MPD Thruster
深宇宙探査や将来の宇宙輸送ミッションには，化学燃料の燃焼によるエネルギーだけでは，達成できないほどの高い排気速度が要求されます．これらを実現するためには，電気的に燃料にエネルギーを加えることのできる"電気推進"の利用が不可欠となります．
本研究室では，大電力によって高効率・高排気速度を達成する電気推進機の開発を目指しています．
 図1 化学推進と電気推進 |
電気推進は，その排気速度の大きさから，大きなΔVが要求されるミッションに用いられます．排気速度が大きいほど，少ない燃料で目標とするΔVを達成することができます．燃料を節約できる分，ロケットに搭載できる荷物（ペイロード）の割合を増やすことができます．（図1）
また，非常に大きなΔVが必要な深宇宙ミッションの場合，化学推進では到達できないものもあります．2010年に小惑星イトカワより帰還した小惑星探査機「はやぶさ」にも，電気推進機の一種であるイオンスラスターが搭載されました．
 図2 イオンエンジンとMPDスラスターの違い |
一方，本研究室で取り扱っているMPDスラスターは，電流と磁場によるローレンツ力でイオンと電子を一緒に加速するため，推進剤粒子がお互いに反発することなく推力密度を上げることができます．（図2）また，他の電気推進機と比較して，
・構造がシンプルである
・推進剤の種類が豊富である
・大電力投入により推力の向上が見込まれる
といった理由から，将来の宇宙ミッションに適用可能な推進機の有力候補と考えられています．
同軸MPDスラスター  |
矩形形状MPDスラスター  |
Rotate Magnetic Field スラスター  |
| 定常作動型同軸MPDスラスタを開発し，推進剤流量および外部磁場，放電電流を変化させた場合の作動特性を取得しました．その結果．低流量・強磁場において推進効率の改善が見られました．しかしながら，同軸型はカソードの損耗が激しく動作特性そのものに影響することも分かりました． | 電極劣化による作動特性への影響を抑えるため，陰極にはホローカソードを使用したスラスタの開発を行いました．ホローカソードとは，イオンの衝突による損耗が少ないとされており，スラスタの長寿命化が期待されています．また，プラズマ生成・加速部分を矩形形状とすることでローレンツ力ベクトルを直接排気方向に向けることができ，同軸型に見られる推力の半径方向成分を抑えることを狙いました．現在，推力効率の分析を行い，より高効率・高比推力を有するスラスタに向けて改善を行っています． | 電極損耗の影響を抑える方法として，電極の存在しない無電極スラスタを開発しました．放電電流によってプラズマを生成するのではなく，コイル電流を利用した誘導加熱によって行います．また，コイル電流の周波数および位相差を適切な値に設定することで周方向の電流を発生させ，外部磁場との干渉によって生じるローレンツ力によってプラズマを加速・排気します． |
