静電気力を利用した月レゴリス土壌の分級・選鉱システム

本研究の目的は，長期月面探査を実現するために不可欠な月土壌粒子の資源活用を行うために，不均一な月土壌粒子を粒径毎に分ける分級と成分毎に分ける選鉱に着目し，静電気力を利用した技術を開発すると共に静電場中における粒子の動特性を明らかにすることである．静電気力を利用した分級・選鉱技術は，機械的駆動部や液体・気体が不要であり，制御が簡単で小型化が可能である等と宇宙環境との相性が良いことから，将来の惑星探査技術の１つとして注目されている．これは粒径・成分によって外力のバランスや粒子の移動量に差が生じることを利用して分別する技術であるが，分級・選鉱システム中の月土壌粒子の帯電特性やそれが粒子ダイナミクスに及ぼす影響について詳細な理解が得られていなかった．本研究ではそれらを明らかにすると共に分級・選鉱の性能を向上させることを目的としている．本年度は，特に選鉱技術に着目して研究を実施した．まず，粒子を振動搬送しながら帯電させる機構と静電場によって粒子を分別する機構を開発した．それを使用して月土壌粒子の主成分を持つ単一粒子を混合した試料と月の模擬砂について選鉱試験を行った．混合粒子について，帯電量と重量の比である比帯電量の違いを利用して選鉱が実施できることを確認した．一方，月の模擬砂についても同様の試験を実施したところ明確な選鉱性能を確認することが出来なかった．しかし，1粒子内に特定の成分濃度が高い小粒径の月土壌粒子に着目したところ，比帯電量の違いを利用した選鉱に成功した．このように月土壌粒子の選鉱を実現する上で粒径を小さくする摩鉱や小粒径粒子の分級などの前処理が重要であることを明らかにした．

本研究の目的は，長期月面探査を実現するために不可欠な月土壌粒子の資源活用を行うために，不均一な月土壌粒子を粒径毎に分ける分級と成分毎に分ける選鉱に着目し，静電気力を利用した技術を開発すると共に静電場中における粒子の動特性を明らかにすることである．静電気力を利用した分級・選鉱技術は，機械的駆動部や液体・気体が不要であり，制御が簡単で小型化が可能である等と宇宙環境との相性が良いことから，将来の惑星探査技術の１つとして注目されている．これは粒径・成分によって外力のバランスや粒子の移動量に差が生じることを利用して分別する技術であるが，分級・選鉱システム中の月土壌粒子の帯電特性やそれが粒子ダイナミクスに及ぼす影響について詳細な理解が得られていなかった．本研究ではそれらを明らかにすると共に分級・選鉱の性能を向上させることを目的としている．本年度は，特に選鉱技術に着目して研究を実施した．まず，粒子を振動搬送しながら帯電させる機構と静電場によって粒子を分別する機構を開発した．それを使用して月土壌粒子の主成分を持つ単一粒子を混合した試料と月の模擬砂について選鉱試験を行った．混合粒子について，帯電量と重量の比である比帯電量の違いを利用して選鉱が実施できることを確認した．一方，月の模擬砂についても同様の試験を実施したところ明確な選鉱性能を確認することが出来なかった．しかし，1粒子内に特定の成分濃度が高い小粒径の月土壌粒子に着目したところ，比帯電量の違いを利用した選鉱に成功した．このように月土壌粒子の選鉱を実現する上で粒径を小さくする摩鉱や小粒径粒子の分級などの前処理が重要であることを明らかにした．