Molecular flow compression intake using microstructured surface applicable to air breathing ion engine

适用于呼吸式离子发动机的微结构表面分子流压缩进气

• 批准号: 22K18859
• 负责人: 田川 雅人
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18859/
• 关键词: 原子状酸素; 超低軌道宇宙環境; イオンエンジン; 大気圧縮; インテーク; VLEO; 超低軌道; 大気吸入; 分子流; 圧縮インテーク

本申請は超低軌道用電気推進システムとして理想的な大気吸入イオンエンジン（ABIE）実現のキーテクノロジーである高圧縮インテークを世界で初めて実現しようとするものである。高圧縮インテークを実現することで長寿命・低コストな衛星コンステレーションを実現でき、超低高度衛星群の実用化を切り開く強力な基盤技術となる。ABIEにおいて要求される高圧縮インテークは、分子流領域で分子の逆流を防ぐことが要求されており、通常の流体力学では解決が不可能な命題である。分子流領域では分子／固体表面間の散乱過程を制御することが唯一の方法となる。そこで、固体表面原子の種類、平滑度（表面粗さ・うねり）、表面構造、等ポテンシャル面形状を最適設計することにより非等方的な散乱特性を実現するアイデアを理論的・実験的に検証する。研究初年度であるFY2022年度には、まず実験的アプローチとして微細加工で試作したサンプル表面での散乱分布特性を分子線散乱実験装置を用いて実測した。その結果、試作した表面での分子散乱は方向性を有するダイオード的特性を有することが確認できた。一方、計算的なアプローチとしては、前述の実験的に計測した散乱特性を組み込んだDSMC計算により圧縮特性の評価を行うためのコードに入射角に応じたCLLモデルを適用できるように新規なDSMCコードの作成を行った。さらに2024年度に観測ロケットS-310-46号機での圧縮インテーク評価実証機会を確保できたことから、この機会を利用して観測ロケットの大気密度計測装置に高圧縮インテークを実装し、その宇宙実証結果と地上試験結果との整合性を確認する稀有な機会を得た。これにより宇宙実験結果をDSMCにフィードバックすることができ、大気吸入電気推進システム実現のキーテクノロジーとされる高圧縮インテークについて実践的な研究開発を行うための準備を整えることができた。

This application は low orbit electricity 気 propulsion シ ス テ ム と し て ideal な big 気 suction イ オ ン エ ン ジ ン (ABIE) be now の キ ー テ ク ノ ロ ジ ー で あ る 圧 high shrinkage イ ン テ ー ク を め the early で て be presently し よ う と す る も の で あ る. High 圧 shrinkage イ ン テ ー ク を be presently す る こ と で long life, low コ ス ト な satellite コ ン ス テ レ ー シ ョ ン を be presently で き, ultra low altitude satellite group の be cut in turn を り open く powerful な base plate technology と な る. ABIE に お い て requirements さ れ る 圧 high shrinkage イ ン テ ー ク は, molecular の で countercurrent flow fields were を anti ぐ こ と が requirements さ れ て お り, usually の fluid mechanics で は solve が impossible な proposition で あ る. The only <s:1> method to control the <s:1> dispersion process between molecules and solid surfaces in the field of molecular flow is となる, で, を, する, and とが. そ こ で type, smoothness, solid surface atomic の (surface roughness さ う ね り), surface structure, such as ポ テ ン シ ャ ル を surface shape optimal design す る こ と に よ り な scattered characteristics of the parties such as を be presently す る ア イ デ ア を theory, be the 験 に 検 card す る. Early research annual で あ る FY2022 annual に は, ま ず be 験 of ア プ ロ ー チ と し て microfabrication で attempt し た サ ン プ ル surface で の scattered distribution features of the scattered を molecular line be を 験 device with い て be measured し た. そ の results, try し た surface で の molecular scattered は directional を have す る ダ イ オ ー ド features を have す る こ と が confirm で き た. Side, calculation of な ア プ ロ ー チ と し て は, the foregoing の be 験 に of measuring し た scattered characteristics を group み 込 ん だ DSMC computing に よ り 圧 shrinkage characteristics の review 価 を line う た め の コ ー ド に incidence Angle に 応 じ た CLL モ デ ル を applicable で き る よ う に new rules な DSMC コ ー ド の made を line っ た. さ ら に 2024 に 観 measuring ロ ケ ッ ト S - 310-46 machine で の 圧 shrinkage イ ン テ ー ク review 価 card be opportunity を ensure で き た こ と か ら, こ の を advantage し て 観 measuring ロ ケ ッ ト の big 気 high density gauge measuring device に 圧 shrinkage イ ン テ ー ク を be し, そ の universe be card と the ground test results と の integrated を confirm す る な rare opportunity Youdaoplaceholder0 gets た. こ れ に よ り universe be 験 results を DSMC に フ ィ ー ド バ ッ ク す る こ と が で き, big 気 inhaled electric 気 propulsion シ ス テ ム be presently の キ ー テ ク ノ ロ ジ ー と さ れ る 圧 high shrinkage イ ン テ ー ク に つ い て be practice な research open 発 を line う た め の prepare を whole え る こ と が で き た.

项目成果

異方性表面散乱を用いた超低軌道衛星用高圧縮インテークシステム

使用各向异性表面散射的极低轨道卫星的高压缩进气系统

• 发表时间: 2022
• 作者: 杉本紘基;田川雅人;横田久美子;庄田光佑;板谷一輝;江﨑啓介;芦田優作;西山和孝;山下裕介
• 通讯作者: 山下裕介

神戸大学大学院工学研究科における宇宙環境研究のページ

神户大学工学研究科空间环境研究页面

Perspective on Atomic Oxygen Reaction with Thermal Control Materials in Space

空间热控材料原子氧反应的展望

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahito Tagawa;Kumiko Yokota
• 通讯作者: Kumiko Yokota

大気吸入イオンエンジンを装備した大気抵抗低減衛星モデルの検討

吸气式离子发动机大气减阻卫星模型研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 芦田優作;田川雅人;横田久美子;加納直起;板谷一輝;庄田光佑;江﨑啓介;杉本紘基;西山和孝;小澤宇志;山下裕介
• 通讯作者: 山下裕介

Shielding effect of atomic oxygen by satellite structure observed on SLATS and its compensation for material exposure experiment

SLATS卫星结构对原子氧的屏蔽效应及其对材料暴露实验的补偿

• 发表时间: 2022
• 作者: Masahito Tagawa;Kumiko Yokota;Wataru Ide;Atsushi Fujita;Shohei Urakawa;Yuta Tsuchiya;Aki Goto;Kazuki Yukumatsu;Eiji Miyazaki;Yugo Kimoto
• 通讯作者: Yugo Kimoto