JPS6017952B2 - プラズマエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロケットの推進、実用衛星（通信、放送、気
象、資源探査、軍事等）の姿勢制御や軌道遷移、大規模
宇宙構造物の建造や運搬等を行うためのプラズマエンジ
ンに関する。

プラズマエンジンは、化学ロケット等の推進装置と比較
して高速噴射が可能であり、従って宇宙空間における推
進移動のような長距離の進行に適した推進装置として注
目されつつある。

また近年は大規模宇宙構造物の建設や実用衛星の大形化
に伴って推進装置の大出力化が要求されている。第１図
は中実陰極を装備した従来考えられているプラズマエン
ジンの一例を示すもので、中陰極ａを適宜の間隔で包囲
する如く陽極ｂを設け、前記中実陰極ａと陽極ｂの間を
絶縁物ｃで絶縁すると共に、前記中実陰極ａと陽極ｂの
間から気化した推進剤ｄを供給するようにして。図中ｅ
は放電電源、ｆは放電電流を示す。しかしこの装置にお
いては、放電電流ｆの密度が中実陰極ａの先端部ａ′と
付け根部ａ″において高くなり、その部分のプラズマが
強く加速されるために、その部分にホットスポットがで
きて熱電子放出が起り、第２図に示す如く中実電極ａの
先端静め′と付け根部ａ″が著しく損耗することが知ら
れている。この現象は大出力を得ようとして放電電流を
大きくした湯合に更に顕著となる。また、このように損
耗を受けた部分は凹凸形状を有しているために、放電電
流ｆが集中することになって増々損耗が拡大される問題
があると共に、放電に乱れが生じてプラズマエンジン自
体の性能を悪化させてしまう問題がある。また先端前ね
′のみの損耗であれば、中実陰極ａを損耗に応じて送り
出すようにすることにより、長期間使用が可能であるが
、付け根剤２″が損耗したのでは前記したように放電に
乱れを生じるばかりでなく、中実陰極ａが付け根部ａ″
から切れて脱落しプラズマエンジン自体が作動されなく
なる重大な危険があり、長期間使用が不可能になる問題
がある。また、このため、第３図に示す如く中空陰極を
装備したプラズマエンジンが考えられている。

即ち、中空内部を通して推進剤ｄを送給するようにした
中空陰極ｇを陽極ｂの内側中央部に絶縁物ｃを介して設
け、且つ前記中空陰極ｇの外周及び先端部ｇを絶縁物ｃ
で包囲するようにしている。この装置において、放電電
流が小さいときには、第３図に示す如く放電電流ｆが中
空陰極ｇ内部に広がるために損耗も少ないと共に、中空
陰極ｇ内面温度の上昇も少なく良好に作動し得る。しか
し、プラズマエンジンの出力を上げるべく放電電流を大
きくした場合には、第４図に示す如く放電電流ｆが中空
陰極ｇの内側先端部ｇに集中して密度が高くなるために
この部分にホットスポットができて熱電子放出が起り、
損耗が著しくなると共に、放電に乱れが生じることにな
り、大きな放電電流の場合には寿命が短か〈長期間使用
が実際上不可能である等の問題点を有していた。本発明
は上記従来装置のもつ問題点を解決すべくなしたもので
、陽極の内側中央部において、該陽極の中心軸線方向に
位置調整可能な中実陰極を設け、且つ該中実陰極の先端
側所定長さを除く後部外周に、推進剤を送給可能な所定
の間隔を有して前記中実陰極を包囲するスリーブを設け
たことを特徴とするプラズマエンジンに係るものである
。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第５図は本発明の一例を示すもので、中実陰極１の先端
側の所定長さだけを除きその外周を適宜の環状の間隔２
を有して包囲するスリーブ３を設け、更に前記中実陰極
１及びスリーブ３を所定の間隔を有して包囲する陽極４
を絶縁物５を介して設ける。

前記スリーブ３は電気的絶縁物或いは高融点金属（ただ
し放電回路より絶縁されていること）等にて構成する。
前記絶縁物５には推進剤送給路６を設けて推進剤７を送
給するようにしていると共に、前記中実陰極１とスリー
ブ３との間隔２にも推進剤７を送給するようにしている
。また前記中実陰極１は充分な長さを有して矢印８方向
に送り出すことができるようにしている。図中９は中実
陰極１と陽極４との間に設けた放電電源を示す。次に作
用を説明する。

プラズマエンジンの作動においては、推進剤送給路６及
び中実陰極１とスリーブ３との間の間隔２より推進剤７
を送給すると共に、中実陰極１と陽極４との間で放電さ
せる。

すると、気化した推進剤７が電離してプラズマ状態のま
まで電磁的に加速排出され、推力が発生する。前記放電
による放電電流は、中実電極１の先端部においてその密
度が高いが、中実電極１の後方外周がスリーブ３にて包
囲されているために、中実電極１とスリーブ３の間隙へ
、放電々流を引き込むと同時に適当な距離で放電を消弧
させるので、中実電極１の長さ方向に放電電流が分散し
、中実電極１の長さ方向中間部外周に放電電流密度の高
い部分が生じるようなことがなくなる。

従って長さ方向中間部において部分的に著しい損耗を来
すようなことがない。上記について直径肌舷の中実陰極
１を用いて実験を行った結果、先端部の損耗は従釆の中
実陰極１の場合と略同程度であったが、スリーブ３先端
から間隔２内へ略１仇舷程度入り込んだ位置から先端部
にかけての中実陰極１の外周は、一様に僅かに損耗して
いたのみであり、部分的に集中して損耗した個所は存在
しなかった。

更に、本発明の装置によると、放電時のスタートが良好
になることが確認された。また上記において、中実電極
１とスリーブ３との間の間隔２に送給する推進剤７の送
給量を制御することにより、間隔２内に流入する放電電
流の流入を制御して、放電電流の分散状態を変化させる
ことができる。

前記したように、先端部を除く中実陰極１の外周に対す
る放電電流を分散させることができるために、大出力を
得るために放電電流を大きくした場合にも外周が一様に
損耗することにより長期間使用が可能であると共に、長
期間使用しても放電状態の変化が少なく安定した出力が
得られる。

また、中実陰極１の先端部の損耗に応じて中実陰極１を
矢印８方向に送り出すことにより、極めて長期間の使用
が可能になる。尚、本発明は上記実施例にのみ限定され
るものではなく、スリーブは中実陰極に対して平行或い
は傾斜（円錐状）としても良いこと。

スリーブが中実陰極の軸万向に移動できる構造としても
良いこと、その他本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。前述し
た本発明のプラズマエンジンによれば下記の如き優れた
効果を奏し得る。

（ｉ）スリーブを備えたことにより「中実陰極の長手方
向中間部外周に対する放電電流の分散を可能とし、極部
的な損耗を妨止することができる。

（ｉｉ｝ 放電電流を増大しても中実陰極の長手方向中
間部外周が一様に損耗を受けるために、中実陰極の寿命
を延長することができると共に、放電状態に大きな変化
を生じることがないので長期間にわたって安定したエン
ジン出力を得ることができる。

側 中実陰極が軸線方向に位置調整可能であるので、先
端部の損耗に応じて中実陰極を送り出すことにより、極
めて長期間にわたる使用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中実陰極を装備した従来のプラズマエンジンの
一例を示す切断側面図、第２図は第１図の中実陰極の損
耗状態を示す説明図、第３図は中空陰極を装備した従来
のプラズマエンジンの切断側面図、第４図は第３図の放
電状態の説明図、第５図は本発明のプラズマエンジンの
一実施例を示す切断側面図である。 １は中実陰極、２は間隔、３はスリーブ、４は陽極、５
は絶縁物、６は推進剤供給路、７は推進剤を示す。 第１図 節２図 漆３図 鎌ム図 節５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陽極の内側中央部において、該陽極の中心軸線方向
   に位置調整可能な中実陰極を設け、且つ該中実陰極の先
   端側所定長さを除く後部外周に、推進剤を送給可能な所
   定の間隔を有して前記中実陰極を包囲するスリーブを設
   けたことを特徴とするプラズマエンジン。