宇宙機でおなじみのトレードオフに新しい解決策
小型衛星は、推進に関してしばしば妥協を強いられる。化学推進は強い推力を出せる一方で燃料をすぐに消費し、電気推進ははるかに高効率だが、通常は穏やかで持続的な推力しか出せない。MITの研究者たちは今、同じ推進剤を両方のモードで使うことで、この差を縮められるかもしれない概念を示している。
この研究は Journal of Propulsion and Power に掲載され、電気スプレースラスタと化学ロケットモードを組み合わせたハイブリッド構成を中心としている。実現の鍵となるのは、以前はAF-M315Eとして知られていたグリーン推進剤ASCENTだ。
ASCENTが注目される理由
ヒドラジンは長く宇宙機の標準的な推進剤だったが、取り扱いが難しく危険でもある。元記事では、ヒドラジンは有毒、発がん性、腐食性があり、充填手順には大がかりな防護が必要だと説明されている。ASCENTはより安全な代替として開発され、提供資料によれば、ヒドラジンに比べて比推力が約50%向上するという。
ASCENTはすでに2019年にNASAのGreen Propellant Infusion Missionで飛行実証されている。MIT研究者の関心を引いたのは、これがイオン液体でもある点だ。イオン液体は、液体から帯電イオンを取り出して宇宙へ加速する電気スプレースラスタの推進剤として使えるため、ここが重要になる。
レゴほどの大きさの試験で長時間推力を確認
ASCENTがこの役割で機能するかを確かめるため、チームは真空チャンバーと磁気浮上を備えた専用の試験装置を用い、宇宙環境を模擬した。わずか1グラムのASCENTをスラスタに接続した小さなリザーバーに入れ、電圧をかけて推力を発生させた。
力は控えめだったが、継続時間は重要だった。実験では、浮上した衛星模型を回転させるのに十分な推力が生まれ、最大100時間にわたって動作し続けた。小型衛星にとって、このような長寿命で効率的な制御は、軌道維持、姿勢調整、徐々な軌道変更に有用だ。
CubeSatで2モード推進が重要になる理由
本当に魅力的なのは、ASCENTが電気スプレースラスタで動作したことだけではない。同じ推進剤で、1機の宇宙機に高推力と高効率の両方を持たせられる点にある。CubeSatは、鋭い機動が必要なときには化学推進を使い、その後、長時間の精密制御では電気スプレーモードに切り替えることが理論上できる。
これにより、異なる推進剤や支持機器を持つ別々の推進システムを積む必要が減る。体積と質量に厳しい制約がある宇宙機では、この簡素化は大きな利点だ。さらに、小型プラットフォームが展開後により多くのことをこなせるようになり、ミッション設計の選択肢も広がる。
有用な一歩だが、完成品ではない
この研究は、飛行可能な2モードエンジンがすぐに登場することを意味するわけではない。実験室環境での試験はあくまで一段階であり、実際の宇宙機への統合には、保管、モード切り替えのロジック、熱挙動、信頼性、総インパルスの予算といった課題がある。
それでも、この概念は、小型宇宙機設計における慢性的な制約に狙いを定めている点で魅力的だ。CubeSatは、センサー、科学プラットフォーム、技術実証機としてますます高性能になっているが、推進は依然として最も難しい制約の一つだった。機動性と持久力を兼ね備えた共有推進剤システムがあれば、これらの宇宙機はより柔軟で独立性の高いものになる。
ASCENTが当初魅力的だったのは、ヒドラジンに比べて取り扱い負荷を減らせるからだった。MITの研究は、ASCENTがさらに並外れて多用途である可能性を示している。今後の開発がその期待を裏付ければ、この推進剤はCubeSat推進を一方か他方かという発想から、より適応的な宇宙機移動モデルへと導くかもしれない。
この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元記事を読む。
Originally published on universetoday.com