WO2019176187A1 - 噴射装置及び推進システム - Google Patents

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WO2019176187A1
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injection device
fuel
ionic liquid
storage body
fuel storage
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Inventor
宏人 羽生
登 伊東山
Original Assignee
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/02—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/44—Feeding propellants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/68—Decomposition chambers

Definitions

  • the present invention relates to an injection device and a propulsion system for injecting an injection gas by combustion.
  • a device for example, a device that uses, for example, liquid fuel or gaseous fuel and generates and injects an injection gas by a reaction such as combustion is generally known.
  • a liquid propulsion system injection device is generally used for attitude control of a spacecraft, insertion of a satellite, and the like.
  • hydrazine as a liquid propellant widely applied to a liquid propulsion system injection apparatus.
  • hydrazine is toxic, it can be easily ignited by a catalyst, so that it can be easily controlled as a propulsion system (see, for example, Patent Document 1).
  • hydrazine is toxic in the first place. Further, in this type of injection device, a high-pressure gas mechanism for feeding the liquid fuel agent into the combustion chamber is necessary, and thus the injection device is inevitably large. Further, as described above, a catalyst is required to ignite the liquid fuel agent. The catalyst is poisoned depending on the combustion temperature, and the life of the injector may be affected by the life of the catalyst.
  • an object of the present invention is to provide an injection device and a propulsion system that use a low-toxic fuel, are small, and do not depend on the life of the catalyst.
  • an injection apparatus includes a combustion container, a fuel supply source, and a laser irradiation unit.
  • the combustion container has a gas injection port.
  • the fuel supply source includes a fuel storage body capable of storing an ionic liquid supplied into the combustion container.
  • the laser irradiation unit can irradiate the fuel occlusion body with laser light.
  • the propulsion system includes the above-described injection device.
  • an injection device and a propulsion system that use a low-toxic fuel are small, and do not depend on the life of the catalyst are provided.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the operation of the injection device according to the present embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic graph showing the relationship between the combustion time of the injection device according to the present embodiment and the pressure in the combustion container. It is typical sectional drawing of the injection device which concerns on the modification 1 of this embodiment. It is a typical sectional view of an injection device concerning modification 2 of this embodiment. It is typical sectional drawing of the injection device which concerns on the modification 3 of this embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an injection device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the injection device 100.
  • the direction from the nozzle portion 10 n of the combustion container 10 toward the lid portion 10 c is orthogonal to the Z-axis direction
  • the direction from the laser irradiation unit 30 toward the fuel supply source 20 is orthogonal to the Y-axis direction, Z-axis direction, and Y-axis direction.
  • the direction is the X-axis direction.
  • the injection device 100 is used as a gas injection device that injects injection gas from the gas injection port 10j, for example.
  • the combustion container 10 is, for example, a cylindrical metal container.
  • the inside of the combustion container 10 is hollow.
  • the combustion container 10 includes a lid portion 10c, a cylindrical body portion 10b, and a nozzle portion 10n.
  • the cylindrical body part 10b is connected to the lid part 10c
  • the nozzle part 10n is connected to the cylindrical body part 10b.
  • the lid portion 10c and the nozzle portion 10n are disposed to face each other via the cylindrical body portion 10b.
  • the direction from the gas injection port 20j toward the lid 10c is orthogonal to the direction from the laser irradiation unit 30 toward the fuel supply source 20.
  • the nozzle portion 10n is formed with, for example, a space that expands in a tapered shape as the nozzle portion 10n moves away from the lid portion 10c. This space functions as a gas injection port 10j of the combustion container 10.
  • the outer shape when the combustion container 10 is viewed from above is, for example, a circular shape.
  • the outer shape of the combustion container 10 is not limited to a circular shape, but may be a polygon such as a triangle or a quadrangle.
  • the outer diameter of the combustion container 10 is 50 mm or less, and the length of the combustion container 10 is configured to be 100 mm or less.
  • the fuel supply source 20 includes a storage unit 21 and a transfer unit 22.
  • the accommodating portion 21 is a small container that accommodates the ionic liquid 40.
  • the accommodating part 21 is comprised by either metal materials, an inorganic material, organic resin, inorganic resin etc., for example. In the example of FIG. 1, a spherical container 21 is shown.
  • the accommodating part 21 may be a rectangular parallelepiped or a tube.
  • the accommodating part 21 is comprised with flexible materials, such as organic resin and an inorganic resin, when air exists in the accommodating part 21 when the injection apparatus 100 is placed in outer space, the air in the accommodating part 21 Spontaneous expansion is expected. For this reason, when the injection device 100 is used in outer space, it is desirable that air does not exist in the accommodating portion 21.
  • the transfer unit 22 is provided between the combustion container 10 and the storage unit 21.
  • the transfer unit 22 includes a cylindrical body 26 and a fuel storage body 25 a disposed in the cylindrical body 26.
  • One side of the transfer unit 22 is attached to the cylindrical body part 10 b in the Y-axis direction, and the other side is connected to the storage unit 21.
  • the one side of the transfer part 22 may be attached not only to the cylindrical body part 10b but to the cover part 10c.
  • an arrangement configuration in which the fuel storage body 25a is irradiated with the laser light 30L is necessary.
  • the fuel occlusion body 25a has one side exposed in the combustion container 10 and the other side in contact with the ionic liquid 40 in the Y-axis direction.
  • the fuel occlusion body 25a is not limited as long as it can hold the supplied ionic liquid 40.
  • carbon fibers, ceramic porous bodies, synthetic resin fibers, and the like can be preferably used.
  • carbon wool or the like is applied as an example of carbon fiber.
  • the fuel occlusion body 25a can absorb the fuel occlusion body 25a from the accommodating portion 21 by, for example, a capillary phenomenon between carbon fibers (or a porous body). Furthermore, after the fuel storage body 25a absorbs the ionic liquid 40, when the density of the ionic liquid 40 becomes lower on the combustion container 10 side than on the accommodating portion 21 side, the ionic liquid 40 is caused by capillary action. Spontaneously permeates from the container 21 side to the combustion container 10 side. By such a spontaneous movement of the ionic liquid 40, the transfer unit 22 can transfer the ionic liquid 40 from the storage unit 21 to the combustion container 10.
  • the ionic liquid 40 is a salt having a melting point of 100 ° C. or lower and is preferably present as a liquid at room temperature, for example, a eutectic ionic liquid.
  • the ionic liquid 40 includes ammonium dinitramide (ADN) / methylamine nitrate / urea. Each compounding ratio is 60 wt% / 30 wt% / 10 wt%, for example.
  • the ionic liquid 40 is, for example, “Research and development of high performance and low toxicity propellant using ionic liquid” (JAXA-RR-15-004, Research and Development Report of Japan Aerospace Exploration Agency), JP 2002-020191 A Can be used in the mode described in JP-A-2015-218096.
  • the laser irradiation unit 30 is disposed to face the fuel storage body 25a.
  • the laser irradiation unit 30 is aligned with the fuel supply source 20 in the Y-axis direction. Thereby, the laser beam 30L emitted from the laser irradiation unit 30 is efficiently applied to the exposed surface 25E of the fuel storage body 25a.
  • the laser light 30L is, for example, pulsed laser light (wavelength: 980 nm, 4 W, beam diameter 10 mm).
  • the laser irradiation unit 30 is controlled by an electric signal system 31 supplied from the control unit 310.
  • the laser beam 30L may be incident on the fuel occlusion body 25a vertically or obliquely.
  • the control unit 310 transmits a control signal for controlling the laser irradiation unit 30 based on an instruction from an instruction device (not shown).
  • the control unit 310 may control the laser emission of the laser irradiation unit 30 based on the pressure detected by a pressure sensor (not shown) provided in the combustion container 10 or the temperature detected by the temperature sensor.
  • the cylindrical body 26 may be removed from the transfer unit 22 and the fuel storage body 25a may be exposed between the storage unit 21 and the combustion container 10. Even if a part of the fuel storage body 25a is exposed, the ionic liquid 40 is hard to evaporate from the fuel storage body 25a and is stored in the fuel storage body 25a.
  • the accommodating portion 21 may be removed from the fuel supply source 20.
  • the fuel supply source 20 includes a fuel storage body 25a, for example, a cylindrical body at a position where the fuel storage body 25a including the ionic liquid 40 supplied into the combustion container 10 can be irradiated with the laser light 30L. It is attached in the part 10b.
  • FIG. 2 (a) is a schematic cross-sectional view showing the operation of the injection device according to the present embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic graph showing the relationship between the combustion time of the injection apparatus according to the present embodiment and the control signal supplied to the laser irradiation unit 30.
  • shaft of FIG.2 (b) is represented by the standard value (N.U.).
  • the fuel storage body 25a absorbs the energy of the laser light 30L as heat.
  • the ionic liquid 40 is heated by the heating effect, and after the vapor phase component is generated, the ionic liquid 40 is thermally decomposed. Ignite.
  • the high pressure gas G generated in the combustion container 10 is injected in the direction of the arrow J from the gas injection port 10j.
  • the fuel storage body 25a heats the energy of the laser light 30L for a while.
  • the ionic liquid 40 is heated by the heating effect and the ionic liquid 40 is thermally decomposed and ignited, the pressure in the combustion container 10 rapidly increases. This rapid pressure rise produces high pressure gas G.
  • the pressure in the combustion container 10 gradually attenuates after the irradiation of the laser light 30L to the fuel storage body 25a is cut off (OFF).
  • the generation amount of the high-pressure gas G can be controlled by adjusting the time from ON to OFF and the light emission amount of the laser irradiation unit 30.
  • the heat heated by the thermal decomposition of the ionic liquid 40 is absorbed by the thermal decomposition near the fuel storage body 25a, and heated on the exposed surface of the fuel storage body 25a. Harmony with endotherm occurs. Thereby, the thermal damage of the fuel storage body 25a is relieved.
  • carbon fiber when used as the fuel occlusion body 25a, the energy of the laser beam 30L is absorbed by the carbon fiber at a pinpoint, and the ionic liquid 40 is efficiently ignited by the absorbed heat.
  • carbon fiber has high heat resistance and is less susceptible to thermal degradation.
  • the injection device 100 functions as a pulse combustion thruster.
  • the fuel agent is transferred from the accommodating portion 21 to the combustion container 10 by the capillary phenomenon of the fuel storage body 25a, so that the high-pressure gas that feeds the fuel agent into the combustion container 10 No mechanism is required.
  • the injection device 100 becomes smaller than an injection device that requires a high-pressure gas mechanism.
  • the ionic liquid 40 is used instead of hydrazine as a fuel agent. This eliminates the need for safeguards such as fuel agent poisoning and ignitability countermeasures, thereby reducing costs.
  • the ionic liquid 40 is used as the fuel agent, and no inert solvent is used.
  • the chemical potential of the ionic liquid 40 can be effectively utilized, and the propulsion performance is greatly improved as compared with the fuel agent using an inert solvent as the fuel agent.
  • the ionic liquid 40 when the ionic liquid 40 is accommodated in the accommodating portion 21, the ionic liquid 40 can be used as a fuel source for a long time.
  • the injection device 100 since the ionic liquid 40 is ignited by the laser light 30L, a catalyst for igniting the fuel agent becomes unnecessary. Thereby, the lifetime of the injection device 100 does not depend on the lifetime of the catalyst.
  • the thermal reaction of the ionic liquid 40 occurs only when the laser beam 30L is irradiated, and the thermal reaction of the ionic liquid 40 stops when the irradiation of the laser beam 30L is cut off.
  • the amount of gas released from the combustion vessel 10 is accurately controlled by the output of the pulse laser, the number of pulses, the pulse width and the like. That is, the amount of the injected gas discharged from the combustion container 10 is accurately controlled by the integral value based on the irradiation time of the laser light output.
  • the laser beam 30L is a pulsed laser beam instead of continuous light, excessive heating of the fuel occlusion body 25a is suppressed, and thermal deterioration of the fuel occlusion body 25a is suppressed.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an injection device according to Modification 1 of the present embodiment.
  • the fuel occlusion body that occludes the ionic liquid 40 may be provided in at least a part of the transfer unit 22.
  • the transfer unit 22 includes a fuel storage body 25 b, a cylindrical body 26, and a stopper jig 27.
  • the fuel storage body 25b is configured to be thinner than the fuel storage body 25a.
  • the fuel occlusion body 25b is supported by the stopper jig 27 so that the fuel occlusion body 25b is not deformed toward the accommodating portion 21 due to a rapid pressure increase in the combustion container 10 during combustion.
  • the stop jig 27 has a net shape, and the ionic liquid 40 comes into contact with the fuel storage body 25 b via the stop jig 27.
  • the injection device 101 shown in FIG. 3 by adjusting the volume of the fuel storage body 25b, thermal diffusion in the fuel storage body when the exposed surface 25E of the fuel storage body 25b is irradiated with the laser light 30L is suppressed.
  • the temperature of the fuel storage body at the time of laser irradiation is set to an optimum ignition temperature.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an injection device according to Modification 2 of the present embodiment.
  • the laser irradiation unit 30 can emit a plurality of laser beams 30L. That is, in this embodiment, the laser irradiation unit 30 has at least one laser light source, and emits a plurality of laser beams 30L by a laser splitter or the like (not shown).
  • the amount of the injection gas released from the combustion container 10 can be adjusted also by the number of the laser beams 30L.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an injection device according to Modification 3 of the present embodiment.
  • the laser irradiation unit 30 includes a position changing mechanism 301 that can change the position where the laser light 30L is irradiated onto the fuel storage body 25a.
  • the position changing mechanism 301 has a laser deflection mechanism or the like in which a plurality of rotating mirrors that bend the traveling direction of the laser beam are combined, and the laser beam 30L vibrates in the YZ axis plane or in the XY axis plane. (Vibration angle ⁇ ).
  • the laser irradiation unit 30 since the laser irradiation unit 30 has the position changing mechanism 301, it is possible to avoid the laser light 30L from being irradiated to the same position of the fuel storage body 25a, and thermal deterioration of the fuel storage body 25a. Is suppressed.
  • a propulsion system including any of the injection devices 100 to 103 is provided.
  • propulsion systems include artificial satellites, rockets, space ships, and aircraft.

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Abstract

【課題】低毒性の燃料剤を使用し、小型であって、触媒の寿命に左右されない噴射装置を提供することにある。 【解決手段】噴射装置は、燃焼容器と、燃料供給源と、レーザ照射部とを具備する。燃焼容器は、ガス噴射口を有する。燃料供給源は、燃焼容器内に供給するイオン性液体を吸蔵することが可能な燃料吸蔵体を含む。レーザ照射部は、燃料吸蔵体にレーザ光を照射することができる。これにより、イオン性液体が使用され毒性が緩和され、イオン性液体を燃焼容器に送り込むための高圧ガス機構を要さず、噴射装置が小型になり、イオン性液体をレーザによって着火するので、触媒が不要になり、噴射装置の寿命が触媒の寿命によって左右されなくなる。

Description

噴射装置及び推進システム
　本発明は、燃焼により噴射ガスを噴射する噴射装置及び推進システムに関する。
　噴射装置としては、例えば液体燃料や気体燃料を用い、燃焼等の反応により噴射ガスを生成して噴射させる装置が一般的に知られている。一例として、宇宙機の姿勢制御、衛星投入等には、一般に液体推進系の噴射装置が使用されている。液体推進系の噴射装置に広く適用されている液体推進薬に、ヒドラジンがある。ヒドラジンは、毒性を有するものの、触媒により容易に着火させることができるため、推進系として制御しやすい（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－１５６４７７号公報
　しかしながら、ヒドラジンは、そもそも毒性を有する。また、この種の噴射装置では、液体燃料剤を燃焼室に送り込むための高圧ガス機構が必要となるため、必然的に噴射装置が大型になる。また、上述したように、液体燃料剤を着火させるには触媒が必要になる。触媒は、燃焼温度によっては被毒し、噴射装置の寿命が触媒の寿命によって左右される場合がある。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低毒性の燃料を使用し、小型であって、触媒の寿命に左右されない噴射装置及び推進システムを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る噴射装置は、燃焼容器と、燃料供給源と、レーザ照射部とを具備する。
　燃焼容器は、ガス噴射口を有する。
　燃料供給源は、燃焼容器内に供給するイオン性液体を吸蔵することが可能な燃料吸蔵体を含む。
　レーザ照射部は、燃料吸蔵体にレーザ光を照射することができる。
　また、推進システムは、上記の噴射装置を具備する。
　以上述べたように、本発明によれば、低毒性の燃料を使用し、小型であって、触媒の寿命に左右されない噴射装置及び推進システムが提供される。
本実施形態に係る噴射装置の模式的断面図である。 図（ａ）は、本実施形態に係る噴射装置の動作を示す模式的断面図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る噴射装置の燃焼時の時間と燃焼容器内の圧力との関係を示す概略的グラフ図である。 本実施形態の変形例１に係る噴射装置の模式的断面図である。 本実施形態の変形例２に係る噴射装置の模式的断面図である。 本実施形態の変形例３に係る噴射装置の模式的断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
　図１は、本実施形態に係る噴射装置の模式的断面図である。
　図１には、噴射装置１００の概略的な構成が示されている。図１では、燃焼容器１０のノズル部１０ｎから蓋部１０ｃに向かう方向をＺ軸方向、レーザ照射部３０から燃料供給源２０に向かう方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＸ軸方向としている。
　図１に示す噴射装置１００は、燃焼容器１０と、燃料供給源２０と、レーザ照射部３０とを具備する。噴射装置１００は、例えば、ガス噴射口１０ｊから噴射ガスを噴射するガス噴射装置として用いられる。
　燃焼容器１０は、例えば、筒状の金属製容器である。燃焼容器１０の内部は、中空状である。燃焼容器１０は、蓋部１０ｃと、筒状体部１０ｂと、ノズル部１０ｎとを有する。筒状体部１０ｂは、蓋部１０ｃに連結され、ノズル部１０ｎは、筒状体部１０ｂに連結される。蓋部１０ｃとノズル部１０ｎとは、筒状体部１０ｂを介して対向配置されている。例えば、ガス噴射口２０ｊから蓋部１０ｃに向かう方向は、レーザ照射部３０から燃料供給源２０に向かう方向に直交する。ノズル部１０ｎには、例えば、蓋部１０ｃから離れるにつれテーパ状に広がる空間が形成されている。この空間は、燃焼容器１０のガス噴射口１０ｊとして機能する。
　燃焼容器１０を上方から見た場合の外形は、例えば、円形状である。燃焼容器１０の外形は、円形状に限らず、三角形、四角形等の多角形でもよい。燃焼容器１０の外径は、一例として、５０ｍｍ以下であり、燃焼容器１０の長さは、１００ｍｍ以下に構成されている。
　燃料供給源２０は、収容部２１と、移送部２２とを有する。収容部２１は、イオン性液体４０を収容する小型の容器である。収容部２１は、例えば、金属材、無機材、有機樹脂、無機樹脂等のいずれかで構成されている。図１の例では、球体の収容部２１が示されている。収容部２１は、直方体でもよく、チューブ体でもよい。
　但し、収容部２１が有機樹脂、無機樹脂等のフレキシブル材で構成されている場合、噴射装置１００が宇宙空間に置かれた場合に収容部２１に空気が存在すると、収容部２１内の空気の自発的な膨脹が予想される。このため、噴射装置１００を宇宙空間で使用する場合には、収容部２１に空気が存在していないことが望ましい。
　移送部２２は、燃焼容器１０と収容部２１との間に設けられる。移送部２２は、筒状体２６と、筒状体２６内に配置された燃料吸蔵体２５ａとを有する。移送部２２は、Ｙ軸方向において、一方の側が筒状体部１０ｂに取り付けられ、他方の側が収容部２１に接続されている。なお、移送部２２の一方の側は、筒状体部１０ｂに限らず、蓋部１０ｃに取り付けられてよい。但し、この場合には、燃料吸蔵体２５ａがレーザ光３０Ｌによって照射される配置構成が必要になる。
　燃料吸蔵体２５ａは、Ｙ軸方向において、一方の側が燃焼容器１０内に露出され、他方の側がイオン性液体４０に接する。燃料吸蔵体２５ａは、供給されるイオン性液体４０を保持できるものならば制限はないが、例えば、炭素繊維、セラミック多孔質体、合成樹脂繊維等が好ましく使用できる。例えば、炭素繊維の一例としては、カーボンウール等が適用される。
　燃料吸蔵体２５ａは、例えば、炭素繊維間（または、多孔質体）の毛細管現象によって燃料吸蔵体２５ａを収容部２１から吸収することができる。さらに、燃料吸蔵体２５ａがイオン性液体４０を吸収した後において、イオン性液体４０の密度が収容部２１側よりも燃焼容器１０側の低くなった場合には、毛細管現象によって、イオン性液体４０が収容部２１側から燃焼容器１０側に自発的に浸透移動する。このようなイオン性液体４０の自発的な移動により、移送部２２は、収容部２１から燃焼容器１０にイオン性液体４０を移送することができる。
　イオン性液体４０は、融点１００℃以下の塩で、室温で液体として存在しているものが好ましく、例えば、共融型イオン性液体である。例えば、イオン性液体４０は、アンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）／メチルアミン硝酸塩／尿素を含む。それぞれの配合比は、例えば、６０ｗｔ％／３０ｗｔ％／１０ｗｔ％である。その他、イオン性液体４０は、例えば「イオン液体を用いた高性能低毒性推進剤の研究開発」（宇宙航空研究開発機構研究開発報告 JAXA-RR-15-004）、特開2002-020191号公報、特開2015-218096号公報に記載の態様で使用することができる。
　レーザ照射部３０は、燃料吸蔵体２５ａに対向配置される。例えば、Ｙ軸方向において、レーザ照射部３０は、燃料供給源２０に並ぶ。これにより、レーザ照射部３０から発せられたレーザ光３０Ｌが効率よく燃料吸蔵体２５ａの露出面２５Ｅに照射される。レーザ光３０Ｌは、例えば、パルスレーザ光である（波長：９８０ｎｍ、４Ｗ、ビーム径１０ｍｍ）。レーザ照射部３０は、制御部３１０から供給される電気信号系３１によって制御されている。レーザ光３０Ｌは、燃料吸蔵体２５ａに垂直に入射されてもよく、斜めに入射されてもよい。制御部３１０は、不図示の指示装置の指示に基づいて、レーザ照射部３０を制御する制御信号を送信する。なお、制御部３１０は、燃焼容器１０内に設けられた不図示の圧力センサの検知した圧力や温度センサの検知した温度によりレーザ照射部３０のレーザ発光を制御するようにしてもよい。
　また、噴射装置１００においては、移送部２２から筒状体２６を取り除き、燃料吸蔵体２５ａを収容部２１と燃焼容器１０との間で露出させてもよい。燃料吸蔵体２５ａの一部を露出させても、イオン性液体４０は、燃料吸蔵体２５ａから蒸発しにくく、燃料吸蔵体２５ａに貯蔵されることになる。
　また、噴射装置１００を短期間で使用する場合には、燃料供給源２０から収容部２１を取り除いてもよい。この場合、燃料供給源２０は、燃料吸蔵体２５ａを含み、例えば、燃焼容器１０内に供給されるイオン性液体４０を含んだ燃料吸蔵体２５ａがレーザ光３０Ｌに照射され得る位置において筒状体部１０ｂ内に取り付けられる。
　噴射装置１００の動作の一例を説明する。
　図２（ａ）は、本実施形態に係る噴射装置の動作を示す模式的断面図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係る噴射装置の燃焼時の時間とレーザ照射部３０に供給される制御信号の関係を示す概略的グラフ図である。なお、図２（ｂ）の縦軸は、規格値（N.U.）で表されている。
　図２（ａ）に示すように、レーザ照射部３０からレーザ光３０Ｌを燃料吸蔵体２５ａの露出面に照射すると、燃料吸蔵体２５ａがレーザ光３０Ｌのエネルギーを熱として吸収する。この吸収された熱が燃料吸蔵体２５ａに浸透されたイオン性液体４０に伝熱すると、イオン性液体４０が加熱効果により昇温し、気相成分が発生した後にイオン性液体４０が熱分解し着火する。これにより、燃焼容器１０内で発生した高圧ガスＧがガス噴射口１０ｊから矢印Ｊの方向に噴射する。
　例えば、図２（ｂ）に示すように、レーザ光３０Ｌが燃料吸蔵体２５ａの露出面２５Ｅにパルス照射されると（ＯＮ）、しばらくの間は燃料吸蔵体２５ａがレーザ光３０Ｌのエネルギーを熱として吸収し、イオン性液体４０が加熱効果により昇温しイオン性液体４０が熱分解し着火すると、燃焼容器１０内の圧力が急減に上昇する。この急激な圧力上昇によって高圧ガスＧが生み出される。燃焼容器１０内の圧力は、レーザ光３０Ｌの燃料吸蔵体２５ａへの照射を断ち切った後に（ＯＦＦ）、徐々に減衰する。なお、高圧ガスＧの発生量は、ＯＮからＯＦＦまでの時間及びレーザ照射部３０の発光量を調整することにより制御可能である。
　燃焼時には、燃料吸蔵体２５ａは加熱されるものの、燃料吸蔵体２５ａ付近で、イオン性液体４０が熱分解することで加熱された熱が熱分解によって吸熱され、燃料吸蔵体２５ａの露出面において加熱と吸熱との調和が起こる。これにより、燃料吸蔵体２５ａの熱的損傷が緩和される。
　特に、燃料吸蔵体２５ａとして炭素繊維を用いた場合、レーザ光３０Ｌのエネルギーがピンポイントで炭素繊維に吸収されて、吸収された熱によってイオン性液体４０が効率よく着火する。また、炭素繊維は、耐熱性が高く、熱劣化が起きにくい。
　また、燃焼により、燃料吸蔵体２５ａの露出面においてイオン性液体４０が消費されると、燃料吸蔵体２５ａの露出面におけるイオン性液体４０の密度が相対的に低くなる。しかし、燃料吸蔵体２５ａの毛細管現象によって、再び、燃料吸蔵体２５ａの露出面にイオン性液体４０が補充される。すなわち、収容部２１から燃料吸蔵体２５ａの露出面にイオン性液体４０が移送される。この燃焼動作の繰り返しにより、噴射装置１００は、パルス燃焼スラスタとして機能する。
　このように、本実施形態に係る噴射装置１００によれば、燃料剤が燃料吸蔵体２５ａの毛細管現象によって収容部２１から燃焼容器１０に移送されるので、燃料剤を燃焼容器１０に送り込む高圧ガス機構を必要としない。これにより、噴射装置１００は、高圧ガス機構を必要とする噴射装置に比べてより小型になる。
　また、噴射装置１００では、燃料剤としてヒドラジンを用いず、イオン性液体４０を用いる。これにより、燃料剤の毒対策、発火性対策等の安全に係る防護措置が不要になり、低コスト化が実現する。
　また、噴射装置１００では、燃料剤としてイオン性液体４０を用い、不活性な溶媒を用いない。これにより、イオン性液体４０の化学ポテンシャルを有効に活用でき、燃料剤として不活性な溶媒を用いた燃料剤に比べて推進性能が大きく向上する。
　また、噴射装置１００では、イオン性液体４０を収容部２１に収容した場合は、長時間にわたりイオン性液体４０を燃料源として用いることができる。
　また、噴射装置１００では、イオン性液体４０をレーザ光３０Ｌによって着火するので、燃料剤を着火するための触媒が不要になる。これにより、噴射装置１００の寿命は、触媒の寿命によって左右されなくなる。
　また、噴射装置１００では、レーザ光３０Ｌの照射時のみ、イオン性液体４０の熱反応が起こり、レーザ光３０Ｌの照射を断つとイオン性液体４０の熱反応が停止する。パルスレーザの出力、パルス数、パルス幅等によって、燃焼容器１０から放出されるガス量が精度よく制御される。つまり、レーザ光出力の照射時間による積分値で燃焼容器１０から放出される噴射ガスの量が精度よく制御される。
　また、レーザ光３０Ｌを連続光でなくパルスレーザ光を採用した場合には、燃料吸蔵体２５ａの過剰な加熱が抑制されて、燃料吸蔵体２５ａの熱劣化が抑制される。
　本実施形態に係る噴射装置の変形例を以下に説明する。
　（変形例１）
　図３は、本実施形態の変形例１に係る噴射装置の模式的断面図である。
　イオン性液体４０を吸蔵する燃料吸蔵体は、移送部２２の少なくとも一部に設けられてもよい。例えば、図３に示す噴射装置１０１においては、移送部２２が燃料吸蔵体２５ｂと、筒状体２６と、止冶具２７とを有する。
　ここで、燃料吸蔵体２５ｂは、燃料吸蔵体２５ａよりも薄く構成されている。このため、燃焼時の燃焼容器１０内の急激な圧力上昇によって燃料吸蔵体２５ｂが収容部２１側に変形しないように、燃料吸蔵体２５ｂが止冶具２７により支持されている。止冶具２７は網状になっており、イオン性液体４０は、止冶具２７を介して燃料吸蔵体２５ｂに接触する。
　図３に示す噴射装置１０１によれば、燃料吸蔵体２５ｂの体積を調整することにより、燃料吸蔵体２５ｂの露出面２５Ｅにレーザ光３０Ｌが照射されたときの燃料吸蔵体内での熱拡散が抑制されて、レーザ照射時の燃料吸蔵体の温度が最適な着火温度に設定される。
　（変形例２）
　図４は、本実施形態の変形例２に係る噴射装置の模式的断面図である。
　図４に示す噴射装置１０２においては、レーザ照射部３０が複数のレーザ光３０Ｌを放出することができる。すなわち、本実施形態において、レーザ照射部３０は、少なくとも1つレーザ光源を有し、不図示のレーザスプリッタ等により複数のレーザ光３０Ｌを放出する。
　このような噴射装置１０２によれば、レーザ照射部３０が少なくとも1つレーザ光源を有するので、レーザ光３０Ｌの数によっても、燃焼容器１０から放出される噴射ガスの量を調整することができる。
　（変形例３）
　図５は、本実施形態の変形例３に係る噴射装置の模式的断面図である。
　図５に示す噴射装置１０３においては、レーザ照射部３０は、レーザ光３０Ｌが燃料吸蔵体２５ａに照射される位置を変更することが可能な位置変更機構３０１を有する。例えば、位置変更機構３０１は、レーザ光の進行方向を曲げる複数の回転ミラーが組み合わされたレーザ偏向機構等を有し、レーザ光３０ＬがＹＺ軸平面において振動したり、ＸＹ軸平面において振動したりする（振動角θ）。
　このような噴射装置１０３によれば、レーザ照射部３０が位置変更機構３０１を有するので、燃料吸蔵体２５ａの同じ位置にレーザ光３０Ｌが照射されることが避けられ、燃料吸蔵体２５ａの熱劣化が抑制される。
　さらに、本実施形態では、噴射装置１００～１０３のいずれかを具備する推進システムが提供される。推進システムとしては、人工衛星、ロケット、宇宙船、航空機等があげられる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。
　１０…燃焼容器
　１０ｎ…ノズル部
　１０ｃ…蓋部
　１０ｂ…筒状体部
　１０ｊ…ガス噴射口
　２０…燃料供給源
　２１…収容部
　２２…移送部
　２５ａ、２５ｂ…燃料吸蔵体
　２５Ｅ…露出面
　２６…筒状体
　２７…止冶具
　３０…レーザ照射部
　３０Ｌ…レーザ光
　３０１…位置変更機構
　３１…電気信号系
　３１０…制御装置
　４０…イオン性液体
　１００、１０１、１０２，１０３…噴射装置

Claims (7)

  1. 　ガス噴射口を有する燃焼容器と、
    　前記燃焼容器内に供給するイオン性液体を吸蔵することが可能な燃料吸蔵体を含む燃料供給源と、
    　前記燃料吸蔵体にレーザ光を照射することが可能なレーザ照射部と
    　を具備する噴射装置。
  2. 　請求項１に記載の噴射装置であって、
    　前記燃料供給源は、
    　前記イオン性液体を収容する収容部と、
    　前記収容部から前記燃焼容器に前記イオン性液体を移送する移送部と
    　を有し、
    　前記燃料吸蔵体は、前記移送部の少なくとも一部に設けられ、前記イオン性液体に接している
    　噴射装置。
  3. 　請求項１または２に記載の噴射装置であって、
    　前記レーザ光は、パルスレーザ光である
    　噴射装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか1つに記載の噴射装置であって、
    　前記レーザ照射部は、少なくとも1つのレーザ光源を有する
    　噴射装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか1つに記載の噴射装置であって、
    　前記レーザ照射部は、前記レーザ光が前記燃料吸蔵体に照射される位置を変更することが可能な位置変更機構を有する
    　噴射装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか1つに記載の噴射装置であって、
    　前記燃料吸蔵体は、炭素繊維を含む
    　噴射装置。
  7. 　請求項１～６のいずれかの噴射装置を具備する推進システム。
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