2020 Fiscal Year Annual Research Report
All-round Micro-propulsion System for Multipurpose Utilization of Microsatellites
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16H06370
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小泉 宏之 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40361505)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
船瀬 龍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70509819)
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
中野 正勝 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90315169)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 宇宙推進 / エンジン / 水 / 超小型衛星 / 電気推進 / プラズマ / 深宇宙探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水イオン源に対して，抵抗を用いた受動的な壁面電位操作を実証した．水プラズマ中和器の磁場配位変更実験により，水プラズマ源解析用コード3D Full-PIC-FDTDの検証を示すと共に、計算では見えていなかった挙動を発見した．新しい磁場配位とオリフィスの提案・開発を行い，中和器性能を２倍近く上げた．以上を元に、水イオンスラスタのベストパフォーマンスモデルを作成した。さらに、1000時間級試験（２回）により初期グリッド損耗レートを評価し、数値計算との比較し長時間作動への見通しをたてた。
水レジストジェットの流れ解析コードをプラズマ源解析に組み込み、背景中性粒子分布の影響解析を行い、オリフィスプレートの薄肉化が電子引き出し効率を向上させることを明らかにした。また、グリッド寿命の高精度予測・高い推進剤利用効率のグリッド設計には、放電室内プラズマ電位がイオンビームの軌道に与える影響がわかり、逆電位アナライザによる計測を実施し、プラズマ電位の取得に成功するとともにイオンビーム軌道解析モデルの改良に資する結果を得た。
水／金属燃焼スラスタとして金属ワイヤを用いた推進機コンセプトを確立した（論文掲載、特許出願）．水蒸気下でのワイヤ連続燃焼試験・高速度カメラを用いたワイヤ燃焼観測により、水蒸気圧力、流速、ワイヤ形状が燃焼に与える影響を評価し、凝縮性酸化物の生成がスラスタの成立性・性能に重要であることを明らかとした。
衛星搭載可能な実部品を用いて構造・熱・電気的な特性を模擬し，衛星の出力する推力・トルクおよび発電量を模擬した衛星のダイナミクスも含め、リアルタイムに模擬するシミュレータを構築した．そして，別途進行中の実ミッション（6U CubeSat）における運用訓練にこのシミュレータを供することで，推進系の詳細な特性を踏まえたfidelityの高い衛星運用手順の検証に有効に機能することを確認した．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(53 results)
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[Presentation] Hardware-in-the-Loop Simulation Results of Water Resistojet Propulsion System AQUARIUS Integrated into 6U EQUULEUS2021
Author(s)
M. Murohara, K. Nishii, K. Kikuchi, M. Akiyama, Q. Wang, S. Izawa, Y. Mannami, H. Koizumi, K. Kakihara, W. Torii, S. Nomura, S. Ishiwata, R. Funase, K. Komurasaki
Organizer
10th Asian Joint Conference on Propulsion and Power
Int'l Joint Research
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