二酸化炭素ホールスラスタの基礎放電特性および推薬供給方法

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二酸化炭素（CO2）推進剤用のホールスラスタと、ドライアイス貯蔵供給装置の設計試作及び試験を進めた。ホールスラスタ本体については、純CO2推進剤で安定した着火・定常作動が可能であることを確認できた。ただし中和器はCO2適合性がない熱電子放出式ホローカソードを用いているため、キセノンガスを作動流体とした。CO2質量流量2.6~8.1 mg/s, 放電電圧100~200 V, 放電電力700~1600 Wの広範囲にわたって推進性能をパラメトリックに取得し、比推力最大1140秒/推力電力比最大27mN/kW（中和器や電磁コイルが消費する作動ガスや電力を含む）といった推進性能を得た。貯蔵供給装置については、CO2をドライアイスとして低温貯蔵し、固相と液相と気相が共存する三重点を利用することで、高圧貯蔵や調圧不要な貯蔵供給システムを構築可能とするコンセプトである。単体試作試験により、60分以上三重点維持し、1kW級ホールスラスタの作動に必要な流量を供給可能であることがわかった。流量供給によるエンタルピー流出と、ドライアイス貯蔵タンクへの環境入熱のバランスに基づく、軌道上運用を模擬した数理モデルを開発し、最小限のタンクヒータ入熱により軌道上運用できる方策を見出した。また、タンク内の可視化により、三重点維持時間が理論より短くなる原因が、タンク内の温度分布が不均一にあると特定し、伝熱促進フィンの追加により、大幅に三重点維持時間が延びることを確認できた。これらの主要成果を論文投稿し、雑誌に掲載された。さらに、以上のCO2ホールスラスタ本体と、ドライアイス貯蔵供給装置を双方真空チャンバにいれた統合試験により、作動デモンストレーションを実施した。ドライアイス貯蔵供給装置から三重点維持により定圧で供給されたCO2ガスにより、1kW級ホールスラスタ本体が問題なく放電・推力発生することを確認できた。