ヘリコン二層スラスター
ヘリコン二層スラスタは、宇宙船用電気推進装置のプロトタイプです。オーストラリア国立大学のロッド・ボズウェル教授が発明した技術を基に、オーストラリアの科学者クリスティン・チャールズ氏によって開発されました。
この設計は開発に参加している ESAによって検証されています。
動作原理
ヘリコン二層スラスタ（HDLT）はプラズマスラスタの一種で、イオン化されたガスを高速で噴射して宇宙船に推進力を与えます。このスラスタの設計では、ガスは片端が開口した管状のチャンバー（ソースチューブ）に注入されます。高周波交流電力（プロトタイプ設計では13.56MHz ）が、チャンバーの周囲に巻き付けられた特殊な形状のアンテナに結合されます。アンテナから放射される電磁波によってガスが分解され、プラズマが形成されます。そして、アンテナはプラズマ中に ヘリコン波を励起し、プラズマをさらに加熱します。
この装置は、ソースチューブ内にほぼ一定の磁場（プロトタイプではソレノイドにより供給）を有しているが、磁場はソース領域から離れるにつれて発散して大きさが急激に減少するため、一種の磁気ノズルと考えることができる。動作中は、ソース領域内の高密度プラズマと排気中の低密度プラズマとの間に鋭い境界があり、電位が急激に変化する。この境界を挟んでプラズマの特性が急速に変化し、これは電流のない電気二重層として知られている。ソース領域内の電位は排気中よりはるかに高く、これがほとんどの電子を閉じ込めるとともに、イオンをソース領域から加速させる役割を果たしている。十分な電子がソース領域から逃げ出し、排気中のプラズマが全体的に中性になるようにする。ほとんどのイオン推進装置と同様に、HDLT は低推力、高比推力（高I sp）のスラスタである。
低磁場モードで動作する直径15cmのスラスタの試作機は2010年に初期推力試験を受けたが、総推力を正しく計算するにはより完全な試験方法が必要であった。[ 1 ] 2014年には、最終的なスラスタ試作機がオーストラリア国立大学（ANU）のマウントストロムロ天文台 にある「ウォンバットXL」と呼ばれる宇宙シミュレーション施設で試験を受けていた。[ 2 ] [ 3 ]
HDLTは、他のほとんどのイオンスラスタ設計に比べて、主に2つの利点があります。第一に、高電圧グリッドのような信頼性の低い部品をプラズマに挿入することなく加速電界を生成できること（プラズマに面する部品は堅牢なプラズマ容器のみ）。第二に、放出される電子と（一価の）正イオンの数が同数であるため、中和装置が不要です。そのため、可動機械部品がなく、侵食の心配もありません。チャールズ氏は、「電力と推進剤を供給する限り、永遠に推進できます」と説明しています。[ 2 ]
アプリケーション
このスラスタ設計の主な用途は、衛星の軌道維持、長期にわたる低軌道から静止軌道への軌道遷移、そして深宇宙探査です。典型的な設計では、50年の寿命、あるいは大型衛星の打ち上げ重量を1,000ポンド（450 kg）軽減できるだけでなく、このタイプのスラスタは惑星間宇宙旅行の期間を大幅に短縮することもできます。[ 4 ] 例えば、火星への旅行は、従来の化学ロケットでは8～9か月かかるところ、3か月に短縮される可能性があります。[ 5 ] [ 6 ]
参照
- 可変比推力磁気プラズマロケット（VASIMR）
参考文献
- ^ J Ling; MD West; T Lafleur; C Charles; RW Boswell (2010). 「ヘリコン二層スラスタにおける低磁場高密度モードにおける推力測定」. Journal of Physics D: Applied Physics . 43 (30). IOP Publishing. Bibcode : 2010JPhD...43D5203L . doi : 10.1088/0022-3727/43/30/305203 .
- ^ a b「プラズマジャーを宇宙へ送る実験場が整う」 ResearchCareer 、 2014年3月11日。 2016年7月19日閲覧。
- ^ 「ウォンバットが電動ロケットの性能をテスト」。オーストラリア科学誌「Stories of Australian Science」、2014年5月16日。 2016年7月19日閲覧。
- ^ 「HDLTアプリケーション」プラズマ研究所. 2011年3月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年7月19日閲覧。
- ^ Tarantola, Andrew (2012年6月13日). 「オーストラリア、尿で動くイオンスラスターを開発中」 . Gizmodo . 2016年7月19日閲覧。
- ^ 「火星旅行にはどれくらいの時間がかかるのか？」2016年7月19日閲覧。
出典
