| 研究課題/領域番号 |
21K04492
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
張 科寅 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (40710596)
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| 研究分担者 |
渡邊 裕樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (30648390)
杵淵 紀世志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90648502)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 宇宙機用推進 / 電気推進 / 二酸化炭素 / ホールスラスタ / 代替推進剤 |
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| 研究実績の概要 |
二酸化炭素（CO2）推進剤用のホールスラスタと、貯蔵供給装置の設計試作を進め、それぞれ動作確認実験を実施した。ホールスラスタ本体については、純CO2推進剤で作動可能であることを確認できた。既存スラスタをベースに、陽極形状を変更することで、CO2推進剤で安定した着火が可能であり、また放電電圧100~140V, 放電電流1.6~4Aで作動することを確認できた。CO2推進剤で安定的な放電が可能である一方で、一定の推進剤流量や放電電流を下回ると、放電が徐々に不安定化し、失火に至る安定作動領域の限界があることがわかった。また、放電電流が推進剤流量 ,電圧, 印加磁場強度に対して、従来のキセノン(Xe)推進剤に比べて極めて敏感であるなど、基礎的な放電特性を取得できた。
貯蔵供給装置については、ドライアイスで貯蔵し、固相と液相と気相が共存する三重点を利用することで、高圧貯蔵や調圧不要な貯蔵供給システムを構築可能であることを、試作試験により確認できた。一定時間三重点維持・1kW級ホールスラスタの流量供給が可能である見込みを得た。この際、三重点維持時間が理論より短い現象が生じたが、タンク内の可視化により、タンク内の温度分布が不均一であることが原因とわかった。伝熱促進フィンをタンク内に設置することにより、大幅に三重点維持時間が延びることを確認できた。
以上により、ホールスラスタ本体と、貯蔵供給装置双方について、単体での作動を実験により確認し、組み合わせ試験に向けた準備が整った。三重点を利用した貯蔵供給方式を考案し試験検証したこと、CO2推進剤を用いたホールスラスタ作動における安定作動領域に関する知見が得られたことは本研究で得られた新たな重要な成果である。
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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
CO2推進剤用のホールスラスタと、貯蔵供給装置について、進捗状況の項の通り、どちらも計画通りに進捗している。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画通り、CO2ホールスラスタのパラメトリックな推進性能の測定, プラズマ計測, 数値解析を行い、さらに供給装置との組み合わせ試験を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
CO2貯蔵・供給装置について、慎重を期して既存品を用いた要素試験を通して設計を進めており、ものづくりを後ろ倒しにした。全体の計画に影響はない。
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