衛星に搭載可能な無電源真空ポンプの開発：EUV波長領域での全天走査を目指す

开发可安装在卫星上的无动力真空泵：旨在实现 EUV 波长区域的全天空扫描

基本信息

批准号：
21K03611
负责人：
吉川一朗
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

飛翔体に搭載する観測機の中には、打ち上げに至るまでの間（衛星の組上げ期間や環境試験の間）、常に真空に保つ必要のある部位がある。紫外線の高感度光検出器がその一例であり、大気に暴露すると効率が著しく低下することが知られている（国際宇宙ステーション暴露部搭載極端紫外撮像器、ひさき衛星搭載ＥＸＣＥＥＤ分光器、のぞみ衛星搭載XUVスキャナーなど）。そのため、該当部位を真空箱に入れ、衛星の組上げ期間や環境試験の間は常に真空引きを実施し、真空箱の蓋を打ち上げ後に開放するというオーソドックスな手順で対応してきた。そして実績も積み重ねてきた。しかし、ロケットに飛翔体を載せた後や、launcherに移動した後、地上試験の棟間移動の間は、真空を保ち続けることは現実的には不可能であり、大掛かりな人員と資金を投入しているにも関わらず、打ち上げる前に性能が劣化するという現実を許容せざるを得なかった（性能が劣化しているかもしれないという不安を数値的な見積もりで払拭するのは大変難しい）。射場現場の負担が大きい割には、その効果は確実ではない。本研究開発では、常時電源を必要とせず、機械的耐性があり、小型衛星に搭載できる容積の真空ポンプを開発する予定である。ジルコニウムの合金は約１０００℃弱に加熱すると10-8Torr以下の環境下では、水素、ヘリウムなどの排気が困難な軽い気体までも吸着する性質をもつ。また、例えば、アルミニウムとの合金は約800℃で活性化すると、その後、大気成分のほとんどに対し、高い吸収速度を持つことが知られている。この物質を用いた試作品と性能評価用の施設を建造した。

安装在飞行器上的观测飞机的某些部件必须始终保持在真空中，直到发射（在卫星组装和环境测试期间）。一个例子是对紫外线高度敏感的光电探测器，众所周知，当暴露在大气中时，其效率会显着下降（国际空间站曝光部分上的极紫外成像仪、久崎卫星上的 EXCEED 光谱仪、希望号卫星上的 EXCEED 光谱仪）（例如，星上XUV 扫描仪）。为此，正统的程序是将相关部件放入真空箱中，在卫星组装和环境测试过程中不断抽真空，然后在发射后打开真空箱的盖子。我们也积累了成绩。然而，飞行物装载到火箭后、移动到发射装置后以及在建筑物之间移动进行地面测试期间，实际上不可能保持真空，并且需要大量的人员和资金投入。我们不得不接受这样的现实：在发布之前性能会恶化（很难通过数字估计来消除性能可能恶化的担忧）。虽然发射场的负担很重，但其效果并不确定。在本次研发中，我们计划开发一种不需要恒定电源、机械耐用且具有可安装在小型卫星上的真空泵。锆合金具有在 10-8 Torr 或更低的环境下加热到略低于 1000 摄氏度时甚至可以吸附难以排出的轻质气体（例如氢气和氦气）的特性。例如，众所周知，铝合金在约 800°C 下活化时，对大多数大气成分具有高吸收率。我们使用这种材料构建了原型和性能评估设施。