ビーム偏向によるイオンエンジンの推力ベクトル制御

概要

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イオンビーム偏向によるイオンエンジンの推力ベクトル制御の有効性を示すため、電極微小移動によるイオンビーム偏向に関する実験的・数値的な検討を行った。この推力ベクトル制御法は、イオンエンジンのイオン加速部電界に偏りを与えることでイオンビームの排出方向を操作するものであり、従来のジンバル機構に比較して大幅な小型軽量化が期待できる。実験には、低熱膨張率を特徴とするカーボンカーボン複合材電極と小型ピエゾモータを組み合わせた電極移動機構を用い、これにより繰り返し精度の高いビーム偏向特性が得られた。実験結果とParticle-in-Cell法による数値計算結果との比較から、実験結果の妥当性が確認され、種々の条件におけるビーム偏向状態が再現された。ビーム偏向特性およびドレイン電流の増加特性から見積もられた有効イオンビーム偏向能力は、代表的な電気推進ミッションの推力ベクトル制御範囲と同等であり、電極微小移動によるイオンビーム偏向がイオンエンジンの推力ベクトル制御手段として有効であることが示された。
宇宙航空研究開発機構の論文