PROCYON-FMに搭載されたイオンスラスタの地上試験の様子

先端的宇宙推進機の研究と応用

准教授 小泉宏之（新領域創成科学研究科 先端エネルギー工学専攻）

私達の研究室では宇宙推進工学およびプラズマ工学に関する研究およびプロジェクトを実施しています．今後の宇宙シーンを牽引する宇宙推進研究を進めることが目標であり，現在は小型衛星用の超小型推進および新しい大型の電気推進機に力を入れています．また，研究成果の実利用の場として，積極的に実利用プロジェクトへ取り組みます．基礎研究と実利用は，車の両輪のようなものであり，両者を密接に結びつけることが工学には重要と考えています．特に，小型推進系は宇宙実用化へのハードルが低く，プロジェクトの機会が多いことが大きな魅力です．現在進めている研究およびプロジェクトは次の通りです．

小型低電力イオンスラスタ

50 kg級の小型衛星用の小型低電力イオンスラスタの研究を行っています．同クラスの小型衛星は，ミッション能力と開発簡易性の適合ポイントとして実用化が進んでいます．これまでに， 1 Wのマイクロ波電力による小型イオンスラスタを実現させ，100-kg以下衛星におけるイオンスラスタの作動実証（ほどよし４号機）および超小型宇宙探査機PROCYONにおける推進系の作動実証を行ってきました．いずれも世界で最初の実証となります．現在は，同小型イオンスラスタの信頼性および性能向上に関する研究，水を推進剤として使用したイオンスラスタの研究を実施しています．本研究室における実験と，横浜国立大学および都立産業高専における数値計算を通じて高性能化を進めています．

水レジストジェットスラスタ

キューブサットに搭載できる超小型推進の研究として水レジストジェットの研究を行っています．キューブサットは元来10 cm立方の超小型衛星でしたが，現在では10 cm立方を一つの単位：1Uとして，3Uキューブ, 6Uキューブといった大きさのキューブサット利用が展開されています．本研究では，過去に研究されてきたレジストジェットと比べて，キューブサット用に安全性および取扱性に特化した超小型推進系を実現することが目的です．この水レジストジェットは，東京大学とJAXA が共同で提案した深宇宙探査用6UキューブサットEQUULEUSへ搭載予定の推進系：AQUARIUS（AQUA ResIstojet prpUlsion System）として開発を行っています．

小型固体スラスタ

レーザー着火小型固体スラスタの燃焼時の様子（火薬は１g）

キューブサットに搭載可能でかつリエントリ用の大推力を出せる超小型推進系として小型固体スラスタの研究を行っています．約1 gと小さい固体推進薬（火薬）を小分けにして燃焼させる点，安全性の確保と着火の確実性／即時性から真空中におけるレーザー着火を利用点が大きな特徴です．小型樹脂ケース内における，真空雰囲気着火およびその後の燃焼過程には未解明の点が多く実用から基礎までの研究を行っています．実用としては，気体および液体を使用した推進系に比べてはるかに簡素であり，宇宙機システムへの親和性が高い点が特徴です．都立産業技術高専と共同で研究・開発を実施しており，都立産業技術高専（当時は航空高専）のキューブサットに実証用スラスタが搭載されて2009年に打ち上げられました．

電磁誘導加速推進機

電磁誘導加速推進機のための高周波プラズマ生成時の様子

将来の電気推進による大型輸送時代を目指し，高周波プラズマ生成＋電磁誘導加速を特徴とした完全無電極の大電力電気推進の研究を進めています．電磁誘導加速を使用した研究として，古くはTWTA （Travelling Wave Tube Accelerator）やPIT （Pulsed Inductive Thruster，現在でも続く）があり，近年ではヘリコンプラズマを利用した研究（プリンストン大，農工大）があります．本研究では，プラズマ生成において低アスペクト比かつカスプ磁場を特徴と，プラズマ加速においては外部磁場に依存しない形を特徴としています．研究としては基礎段階にあり，加速の実証から最適化を研究しています．

研究室ホームページ
http://www.al.t.u-tokyo.ac.jp/koizumi/html/htdocs/