超小形人工衛星・惑星探査機用マイクロスラスタに関する研究

微卫星和行星探测器微推进器研究

• 批准号: 12750808
• 负责人: 田中 秀治
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750808/
• 关键词: キーワード; マイクロ宇宙船; マイクロマシング; MEMS; 固体ロケット; マイクロスラスタ; 固体燃料; ロケットアレイ; フィードスルー配線; マイクロヒータ

宇宙科学研究所と共同で固体ロケットアレイスラスタの実証研究を行った。固体ロケットアレイスラスタは、多数の使い切りマイクロ固体ロケットを基板上に配置して、それらの使用本数と点火周期とでスラストを制御するものである。個々のマイクロ固体ロケットは、固体燃料、ノズル、点火用ヒーター、ヒータ用配線、バーストダイヤフラムなどで構成される。燃焼ガスによって破壊されるバーストダイヤフラムは、固体燃料を封止し、ヒータを断熱する役割を有する。宇宙科学研究所での将来のマイクロ宇宙船によるミッションを想定した場合、1〜10mNsのインパルススラストを発生するマイクロ固体ロケットを、1チップ上に10,000個以上、高密度に配置しなくてはならない。マイクロ固体ロケットをできる限り高密度に配置するために、我々の構造では、点火用マイクロヒータの配線は、燃料シリンダの内壁上のフィードスルー配線を通って、チップの裏面こ取り出される。これによって、チップの面積を最小限にできるだけではなく、ダイヤフラム直近に細い配線を通す必要がなくなるので、断線の可能性を減らしたり、配線の電気抵抗を小さくしたりできる。さらに、配線端子をチップの裏面に取り出せるので、フリップチップボンディング等によって容易に回路と接合できる上、チップの後ろに回路を配して、回路を宇宙線被曝から保護できる。本研究では、10×10=100のマイクロ固体ロケットが1.2mmピッチで配列された試作機を、LSI製作技術に基づくシリコンマイクロマシニングによって製作した。また、ボロン/硝酸カリウム系推進薬を用いて、点火とスラスト発生とを確認した。本成果は、重厚長大化し過ぎた宇宙開発を画期的に小形化・低コスト化・迅速化・高機能化する技術として、意義高い。

我们与太空科学研究所合作，对固体火箭阵列推进器进行了实证研究。实心火箭阵列推进器是一种将大量用过的微固体火箭放在基板上的方法，并根据使用的微固体火箭的数量和点火周期来控制推力。每种微固体火箭都由固体燃料，喷嘴，点火加热器，加热器接线，爆裂隔膜等组成。被燃烧气摧毁的爆发膜片可密封固体燃料并使加热器绝缘。假设太空科学研究所的未来微型飞船任务，必须以高密度的一个芯片上的高密度放置10,000多个微固体火箭，以产生1至10 mn的冲动推力。为了将微固体火箭放置在我们的结构中，点火微调器的接线通过燃油缸内壁上的馈电线和芯片的背面取下。这不仅可以最大程度地减少芯片面积，而且还消除了在隔膜附近穿过细线的需求，从而减少了断裂的可能性并降低了电线的电阻。此外，由于可以在芯片的后表面上卸下接线端子，因此可以通过翻转芯片粘结等轻松地将它们连接到电路上，并且可以将电路放在芯片后面以保护电路免受宇宙射线的影响。在这项研究中，基于LSI制造技术，通过硅微加工制造了一个原型，其中10×10 = 100微固体火箭弹以1.2 mm的螺距排列。此外，使用硼/硝酸钾推进剂证实了点火和推力产生。该结果是一项重要的技术，它将大大降低太空发展的规模，成本，加快和功能，这已经变得如此繁重。

项目成果

Ryuichiro Hosokawa: "Solid Propellant Rocket Array Thruster for Micro-spacecrafts"Technical Digest of The 18th Sensor Symposium. 15-19 (2001)

细川龙一郎：《微型航天器用固体推进剂火箭阵列推进器》第十八届传感器研讨会技术文摘。

Shuji Tanaka: "Power Microelectromechanical System Technologies for Space Applications"The International Conference on Integrated Nano/Microtechnology for Space and Biomedical Applications. (2001年3月発表予定). (2001)

Shuji Tanaka：“空间应用的电力微机电系统技术”空间和生物医学应用集成纳米/微技术国际会议（计划于 2001 年 3 月发表）。

田中 英治: "マイクロマシニング技術とPower MEMS"日本機械学会第10回スペース・エンジニアリング・コンファレンス講演論文集. 19-24 (2002)

Eiji Tanaka：“微机械加工技术和功率 MEMS”日本机械工程师学会第十届空间工程会议论文集 19-24 (2002)。

細川隆一郎: "マイクロ宇宙船のための固体燃料ロケットアレイスラスタ"第18回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム. (2001年5月発表予定). (2001)

Ryuichiro Hosokawa：“微型航天器的固体燃料火箭阵列推进器”第 18 届“传感器微机械和应用系统”研讨会（计划于 2001 年 5 月发表）。