JPH029952A - 電気推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は人工衛星などの宇宙構造物の位置や姿勢を制御
する二次推進系、および該構造物の軌道遷移や惑星間航
行用の一次推進系などに使用する宇宙電気推進装置（Ｍ
ＰＤスラスタ、直流アークジェットスラスク）等に用い
られる電気推進装置に関するしのである。

［従来の技術］ すてに開発されている従来の電気推進装置（ＭＰＤスラ
スタ、直流アークジェットスラスク）は、例えば第３図
に示すように、末広がりに拡大した一端を有する円筒形
のインシュレタｂに陽極Ｃ板を埋め込んで放電室ａを形
成し、該放電室ａの円筒形部分から末広がり状の部分に
かけての内壁部分を陽極Ｃによって形成しぐ前記放電室
ａの円筒形部分の中心部に棒状の陰極ｄを配置し、両極
ｃ、ｄ間に直流電圧を印加し作動ガスｒ　（アルゴン等
）を供給することにより陰極ｄの先端と陽極Ｃ内側部間
に放電させてプラズマをつくり、このプラズマを膨張、
加速して後方（図中矢印９の方向）へ噴射し、推力を得
るようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述の電気推進装置では、陽極Ｃ付近の
放電電流は自己誘起磁場によって放電電流の半径方向に
作用する力ｈ　（ローレンツ力）を受けるために放電の
付着点か前記半径が最大となる陽極Ｃの先端、即ち放電
室ａを形成しているインシュレータｂと陽極Ｃが接する
点イとなってしまう。

このために、インシュレータｂに大きなエネルギーが流
入してインシュレータｂを損耗するとともにエネルギー
の散逸を招き、前記インシュレータｂの損耗によって放
電室ａの形状が経時的に変化して推進性能の劣化をもた
らし、前記散逸エネルギーが電気推進装置本体、ひいて
は電気推進装置を設けた衛星本体などの温度」１昇を引
き起こし、また高温化したインシュレタｂ自体の絶縁性
能が劣化し、あるいは、インシュレータｂの表面が極材
の蒸発物質によってコーティングされるために各極板間
か所謂「陸続き」となって絶縁が破壊に陥り易く、更に
また、放電スポットか散在するために放電領域を通過し
ない作動ガス「が浪費される、などの問題かあった。

本発明は、上述の実情に鑑み、放電室を形成しているイ
ンシュレータ内壁に悪影響を与えないことによりインシ
ュレータ絶縁性能及び推進機の作動特性を損なわず、ま
た作動ガスを放電領域に誘導し得る特殊形状のインシュ
レータ壁を用い放電室を形成することにより作動ガスの
浪費を防止し、その結果、推進効率を向上改善した電気
推進装置を提供するためになしたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、陰極と陽極間にアークを発生させ、内部に導
いた作動ガスをプラズマ状態とし、さらに膨張、加速し
て外部に排出する電気推進装置において、中心部に配置
した陰極と、該陰極を取り囲み且つ円錐状拡大部を有し
該拡大部に放電室を形成したインシュレータ筒と、前記
放電室の壁面から隔離され作動ガスの流れの中に支持さ
れるよう配置した陽極とを備えた構成としている。また
放電室の形状を陽極下流端て流れ場を絞るようにした構
成としている。

［作　　　用］ 従って、本発明では、インシュレータ壁に付着すること
なしに放電か行われ、また放電室が陽極の外側へ分流し
た作動ガスを前記放電流域へ誘導する。

［実　施　例コ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図及び第２図は、本発明の一実施例であり、中心部
に配置した棒状の陰極１と、インシュレータでつくられ
、前記陰極１を取り囲んで同心的に配置した円筒部２お
よび円錐状拡大部３ををし、該円錐状拡大部３の内壁に
、円周方向に相互に等間隔に、且つ前記陰極１から等距
離に離隔した位置に中心に向かって解放された略半球状
の空間を所要数配置して放電室４とし、さらに前記円錐
状拡大部３の末端部をノズル５としたインシュレータ筒
６と、前記各放電室４の中央部にインシュレータ筒６の
半径方向へ延設した所要長さのサポートビン７と、該サ
ポトピン７の先端に配置した所要数の陽極８などからな
り、該陽極８は尖った一端を有する長卵形をなし、その
尖端を作動ガスの流れ来る方向へ向け、且つ前記放電室
４の内壁から離隔して配置されている。なお、サポート
ビン７は陽極電流供給ポートを兼用している。また、９
はインシュレータ筒６と半球状の放電室４がなす肩であ
り、ＩＯは放電電流、１１は放電電流の自己誘導磁場に
よるローレンツ力、１２は作動ガス、１３は陽極８と放
電室４内壁間へ流れる分流作動ガス、１４は陽極間８を
流れる作動ガスを示す。

次に、本電気推進装置の作動について説明する。図示さ
れていない電源装置よりサポートビン７を介した陽極８
と陰極１の間に数百ボルトの電圧を印加した状態で内部
に作動ガス１２を供給すると両極１，８間に放電電流Ｉ
Ｏが流れる（この場合必要ならばトリガビンを設置し、
トリガ放電を起こして放電を開始してもよい）。作動ガ
ス１２の大部分は陽極８の内側を通り前記放電電流１０
によってプラズマ状態となり、このプラズマ状態の作動
ガス１２は放電電流１０と自己誘起磁場によってローレ
ンツフ月１を受けると共に加熱されて空力的な力を受け
てノズル５方向へ加速され、インシュレータ筒６の円錐
状拡大部３て膨張し、ノズル５によって流出方向を整え
られ反力としての推力を生み出す。作動ガス１３の一部
は陽極８の尖端で分流され陽極８と放電室４を形成して
いるインシュレータ筒６内壁面の間に導かれて陽極８及
び放電室４を形成しているインシュレータ筒６内壁面か
ら熱を回収してこれらを冷却し、更に放電域とインシュ
レータ筒６内壁面の間に緩衝帯を形成しながらインシュ
レータ筒６の円錐状拡大部３と半球状の放電室４がなす
肩９によって放電域へと導かれて放電に寄与し、陽極８
間を流れる作動ガス１４もまた同様に前記層９に導かれ
て放電域へ送り込まれ放電に寄与している。

前記によれば、放電がインシュレータ筒に付着しないの
で、インシュレータ筒の損耗が軽減され、エネルギー散
逸を抑制し得、また、作動ガスの主流はもとより分流も
放電室の端部て絞られ、放電域を通過するので作動ガス
の利用効率が改善され、放電室の熱の回収と併せて推進
性能を向上できる。

なお、前記の実施例においては陽極を分割した構造の場
合を示したが、陽極、陰極を夫々−体構造とするか或は
分割した構造とするかは任意であり、また陽極より下流
側のインシュレータ壁は金属製でもよいこと、陽極を支
持するサポートビンは陽極と一体でも別でもよいこと、
また本発明は核融合研究用プラズマ発生装置として適用
できること、その池水発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ること、等は勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の電気推進装置によれば次の
ごとき種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｄ　中心部の陰極とインシュレータ筒から離隔された
陽極間に放電電流路が形成され放電がインシュレータに
付着しないので、インシュレータの損耗が軽減され、エ
ネルギーの散逸か抑制され、インシュレータ絶縁性能お
よび推進装置の作動特性の経時的な劣化が防止できる。

（ｎ）　　陽極の近傍に設けた放電室に分流する作動ガ
スによる熱の回収と、前記分流作動ガスを放電域へ誘導
することによる作動ガスの利用効率の改善によって、推
進性能を著しく向上できる。また分流するガス流量によ
って放電電圧をある程度コントロール出来る。

なお本発明によると推進電力比（投入した電力に対して
発生できる推力の比）か改善され（−例として比推力（
単位重量の燃料か単位重量に当たる力を何秒間出し続け
られるかという数字）６００秒の付近で、従来５０ｍＮ
／ＫＷてあった推力電力比が６５＋ｎＮ／にνになった
）、これによって、同じ推力を発生する場合でも、従来
に比べて、作動ガスや使用電力の低減、燃料供給装置、
電力蓄積装置および供給装置の軽量化、等を図ることか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した電気推進装置の放電部の一例
を表わす説明用断面図、第２図は第１図の■−■矢視図
、第３図は従来の電気推進装置の放電部の一例を表わす
説明用断面図である。 図中、■は陰極、４は放電室、５はノズル、６はインシ
ュレータ筒、８は陽極を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）陰極と陽極間にアークを発生させ、内部に導いた作
   動ガスをプラズマ状態とし、さらに膨張、加速して外部
   に排出する電気推進装置において、中心部に配置した陰
   極と、該陰極を取り囲み且つ円錐拡大部を有し該拡大部
   に放電室を形成したインシュレータ筒と、前記放電室の
   壁面から隔離され作動ガスの流れの中に支持されるよう
   配置した陽極とを備えたことを特徴とする電気推進装置
   。 ２）陽極下流端位置で流れ場を絞るよう放電室端部を形
   成した請求項１記載の電気推進装置。