2020 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to Infinite Life Time Electric Propulsion using Single Crystals
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19K22020
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50311171)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気推進 / ホローカソード / スパッタリング / 単結晶素材 / 長寿命 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオンエンジン等の宇宙機用電気推進機には、一層の長時間動作とこれに基づく宇宙機軌道変換能力の向上が求められている。本研究では、電気推進機の寿命を律速している電子源を無損耗化するため、電子放出を担う部位への単結晶材料の適用可能性を追求する。研究の実施にあたり、単結晶材料において原子配向が同一である特性によって、低エネルギーキセノンイオンが材料に衝突する際の損耗を無くすことが可能であるという仮説を立て、仮説の実験的検証を図る。
2020年度までの研究にて、単結晶素材へ入射するキセノンイオンに対する損耗特性（スパッタ収量特性）を取得すると共に、ホローカソード形態での連続作動により、基準となる多結晶材料各部位の損耗率を得た。ここで評価するスパッタ収量とは、金属表面にイオン1個が垂直に衝突する際に叩き出される原子の数で定義され、材料表面へ入射するイオンのエネルギー（=イオンの速度）に依存する。本研究では、28eVの閾値を数eV高め、カソードで発生するイオン（10~30eV） に対して無損耗であることを目指しており、実験では、電子を供給するオリフィス部位に用いられるタングステン材料について、単結晶と多結晶のものを用意した。その上で、試験期間中にテストピー スが受ける重量変化を測定することで、キセノン低エネルギーイオン入射領域における単位時間あたりの損耗量とスパッタ収量を測定した。これまでの試験では単結晶と多結晶の素材間での損耗について有意な差は得られておらず、当初期待された単結晶素材による低損耗化は実現できていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究で実施予定の２つの項目である、１）単結晶素材の損耗率の測定、ならびに、２）ホローカソード形態での材料各部位の損耗率測定は、順調に進捗した。
ただ、期待していた単結晶と多結晶素材の差異が見られなかったことから、現象の把握と追加の考察が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
期待していた単結晶と多結晶素材とで損耗差異が見られなかったことから、現象の把握と追加の考察を行う。また、旧来からのホローカソード素材で実現可能な低損耗策について検討し、研究成果としてまとめる。
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| Causes of Carryover |
期待していた単結晶と多結晶素材とで損耗差異が見られなかったことから、現象の把握と追加の考察のための追加実験を行う。次年度使用額は追加実験経費と研究まとめのための経費として用いる。
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