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VACUUM ARC PROPELLER

Patent code P170013686
File No. S2015-1618-N0
Posted date Feb 2, 2017
Application number P2015-118889
Publication number P2017-002851A
Patent number P6632114
Date of filing Jun 12, 2015
Date of publication of application Jan 5, 2017
Date of registration Dec 20, 2019
Inventor
  • (In Japanese)豊田 和弘
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人九州工業大学
Title VACUUM ARC PROPELLER
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum arc propeller of which small-sized and light weight formation is established under application of a high voltage solar cell as a power supply to form a cathode with a solid propellant.
SOLUTION: An electric circuit 1 constituting this vacuum arc propeller has a cathode 7 oppositely arranged while an insulator 8 is present at an anode 6. The cathode 7 is provided with an initial discharge inducing insulator 15. A switch 3 in the electric circuit 1 is turned ON in a plasma 14 in a space, an electrostatic discharge is generated between a conductor 9 at the cathode 7 and the initial discharge inducing insulator 15, arc discharge is generated between the anode 6 and the cathode 7 under electrostatic discharge and a thrust force is generated at the propeller through injection jet generated by melting the cathode 7 and the initial discharge inducing insulator 15 by arc discharge.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年,人工衛星は,大型化から小型化へと開発が進んでおり,特に,超小型人工衛星に注目が集まっており,その開発が盛んになってきた。超小型の人工衛星には,ボンベ,バルブ,配管等の部品を必要とするガスを推進剤とする推進機を搭載するのが困難である。即ち,従来の100kg級の小型の人工衛星や宇宙機には,各種の機器を搭載するスペースが限られており,上記のような各部品を必要とする推進機を搭載させることは極めて困難である。

従来,宇宙飛翔体用推進システムとして推進剤にガスを使用するものが知られている。該宇宙飛翔体用推進システムは,バルブ等の開閉でガスを放出して推進するものであり,電源として点火用スイッチを使用している。上記推進システムは,推進剤ガスを通過して電流路を形成する電極を採用することにより,エネルギーが推進剤に伝達される形態を有している。上記システムの単一の電源は,接続される全ての推進装置が放電を開始し始める時に,活動するように構成されている。推進剤が電流伝達回路の部分を形成しているので,推進剤を受け入れる推進装置のみが電流を伝達することができ,推進装置が電力を引き出すものであり,複数の推進装置に対して単一の電源を使用することを可能にしている(例えば,特許文献1参照)。

また,宇宙飛翔体用推進装置としてガスを用いるアーク推進装置が知られている。該アーク推進装置は,陽極および膨張ノズルとして形成されたケーシングと該ケーシング内に中央に保持されて電気的に絶縁された棒状の陰極とを備えている。陰極は,燃焼室内に配置され,該燃焼室には,ガス状のアンモニアが燃料として噴射される。陰極の尖端部は,膨張ノズルの狭められた横断面から小さな空隙を有するよう離隔されている。陽極と陰極の間において,ガス流過時に,アーク放電が行われ,該アーク放電から燃料が付加的な熱エネルギーを受け取る。燃焼室の手前に,アンモニアを触媒的及び/又は熱的な方法で水素と窒素の成分に分解するための装置が設けられている(例えば,特許文献2参照)。

また,ガスを使用するアークジェット推進機として直流アークジェット推進機が知られている。該直流アークジェット推進機は,アーク放電が不安定とならず,常に推進剤の流量,電流量に対応した最適なアーク放電の実現を可能にしたものである。該直流アークジェット推進機は,ノズル部が陽極を形成し,陰極がその中心軸上に配設され,第1の絶縁部材を介してノズル部が固定され,上記第1の絶縁部材に推進剤投入口が設けられたものであり,ノズル部が軸方向に分割された複数の分割陽極により形成され,それぞれの分割陽極がそれぞれのスイッチを介して直流電源のプラス側に接続されている(例えば,特許文献3参照)。

Field of industrial application (In Japanese)

この発明は,例えば,小型人工衛星等の宇宙機に搭載して該宇宙機の軌道変更,推進,姿勢変更等の作動を制御することができる真空アーク推進機に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
コントローラの指令でON・OFFされるスイッチが設けられた電気回路を備えており,前記電気回路は,電源,該電源に結線されたプラスラインに設けられた陽極,前記電源に結線されたマイナスラインに設けられ且つ前記陽極に対向して配設された陰極,前記陰極と前記陽極との極間に設けられた絶縁体,前記陰極側に設けられた初期放電誘発用絶縁体,前記プラスラインに設けられた電子コレクタ,及び前記プラスラインと前記マイナスラインとの間に結線されたコンデンサを有し,前記陽極と前記陰極による放電頻度を高めるために前記陰極に水分を含ませたマイクロシリカを含有させ,
前記電気回路を宇宙空間のプラズマ中で前記コントローラの指令で前記スイッチをONさせて前記陰極の導体と前記初期放電誘発用絶縁体との間に静電放電を発生させ,前記静電放電によって前記陽極と前記陰極との極間にアーク放電を発生させ,前記アーク放電によって前記陰極及び前記初期放電誘発用絶縁体を溶かして発生する噴射ジェットにより推力を得ることを特徴とする真空アーク推進機。

【請求項2】
 
前記陰極は,前記導体と前記導体と混合している前記初期放電誘発用絶縁体から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の真空アーク推進機。

【請求項3】
 
前記陰極は,前記導体を構成する炭素繊維と前記初期放電誘発用絶縁体を構成するプラスチックから成るCFRPで構成されていることを特徴とする請求項2に記載の真空アーク推進機。

【請求項4】
 
前記プラズマと前記陰極の前記初期放電誘発用絶縁体とを干渉させて前記初期放電誘発用絶縁体を帯電させ,前記陰極の前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間に前記静電放電を発生させ,前記静電放電が引き金になって前記陽極と前記陰極とによる主放電を誘発することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の真空アーク推進機。

【請求項5】
 
前記電源は,高電圧太陽電池で構成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の真空アーク推進機。

【請求項6】
 
コントローラの指令でON・OFFされるスイッチが設けられた電気回路を備えており,前記電気回路は,電源,該電源に結線されたプラスラインに設けられた陽極,前記電源に結線されたマイナスラインに設けられ且つ前記陽極に対向して配設された陰極,前記陰極と前記陽極との極間に設けられた絶縁体,前記陰極側に設けられた初期放電誘発用絶縁体,前記プラスラインに設けられた電子コレクタ,及び前記プラスラインと前記マイナスラインとの間に結線されたコンデンサを有しており,
前記電気回路を宇宙空間のプラズマ中で前記コントローラの指令で前記スイッチをONさせて前記陰極の導体と前記初期放電誘発用絶縁体との間に静電放電を発生させ,前記静電放電によって前記陽極と前記陰極との極間にアーク放電を発生させ,前記アーク放電によって前記陰極及び前記初期放電誘発用絶縁体を溶かして発生する噴射ジェットにより推力を得ており,
前記プラズマと前記陰極の前記初期放電誘発用絶縁体とを干渉させて前記初期放電誘発用絶縁体を帯電させ,前記陰極の前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間に前記静電放電を発生させ,前記静電放電が引き金になって前記陽極と前記陰極とによる主放電を誘発しており,
前記プラズマ中で前記電気回路の前記スイッチをONさせることによって,前記電子コレクタに前記プラズマ中に存在する電子を収集させると共に,前記プラズマに対して前記陰極に負の電位を持たせて前記陰極が前記プラズマ中から前記イオンを集め,前記初期放電誘発用絶縁体が前記イオンにより帯電して前記プラズマの電位となって前記初期放電誘発用絶縁体が前記陰極の前記導体に対して正に帯電し,前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間に電位差が生じて前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間で前記静電放電が発生し,次いで,前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との前記静電放電が,前記陽極と前記陰極との間に前記主放電を誘発して前記主放電が繰り返されることを特徴とする真空アーク推進機。

【請求項7】
 
コントローラの指令でON・OFFされるスイッチが設けられた電気回路を備えており,前記電気回路は,電源,該電源に結線されたプラスラインに設けられた陽極,前記電源に結線されたマイナスラインに設けられ且つ前記陽極に対向して配設された陰極,前記陰極と前記陽極との極間に設けられた絶縁体,前記陰極側に設けられた初期放電誘発用絶縁体,前記プラスラインに設けられた電子コレクタ,及び前記プラスラインと前記マイナスラインとの間に結線されたコンデンサを有しており,
前記電気回路を宇宙空間のプラズマ中で前記コントローラの指令で前記スイッチをONさせて前記陰極の導体と前記初期放電誘発用絶縁体との間に静電放電を発生させ,前記静電放電によって前記陽極と前記陰極との極間にアーク放電を発生させ,前記アーク放電によって前記陰極及び前記初期放電誘発用絶縁体を溶かして発生する噴射ジェットにより推力を得ており,
前記電源は,高電圧太陽電池で構成されており,
前記プラズマ中で前記電気回路の前記スイッチをONさせることによって,前記電子コレクタに前記プラズマ中に存在する電子を収集させると共に,前記プラズマに対して前記陰極に負の電位を持たせて前記陰極が前記プラズマ中から前記イオンを集め,前記初期放電誘発用絶縁体が前記イオンにより帯電して前記プラズマの電位となって前記初期放電誘発用絶縁体が前記陰極の前記導体に対して正に帯電し,前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間に電位差が生じて前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との間で前記静電放電が発生し,次いで,前記初期放電誘発用絶縁体と前記導体との前記静電放電が,前記陽極と前記陰極との間に前記主放電を誘発して前記主放電が繰り返されることを特徴とする真空アーク推進機。

【請求項8】
 
前記コンデンサが放電する前記陽極と前記陰極との間の真空アーク放電によって前記導体と前記初期放電誘発用絶縁体が蒸発して,前記陰極の蒸気が前記陰極の面から垂直方向にジェットとして噴射されることによって前記陰極に推力が発生して前記推進機に推力が発生することを特徴とする請求項6又は7に記載の真空アーク推進機。

【請求項9】
 
前記導体及び前記初期放電誘発用絶縁体から成る前記蒸気は,アーク付着点での熱入力により発生し,前記アークが前記陰極面に垂直な方向に前記噴射ジェットとして噴射されて前記推力になることを特徴とする請求項8に記載の真空アーク推進機。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 2G084AA22
  • 2G084BB01
  • 2G084BB35
  • 2G084BB37
  • 2G084CC02
  • 2G084CC23
  • 2G084CC25
  • 2G084CC33
  • 2G084DD11
  • 2G084DD22
  • 2G084DD63
  • 2G084EE21
  • 2G084EE24
  • 2G084EE25
Drawing

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JP2015118889thum.jpg
State of application right Registered
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