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2012 年度 実績報告書

高比推力・長寿命ホールスラスタの開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 22360360
研究機関大阪工業大学

研究代表者

田原 弘一  大阪工業大学, 工学部, 教授 (20207210)

研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード宇宙推進 / 電気推進 / ホールスラスタ / 推進性能 / 高比推力 / 長寿命 / 高電圧作動
研究概要

本研究では、ホールスラスタにおいて3,000秒以上の高比推力と10,000時間以上の長作動寿命を同時に達成するために、性能測定実験、プラズマ物理量測定実験、寿命診断実験とプラズマ粒子法による数値計算を併用した。1.加速チャネルの材質を変更し壁近傍のシースプラズマ特性を変化させる、2.壁近傍の印加磁場の特性を変化させることによりイオンのチャネル壁面衝突を極端に防ぐことができる最適なイオン加速状態を実現することを目指した。
1.アノードレーヤー型ホールスラスタを新たに試作し高電圧作動実験を行った。推進剤にキセノンを用いて、放電電圧(200~600V)と推進剤質量流量をパラメータとして変化させ、推力、放電電流、加速チャネル損耗量を測定した。得られた結果より、比推力、推進効率を求め、比推力2800秒、推進効率40%の達成を確認した。こうして定量的な検討を十分行うと共に、高比推力化、長寿命化のための最適なイオン加速過程が実現できる作動条件を探索した。
2.比推力は2000-2800秒の範囲であり、最も値が低かったのは放電電圧300V時であり、最も値が高かったのは放電電圧550V時であった。この時、推力60-80mNを記録した。推進効率は最大41.6%であり、これは設計の想定放電電圧が400Vまでであるため、それ以上電力を投入しても効率が悪化したことによる。
3.噴射プラズマ流は外側のアノードから融解したことから、外周方向発散していたと推測される。

現在までの達成度 (区分)
理由

24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

24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 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Performance Characteristics of Very Low Power Cylindrical Hall Thrusters for the Nano-Satellite “PROITERES-3”2013

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Ikeda, Kazuya Togawa, Hirokazu Tahara and Yosuke Watanabe
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 88 ページ: 63-69

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance Characteristics of Direct-Current Arcjet Thrusters Using Clean Propellant "Hydroxyl Ammonium Nitrate"2012

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Ikeda, Hirokazu Tahara and Yosuke Watanabe
    • 雑誌名

      Frontier of Applied Plasma Technology

      巻: 5 ページ: 73-78

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 低毒性推進剤を用いたアークジェットスラスタの基礎作動実験2012

    • 著者名/発表者名
      池田知行, 藤田雄也, 松本和真, 杉村勇也, 田原弘一, 渡辺陽介
    • 雑誌名

      プラズマ応用科学

      巻: 20-1 ページ: 27-32

    • 査読あり
  • [学会発表] 軌道間輸送に向けたホールスラスタエンジンの開発研究

    • 著者名/発表者名
      杉本 成, 池田知行, 戸川和也, 三藤陽平, 加藤優貴, 山本 怜, 田原弘一, 渡辺陽介
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部 第88期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪工業大学(大阪府)
  • [学会発表] 大電力ホールスラスタ開発目標性能

    • 著者名/発表者名
      田原弘一
    • 学会等名
      平成24年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所(神奈川県)
    • 招待講演
  • [学会発表] TAL及びSPTホールスラスタの高電圧作動・高比推力化実験

    • 著者名/発表者名
      三藤陽平, 加藤優貴, 山本 怜, 杉本 成, 戸川和也, 池田知行, 田原弘一
    • 学会等名
      平成24年度宇宙輸送シンポジウム
    • 発表場所
      JAXA宇宙科学研究所(神奈川県)
  • [学会発表] SPT及びTALホールスラスタの大電力・高比推力作動

    • 著者名/発表者名
      杉本 成, 池田知行, 戸川和也, 加藤優貴, 山本 怜, 田原弘一, 渡辺陽介
    • 学会等名
      第56回宇宙科学技術連合講演会
    • 発表場所
      別府国際コンベンションセンター(大分県)

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公開日: 2014-07-24  

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