NASAソーラー技術応用準備システム（NSTAR ）は、静電イオンスラスタと呼ばれる宇宙船用イオンスラスタの一種です。[1] [2]これは、太陽電池アレイで発電された電力で稼働する、高効率の低推力宇宙船推進装置です。高電圧電極（2つの微細グリッドを含む）を用いて、静電気力でイオンを加速します。
開発とパフォーマンス
NSTARプログラムの目的は、深宇宙ミッション用のキセノン燃料イオン推進システムを開発することであった。[3] NSTAR静電イオンスラスタは、 NASAグレン研究センターで開発され、1990年代初頭にヒューズ社とスペクトラム・アストロ社によって製造された。供給システムの開発は、JPLとムーグ社の共同作業であった。[1]
イオンは2.3kWの動作で約1300Vの電圧差を持つ2つの微細グリッドを通して加速され、[4] [5] 、推力20～92mN 、比推力19000～30500N·s/kg（1950～3100秒）、 DS1での全推力能力は2.65 x10 6 Nsである。 [5]
1996年、試作エンジンは宇宙空間を模擬した真空チャンバー内で8000時間の連続運転に耐えました。この試作結果は、ディープ・スペース1探査機用に構築された飛行用ハードウェアの設計を定義するために使用されました。課題の一つは、太陽電池パネルからの電力をエンジンに必要な電圧に変換する、小型軽量の電力処理装置[6]の開発でした。 [3]
パフォーマンス
このエンジンは最大3000秒の比推力を達成します。これは従来の宇宙推進方式よりも桁違いに高い推力であり、質量は約半分に削減されます。エンジンは最大出力（ DS1ミッションでは2,100W）でもわずか92ミリニュートン（0.331オンスフォース）の推力しか発生しませんが、イオンエンジンは長時間連続的に推進するため、この宇宙船は高速飛行を達成しました。[7] 「30cmイオンスラスタは0.5kWから2.3kWの入力電力範囲で動作し、19mNから92mNの推力を提供します。比推力は0.5kWで1900秒、2.3kWで3100秒です。」[1]
アプリケーション
ディープスペース
NSTARイオンスラスタは、 1998年10月24日に打ち上げられたディープ・スペース1（DS1）宇宙船で初めて使用されました。[8]ディープ・スペース・ミッションでは、小惑星9969 Brailleと ボレリー彗星に接近通過しました。ディープ・スペース1は、キセノン燃料178ポンド（81キログラム）を搭載し、総インパルス能力は2.65 x10 6 Ns [5]で、ミッション中にDS1の速度を時速7900マイル（時速12,700キロメートル、3.58 km/s）増加させることができました。 [3] この燃料は2.3kWの電力を使用し、探査機の主推進力となりました。[4]
夜明け
NSTARエンジンを使用した2番目の惑星間ミッションは、2007年に打ち上げられたドーン宇宙船で、直径それぞれ30cmの3つの冗長ユニット[9]を搭載していました。 [6] [10] ドーンは、イオン推進を使用して複数の軌道に出入りする最初のNASA探査ミッションです。[11] ドーンは425kg（937ポンド）のキセノン推進剤を搭載し、ミッション中に25,700mph（11.49km/s）の速度変化を行うことができました。
提案された用途
2009年現在、[アップデート]NASAのエンジニアは、5キロワット、0.04ポンド推力のNSTARエンジンが、エウロパ、冥王星、その他の深宇宙の小天体への宇宙船の推進力の候補であると述べています。[1]
参照
- 電気駆動宇宙船の推進
- NEXT（イオンスラスタ） – 宇宙推進システム、グリッド型静電イオンスラスタ
- 先進電気推進システム - NASAの宇宙船推進システム。50kWホール効果スラスタ、現在月面ゲートウェイに搭載
参考文献
- ^ abcd 「NASA太陽電気推進技術応用準備（NSTAR）」NASAグレン研究センター. 2009年4月21日. 2003年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月18日閲覧。
- ^ Sovey, JS, Rawlin, VK, Patterson, MJ：「米国におけるイオン推進開発プロジェクト：宇宙電気ロケットテスト1からディープスペース1まで」Journal of Propulsion and Power, Vol. 17, No. 3, 2001年5月～6月, pp. 517-526.
- ^ abc 「革新的なエンジン - NSTARプログラム」NASAグレン研究センター。2004年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月18日閲覧。出口グリッドを示す図と写真があります。
- ^ ab "NSTAR". Encyclopedia Astronautica . 2014年2月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年3月18日閲覧。
- ^ abc ディープ・スペース・ワン・ミッションにおけるNSTARイオン推進システムの飛行性能。航空宇宙会議議事録。IEEExplore。2000年。doi : 10.1109/AERO.2000.878373。
- ^ ab Bond, T.; Benson, G.; Cardwell, G.; Hamley, J. (1999-04-06). NSTARイオンエンジン電力プロセッサユニットの性能：地上試験および飛行試験. 航空宇宙電力システム会議. SAE International . doi :10.4271/1999-01-1384.
- ^ Rayman, MD; Chadbourne, PA; Culwell, JS; Williams, SN (1999). 「深宇宙ミッション設計1：低推力技術検証ミッション」（PDF） . Acta Astronautica . 45 ( 4–9 ). Elsevier : 381– 388. Bibcode :1999AcAau..45..381R. doi :10.1016/s0094-5765(99)00157-5. 2015年5月9日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^ “Deep Space 1への貢献”. NASA . 2023年4月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ドーン - 主な宇宙船の特徴。2014年。
- ^ NSTARイオンエンジンキセノン供給システム：システム設計・開発入門 Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine . Edward D.Bushway (PDF)
- ^ マーク・レイマン;フラスケッティ、トーマス。レイモンド、キャロル。クリストファー・ラッセル（2006年4月5日）。 「ドーン: メインベルト小惑星ベスタとケレスの探査に向けた開発中のミッション」(PDF)。アクタ・アストロノーティカ。58 (11): 605–616。ビブコード:2006AcAau..58..605R。土井：10.1016/j.actastro.2006.01.014 。2011 年4 月 14 日に取得。
