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

开发内置中和器的小型离子发动机

基本信息

批准号：
22K04541
负责人：
鷹尾良行
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Nishinippon Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

为了利用太空环境，正在发射重量小于50公斤的小卫星，每年发射的小卫星超过100颗。与传统的大型卫星相比，微小卫星的生产周期较短（最长可达3年），成本较低（不到1/100），其在对地观测和通信方面的实用性正在得到证明。未来，计划通过小型卫星编队飞行来取代大型卫星的功能，而为了实现这一目标，离子发动机等易于安装且寿命长的小型推进器是必不可少的。其中，微波放电离子发动机结构简单，并已在隼号上被证明可以长期运行。微波放电离子发动机由圆柱形放电室、安装在其外周的圆柱形永磁体、安装在放电室开放区域（下游）的两个静电栅格以及引入放电室的微波天线组成。（安装在放电室的上游）。通过外周的永磁体在放电室内产生磁场，通过微波交变电场和外部磁场引起的电子回旋共振（ECR）来加热（加速）放电室内的电子，并且推进剂变成等离子体。等离子体中的正离子通过前面的两个静电栅格被抽出并喷射以产生推力。这样，离子发动机喷射出正离子并产生推力，但需要电子发射源（中和器）来对发动机进行电中和，因此离子源和电子源是分开的，由于制造工艺的原因，存在困难。小型化。在这项研究中，我们将制造一种小型螺旋桨，从5cm级或更小的微波放电离子发动机的单个放电室中同时提取离子和电子，并阐明与发动机电中和相关的特性。这项研究将为新型小型推进装置的设计提供范例。