超小形人工衛星・惑星探査機用マイクロスラスタに関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750808
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 田中 秀治 東北大学, 工学研究科, 講師 (00312611)
• Keywords: キーワード / マイクロ宇宙船 / マイクロマシング / MEMS / 固体ロケット

Research Abstract

宇宙科学研究所と共同で固体ロケットアレイスラスタの実証研究を行った。固体ロケットアレイスラスタは、多数の使い切りマイクロ固体ロケットを基板上に配置して、それらの使用本数と点火周期とでスラストを制御するものである。個々のマイクロ固体ロケットは、固体燃料、ノズル、点火用ヒーター、ヒータ用配線、バーストダイヤフラムなどで構成される。燃焼ガスによって破壊されるバーストダイヤフラムは、固体燃料を封止し、ヒータを断熱する役割を有する。宇宙科学研究所での将来のマイクロ宇宙船によるミッションを想定した場合、1〜10mNsのインパルススラストを発生するマイクロ固体ロケットを、1チップ上に10,000個以上、高密度に配置しなくてはならない。マイクロ固体ロケットをできる限り高密度に配置するために、我々の構造では、点火用マイクロヒータの配線は、燃料シリンダの内壁上のフィードスルー配線を通って、チップの裏面こ取り出される。これによって、チップの面積を最小限にできるだけではなく、ダイヤフラム直近に細い配線を通す必要がなくなるので、断線の可能性を減らしたり、配線の電気抵抗を小さくしたりできる。さらに、配線端子をチップの裏面に取り出せるので、フリップチップボンディング等によって容易に回路と接合できる上、チップの後ろに回路を配して、回路を宇宙線被曝から保護できる。本研究では、10×10=100のマイクロ固体ロケットが1.2mmピッチで配列された試作機を、LSI製作技術に基づくシリコンマイクロマシニングによって製作した。また、ボロン/硝酸カリウム系推進薬を用いて、点火とスラスト発生とを確認した。本成果は、重厚長大化し過ぎた宇宙開発を画期的に小形化・低コスト化・迅速化・高機能化する技術として、意義高い。

Research Products

• [Publications] Ryuichiro Hosokawa: "Solid Propellant Rocket Array Thruster for Micro-spacecrafts"Technical Digest of The 18th Sensor Symposium. 15-19 (2001)
• [Publications] 田中 英治: "マイクロマシニング技術とPower MEMS"日本機械学会第10回スペース・エンジニアリング・コンファレンス講演論文集. 19-24 (2002)