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グリーンプロペラントを用いた低毒性宇宙機推進系の研究

采用绿色推进剂的低毒航天器推进系统研究

基本信息

批准号：
16F16080
负责人：
堀恵一
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16080/
关键词：
燃焼触媒スラスタ低毒性ＨＡＮパルス特性液体推進

项目摘要

ヒドロキシルアンモニウムナイトレート（HAN）を基材とする新規低毒性高性能液体推進薬の（SHP163）研究開発に従事し、以下に挙げる2点で大きな成果をあげた。１．燃焼機構の解析DTA-TG/MS装置を用いSHP163の熱分解機構を調べた。急速加熱を可能とする特殊リアクターを用い毎秒1000K/sという実際の燃焼場と同じ条件で、当該資料の熱分解特性を調査したところ、NO, NO2, N2O, N2, H2Oを主成分とする生成ガスの組成の特定に成功した。この結果はGAUSSIANを用いた量子化学計算にフィードバックされ、HANの熱分解を支配する2つの素反応を示すことに成功した。２．スラスタ用特殊触媒の開発および20N級スラスタの開発ヒドラジン用に使用されるS-405触媒（Ir担持30wr%）はHANにも有効であり、一般にHAN系推進薬を使用したスラスタの研究開発の場で使われている。しかし、ヒドラジンに比較してHAN系推進薬は燃焼温度が高く、粒状S-405をそのまま触媒層に転用すると耐久性に難があり、実用に供することができない。Dr. AmrousseはSHP163に最適化された触媒組成を見出し（Pt/Ir系、Ir/CuO系）さらに触媒層をハニカム構造とすることで十分な推進性能＋パルス特性を引き出すことに成功した。具体的には20N級スラスタで比推力240秒（理論比推力～270秒）、パルス反応時間～50 msでヒドラジンのそれ以上の性能を示している。また比推力に関しては大型化に伴い上昇が期待できる。SHP163を推進薬としたスラスタは平成30年度打ち上げ予定のイプシロン4号機に搭載される革新衛星技術実証衛星の1Nスラスタでテストされることとなっており、Dr. Amrousseの知見はここに一部生かされている。また上記「２」の部分は次のSTEP2計画の中核となる部分となっている。

ヒドロキシルアンモニウムナイトレート (HAN) を substrate とする new rules on low toxicity high-performance liquid propulsion 薬の (SHP163) research open 発にし従, the following に挙げる 2 point できな results をあげた. 1. The 焼 mechanism <s:1> is used to analyze the DTA-TG/MS device を, and the <s:1> SHP163 <s:1> thermal decomposition mechanism を is used to adjust べた. Rapid heating を may とする special リアクターを with い 1000 k/s in their second という be interstate の焼 field と with でじ conditions, when the data の thermal decomposition characteristics of を survey したところ, NO, NO2, N2O, N2, H2O を principal component とする generated ガスの composition の specific に successful した. この results は GAUSSIAN を with いた quantum chemical calculation にフィードバックされ, HAN の pyrolysis を dominate する 2 つの element against 応を shown すことに successful した. 2 Use special catalytic のスラスタ発および level 20 n スラスタの open 発ヒドラジン used にされる S - 405 catalyst (Ir bear hold 30 wr %) は HAN にも have sharper であり, general に HAN is advancing 薬を use したスラスタの research open 発ので will make われている. しかし, ヒドラジンに compare して HAN is advancing 薬は high temperature combustion 焼がく, granular S - 405 をそのまま catalyst layer に planning with すると durability に difficult があり, be used for すにることができない. Dr. Amrousse は SHP163 に optimization された catalyst composition を shows し, Ir/CuO (Pt/Ir) さらに catalyst layer をハニカム tectonic とすることで very な propulsion performance + パルス features を lead き out すことに successful した. Specific には level 20 n スラスタで than thrust 240 seconds (theory than thrust ~ 270 seconds), パルス応 time ~ 50 ms でヒドラジンのそれのを performance shown above している. The また is more powerful than the に, which is related to the <s:1> てに, the large-scale に is accompanied by the rising が, and the でるるる is expected. SHP163 を propulsion 薬としたスラスタは pp.47-53 30 year hit ちげ designated のイプシロン machine 4 に carry される satellite technology innovation be the satellite の 1 n スラスタでテストされることとなっており, Dr. Amrousse の knowledge はここに a raw かされている. The <s:1> part marked "2" on the また, the となる part of the sub-<s:1> in the STEP2 plan, the となる part of the core in the またとなってるる.