呼気中の反応性ガスを推進剤とした大電力無電極推進機の開発

本年度は、昨年度より進めていた新型の二段加速型静電加速推進機を納入したが、当初の納入日よりも大幅に遅れたため、実験開始は8月中旬までずれ込んだ。実験はまず推力測定を行った。本機は、直流のみのDCモードと高周波電力を重畳したRFモードで動作する。実験の結果、RFモードでは、DCモードに比べ約20 %推力が上昇した。また、加速電力の調整で推力と燃費が制御できることも確認し、比推力可変型推進機として動作することも明らかとなった。次に、静電プローブ計測を行いプラズマの生成量や加速区間を調べた。計測の結果、RFモードではDCモードよりもプラズマの生成量が10倍高くなっていた。また、DCモードでは生成量が加速電圧に比例して増加していたのに対し、RFモードでは加速電圧に依らず生成量は一定であり、設計通り、プラズマの生成と加速が分離されていることが明らかになった。また、軸方向の空間電位分布を調べると、陽極と陰極の間に大きな電位降下があり、ここでプラズマが静電加速を受けていることが示唆された。次に、加速電極からプラズマへのエネルギーの授受を調べるためにイオンエネルギー分析器を用いた実験を行い、イオン温度とイオンエネルギー分布関数の計測を行った。実験の結果、推進機から排出されるプラズマは加速電力の上昇に応じて、イオンエネルギー分布関数の中心が高エネルギー側にシフトしており、プラズマが電極からエネルギーを受け取っていることが確認された。しかし、エネルギーの利用率はおよそ20 %程度と低く、更なる改良が必要であることも分かった。また、イオン温度も加速電力に比例して上昇していることも確認され、本推進機の動作は、静電加速に加え、イオン加熱による電熱加速型の動作もしていると推察される。今後は、静電加速の効果を強化するために、磁気回路を含めた本体構造の修正を繰り返し、性能向上を目指していく。

本年度は、昨年度より進めていた新型の二段加速型静電加速推進機を納入したが、当初の納入日よりも大幅に遅れたため、実験開始は8月中旬までずれ込んだ。実験はまず推力測定を行った。本機は、直流のみのDCモードと高周波電力を重畳したRFモードで動作する。実験の結果、RFモードでは、DCモードに比べ約20 %推力が上昇した。また、加速電力の調整で推力と燃費が制御できることも確認し、比推力可変型推進機として動作することも明らかとなった。次に、静電プローブ計測を行いプラズマの生成量や加速区間を調べた。計測の結果、RFモードではDCモードよりもプラズマの生成量が10倍高くなっていた。また、DCモードでは生成量が加速電圧に比例して増加していたのに対し、RFモードでは加速電圧に依らず生成量は一定であり、設計通り、プラズマの生成と加速が分離されていることが明らかになった。また、軸方向の空間電位分布を調べると、陽極と陰極の間に大きな電位降下があり、ここでプラズマが静電加速を受けていることが示唆された。次に、加速電極からプラズマへのエネルギーの授受を調べるためにイオンエネルギー分析器を用いた実験を行い、イオン温度とイオンエネルギー分布関数の計測を行った。実験の結果、推進機から排出されるプラズマは加速電力の上昇に応じて、イオンエネルギー分布関数の中心が高エネルギー側にシフトしており、プラズマが電極からエネルギーを受け取っていることが確認された。しかし、エネルギーの利用率はおよそ20 %程度と低く、更なる改良が必要であることも分かった。また、イオン温度も加速電力に比例して上昇していることも確認され、本推進機の動作は、静電加速に加え、イオン加熱による電熱加速型の動作もしていると推察される。今後は、静電加速の効果を強化するために、磁気回路を含めた本体構造の修正を繰り返し、性能向上を目指していく。