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。

发射了小于50公斤的小型卫星以利用太空环境，每年发射100多个小型卫星。与传统的大型卫星相比，超小卫星可以在短时间内（长达3年）以低成本（小于1/100）制造，现在被证明可用于地球观察和通信。将来，计划通过飞行小型卫星来替换大型卫星功能，为了实现这一目标，小型推进机，例如易于安装且具有长寿寿命的离子发动机至关重要。其中，微波放电离子发动机具有简单的结构，并通过“ Hayabusa”系统证明了长期操作。微波放电型离子发动机由圆柱排放室，其外围外围安装的圆柱永久磁铁，两个静电格格的旋转室（放电室的下游）以及用于将微波引入放电室内的天线（安装在排放室内）的天线。由外围外围的永久磁铁在放电室中产生磁场，并由微波炉交替的电流和外部磁场热（加速）引起的电子回旋谐振（ECR）产生了磁场（ECR），并导致螺旋桨变成等离子体。该等离子体中的阳性离子使用前面的两个静电网格提取，并通过弹射它们产生推力。这样，离子发动机弹出正离子并产生推力，但是需要电子发射器（中性）才能用电气中和发动机，并且由于离子源和电子源是单独制造的，因此很难进行微型化。在这项研究中，制造了一种小型推进装置，该设备同时绘制了5厘米或更低的微波排放离子型发动机的单个放电室，并阐明了发动机在电气中和的特征。这项研究提供了新型紧凑型推进装置的设计示例。