Development of the small ion engine with a built-in neutralizer

宇宙環境の利用のために50kg以下の小型衛星の打ち上げが行われており、毎年100機以上の小型衛星が打ち上げられている。従来の大型衛星と比して、超小型衛星が短期間（～3年）に低コスト（1/100以下）で製作できる為で、地球観測や通信での有用性が実証されつつある。将来的に小型衛星の編隊飛行による大型衛星機能の代替が計画されており、その実現のために搭載が簡単で長寿命のイオンエンジン等の小型推進機が必要不可欠である。その中で、マイクロ波放電式イオンエンジンは、構造が簡単で「はやぶさ」で長期にわたる動作を証明している。マイクロ波放電式イオンエンジンは、円筒形の放電室とその外周に設置された円柱型永久磁石、放電室開放部（下流）に設置した2枚の静電グリッドおよび放電室内にマイクロ波を導入するアンテナ（放電室上流に設置）で構成されている。放電室内部には外周部の永久磁石により磁場が生成されており、マイクロ波の交流電界と外部磁場による電子サイクロトロン共鳴（ECR）により放電室内の電子は加熱(加速)され、推進剤がプラズマ化される。このプラズマ内の正イオンを前面の2枚の静電グリッドを用いて引き出し、噴出することにより推力を生成する。この様にイオンエンジンはプラスイオンを噴出し推力を発生するが、エンジンの電気的な中性化のために電子の放出源（中和器）が必要であり、イオン源と電子源を別々に作製するために、小型化に困難が生じている。本研究では、5cm級以下のマイクロ波放電式イオンエンジンの単一の放電室から、イオンと電子を同時に引出すタイプの小型推進器を作製し、エンジンの電気的中和性に関する特性を明確にする。この研究によって、新型小型推進器の設計例を得ることが出来る。

宇宙環境の利用のために50kg以下の小型衛星の打ち上げが行われており、毎年100機以上の小型衛星が打ち上げられている。従来の大型衛星と比して、超小型衛星が短期間（～3年）に低コスト（1/100以下）で製作できる為で、地球観測や通信での有用性が実証されつつある。将来的に小型衛星の編隊飛行による大型衛星機能の代替が計画されており、その実現のために搭載が簡単で長寿命のイオンエンジン等の小型推進機が必要不可欠である。その中で、マイクロ波放電式イオンエンジンは、構造が簡単で「はやぶさ」で長期にわたる動作を証明している。マイクロ波放電式イオンエンジンは、円筒形の放電室とその外周に設置された円柱型永久磁石、放電室開放部（下流）に設置した2枚の静電グリッドおよび放電室内にマイクロ波を導入するアンテナ（放電室上流に設置）で構成されている。放電室内部には外周部の永久磁石により磁場が生成されており、マイクロ波の交流電界と外部磁場による電子サイクロトロン共鳴（ECR）により放電室内の電子は加熱(加速)され、推進剤がプラズマ化される。このプラズマ内の正イオンを前面の2枚の静電グリッドを用いて引き出し、噴出することにより推力を生成する。この様にイオンエンジンはプラスイオンを噴出し推力を発生するが、エンジンの電気的な中性化のために電子の放出源（中和器）が必要であり、イオン源と電子源を別々に作製するために、小型化に困難が生じている。本研究では、5cm級以下のマイクロ波放電式イオンエンジンの単一の放電室から、イオンと電子を同時に引出すタイプの小型推進器を作製し、エンジンの電気的中和性に関する特性を明確にする。この研究によって、新型小型推進器の設計例を得ることが出来る。