計するための新たな課題も明らかとなり、今後の研究開発において優位な成果を得ることができたと言える。
[電気着火方式]
放電プラズマによる反応誘起機構の構築を目的とし、研究を継続した。反応誘起に低周波プラズマを用い、周波数や投入電力の影響評価を行った。また、熱エネルギおよび電気エネルギによる分解反応性の違いを評価するために、熱エネルギのみで分解反応を誘起させ、プラズマを適用した場合と比較・性能評価を行い、設計指針や検討課題を得た。
[アーク放電着火方式(1/2)]
アークプラズマにより燃焼を支援する小型推進機の研究では、推力測定を実施した。振り子式の推力測定装置を試作した。1N級の推進機を試作し推力を測定した結果、0.4Nの推力を得て、提案する方式により推力を生成できることを示すに至った。
[アーク放電着火方式(2/2)]
性能向上を目指し改良した10kW級直流アークジェットスラスタでHAN系推進剤分解ガスによる噴射実験を行なうことができた。その結果、推力72.7mN、推進効率3.48%となった。また、HAN系推進剤(SHP163)そのものを用いて噴射することができた。その結果、現状では推力220.6mN、推進効率5.67%が得られた。以上の結果を踏まえ、ガスジェネレータを組み込んだ実機システムを構築し、作動実験を繰り返し、システムの高い安定性を実証することができた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Design and experiments of a HAN-based monopropellant thruster using arc-discharge assisted combustion2011

    • 著者名/発表者名
      Akira Kakami, Natsuki Yamamoto, Keisuke Ideta, Takeshi Tachibana
    • 雑誌名

      Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan

      巻: 10 ページ: Pa_13-Pa_17

    • 査読あり
  • [学会発表] Atmospheric Plasma Formation for Decomposition of HAN-based Propellant2012

    • 著者名/発表者名
      Junichiro AOYAGI, Toshiaki IIZUKA, Minori KOMATSU, Toru TAJIKA, Haruki TAKEGAHARA
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Plasma Application and Hybrid Functionally Materials
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20120309-20120312
  • [学会発表] Fundamental Study on Low Frequency Jet for HAN based Propellant2012

    • 著者名/発表者名
      Toshiaki IIZUKA, Minori KOMATSU, Toru TAJIKA, Junichiro AOYAGI, Haruki TAKEGAHARA, Taiichi NAGATA
    • 学会等名
      Asia Joint Conference on Propulsion and Power
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      20120301-20120304
  • [学会発表] Fundamental Study on Thermal Decomposition for HAN based Propellant2012

    • 著者名/発表者名
      Minori KOMATSU, Toshiaki IIZUKA, Toru TAJIKA, Junichiro AOYAGI, Haruki TAKEGAHARA
    • 学会等名
      Asia Joint Conference on Propulsion and Power
    • 発表場所
      Xi'an, China
    • 年月日
      20120301-20120304
  • [学会発表] 放電条件がHAN系推進薬の反応に与える影響2012

    • 著者名/発表者名
      田近亨、飯塚俊明、小松実典、青柳潤一郎、竹ヶ原春貴
    • 学会等名
      平成23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
      20120119-20120120
  • [学会発表] 低毒性HAN系1液スラスタの研究開発2012

    • 著者名/発表者名
      勝身俊之, 井上朋, 中塚潤一, 澤井秀次郎, 堀恵一
    • 学会等名
      第12回宇宙科学シンポジウム
    • 発表場所
      神奈川県相模原市
    • 年月日
      20120105-20120106
  • [学会発表] HAN液体推進剤を用いたスラスタに関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      井上朋, 進藤和真, 目黒達也, 勝身俊之, 堀恵一
    • 学会等名
      平成23年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      神奈川県相模原市
    • 年月日
      2012-01-19
  • [学会発表] HAN系-液式推進剤にプラズマ支援燃焼を用いた小型スラスタ2012

    • 著者名/発表者名
      出田啓介, 石橋拓也, 各務聡, 橘武史
    • 学会等名
      平成23年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      神奈川県相模原市
    • 年月日
      2012-01-19
  • [学会発表] HAN系推進剤を用いたアークジェットスラスタの性能特性2011

    • 著者名/発表者名
      藤田雄也, 三宅浩史, 田中宣行, 岡町悠介, 田原弘一, 長田泰一, 増田井出夫
    • 学会等名
      第55回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      愛媛県県民文化会館(ひめぎんホール)
    • 年月日
      2011-11-30
  • [学会発表] An Arc-Plasma Assisted Combustion Thruster using HAN-based Propellant2011

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Ideta, Akira Kakami, Takeshi Tachibana
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Energetic Materials and their Applications
    • 発表場所
      Naha, Okinawa, Japan
    • 年月日
      2011-11-17
  • [学会発表] Mechanism of high burning rate of HAN-based solutions2011

    • 著者名/発表者名
      井上朋, 勝身俊之, 堀恵一
    • 学会等名
      The 4^<th> International Symposium on Energetic Materials and their Applications
    • 発表場所
      沖縄県那覇市
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] HAN based green propellant. Application and its Combustion Mechanism2011

    • 著者名/発表者名
      T. Katsumi, K. Hori
    • 学会等名
      7th International Seminar on Flame Structure
    • 発表場所
      Novosibirsk, Russia
    • 年月日
      2011-07-14

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公開日: 2013-06-26  

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