5.イオンエンジン加速グリッド寿命評価ツールの解析方法,解析例,実験との比較および評価(<小特集>イオンエンジン耐久性評価のためのイオンビームおよびスパッタリングのシミュレーション)

概要

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多大な時間とコストを必要とするイオンエンジンの実時間寿命評価試験を数値解析により支援するため,宇宙航空研究開発機構(JAXA:Japan Aerospace Exploration Agency)では,国内の大学と協力し,イオン加速グリッド耐久認定用数値解析JIEDI(JAXA's Ion Engine Development Initiative)ツールの研究開発を実施してきた.本章では,小惑星探査機「はやぶさ」に搭載されたμ10イオンエンジンの地上における実時間の耐久試験結果とJIEDIツールによる損耗計算結果の比較評価について説明し,JIEDIツールが各グリッドの損耗形状の傾向を良く再現し,損耗質量に関しても,実験の計測誤差の範囲で実験結果を再現できることを示した.また,JIEDIツールによる設計支援の実例として,JAXAにおいて新規開発が行われているμ20イオンエンジンにおける,パラメトリックな損耗解析による寿命を考慮した加速グリッド電圧の設計結果について説明し,μ20イオンエンジンにおいてスクリーングリッド電圧を2300Vに設定した場合,電子逆流およびグリッドの構造破壊に陥ることなく,2万時間の要求作動時間を達成するには,加速グリッド電圧を-350Vに設定する必要があることを示した.
2014-04-25