2020 Fiscal Year Annual Research Report
推力密度の飛躍的な増加と冗長系の確保が可能な超小型エレクトロスプレー宇宙推進機
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18H01623
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土屋 智由 京都大学, 工学研究科, 教授 (60378792)
長尾 昌善 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (80357607)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気推進 / 電界放出 / イオン液体 / 超小型衛星 / 高密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
10 kg級以下の超小型衛星にも搭載可能な超小型エレクトロスプレー宇宙推進機は推進効率が高いものの推力密度がかなり低い問題を抱えている。本研究では従来のMEMS（Micro Electro Mechanical System）プロセスに加えて、電界放出電子源（FEA: Field Emitter Array）の作製プロセスも利用することで、これまでより4桁程度電極実装密度の高いイオン源を作製し推力密度の飛躍的な増加を目指す。
2020年度は、500 nm径のキャピラリ型エミッタの中心に微小ニードルを配置したキャピラリ・ニードルの二重エミッタ電極構造を有するイオン源の作製過程で偶然出来た新たな構造を利用することで、100 nm径以下にすることも可能なキャピラリ型エミッタが実現できた。このプロセスを利用することで、2018-2019年度に作製してきたエミッタより流動抵抗を100倍程度上げる事が可能となった。結果として、EMI-DCA (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide) のイオン液体を用いた場合に、＋側には43 mA/cm2、－側には-13 mA/cm2の電流密度が得られ、従来のイオン液体を用いたエレクトロスプレー推進機より100倍以上高い電流密度を実現できた。また、この電流電圧特性の測定において、ある電圧範囲においては引き出し電極にほとんど電流が流れない、ほぼ損失がない特性を連続して得ることにも成功した。
一方、イオン液体からどのようにイオンが抽出されるかを把握することはイオンビーム軌道制御の観点から重要なため、分子動力学計算を用いたイオン抽出過程の解析を行った。イオン液体の種類を変えてエミッタ先端にあるイオン液体に電場が印加された状況を解析した結果、大部分のイオンは電場印加軸周りから抽出される一方、電場印加に伴う運動エネルギーの増加から径方向にも速度成分を持つため、発散角が大きくなる結果が得られた。
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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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