研究紹介

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スペースデブリの除去推進系の研究

研究の概要

一連のデブリ除去シーケンスの最後のステップとして、捕獲した後の低軌道デブリを投棄するための軌道変換(軌道降下)があります。ここでは、この軌道変換に使われる推進系の研究を紹介します。 デブリ除去においては、大きなデブリをなるべく小さなシステムで軌道変換することが望ましいため、効率の良い推進系が必要となります。

デブリ除去用推進系の第一候補となるのが、高効率な宇宙推進系として世界で普及しつつある電気推進です。電気推進とは、燃焼等の化学反応を利用する化学推進(ロケット等)に対して、 電気あるいは電磁気の力を利用して推力を得る推進系を指します。化学推進と比較して推力は小さいものの排気速度が大きいため、時間をかければ少ない燃料で大きな力積を得ることができます。 小惑星探査機「はやぶさ」「はやぶさ2」や超低高度衛星技術試験機「つばめ」で使われているイオンエンジンも、この電気推進の一種です。 本研究では、どのようなタイプの電気推進がデブリ除去にとって最適であるかの検討を進めるとともに、その有力な候補であるホールスラスタシステムについて、「小型、長寿命で低コスト」という目標を達成するための研究を進めています。 図1は、その実験の様子の一例です。

また、デブリ除去システムの将来的なさらなる低コスト化を指向した推進系として、エレクトロダイナミックテザー(EDT)の研究も行っています。EDTとは、地球低軌道上でkm級の長さの導電性のひも(テザー)を伸ばしてそこに電流を流し、 地磁場との干渉により生じる電磁気力をブレーキ力(軌道を降下させる力)として利用する推進系(図2)であり、燃料が不要という大きな特徴を持ちます。
本研究では、2017年に「こうのとり6号機」を利用して行った軌道上実験(KITE)の成果も活かし、EDTシステムに必要なテザーや電子エミッタ等の研究を進めています。

図1 デブリ除去用電気推進実験の様子
図2 EDTを用いたデブリ除去の概念図

研究実績

発表論文
  • 長野公勇, 山本直嗣, 窪田健一, 藤井剛, 杵淵紀世志, “200W級ホールスラスタシステムの開発”, 第61回宇宙科学技術連合講演会講演集, JSASS-2017-4538, 2017.
  • S. Kawamoto, Y. Ohkawa, T. Okumura, K. Iki, H. Okamoto, “Performance of Electrodynamic Tether System for Debris Deorbiting: Re-evaluation Based on the Results of KITE Experiments”, Proceedings of 69th International Astronautical Congress, IAC-18-A6.6.5, 2018.
  • Y. Ohkawa, K. Iki, T. Okumura, S. Kawamoto, Y. Horikawa, K. Inoue, Y. Kobayashi, T. Uchiyama, T. Kasai, “A Quick Review of an Electrodynamic Tether Experiment on the H-II Transfer Vehicle”, Proceedings of 35th International Electric Propulsion Conference, IEPC-2017-359, 2017.
  • T. Okumura, Y. Ohkawa, K. Koga, S. Kawakita, S. Kawamoto, Y. Kobayashi, T. Kasai, “Charging of the H-II Transfer Vehicle at Rendezvous and Docking Phase”, Journal of Spacecraft and Rockets, 2018, DOI: 10.2514/1.A34068.
特許(公開)
件 名 出願人 出願日 番 号
宇宙用テザー JAXA、日東製網株式会社 2005年11月10日 第4543203号
特開2007-131124
スペースデブリの軌道降下方法、軌道
降下システム、及び、人工衛星の軌道
変換方法、軌道変換システム
JAXA 2014年6月13日 特開2016-2813
網、テザー収容装置及び網の製造方法 JAXA、日東製網株式会社 2018年10月19日 特願2018-197238
外部資金
  • 科研費基盤(B)「ダイヤモンド半導体を用いたパッシブな宇宙用電子放出源の実現可能性評価」
    研究代表者:大川 恭志、 期間:2016-2018年、 課題番号:16H04595