光圧を利用する次世代宇宙推進の研究

下一代光压空间推进研究

• 批准号: 18656251
• 负责人: 都木 恭一郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18656251/
• 关键词: プロペラントレス; 光圧力; エネルギー直接変換; 宇宙推進; 航空宇宙流体; 構造; 航法; 制御; 推進

本研究では光の圧力を用いるプロペラントレスのエネルギー直接変換型宇宙推進の研究を行っている。初歩的ではあるが,電源からエネルギーを準黒体輻射源に供給し、光束の形で運動量を放出させ、その推力を計測することから開始,準黒体輻射源としてタングステンフィラメントを用いた。エンジン内部のノズルで光を反射し平行光に近づけるいわゆる放物面ミラーを採用,その焦点位置にタングステンフィラメントを固定する。フィラメントは最高2,500Kまでとし,蒸発量を抑制した。推力計測は申請者等が独自に開発した微小推力測定用の「ねじり式推力スタンド」で行った。本実験では、ワイヤーでバランスしてアームの一方に金属箔を光圧力を受ける形で吊るし、ワイヤーのねじり復元力と釣り合う際のねじり回転変位をレーザー変位計によって計測できるように構成した。推力のキャリブレーションはこれも申請者等が独自に開発した帯電による金属箔の反発力を利用した方法で既知の微弱静電気の力を発生して行った。その結果、「ねじり式推力スタンド」は十分な分解能である0.1μNの測定精度を持つことが分かったが、タングステンフィラメントから発生する輻射熱の影響があってゼロ点ドリフトが問題となった。今年度は新たにシャッター開閉機購を有した計測系(熱の影響が出る前に短時間で推力測定を完了する)を構築することで問題の改善を図り,その結果得られた推力は300Wで0.2μN,パワー変換効率としては20%程度であることが判明した。一方、全く別の光源として、タングステンフィラメントの替わりに、最大出力100Wで波長0.9μmの半導体CWレーザーを製作した。その結果,半導体レーザーにて出力80Wまでを達成,今後はこれを用いてシャッター機構を有する改良型「ねじり式推力スタンド」にて推力を評価することになった。

This study aims to investigate the application of light pressure to the study of direct transformation of cosmic propulsion. At the beginning of the process, the power supply starts to generate power, the quasi-black body radiation source starts to supply power, the beam shape motion starts to emit power, and the thrust starts to measure power. The light reflected from the interior of the mirror is reflected from the parallel light, and the object plane is fixed at the focal position. The maximum temperature of evaporation is 2,500K, and the evaporation is suppressed. Thrust measurement and other applications have been developed independently for micro-thrust measurement. This is the first time that a metal foil has been subjected to light pressure. The thrust force of the metal foil is generated by the application method. The results show that the "thrust force" is very small, and the measurement accuracy is 0.1μN. The influence of radiant heat on the temperature is very small. This year's new engine has been built to improve the thrust of 300W. A semiconductor CW laser with a maximum output of 100W and a wavelength of 0.9μm was produced. As a result, the semiconductor power output of 80W was achieved, and in the future, the improved thrust mechanism was evaluated.

项目成果

Primitive Experiments on Photon Pressure Space Propulsion-Energy Direct Conversion to Thrust

光子压力空间推进能量直接转换为推力的原始实验

• 发表时间: 2007
• 作者: K. Toki;N. Asakura and T. Seto
• 通讯作者: N. Asakura and T. Seto

光圧力を利用したエネルギー直接変換型宇宙推進の推力評価

利用光压直接能量转换型空间推进力评估

• 发表时间: 2007
• 作者: 朝倉徳洋;都木恭一郎
• 通讯作者: 都木恭一郎

光圧力によるエネルギー直接変換型宇宙推進

利用光压的直接能量转换型空间推进

• 发表时间: 2007
• 期刊: 平成18年度宇宙輸送シンポジウム H18
• 作者: 朝倉 徳洋;瀬戸 大樹;都木 恭一郎
• 通讯作者: 都木 恭一郎

光を用いた宇宙推進

利用光进行空间推进

• 发表时间: 2006
• 期刊: O Plus E 28・10
• 作者: 木村ゆき;徳永朋祥;嶋田純;長谷義隆;都木 恭一郎
• 通讯作者: 都木 恭一郎

エネルギー直接変換による光圧力型宇宙推進

利用直接能量转换的轻压空间推进

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第50回宇宙科学技術連合講演会講演集 2F03
• 作者: 都木 恭一郎;瀬戸 大樹
• 通讯作者: 瀬戸 大樹