WO2025158751A1 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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WO2025158751A1
WO2025158751A1 PCT/JP2024/040168 JP2024040168W WO2025158751A1 WO 2025158751 A1 WO2025158751 A1 WO 2025158751A1 JP 2024040168 W JP2024040168 W JP 2024040168W WO 2025158751 A1 WO2025158751 A1 WO 2025158751A1
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WO
WIPO (PCT)
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power supply
power
anode
battery
switch
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/JP2024/040168
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English (en)
French (fr)
Inventor
芳樹 松永
科寅 張
裕樹 渡邊
宏昌 艸分
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Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Original Assignee
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Aerospace Exploration Agency JAXA filed Critical Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42—Arrangements or adaptations of power supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54—Plasma accelerators

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2024-007472, filed on January 22, 2024, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • electric propulsion devices which generate thrust to control the orbit and attitude of spacecraft such as satellites
  • spacecraft such as satellites
  • electric propulsion devices require less propulsion gas on board spacecraft, and as such are increasingly being adopted not only for deep space exploration satellites and geostationary satellites, but also for constellation satellites operating in low orbit.
  • electric propulsion systems particularly those using Hall thrusters, has been growing rapidly. This is due to the advantage that Hall thruster systems generate a high amount of thrust per unit of power.
  • Hall thrusters generate thrust by ionizing a specific gas, such as xenon, to create plasma, accelerating the ions extracted from the plasma, and then propelling them into space.
  • a power processing unit PPU
  • the Hall thruster supplies power to the Hall thruster to generate a discharge, which then extracts ions from the plasma.
  • the power required to operate the Hall thruster is supplied to the power processing unit via a power controller from, for example, a solar panel (photovoltaic power generation device) or a battery. Therefore, the power available to the Hall thruster depends on the power generated by the spacecraft. However, it is generally more difficult to increase the propulsion efficiency of a Hall thruster with lower power consumption.
  • low-power Hall thrusters ranging from several tens to several hundred watts, do not have a particularly high thrust-to-power ratio, which represents the thrust generated per unit of power, or a specific impulse, which corresponds to fuel consumption and gas consumption.
  • small spacecraft that do not generate much power have no choice but to choose low-power Hall thrusters, which do not have high propulsion efficiency.
  • small spacecraft equipped with low-power Hall thrusters have little advantage over Hall thrusters in terms of the reduced propulsion gas consumption and high thrust generated per watt, which can limit the missions in which they can demonstrate their superiority over spacecraft equipped with other propulsion systems.
  • high-power Hall thruster In order to equip a small spacecraft with a Hall thruster of a power level capable of achieving the high thrust-to-power ratio and high propulsion efficiency inherent in Hall thrusters (hereinafter referred to as a "high-power Hall thruster"), it is possible to adopt an intermittent operation method, in which the power controller operates the Hall thruster by supplying power from a battery, such as a system power supply for operating the spacecraft's systems, to the power processing unit for a short period of time, and then waits until the battery is charged before supplying power to the power processing unit.
  • a battery such as a system power supply for operating the spacecraft's systems
  • the power processing unit for supplying power from a short period of time, and then waits until the battery is charged before supplying power to the power processing unit.
  • adopting an intermittent operation method requires that the battery and power controller have high power.
  • the power processing unit is also configured to handle high power.
  • the power processing unit is composed of multiple power sources, such as an anode power supply, keeper power supply, heater power supply, and coil power supply, as well as a power control unit.
  • This power processing unit accounts for a large proportion of the weight and cost of the Hall thruster system. For this reason, even if high propulsion efficiency is achieved by equipping a small spacecraft with a high-power Hall thruster, the overall advantages may be reduced.
  • anode power supply miniaturization includes a technique that employs a resonant converter as the anode power supply (e.g., Patent Document 1) and a technique that suppresses the discharge instability specific to Hall thrusters by varying the output voltage of the anode power supply at high frequency, thereby miniaturizing the filter included in the anode power supply (e.g., Patent Document 2).
  • Another proposal is to eliminate (delete) the heater power supply for the hollow cathode of the Hall thruster among the multiple power sources that make up the power processing unit, and instead apply a high-voltage pulse generated by a keeper power supply to initiate discharge in the hollow cathode (e.g., Patent Document 3).
  • a high-voltage pulse generated by a keeper power supply to initiate discharge in the hollow cathode.
  • electrons are powerfully drawn from the hollow cathode by a high-voltage pulse generated by the keeper power supply, rather than heating the electron-emitting material with a heater power supply, generating discharge and plasma between the hollow cathode and the keeper electrode.
  • the anode power supply which is an essential power source for accelerating and ejecting gas in a Hall thruster, is miniaturized, which can create other issues in ensuring the performance of the Hall thruster system, such as the need to improve the power density of the anode power supply.
  • the present invention was made based on the above-mentioned recognition of the problem, and aims to provide a power supply device that can supply power to an electric propulsion device more efficiently.
  • one aspect of the present invention is a power supply device that supplies power to an electric propulsion device that generates thrust for a spacecraft, and is equipped with a plurality of batteries, a first switch unit provided in a plurality corresponding to each pair of adjacent batteries, which switches the connection between the corresponding two batteries between a series connection and a parallel connection, and a second switch unit which switches whether to connect a power supply source to each of the batteries.
  • One aspect of the present invention provides a power supply device that can more efficiently supply power to an electric propulsion device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a Hall thruster system including a power processing unit having a power supply device according to an embodiment.
  • 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a power supply device according to a first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the operation of the power supply device according to the first embodiment.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating another example of use and configuration of the power supply device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a power supply device according to a second embodiment.
  • the power supply device of the present invention is applied to an electric propulsion system.
  • the electric propulsion system may be a Hall thruster system including a Hall thruster, or an ion engine system including an ion engine.
  • the electric propulsion system is a Hall thruster system including a Hall thruster.
  • a Hall thruster is an electric propulsion device that generates thrust to control the trajectory and attitude of a spacecraft as it moves through space by ionizing a specific gas (propulsion gas) such as xenon, creating plasma, accelerating the ions extracted from the plasma, and then ejecting them into space.
  • the propulsion gas may be, for example, krypton, argon, nitrogen, oxygen, vaporized iodine, water, or other gases.
  • a spacecraft employing a Hall thruster system may be an artificial satellite that moves along a predetermined orbit above the surface of the Earth or the surface of another celestial body or object, or it may be an observation satellite that travels out to observe other celestial bodies or objects (and may then return to Earth).
  • Other celestial bodies include planets other than Earth, such as Mars and Venus, moons such as the Moon and Titan, and asteroids such as Itokawa and Ryugu.
  • Other objects include rocks, etc.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a Hall thruster system including a power processing unit with a power supply device according to an embodiment.
  • the Hall thruster system 1 includes, for example, a Hall thruster 10 and a power processing unit (PPU) 20.
  • PPU power processing unit
  • FIG. 1 illustrates an example of the Hall thruster 10 as viewed from the side where ions extracted from a propulsion gas by plasma are ejected into space.
  • (b) of FIG. 1 illustrates an example of a cross-sectional view of the Hall thruster 10 shown in (a) of FIG. 1 along the line A-A', and an example of the connection between the Hall thruster 10 and the power processing unit 20.
  • (c) of FIG. 1 illustrates an example of the configuration of the Hall thruster system 1.
  • the Hall thruster 10 has a hollow cathode 15 located in the center of a cylindrical housing, and an internal electromagnet 14a, a channel 11, and an external electromagnet 14b arranged in this order in a ring shape from the center toward the periphery.
  • electromagnet 14 when there is no need to distinguish between the internal electromagnet 14a and the external electromagnet 14b, they will simply be referred to as "electromagnet 14.”
  • the channel 11 is formed as a groove that runs along the electromagnet 14, and the periphery of the groove is surrounded by a wall 13 made of, for example, ceramic.
  • An anode 12 is located at the bottom of the groove that forms the channel 11.
  • FIG. 1(c) also shows the components of the spacecraft related to the Hall thruster system 1. More specifically, it shows a power controller 100 that supplies power to each component (not shown) of the spacecraft, including the power processing unit 20, and a solar cell 120 and a battery 140 that output or store the original power supplied by the power controller 100 to each component (not shown).
  • the power controller 100 controls the supply of power to each component of the spacecraft.
  • the power controller 100 supplies power to each component, for example, after converting it into the voltage and current values required by each component.
  • the solar cell 120 is, for example, a system power source that outputs power generated by a solar cell paddle (photovoltaic power generation device) equipped on the spacecraft.
  • Battery 140 is a storage battery of the system power supply that stores the power supplied by power controller 100 and supplies the stored power to power controller 100 in accordance with control from power controller 100.
  • Power controller 100 may supply the power output by solar cell 120 to each component of the spacecraft, or may store the power output by solar cell 120 in battery 140 and receive power from battery 140 as needed to supply power to each component of the spacecraft.
  • system power supply when there is no need to distinguish between solar cell 120 and battery 140, they will be referred to as the "system power supply.”
  • the power controller 100 (which may include the solar cell 120 and battery 140) is an example of a "power supply source.”
  • the solar cell 120 and battery 140 are examples of a "system power source.”
  • the Hall thruster 10 includes, for example, a channel portion 11, an anode 12, a wall portion 13, an electromagnet 14, and a hollow cathode portion 15.
  • the hollow cathode portion 15 includes, for example, a hollow cathode body 15a, a keeper electrode body 15b, a heater 15c, and a gas supply pipe 15d.
  • the power processing unit 20 supplies power based on the power supplied by the power controller 100 to each of the components of the Hall thruster 10.
  • the power processing unit 20 includes, for example, an anode power supply 30, a keeper power supply 40, a heater power supply 50, and a coil power supply 60.
  • the anode power supply 30, the keeper power supply 40, the heater power supply 50, and the coil power supply 60 are each a DC power supply that supplies the necessary power to the corresponding component of the Hall thruster 10.
  • Each of the anode power supply 30, keeper power supply 40, heater power supply 50, and coil power supply 60 converts the power supplied by the power controller 100 and supplies it to the corresponding component.
  • the anode power supply 30 is a DC power supply that supplies power to the anode 12.
  • the anode power supply 30 supplies power to the anode 12, for example, with a maximum voltage of 300 V and a current of 3 A. In this case, a 1 kW class Hall thruster 10 is configured.
  • the anode power supply 30 may also supply power to the anode 12 with a maximum voltage of 300 V and a current of 20 A. In this case, a 6 kW class Hall thruster 10 is configured.
  • the power supplied by the anode power supply 30 is not limited to a maximum voltage of 300 V.
  • the anode power supply 30 may supply power with a maximum voltage of 150 V or 1000 V, for example, depending on the performance of the Hall thruster 10.
  • the anode power supply 30 comprises multiple batteries B and a battery drive unit BD.
  • FIG. 1(c) shows an example of a configuration in which the anode power supply 30 includes n batteries B (n is a natural number), battery B-1 to battery B-n.
  • the anode power supply 30 stores the power supplied by the power controller 100 in each battery B and supplies the stored power to the anode 12. A more detailed description of the configuration of the anode power supply 30 will be provided later.
  • Anode power supply 30 is an example of a "power supply device.”
  • Battery B is an example of a “battery.”
  • the keeper power supply 40 is a DC power supply that supplies power to the keeper electrode body 15b.
  • the keeper power supply 40 supplies power to the keeper electrode body 15b, for example, at a voltage of 200 V and a current of 1 A. While FIG. 1(c) shows a configuration in which the negative electrode side of the keeper power supply 40 is connected to the negative electrode side of the anode power supply 30 (connected to the cathode electrode Ec connected to the hollow cathode body 15a), the negative electrode side of the keeper power supply 40 may also be connected, for example, to a dedicated electrode provided on the Hall thruster 10.
  • the keeper power supply 40 may be omitted, for example, in a configuration in which power is supplied from the anode power supply 30 to the keeper electrode body 15b.
  • the heater power supply 50 is a DC power supply that supplies power to the heater 15c.
  • the heater power supply 50 supplies, for example, power with a voltage of 100 V and a current of 1 A, power with a voltage of 10 V and a current of 10 A, or power with a voltage of 20 V and a current of 5 A to the heater 15c.
  • FIG. 1(c) shows a configuration in which the negative electrode of the heater power supply 50 is connected to the negative electrode of the anode power supply 30 (connected to the cathode electrode Ec connected to the hollow cathode main body 15a)
  • the negative electrode of the heater power supply 50 may also be connected, for example, to a dedicated electrode provided on the Hall thruster 10.
  • the heater power supply 50 may be omitted, for example, when a high-voltage pulse is applied to the keeper electrode main body 15b by the keeper power supply 40.
  • the coil power supply 60 is a DC power supply that supplies power to the electromagnets 14 (more specifically, the coils that make up the internal electromagnet 14a and the external electromagnet 14b).
  • the coil power supply 60 supplies, for example, power with a voltage of 100 V and a current of 1 A, power with a voltage of 10 V and a current of 10 A, or power with a voltage of 20 V and a current of 5 A to each electromagnet 14.
  • the keeper power supply 40, heater power supply 50, and coil power supply 60 may be, for example, DC power supplies with a fixed voltage and a fixed current, whose power output is turned on and off in accordance with control from the power controller 100 (which may be a power control unit, not shown, provided in the power processing unit 20).
  • the keeper power supply 40, heater power supply 50, and coil power supply 60 may be switching power supplies whose supplied voltage and current values are controlled in accordance with control from the power controller 100 (which may be a power control unit, not shown, provided in the power processing unit 20).
  • the hollow cathode body 15a supplies electrons to initiate operation of the Hall thruster 10 by ionizing the propellant gas supplied into the channel portion 11 and extracting ions, and is also an electron source that emits electrons to maintain plasma and electrically neutralize accelerated ions while the Hall thruster 10 is in operation.
  • the same propellant gas as that supplied to the anode 12 is supplied to the hollow cathode body 15a from the gas supply pipe 15d.
  • the hollow cathode body 15a ionizes the propellant gas supplied by the gas supply pipe 15d and emits the resulting electrons toward the channel portion 11.
  • the negative side of the anode power supply 30 is connected to the cathode electrode Ec connected to the hollow cathode body 15a.
  • FIG. 1B shows an example in which the cathode electrode Ec is disposed on the side of the housing of the Hall thruster 10 opposite the side where ions extracted from the plasma are ejected into space.
  • the hollow cathode body 15a itself (which may be part of the gas supply pipe 15d) may serve as the cathode electrode Ec.
  • a keeper electrode body 15b is disposed adjacent to the tip of the hollow cathode body 15a.
  • the hollow cathode body 15a and the keeper electrode body 15b are insulated from each other.
  • the outer periphery of the hollow cathode body 15a is covered with a heater 15c.
  • the heater electrode Eh connected to the heater 15c is connected to the positive side of a heater power supply 50.
  • the heater power supply 50 is connected between the heater 15c (heater electrode Eh) and the hollow cathode body 15a (cathode electrode Ec).
  • the heater 15c generates heat in response to the power supplied by the heater power supply 50, thereby heating components called an emitter and electron-emitting material (not shown) provided in the hollow cathode body 15a, thereby causing more electrons to be emitted from the hollow cathode body 15a.
  • the positive terminal of a keeper power supply 40 is connected to the keeper electrode Ek connected to the keeper electrode body 15b.
  • the keeper power supply 40 is connected between the keeper electrode body 15b (keeper electrode Ek) and the hollow cathode body 15a (cathode electrode Ec).
  • the anode 12 is a positive electrode that ionizes the propellant gas supplied into the channel portion 11 by the gas supply pipe 12a, extracting ions.
  • the supply of propellant gas into the channel portion 11 by the gas supply pipe 12a and the amount of propellant gas supplied are controlled, for example, by controlling the opening and closing of a valve arranged in the gas supply pipe 12a.
  • a valve power supply (not shown) may be provided in the power processing unit 20.
  • the power controller 100 may control the opening and closing of the valve arranged in the gas supply pipe 12a by controlling the voltage and current supplied to the valve from the valve power supply (not shown).
  • the positive side of the anode power supply 30 is connected to the anode electrode Ea of the anode 12.
  • FIG. 1(b) shows an example in which the anode electrode Ea is disposed at the end of the housing of the Hall thruster 10, similar to the cathode electrode Ec, but the anode 12 itself may serve as the anode electrode Ea.
  • Anode 12 is an example of a "first power supply destination.”
  • the electromagnet 14 has an anode 12 disposed therein and generates a magnetic field in an area surrounded by the wall portion 13.
  • the electromagnet 14 is configured with a coil wound around a core of magnetic material.
  • the positive side of the coil power supply 60 is connected to the coil positive electrode Em+, which is connected to the coil's positive terminal.
  • the negative side of the coil power supply 60 is connected to the coil negative electrode Em-, which is connected to the coil's negative terminal.
  • the electromagnet 14 generates a magnetic field within the channel portion 11 in accordance with the power supplied to the coil by the coil power supply 60.
  • power from the coil power supply 60 is supplied to both the coil of the internal electromagnet 14a and the coil of the external electromagnet 14b.
  • power from the coil power supply 60 is supplied to each of the coils of the internal electromagnet 14a and the external electromagnet 14b via a path that runs from the positive side of the coil power supply 60 through the coil positive electrode Em+, the positive terminal of the coil of the external electromagnet 14b, the negative terminal of the coil of the external electromagnet 14b, the positive terminal of the coil of the internal electromagnet 14a, the negative terminal of the coil of the internal electromagnet 14a, and the coil negative electrode Em-, and returns to the negative side of the coil power supply 60.
  • the coil positive electrode Em+ and the coil negative electrode Em- are not limited to being configured to correspond to the coil of the internal electromagnet 14a and the coil of the external electromagnet 14b, respectively.
  • the electromagnet 14 may be configured to include a coil positive electrode Em+ and a coil negative electrode Em- corresponding to the coil of the internal electromagnet 14a, and a coil positive electrode Em+ and a coil negative electrode Em- corresponding to the coil of the external electromagnet 14b.
  • the coil of the internal electromagnet 14a and the coil of the external electromagnet 14b may each be provided with a separate coil positive electrode Em+ and a separate coil negative electrode Em-.
  • the configuration for supplying power to each of the coils of the internal electromagnet 14a and the external electromagnet 14b is not limited to the coil power supply 60.
  • the power processing unit 20 may not be provided with a coil power supply 60 (and therefore may not be provided with a coil positive electrode Em+ and a coil negative electrode Em-).
  • the coil of the internal electromagnet 14a and the coil of the external electromagnet 14b may each be connected between the hollow cathode body 15a and the cathode electrode Ec.
  • the hollow cathode body 15a may be connected to the cathode electrode Ec via the positive terminal of the coil of the external electromagnet 14b, the negative terminal of the coil of the external electromagnet 14b, the positive terminal of the coil of the internal electromagnet 14a, and the negative terminal of the coil of the internal electromagnet 14a, thereby supplying power to each of the coils of the internal electromagnet 14a and the external electromagnet 14b.
  • the electromagnet 14 generates a magnetic field in the channel portion 11 corresponding to the power supplied to the coil by passing the same current through the coil as when the hollow cathode body 15a extracts ions from the propulsion gas supplied to the plasma in the channel portion 11.
  • the anode 12 and hollow cathode body 15a are insulated from each other.
  • a magnetic field is generated within the channel portion 11 by the electromagnet 14, and a high voltage is applied to the anode 12 using power supplied by the anode power supply 30. This occurs in this order, in reverse order, or simultaneously.
  • a discharge occurs between the anode 12 and the hollow cathode body 15a. This discharge ionizes the propulsion gas supplied from the gas supply pipe 12a into the channel portion 11, generating plasma.
  • the potential gradient within the generated plasma accelerates and extracts ions from the plasma, which are then ejected from the channel portion 11 into space.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the power supply device (anode power supply 30) according to the first embodiment.
  • FIG. 2 also shows the anode 12 to which the anode power supply 30 supplies power, and the power controller 100 from which the anode power supply 30 receives power.
  • the anode power supply 30 includes, for example, six batteries B (batteries B-1 to B-6), five switches 31 (switches 31-1 to 31-5), a switch 32, a switch 33, a resistor 34, a switch 35, six diodes 36 (diodes 36-1 to 36-6), and a diode 37.
  • Each of batteries B-1 to B-6 is a storage battery that stores the power supplied by the power controller 100.
  • Each of switches 31-1 to 31-5 corresponds to two adjacent batteries B and is a switch for exclusively switching the connection between the two corresponding batteries B.
  • Each of switches 31-1 to 31-5 is, for example, a mechanical contact switch.
  • Each of switches 31-1 to 31-5 switches the connection between the two corresponding batteries B between either a series connection or a parallel connection.
  • switch 31-1 corresponds to batteries B-1 and B-2 and connects the positive terminal of battery B-1 to the negative terminal of battery B-2, thereby connecting batteries B-1 and B-2 in series, and connects the negative terminals of batteries B-1 and B-2 together, thereby connecting batteries B-1 and B-2 in parallel.
  • switch 31-2 corresponds to batteries B-2 and B-3 and, like switch 31-1, connects batteries B-2 and B-3 in series or in parallel.
  • each of switches 31-3 to 31-5 The same applies to each of switches 31-3 to 31-5.
  • the switching of the connection of the corresponding battery B in each of switches 31-1 to 31-5 is controlled, for example, by a battery drive unit BD.
  • the battery drive unit BD controls each switch 31 so that the batteries B are connected in parallel, and when outputting the power stored in the battery B to operate the Hall thruster 10, it controls each switch 31 so that the batteries B are connected in series.
  • Each of switches 31-1 to 31-5 is an example of a "first switch unit.”
  • the switch 32 is a switch for exclusively switching the components connected to both ends of the battery B. More specifically, the switch 32 switches between connecting the power controller 100 to both ends of each of the parallel-connected batteries B-1 to B-6, or connecting the anode 12 between the positive terminal of the final-stage battery B-6 in the series connection and the negative terminal of the first-stage battery B-1 in the series connection.
  • the switch 32 is, for example, a mechanical contact switch.
  • the connection destination of the switch 32 is controlled, for example, by the battery drive unit BD simultaneously with each of the switches 31-1 to 31-5.
  • the battery drive unit BD controls the switch 32 so that the power controller 100 is connected to both ends of each parallel-connected battery B when charging each battery B with power supplied by the power controller 100, and controls the switch 32 so that the anode 12 is connected to both ends of the series-connected batteries B-1 to B-6 when outputting the power stored in the battery B to operate the Hall thruster 10.
  • the switch 32 also functions to isolate the power controller 100 from the operating Hall thruster 10. This is because, in Hall thrusters, including the Hall thruster 10, noise is generally generated when a discharge occurs between the anode 12 and the hollow cathode body 15a.
  • the switch 32 disconnects the respective batteries B from the power controller 100, for example, by the battery drive unit BD controlling the switch 32 simultaneously with each of the switches 31-1 to 31-5. This prevents the anode power supply 30 from being affected by noise generated by a discharge between the anode 12 and the hollow cathode body 15a, which may find its way into the power controller 100.
  • Anode power supplies in conventional Hall thruster systems can also isolate the power controller from an operating Hall thruster.
  • the DC power supplied by the power controller is converted to AC power using a switching circuit or the like, voltage-converted (boosted) using a transformer or the like, and then rectified using a rectifier circuit or the like to convert it back to DC power before supplying it to the anode.
  • the power controller 100 can be isolated from each battery B by simply switching the switch 32.
  • the power controller 100 can be isolated from the anode 12. This allows for isolation between the power controller 100 and the operating Hall thruster 10 with a simpler configuration than conventional anode power supplies.
  • the anode power supply 30 can obtain the power to be supplied to the anode 12 as DC power without converting the DC power supplied by the power controller 100 to AC power.
  • Switch 32 is an example of a "second switch unit.”
  • the positive terminal of the final-stage battery B-6 connected in series is an example of a "first positive terminal”
  • the negative terminal of the first-stage battery B-1 connected in series is an example of a "first negative terminal.”
  • Switch 33 is disposed between the positive terminal of each battery B and power controller 100, and is a switch for controlling the charging of each battery B with the power supplied by power controller 100.
  • Switch 33 is a semiconductor switch composed of a semiconductor switching element such as an N-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET).
  • Figure 2 also shows a parasitic diode (so-called body diode) that is generally included in metal oxide semiconductor field effect transistors.
  • the gate terminal of the semiconductor switching element that constitutes switch 33 is controlled (a control voltage or control current is applied) by battery drive unit BD. In other words, switch 33 is controlled to either an on or off state by battery drive unit BD.
  • the battery drive unit BD controls switch 33 to the ON state when charging each battery B with power supplied by the power controller 100, and controls switch 33 to the OFF state when the voltage value corresponding to the power stored in each battery B becomes the voltage value corresponding to the power supplied (output) by the power controller 100, that is, when charging of each battery B is complete.
  • switch 33 When controlled to the ON state, switch 33 also functions to limit the current flowing from the power controller 100 to each battery B.
  • Switch 33 is an example of a "fourth switch unit.”
  • Resistor 34 is a resistive element that limits the current flowing from power controller 100 to each battery B when the power supplied by power controller 100 is charged to each battery B. Resistor 34 limits the current flowing from power controller 100 to each battery B (decreases the current value) the smaller the difference between the voltage value corresponding to the power output by power controller 100 and the voltage value corresponding to the power stored in each battery B, that is, the closer each battery B is to being fully charged. This allows the anode power supply 30 to improve safety when charging each battery B with the power controller 100. Resistor 34 may be omitted from the anode power supply 30.
  • the configuration combining resistor 34 and switch 33 is also an example of a "fourth switch unit.”
  • Switch 35 is disposed between the positive terminal of battery B-6, the final stage of the series connection, and the anode electrode Ea of anode 12. It controls the voltage value corresponding to the power supplied to anode 12 from series-connected batteries B-1 through B-6 so that it does not suddenly reach its maximum value when operating Hall thruster 10.
  • the maximum voltage value corresponding to the power supplied to anode 12 is the voltage value between the negative terminal of battery B-1, the lowest stage (first stage) of the series connection, and the positive terminal of battery B-6, the highest stage (final stage).
  • switch 35 is a semiconductor switch composed of a semiconductor switching element.
  • Figure 2 also shows the body diode, which is typically included in metal-oxide-semiconductor field-effect transistors, for switch 35.
  • the gate terminal of the semiconductor switching element constituting switch 35 is also controlled (a control voltage or control current is applied) by battery drive unit BD.
  • the battery driving unit BD controls the gate terminal of the semiconductor switching element so that the time it takes for the voltage applied to the anode 12 from the series-connected battery B to change from 0 V to its maximum value—the so-called voltage rise time—is a predetermined time. More specifically, when the battery driving unit BD starts supplying power to the anode 12 from the series-connected battery B, it repeatedly controls the switch 35 to its on state and off state at predetermined time intervals, controlling the gate terminal of the semiconductor switching element so that the switch 35 remains on after the predetermined time has elapsed at which the voltage reaches its maximum value.
  • the battery driving unit BD gradually lengthens the time for which the switch 35 is controlled to its on state (shortens the time for which it is controlled to its off state) at each predetermined time interval.
  • the battery driving unit BD controls the rise time of the voltage applied to the anode 12 by controlling the switch 35 in a manner similar to a so-called soft turn-on function. This allows the voltage from the series-connected battery B to be applied to the anode 12 without causing a large current (inrush current) to flow, which would occur if the voltage were suddenly increased to its maximum value.
  • Switch 35 is an example of a "third switch unit.”
  • Each of the diodes 36-1 to 36-6 is a rectifying element that allows or blocks current flow between the corresponding battery B-1 to B-6 and the power controller 100.
  • each of the diodes 36-1 to 36-6 blocks the current of the power charged in the corresponding battery B-1 to B-6 from flowing toward the power controller 100. This improves safety when the anode power supply 30 supplies power to the anode 12 from the series-connected batteries B-1 to B-6.
  • a mechanical contact switch or semiconductor switch may be used to block the current of the power charged in the corresponding battery B-1 to B-6 from flowing toward the power controller 100.
  • the battery drive unit BD may control whether to allow or block current flow between the batteries B-1 to B-6 and the power controller 100.
  • each of the diodes 36-1 to 36-6 may be omitted.
  • Diode 37 is a rectifying element that allows or blocks current flow between batteries B-1 to B-6 and power controller 100. In particular, diode 37 blocks the current of the power charged in batteries B-1 to B-6 from flowing toward power controller 100. This increases the safety of anode power supply 30 when supplying power to anode 12 from series-connected batteries B-1 to B-6. Diode 37 may be omitted from anode power supply 30.
  • the anode power supply 30 may include a voltage conversion circuit for increasing or decreasing the voltage, such as a DC-DC converter, between the positive terminal of the final series-connected battery B-6 and the switch 35 (i.e., before the switch 35), or between the switch 35 and the anode electrode Ea of the anode 12 (i.e., after the switch 35).
  • a voltage conversion circuit for increasing or decreasing the voltage such as a DC-DC converter
  • a voltage conversion circuit is an example of a "voltage conversion unit.”
  • the power controller 100 supplies power with a voltage of 50 V and a current of 1 A to the anode power supply 30 included in the power processing unit 20, and the anode power supply 30 supplies power with a maximum voltage of 300 V and a current of 3 A to the anode 12.
  • the charge capacity of each battery B corresponds to the power of a voltage of 50 V and a current of 1 A supplied by the power controller 100 to the anode power supply 30.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the power supply device (anode power supply 30) according to the first embodiment.
  • FIG. 3(a) shows the operation of the anode power supply 30 when storing (charging) power supplied by the power controller 100 in battery B
  • FIG. 3(b) shows the operation of the anode power supply 30 when outputting the power stored (charged) in battery B to operate the Hall thruster 10.
  • the battery drive unit BD When battery B is to be charged with power supplied by the power controller 100, the battery drive unit BD connects each battery B in parallel and controls each switch 31 and switch 32 so that the power supplied by the power controller 100 is supplied to each battery B.
  • the anode power supply 30 As shown in Figure 3(a), the negative terminals of each battery B are connected to each other, and each of switches 31-1 to 31-5 and switch 32 are switched so that the power controller 100 is connected.
  • the anode 12 of the Hall thruster 10 is disconnected from the anode power supply 30.
  • the battery drive unit BD then controls switch 33 to the on state.
  • Figure 3(a) shows a state in which power with a voltage value of 50 [V] and a current value of 1 [A] is supplied from the power controller 100 to the anode power supply 30.
  • a total current of 1 A flows from the power controller 100 to the positive terminal of each battery B via the diode 37, resistor 34, switch 33, and corresponding diode 36, and each battery B is charged with the power supplied by the power controller 100.
  • the anode power supply 30 configuration shown in FIG. 2 includes six batteries B, B-1 to B-6, so a current of 1/6 A flows through each battery B, charging it with the power supplied by the power controller 100.
  • the battery drive unit BD controls the switch 33 to the OFF state. This completes the charging of each battery B with the power supplied by the power controller 100.
  • the battery drive unit BD When outputting the power stored (charged) in battery B to operate the Hall thruster 10, the battery drive unit BD connects each battery B in series and controls each switch 31 and switch 32 so that the power is supplied to the anode 12 as if each battery B were a single battery (hereinafter referred to as the "series battery BS").
  • the anode power supply 30 As shown in FIG. 3(b), the positive and negative terminals of adjacent batteries B are connected, and switches 31-1 to 31-5 and switch 32 are switched so that the anode 12 is connected to both ends of the series battery BS.
  • switch 32 is switched so that the positive terminal of battery B-6, the final stage of the series battery BS, is connected to the anode electrode Ea of the anode 12, and the negative terminal of battery B-1, the first stage of the series battery BS, is connected to the cathode electrode Ec of the Hall thruster 10.
  • the power controller 100 is disconnected from the anode power supply 30.
  • the battery drive unit BD then controls the switch 35 in a manner similar to a soft turn-on function. This causes the anode 12 to receive a voltage from the series battery BS. The voltage changes from 0 V to a maximum voltage of 300 V over a predetermined ramp-up time, and remains at the maximum voltage after the predetermined ramp-up time has elapsed.
  • Figure 3B shows a state in which power with a voltage of 300 V and a current of 3 A is supplied from the series battery BS to the anode 12 via the switch 35. While Figure 3B shows a current of 3 A flowing from the series battery BS to the anode 12, the actual current flowing through the anode 12 is a current value that corresponds to the load characteristics of the plasma in the channel unit 11. As a result, the Hall thruster 10 ionizes the propulsion gas using the plasma, extracts the ions, and ejects them into space to generate thrust for the spacecraft.
  • the anode power supply 30 connects each battery B in parallel to charge the power supplied by the power controller 100 (power from the system power supply), and connects each battery B in series (treating them as series batteries BS) to supply power to the anode 12.
  • This allows the anode power supply 30 to supply power to the anode 12 more efficiently, allowing a high-power Hall thruster 10 with a high thrust-to-power ratio, which represents the thrust generated per unit of power, and a high specific impulse, which corresponds to fuel consumption, i.e., how much propulsion gas is used, to be mounted on a small spacecraft with a limited amount of power that can be supplied by the system power supply.
  • the high-power Hall thruster 10 has a higher thrust-to-power ratio and specific impulse than a low-power Hall thruster, when a spacecraft is moved using both a high-power Hall thruster 10 and a low-power Hall thruster in the same way, it is possible to reduce the amount of propellant gas used, which accounts for a relatively large proportion of the spacecraft's weight. In other words, if the amount of speed change required to move the spacecraft is the same, the amount of propellant gas carried can be reduced. On the other hand, if the amount of propellant gas carried is the same, the amount of speed change of the spacecraft can be increased. This leads to an expansion of the range of missions that spacecraft can perform.
  • the battery equivalent to battery 140 and the power controller would need to be made high-power.
  • the anode power supply 30 allows a high-power Hall thruster 10 to be realized without increasing the power of battery 140 and power controller 100.
  • the battery 140 and power controller 100 remain equivalent to the conventional configuration without increasing the power. Therefore, even if the power processing unit 20 is slightly larger than the conventional power processing unit, the overall configuration of a high-power Hall thruster 10 of, for example, 1 kW class can be made smaller, allowing it to be installed in a small spacecraft.
  • the switching power supplies that make up the power supplies provided in conventional large-capacity power processing units cause noise due to their switching operations even at times unrelated to discharge or the plasma generated by this discharge, so the anode power supply 30 configured with battery B is also superior from the standpoint of noise reduction.
  • switches 31 and 32 are mechanical contact type switches
  • switches 33 and 35 are semiconductor switches
  • the configurations of switches 31, 32, 33, and 35 are not limited to the configuration shown in Figure 2, as long as they are capable of realizing the respective functions described above.
  • switches 31 and 32 may be semiconductor switches
  • switches 33 and 35 may be mechanical contact type switches.
  • FIG. 2 shows an example of a configuration in which the anode power supply 30 supplies power to the anode 12 of the Hall thruster 10.
  • the component of the Hall thruster 10 to which the anode power supply 30 supplies power is not limited to the anode 12.
  • the anode power supply 30 may be configured to supply power to components of the Hall thruster 10 other than the anode 12.
  • the anode power supply 30 may be configured to serve as one or more of the power supplies, such as the keeper power supply 40, heater power supply 50, coil power supply 60, and a valve power supply (not shown).
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the use and configuration of the power supply device (anode power supply 30) according to the first embodiment.
  • Figure 4 shows an example of an anode power supply 30 (hereinafter referred to as "anode power supply 30a") configured to supply corresponding power to the anode 12, the keeper electrode body 15b and heater 15c of the hollow cathode portion 15, and the electromagnet 14.
  • Figure 4 also shows the anode 12, keeper electrode body 15b, heater 15c, and electromagnet 14 to which the anode power supply 30a supplies power, as well as the power controller 100 from which the anode power supply 30a receives power.
  • the anode power supply 30a includes, for example, six batteries B (batteries B-1 to B-6), five switches 31 (switches 31-1 to 31-5), switch 32, switch 33, resistor 34, switch 35, six diodes 36 (diodes 36-1 to 36-6), diode 37, and three switches 38 (switches 38-1 to 38-3).
  • Components of the anode power supply 30a that are assigned the same reference numerals as those of the anode power supply 30 are similar components, and therefore will not be described in detail again.
  • switches 38-1 to 38-3 are arranged between the positive terminal of the corresponding series-connected battery B and the corresponding component of the Hall thruster 10. More specifically, switch 38-1 is arranged between the positive terminal of the series-connected second-stage battery B-2 and the coil positive electrode Em+ of the coil of the electromagnet 14. Switch 38-2 is arranged between the positive terminal of the series-connected second-stage battery B-2 and the heater electrode Eh of the heater 15c. Switch 38-3 is arranged between the positive terminal of the series-connected fourth-stage battery B-4 and the keeper electrode Ek of the keeper electrode body 15b.
  • the switch 38-3 for the keeper power supply 40 may be omitted.
  • the switch 38 controls whether power is supplied from corresponding locations of the series-connected batteries B-1 to B-6 to corresponding components when operating the Hall thruster 10.
  • the switch 38 is also a semiconductor switch composed of a semiconductor switching element.
  • Figure 4 also shows the body diode, which is typically included in a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, for the switch 38.
  • the gate terminal of the semiconductor switching element constituting the switch 38 is also controlled (a control voltage or control current is applied) by the battery drive unit BD.
  • the battery drive unit BD controls the switch 38 in the same way as the soft turn-on function of the switch 35, or controls it to switch between the on and off states.
  • the control of the battery drive unit BD to switch between the on and off states is equivalent to the case where the predetermined start-up time is set to 0 in a control similar to the soft turn-on function.
  • the battery drive unit BD controls the switches 38 in accordance with the components of the Hall thruster 10 to which power is supplied via each switch 38. More specifically, when the battery drive unit BD outputs power stored in the series battery BS to the electromagnet 14 to operate the Hall thruster 10, it controls the gate terminal of the semiconductor switching element of switch 38-1 to turn on switch 38-1 so that the coil of the electromagnet 14 is connected to both ends of the series-connected batteries B-1 and B-2. As a result, a voltage of 100 V is applied to the coil (coil positive electrode Em+) of the electromagnet 14.
  • the battery drive unit BD When the battery drive unit BD outputs power stored in the series battery BS to the heater 15c to operate the Hall thruster 10, it controls the gate terminal of the semiconductor switching element of switch 38-2 to turn on switch 38-2 so that the heater 15c is connected to both ends of the series-connected batteries B-1 and B-2. As a result, a voltage of 100 V is applied to the heater 15 c (heater electrode Eh).
  • the battery drive unit BD outputs power stored in the series-connected battery BS to the keeper electrode main body 15 b to operate the Hall thruster 10, the keeper electrode main body 15 b is connected to both ends of the series-connected batteries B-1 to B-4.
  • the battery drive unit BD controls the gate terminal of the semiconductor switching element of the switch 38-3 so that the voltage rises to its maximum value within a predetermined rise time.
  • a voltage is applied to the keeper electrode main body 15 b (keeper electrode Ek) that rises from 0 V to a maximum voltage of 200 V over the predetermined rise time and remains at the maximum voltage of 100 V once the predetermined rise time has elapsed.
  • This allows the voltage from battery B-4 of the series-connected battery BS to be applied to the keeper electrode main body 15 b while suppressing the flow of a large current (inrush current) that would occur if the voltage were suddenly raised to its maximum value.
  • Anode power supply 30a is also an example of a "power supply device.”
  • Keeper electrode body 15b, heater 15c, and the coil of electromagnet 14 are examples of a “second power supply destination.”
  • Switch 38 (each of switches 38-1 to 38-3) is an example of a "fifth switch unit.”
  • the positive terminal of the second-stage battery B-2 connected in series and the positive terminal of the fourth-stage battery B-4 connected in series are examples of a "second positive terminal.”
  • a spacecraft equipped with a Hall thruster system 1 equipped with a power processing unit 20 incorporating the anode power supply 30a can reduce the number of corresponding power supplies, resulting in further weight reduction.
  • a spacecraft equipped with a Hall thruster system 1 equipped with a power processing unit 20 incorporating the anode power supply 30a shown in Figure 4 can eliminate the keeper power supply 40 corresponding to the keeper electrode body 15b, the heater power supply 50 corresponding to the heater 15c, and the coil power supply 60 corresponding to the coil of the electromagnet 14, resulting in a lighter weight spacecraft than a spacecraft equipped with a Hall thruster system 1 equipped with a power processing unit 20 incorporating the anode power supply 30 shown in Figure 2. Furthermore, if the anode power supply 30a shown in FIG.
  • valve power supply (not shown), that is, to supply power (voltage and current) to a valve arranged in the gas supply pipe 12a to control the opening and closing of the valve
  • a spacecraft equipped with a Hall thruster system 1 equipped with a power processing unit 20 to which this anode power supply 30a is applied can further reduce the number of valve power supplies (not shown) in addition to the keeper power supply 40, heater power supply 50, and coil power supply 60, thereby further reducing the weight of the spacecraft equipped with the Hall thruster system 1.
  • the anode power supply 30a shown in Figure 4 is configured to include switches 38: switch 38-1 corresponding to the coil of the electromagnet 14, switch 38-2 corresponding to the heater 15c, and switch 38-3 corresponding to the keeper electrode body 15b.
  • the anode power supply 30a is not limited to a configuration including three switches 38 (switches 38-1 to 38-3). In other words, it is not limited to a configuration including three switches 38, and may be configured to include any one or more switches 38.
  • switches 38-1 to 38-3 may be mechanical contact type switches.
  • switches 38-1 and 38-2 which are controlled to switch between an on state and an off state, may be mechanical contact type switches
  • switch 38-3 which is controlled in the same way as the soft turn-on function, may also be a mechanical contact type switch.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a power supply device (anode power supply 30b) according to the second embodiment. As with the anode power supply 30 of the first embodiment shown in FIG. 2, FIG. 5 also shows the anode 12 to which the anode power supply 30b supplies power and the power controller 100 from which the anode power supply 30b receives power.
  • the anode power supply 30b includes, for example, six batteries B (batteries B-1 to B-6), five switches 31 (switches 31-1 to 31-5), a switch 33, a resistor 34, a switch 35, six diodes 36 (diodes 36-1 to 36-6), a diode 37, and a switch 39.
  • the switch 32 provided in the anode power supply 30 is replaced with a switch 39.
  • the negative terminal of the first-stage battery B-1 of the series-connected batteries BS and the cathode electrode Ec of the Hall thruster 10 are always connected.
  • the other configurations and components of the anode power supply 30b are the same as those of the anode power supply 30 of the first embodiment. Therefore, a repeated description of the other configurations and components provided in the anode power supply 30b will be omitted.
  • the switch 39 is a switch for exclusively switching whether or not the power controller 100 is connected across the battery B. More specifically, the switch 39 connects the power controller 100 across the parallel-connected batteries B when charging each battery B with power supplied by the power controller 100, and disconnects each battery B from the power controller 100 when connecting each battery B in series to operate the Hall thruster 10 and supplying the stored power to the anode 12. In other words, the switch 39 functions to insulate the power controller 100 from the operating Hall thruster 10, similar to the switch 32 provided in the anode power supply 30 of the first embodiment.
  • the switch 39 is, for example, a mechanical contact switch, similar to the switch 32 provided in the anode power supply 30 of the first embodiment.
  • the switching of the connection destination of the switch 39 is controlled by, for example, the battery drive unit BD simultaneously with each of the switches 31-1 to 31-5. That is, when charging each battery B with power supplied by the power controller 100, the battery drive unit BD controls the switch 39 so that the power controller 100 is connected to both ends of each parallel-connected battery B, and when outputting power stored in the battery B to operate the Hall thruster 10, the battery drive unit BD controls the switch 39 so that the power controller 100 is disconnected from the series-connected batteries B-1 to B-6.
  • the anode power supply 30b can obtain power to be supplied to the anode 12 as DC power without converting the DC power supplied by the power controller 100 to AC power, as is the case with anode power supplies provided in conventional Hall thruster systems, and can isolate the power controller 100 from the operating Hall thruster 10 with a simpler configuration than conventional anode power supplies.
  • Switch 39 is an example of a "second switch unit.”
  • the control of the anode power supply 30b in the battery drive unit BD and the operation of the anode power supply 30b can be easily understood from the operation of the anode power supply 30 of the first embodiment described using Figure 3, so a detailed explanation will be omitted.
  • the anode power supply 30b may also be configured to supply power to components other than the anode 12 of the Hall thruster 10.
  • the configuration in this case can also be easily understood from the modified example of the anode power supply 30 of the first embodiment shown in Figure 4, so a detailed explanation will be omitted.
  • the anode power supply 30b also connects each battery B in parallel, similar to the anode power supply 30 of the first embodiment, charges the power supplied by the power controller 100 (power from the system power supply), and connects each battery B in series (treating them as series batteries BS) to supply power to the anode 12.
  • anode power supply 30b like the anode power supply 30 of the first embodiment, to more efficiently supply power to the anode 12, allowing a high-power Hall thruster 10 to be mounted on a small spacecraft whose system power supply cannot supply much power, and enhancing the advantages of small spacecraft equipped with a Hall thruster system 1 equipped with a power processing unit 20 to which the anode power supply 30b is applied.
  • switch 39 is a mechanical contact switch
  • the configuration of switch 39 is not limited to the configuration shown in Figure 5 as long as it is capable of realizing each of the functions described above.
  • switch 39 may be a semiconductor switch.
  • the anode power supply 30 (including anode power supply 30a and anode power supply 30b) of the embodiment is provided in the power processing unit 20 of the Hall thruster system 1, instead of the anode power supply provided in the power processing unit in a conventional Hall thruster system.
  • the battery B provided in the anode power supply 30 is connected in parallel to charge the power supplied by the power controller 100, and the battery B is connected in series to apply a high voltage to the anode 12.
  • the Hall thruster system 1 equipped with the power processing unit 20 to which the anode power supply 30 of the embodiment is applied when electrons of the propulsion gas are released from the hollow cathode portion 15 side to the channel portion 11 side, a discharge occurs between the anode 12 and the hollow cathode body 15a, just as in a conventional Hall thruster system.
  • the propulsion gas is ionized by plasma generated by discharge, and the extracted ions are accelerated by the electric field generated by the anode 12 and hollow cathode body 15a and ejected from the channel unit 11 into space.
  • the Hall thruster system 1 equipped with the power processing unit 20 incorporating the anode power supply 30 of the embodiment can provide thrust to a spacecraft, similar to conventional Hall thruster systems. Furthermore, because the anode power supply 30 of the embodiment supplies power to the anode 12 from battery B incorporated in the anode power supply 30, a high-power Hall thruster 10 can be mounted on a small spacecraft without increasing the power of the system power supply battery or power controller, which would be necessary if an intermittent operation method were adopted in conventional Hall thruster systems.
  • the battery drive unit BD is not limited to being provided in the anode power supply 30.
  • the battery drive unit BD may be provided in the power processing unit 20 or the power controller 100.
  • the configuration of the anode power supply 30 and the control of each switch by the battery drive unit BD should be equivalent to the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in the above-described embodiment. Therefore, a detailed description of the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in a configuration in which the battery drive unit BD is provided in the power processing unit 20 or the power controller 100 will be omitted.
  • the anode power supply 30 is configured to include six batteries B (batteries B-1 to B-6).
  • the number of batteries B included in the anode power supply 30 is not limited to six and may be determined, for example, based on the power supplied by the power controller 100 to the anode power supply 30 and the power supplied by the anode power supply 30 to the anode 12. Even if the number of batteries B included in the anode power supply 30 is different, the configuration of the anode power supply 30 and the control of each switch by the battery drive unit BD should be equivalent to the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in the above-described embodiment. Therefore, detailed descriptions of the configuration of anode power supplies 30 that include different numbers of batteries B and the control of the battery drive unit BD will be omitted.
  • each battery B i.e., the number and connection of battery cells included in battery B
  • the number and connection of battery cells included in each battery B may be determined, for example, based on the ion injection time per ion injection in the Hall thruster 10.
  • the ion injection time per ion injection in the Hall thruster 10 is also related to the charge capacity (electrical capacity) of the battery cells. Therefore, the method of connecting the battery cells within battery B is not limited to series connection, but may be a connection method that combines series connection and parallel connection so as to increase the electrical capacity of battery B while maintaining the output voltage of battery B constant.
  • battery B can be configured as a single battery B with a voltage value of 37 V and an electrical capacity of 20 Ah by connecting two battery cell sets, each of which has 10 battery cells connected in series, in parallel (i.e., by connecting each battery cell in a 10-series, 2-parallel configuration). If eight batteries B of this configuration are used to form an anode power supply 30 configured as shown in FIG. 2, the anode power supply 30 can supply a maximum voltage of 296 V and a current of 160 Ah to the anode 12.
  • the configuration of the anode power supply 30 and the control of each switch by the battery drive unit BD should be equivalent to the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in the above-described embodiment. Therefore, a detailed description of the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in this case will be omitted.
  • the anode power supply 30 is applied to a Hall thruster system 1.
  • the electric propulsion system to which the anode power supply 30 is applied is not limited to the Hall thruster system 1.
  • the anode power supply 30 can be applied to any electric propulsion system that ionizes propulsion gas using plasma generated by discharge (plasma discharge) and ejects the extracted ions into space.
  • the anode power supply 30 can be used as a power supply that supplies power to at least the components that cause the plasma discharge in any electric propulsion system that involves plasma discharge.
  • the anode power supply 30 can be used in an ion engine as a power supply that supplies power to the components that ionize propulsion gas and release the extracted ions.
  • the configuration of the anode power supply 30 and the control of each switch by the battery drive unit BD should be equivalent (compatible with the ion engine) to the configuration of the anode power supply 30 and the control of the battery drive unit BD in the above-described embodiment. Therefore, detailed explanations regarding the configuration of the anode power supply 30 when it is used in an ion engine and the control of the battery drive unit BD will be omitted.
  • Heater power supply 60 Coil power supply 100... Power controller 120... Solar cell 140... Battery B, B-1, B-2, B-3, B-4, B-5, B-6, B-n... Battery BD... Battery drive unit Ea... Anode electrode Ec... Cathode electrode Ek... Keeper electrode Eh... Heater electrode Em+... Coil positive electrode Em-... Coil negative electrode

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Abstract

宇宙機の推進力を発生させる電気推進機に電力を供給する電源装置であって、複数のバッテリーと、隣接する二つのバッテリーごとに対応して複数備えられ、対応する二つのバッテリー同士の接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える第１のスイッチ部と、それぞれのバッテリーに電力供給元を接続するか否かを切り替える第２のスイッチ部と、を備える電源装置。

Description

電源装置
　本発明は、電源装置に関する。
　本願は、２０２４年０１月２２日に出願された日本国特許出願２０２４－００７４７２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　人工衛星などの宇宙機の軌道や姿勢を制御するための推進力を発生させる電気推進機の利用が拡大し、市場が急速に拡大している。電気推進機は、化学推進機と比較して宇宙機に搭載する推進用のガスを少なくすることができるため、深宇宙探査を行う人工衛星や静止衛星のみならず、低軌道で運用されるコンステレーション衛星などへの採用も増加している。近年では、電気推進の中でも特にホールスラスタを用いたシステムの利用が急速に進んでいる。これは、ホールスラスタシステムは、電力当たりの発生推力が高いというメリットによるものである。
　ホールスラスタは、例えば、キセノンなどの所定のガスを電離させ生じたプラズマから引き出したイオンを加速させて宇宙空間に噴射させることによって推進力を発生させる。ホールスラスタシステムでは、電力処理部（ＰＰＵ：Power Processing Unit）から供給した電力によってホールスラスタに放電を起こさせ、この放電により発生したプラズマからイオンを引き出している。ホールスラスタシステムでは、ホールスラスタの動作に必要な電力を、例えば、太陽電池パドル（太陽光発電装置）やバッテリーから電力制御器を介して電力処理部に供給している。このため、ホールスラスタが利用することができる電力は、宇宙機が発生させる電力に依存している。一方、ホールスラスタは、一般的に、供給する電力が小さいほど推進効率を上げるのが困難である。このため、数十［Ｗ］～数百［Ｗ］級の小電力のホールスラスタでは、電力当たりの発生推力を表す推力電力比や、ガスをどれくらい使用するかという燃費に相当する比推力はそれほど高くない。しかしながら、発生させる電力が大きくない小型（例えば、１００［ｋｇ」級）の宇宙機では、推進効率が高くない小電力のホールスラスタを選ばざるを得ない。このため、小電力のホールスラスタを搭載した小型の宇宙機では、本来のホールスラスタのメリットである推進ガスの削減や高い電力当たりの発生推力などのメリットが小さく、他の推進システムを搭載した宇宙機に対して優位性を示すことができるミッション（任務）が限られてしまう場合があった。
　小型の宇宙機に本来のホールスラスタの特徴である高い推力電力比および高い推進効率が達成できる電力レベルのホールスラスタ（以下、「大電力のホールスラスタ」という）を搭載するために、例えば、電力制御器が、宇宙機のシステムを動作させるためのシステム電源などのバッテリーの電力を短時間だけ電力処理部に供給してホールスラスタを動作させ、その後は、バッテリーが充電されるまで電力処理部への電力の供給を待つという、間欠作動の方式を採用することが考えられる。しかし、間欠作動の方式を採用するためには、バッテリーと電力制御器とを大電力化することが必要となる。加えて、電力処理部も大電力に対応する構成となっている。ここで、電力処理部は、例えば、アノード電源、キーパー電源、ヒータ電源、コイル電源などの複数の電源と、電力制御部とから構成されている。この電力処理部は、ホールスラスタシステムの中でも大きな割合の重量とコストを占めている。このため、小型の宇宙機に大電力のホールスラスタを搭載することによって、例え高い推進効率が得られるとしても、全体としての優位性は低くなってしまうことがあり得る。
　従来から、電力処理部の小型化、低コスト化に関する技術が提案されている。その一つの提案として、電力処理部を構成する複数の電源の内、ホールスラスタに供給する電力の大部分を占めるアノード電源を小型化する技術がある。アノード電源を小型化する技術としては、例えば、アノード電源として共振型のコンバータを採用することによって小型化する技術（例えば、特許文献１）や、アノード電源の出力電圧を高周波で変動させることによって、ホールスラスタに特有の放電の不安定性を抑制して、アノード電源が備えるフィルタの小型化を図る技術（例えば、特許文献２）が提案されている。別の提案として、電力処理部を構成する複数の電源の内、ホールスラスタが備えるホローカソードのヒータ電源をなくし（削除し）、キーパー電源で生成させた高電圧パルスを加えることによって、ホローカソードにおける放電を開始させる技術が提案されている（例えば、特許文献３）。この従来技術では、電子放出材をヒータ電源によって加熱せず、キーパー電源で生成させる高電圧パルスによって、ホローカソードから電子を強力に引き出し、ホローカソードとキーパー電極との間に放電とプラズマとを発生させる。
米国特許第６１６９６６８号明細書 日本国特開２０１４－００５７６２号公報 日本国特表２０２２－５３０７４８号公報
　しかしながら、アノード電源を小型化することによって電力処理部の小型化、低コスト化を行う従来技術では、ホールスラスタにおいてガスを加速させて噴射させるために必ず必要な電源であるアノード電源を小型化するため、例えば、アノード電源の電力密度を向上させる必要があるなど、ホールスラスタシステムの性能を確保するための別の課題が生じてしまう場合がある。一方、ヒータ電源を削除することによって電力処理部の小型化、低コスト化を行う従来技術では、例えば、キーパー電源によって生成させた高電圧パルスのアークによるキーパー電極（あるいはホローカソードのキーパー電極側の端部）の材料の損耗や、材料が損耗したことによる電極間の絶縁の低下を抑える必要があるなど、ホールスラスタシステムの運用を継続させるための別の課題が生じてしまう場合がある。このため、従来技術では、宇宙機に遂行させる任務を考慮した場合に、小型の宇宙機に大電力のホールスラスタを搭載することによって、優位性を示すことは困難な場合があった。
　本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、電気推進機に対してより効率的に電力を供給することができる電源装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電源装置は、宇宙機の推進力を発生させる電気推進機に電力を供給する電源装置であって、複数のバッテリーと、隣接する二つの前記バッテリーごとに対応して複数備えられ、対応する二つの前記バッテリー同士の接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える第１のスイッチ部と、それぞれの前記バッテリーに電力供給元を接続するか否かを切り替える第２のスイッチ部と、を備える電源装置である。
　本発明の一態様によれば、電気推進機に対してより効率的に電力を供給することができる電源装置を提供することができる。
実施形態に係る電源装置を有する電力処理部を備えたホールスラスタシステムの構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る電源装置の動作の一例を示す図である。 第１実施形態に係る電源装置における別の使用例および構成の一例を示す図である。 第２実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す図である。
　以下、図面を参照し、本発明の電源装置の実施形態について説明する。本出願が日本語から英語に翻訳された場合、本開示全体を通して使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示していない限り、複数形のリファレンスを含むとみなしてよい。本発明の電源装置は、電気推進機のシステムに適用される。電気推進機のシステムは、ホールスラスタを含むホールスラスタシステムであってもよいし、イオンエンジンを含むイオンエンジンシステムであってもよい。以下の説明においては、電気推進機のシステムがホールスラスタを含むホールスラスタシステムである場合を例に挙げて説明する。
　ホールスラスタは、例えば、キセノンなどの所定のガス（推進用ガス）を電離させ生じたプラズマから引き出されたイオンを加速させて宇宙空間に噴射させることによって、宇宙機が宇宙空間を移動する際の軌道を制御したり、宇宙機の姿勢を制御したりするための推進力を発生させる電気推進機である。推進用ガスは、例えば、クリプトンや、アルゴン、窒素、酸素、気化したヨウ素、水などのガスであってもよい。
　ホールスラスタシステムが採用された宇宙機は、地球の地表上空や、他の天体や物体の表面上空を所定の周回軌道に沿って周回しながら移動する人工衛星であってもよいし、他の天体や物体を観測するために出向く（さらに地球に帰還してもよい）観測衛星であってもよい。他の天体には、火星や金星などの地球と異なる他の惑星、月やタイタンなどの衛星、イトカワやリュウグウなどの小惑星などが含まれる。他の物体には、岩石などが含まれる。
　［ホールスラスタシステムの構成］
　図１は、実施形態に係る電源装置を有する電力処理部を備えたホールスラスタシステムの構成の一例を示す図である。ホールスラスタシステム１は、例えば、ホールスラスタ１０と、電力処理部（ＰＰＵ：Power Processing Unit）２０と、を備える。図１の（ａ）には、ホールスラスタ１０が推進用ガスからプラズマによって引き出されたイオンを宇宙空間に噴射させる側から見たときの一例を示している。図１の（ｂ）には、図１の（ａ）に示したホールスラスタ１０のＡ－Ａ’断面における断面図の一例、およびホールスラスタ１０と電力処理部２０との接続の一例を示している。図１の（ｃ）には、ホールスラスタシステム１の構成の一例を示している。
　まず、図１の（ａ）および図１の（ｂ）を用いて、ホールスラスタ１０の構造について説明する。ホールスラスタ１０は、筒状の筐体の中心部にホローカソード部１５が配置され、中心部から外周部に向かって、内部電磁石１４ａ、チャネル部１１、および外部電磁石１４ｂのそれぞれが、この順で環状に配置されている。以下の説明においては、内部電磁石１４ａと外部電磁石１４ｂとのそれぞれを区別しない場合には、単に「電磁石１４」という。ホールスラスタ１０では、チャネル部１１が、電磁石１４に沿った溝として形成されており、溝の周囲が、例えば、セラミックなどの壁部１３で囲まれている。そして、チャネル部１１を形成する溝の底部には、アノード１２が配置されている。
　続いて、図１の（ｂ）および図１の（ｃ）を用いて、ホールスラスタ１０と電力処理部２０との構成、およびホールスラスタ１０と電力処理部２０と接続について説明する。図１の（ｃ）には、ホールスラスタシステム１に関連する宇宙機の構成要素も併せて示している。より具体的には、電力処理部２０を含む、宇宙機が備えるそれぞれの構成要素（不図示）に電力を供給する電力制御器１００と、電力制御器１００がそれぞれの構成要素（不図示）に供給する元の電力を出力あるいは蓄電する太陽電池１２０およびバッテリー１４０を示している。電力制御器１００は、宇宙機が備えるそれぞれの構成要素に電力を供給する際の制御を行う。電力制御器１００は、例えば、それぞれの構成要素が必要な電圧値および電流値に変換した電力を、それぞれの構成要素に供給する。太陽電池１２０は、例えば、宇宙機が備える太陽電池パドル（太陽光発電装置）が発電した電力を出力するシステム電源である。バッテリー１４０は、電力制御器１００により供給された電力を蓄電し、電力制御器１００からの制御に応じて、蓄電している電力を電力制御器１００に供給するシステム電源の蓄電池である。電力制御器１００は、太陽電池１２０により出力された電力を宇宙機が備えるそれぞれの構成要素に供給してもよいし、太陽電池１２０により出力された電力をバッテリー１４０に蓄電させ、必要に応じてバッテリー１４０から電力の供給を受けて、宇宙機が備えるそれぞれの構成要素に電力を供給してもよい。以下の説明においては、太陽電池１２０とバッテリー１４０とを区別しない場合には、「システム電源」という。
　電力制御器１００（太陽電池１２０やバッテリー１４０を含んでもよい）は、「電力供給元」の一例である。太陽電池１２０とバッテリー１４０とは、「システム電源」の一例である。
　上述したように、ホールスラスタ１０は、例えば、チャネル部１１、アノード１２、壁部１３、電磁石１４、ホローカソード部１５を備える。ホローカソード部１５は、例えば、ホローカソード本体１５ａと、キーパー電極本体１５ｂと、ヒータ１５ｃと、ガス供給管１５ｄと、を含む。電力処理部２０は、電力制御器１００により供給された電力に基づく電力を、ホールスラスタ１０が備えるそれぞれの構成要素に供給する。電力処理部２０は、例えば、アノード電源３０と、キーパー電源４０と、ヒータ電源５０と、コイル電源６０と、を備える。アノード電源３０、キーパー電源４０、ヒータ電源５０、およびコイル電源６０のそれぞれは、ホールスラスタ１０が備える対応するそれぞれの構成要素に必要な電力を供給する直流電源である。アノード電源３０、キーパー電源４０、ヒータ電源５０、およびコイル電源６０のそれぞれは、電力制御器１００により供給された電力を変換して、対応する構成要素に供給する。
　アノード電源３０は、アノード１２に電力を供給する直流電源である。アノード電源３０は、例えば、最大の電圧値が３００［Ｖ］で電流値が３［Ａ］の電力をアノード１２に供給する。この場合、１［ｋＷ］級のホールスラスタ１０が構成される。アノード電源３０は、最大の電圧値が３００［Ｖ］で電流値が２０［Ａ］の電力をアノード１２に供給してもよい。この場合、６［ｋＷ］級のホールスラスタ１０が構成される。アノード電源３０が供給する電力は、最大電圧値＝３００［Ｖ］に限定されない。アノード電源３０は、例えば、ホールスラスタ１０の性能に応じて、最大電圧値が１５０［Ｖ」や１０００［Ｖ」などの電力を供給してもよい。アノード電源３０は、複数のバッテリーＢと、バッテリー駆動部ＢＤとを備える。図１の（ｃ）には、アノード電源３０が、バッテリーＢ－１～バッテリーＢ－ｎのｎ個（ｎは、自然数）のバッテリーＢを備えている構成の一例を示している。アノード電源３０は、電力制御器１００により供給された電力をそれぞれのバッテリーＢに蓄電し、蓄電した電力をアノード１２に供給する。アノード電源３０のより詳細な構成に関する詳細については後述する。
　アノード電源３０は、「電源装置」の一例である。バッテリーＢは、「バッテリー」の一例である。
　キーパー電源４０は、キーパー電極本体１５ｂに電力を供給する直流電源である。キーパー電源４０は、例えば、電圧値が２００［Ｖ］で電流値が１［Ａ］の電力を、キーパー電極本体１５ｂに供給する。図１の（ｃ）では、キーパー電源４０の負極側がアノード電源３０の負極側に接続されている（ホローカソード本体１５ａに接続されたカソード電極Ｅｃに接続されている）構成を示しているが、キーパー電源４０の負極側は、例えば、ホールスラスタ１０に設けられた専用の電極に接続される構成であってもよい。キーパー電源４０は、例えば、アノード電源３０からキーパー電極本体１５ｂに電源を供給する構成である場合には、省略されてもよい。
　ヒータ電源５０は、ヒータ１５ｃに電力を供給する直流電源である。ヒータ電源５０は、例えば、電圧値が１００［Ｖ］で電流値が１［Ａ］の電力や、電圧値が１０［Ｖ］で電流値が１０［Ａ］の電力、電圧値が２０［Ｖ］で電流値が５［Ａ］の電力を、ヒータ１５ｃに供給する。図１の（ｃ）では、ヒータ電源５０の負極側がアノード電源３０の負極側に接続されている（ホローカソード本体１５ａに接続されたカソード電極Ｅｃに接続されている）構成を示しているが、ヒータ電源５０の負極側は、例えば、ホールスラスタ１０に設けられた専用の電極に接続される構成であってもよい。ヒータ電源５０は、例えば、キーパー電源４０によって、キーパー電極本体１５ｂに高電圧パルスを印加する場合には、省略されてもよい。
　コイル電源６０は、電磁石１４（より具体的には、内部電磁石１４ａと外部電磁石１４ｂとのそれぞれを構成するコイル）に電力を供給する直流電源である。コイル電源６０は、例えば、電圧値が１００［Ｖ］で電流値が１［Ａ］の電力や、電圧値が１０［Ｖ］で電流値が１０［Ａ］の電力、電圧値が２０［Ｖ］で電流値が５［Ａ］の電力を、それぞれの電磁石１４に供給する。
　キーパー電源４０、ヒータ電源５０、およびコイル電源６０は、例えば、電力制御器１００（電力処理部２０が備える不図示の電力制御部であってもよい）からの制御に応じて電力出力のオン、オフが制御される固定の電圧値で固定の電流値の直流電源であってもよい。キーパー電源４０、ヒータ電源５０、およびコイル電源６０は、電力制御器１００（電力処理部２０が備える不図示の電力制御部であってもよい）からの制御に応じて供給する電圧値や電流値が制御されるスイッチング電源であってもよい。
　ホローカソード本体１５ａは、チャネル部１１内に供給された推進用ガスを電離させてイオンを引き出させることによりホールスラスタ１０の動作を開始するための電子を供給するとともに、ホールスラスタ１０の動作中は、プラズマの維持と加速されるイオンとを電気的に中和するための電子を放出する電子源である。ホローカソード本体１５ａには、アノード１２に供給される推進用ガスと同じ推進用ガスが、ガス供給管１５ｄから供給される。ホローカソード本体１５ａは、ガス供給管１５ｄにより供給された推進用ガスを電離させ、生じた電子をチャネル部１１側に放出する。ホローカソード本体１５ａに接続されたカソード電極Ｅｃには、アノード電源３０の負極側が接続されている。図１の（ｂ）においては、ホールスラスタ１０の筐体において、プラズマから引き出されたイオンを宇宙空間に噴射させる側とは反対側にカソード電極Ｅｃが配置されている一例を示したが、ホローカソード本体１５ａ自体（ガス供給管１５ｄの部分であってもよい）がカソード電極Ｅｃとなってもよい。ホローカソード本体１５ａの先端部には、キーパー電極本体１５ｂが近接して配置されている。ただし、ホローカソード本体１５ａとキーパー電極本体１５ｂとは、互いに絶縁されている。さらに、ホローカソード本体１５ａの外周は、ヒータ１５ｃで覆われている。ヒータ１５ｃに接続されたヒータ電極Ｅｈには、ヒータ電源５０の正極側が接続されている。つまり、ヒータ１５ｃ（ヒータ電極Ｅｈ）とホローカソード本体１５ａ（カソード電極Ｅｃ）との間に、ヒータ電源５０が接続されている。ヒータ１５ｃは、ヒータ電源５０により供給された電力に応じて発熱することによって、ホローカソード本体１５ａが備える不図示のエミッタや電子放出材料と呼ばれる部品を加熱し、ホローカソード本体１５ａからより多くの電子が放出されるようにする。キーパー電極本体１５ｂに接続されたキーパー電極Ｅｋには、キーパー電源４０の正極側が接続されている。つまり、キーパー電極本体１５ｂ（キーパー電極Ｅｋ）とホローカソード本体１５ａ（カソード電極Ｅｃ）との間に、キーパー電源４０が接続されている。キーパー電源４０により供給された電力によってキーパー電極本体１５ｂに高電圧が印加されると、ホローカソード本体１５ａとキーパー電極本体１５ｂとの間で放電が起こり、この放電により、ガス供給管１５ｄからホローカソード本体１５ａ内に供給された推進用ガスが電離しプラズマを生じさせる。ホローカソード本体１５ａとキーパー電極本体１５ｂとの間の電位勾配によってプラズマから引き出された電子がチャネル部１１側に放出される。
　アノード１２は、ガス供給管１２ａによりチャネル部１１内に供給された推進用ガスを電離してイオンを引き出させるための陽極である。ガス供給管１２ａによるチャネル部１１内への推進用ガスの供給の有無や、推進用ガスの供給量は、例えば、ガス供給管１２ａに配置されたバルブの開閉を制御することによって行う。不図示のバルブ電源は、電力処理部２０に備えられてもよい。この場合、電力制御器１００が、不図示のバルブ電源からバルブに供給する電圧値や電流値を制御することにより、ガス供給管１２ａに配置されたバルブの開閉を制御してもよい。アノード１２のアノード電極Ｅａには、アノード電源３０の正極側が接続されている。つまり、アノード１２（アノード電極Ｅａ）とホローカソード本体１５ａ（カソード電極Ｅｃ）との間に、アノード電源３０が接続されている。図１の（ｂ）においては、カソード電極Ｅｃと同様に、アノード電極Ｅａがホールスラスタ１０の筐体の端部に配置されている一例を示したが、アノード１２自体がアノード電極Ｅａとなってもよい。
　アノード１２は、「第１の電力供給先」の一例である。
　電磁石１４は、アノード１２が配置され、壁部１３で囲まれた範囲に磁場を発生させる。電磁石１４は、磁性材料の芯材の周囲にコイルが巻かれた構成である。コイルの正極側端子に接続されたコイル正電極Ｅｍ＋には、コイル電源６０の正極側が接続されている。コイルの負極側端子に接続されたコイル負電極Ｅｍ－には、コイル電源６０の負極側が接続されている。電磁石１４は、コイル電源６０によりコイルに供給された電力に応じて、チャネル部１１内に磁場を発生させる。図１では、コイル電源６０とコイルとの詳細な接続を省略しているが、コイル電源６０からの電力は、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれに供給される。例えば、コイル電源６０からの電力は、コイル電源６０の正極側から、コイル正電極Ｅｍ＋、外部電磁石１４ｂのコイルの正極側端子、外部電磁石１４ｂのコイルの負極側端子、内部電磁石１４ａのコイルの正極側端子、内部電磁石１４ａのコイルの負極側端子、コイル負電極Ｅｍ－を経由してコイル電源６０の負極側に戻るような経路で、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれに供給される。コイル正電極Ｅｍ＋とコイル負電極Ｅｍ－とは、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれに対応する構成に限定されない。例えば、内部電磁石１４ａのコイルに対応するコイル正電極Ｅｍ＋およびコイル負電極Ｅｍ－と、外部電磁石１４ｂのコイルに対応するコイル正電極Ｅｍ＋およびコイル負電極Ｅｍ－とを備える、つまり、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれにコイル正電極Ｅｍ＋とコイル負電極Ｅｍ－とが別々に一つずつ設けられている構成であってもよい。さらに、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれに電力を供給する構成は、コイル電源６０に限定されない。例えば、電力処理部２０にコイル電源６０を備えない（このため、コイル正電極Ｅｍ＋とコイル負電極Ｅｍ－とが設けられない）構成であってもよい。この場合、例えば、ホローカソード本体１５ａとカソード電極Ｅｃとの間に、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれが接続される構成であってもよい。より具体的には、ホローカソード本体１５ａから、外部電磁石１４ｂのコイルの正極側端子、外部電磁石１４ｂのコイルの負極側端子、内部電磁石１４ａのコイルの正極側端子、内部電磁石１４ａのコイルの負極側端子を経由してカソード電極Ｅｃに接続されることにより、内部電磁石１４ａのコイルと外部電磁石１４ｂのコイルとのそれぞれに電力が供給される構成であってもよい。この場合、電磁石１４は、ホローカソード本体１５ａがチャネル部１１内のプラズマに供給された推進用ガスからイオンを引き出す際に流れる電流をコイルにも流すことによって、コイルに供給された電力に応じた磁場を、チャネル部１１内に発生させる。
　ホールスラスタ１０では、アノード１２とホローカソード本体１５ａとは、互いに絶縁されている。ホールスラスタ１０では、電磁石１４によるチャネル部１１内への磁場の発生と、アノード電源３０により供給された電力によるアノード１２への高電圧の印加とが、この順番、あるいは逆の順番、あるいは同時に起こされている状態で、ホローカソード本体１５ａとキーパー電極本体１５ｂとの間の放電により発生したプラズマによって電離した推進用ガスから電子が引き出されてチャネル部１１側に放出されると、アノード１２とホローカソード本体１５ａとの間で放電が起こる。この放電によりガス供給管１２ａからチャネル部１１内に供給された推進用ガスを電離させプラズマを生じさせる。ホールスラスタ１０では、発生したプラズマ内部の電位勾配によって、プラズマからイオンが加速されつつ引き出されて、チャネル部１１から宇宙空間に噴射される。
　＜第１実施形態＞
　［アノード電源の構成］
　次に、アノード電源３０の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る電源装置（アノード電源３０）の構成の一例を示す図である。図２には、アノード電源３０が電力を供給する電力供給先のアノード１２と、アノード電源３０が電力の供給を受ける電力供給元の電力制御器１００とを併せて示している。アノード電源３０は、例えば、六つのバッテリーＢ（バッテリーＢ－１～Ｂ－６）と、五つのスイッチ３１（スイッチ３１－１～３１－５）と、スイッチ３２と、スイッチ３３と、抵抗３４と、スイッチ３５と、六つのダイオード３６（ダイオード３６－１～３６－６）と、ダイオード３７と、を備える。
　バッテリーＢ－１～Ｂ－６のそれぞれは、電力制御器１００により供給された電力を蓄電する蓄電池である。
　スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれは、隣接する二つのバッテリーＢに対応し、対応する二つのバッテリーＢ同士の接続を排他的に切り替えるためのスイッチである。スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれは、例えば、機械接点式のスイッチである。スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれは、対応する二つのバッテリーＢ同士の接続を、直列接続あるいは並列接続のいずれか一方の接続に切り替える。例えば、スイッチ３１－１は、バッテリーＢ－１とバッテリーＢ－２とに対応し、バッテリーＢ－１の正極端とバッテリーＢ－２の負極端とを接続することにより、バッテリーＢ－１とバッテリーＢ－２とを直列接続させ、バッテリーＢ－１とバッテリーＢ－２との負極端同士を接続することにより、バッテリーＢ－１とバッテリーＢ－２とを並列接続させる。例えば、スイッチ３１－２は、バッテリーＢ－２とバッテリーＢ－３とに対応し、スイッチ３１－１と同様に、バッテリーＢ－２とバッテリーＢ－３と直列接続、あるいは並列接続させる。スイッチ３１－３～３１－５のそれぞれも、同様である。スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれにおける対応するバッテリーＢの接続の切り替えは、例えば、バッテリー駆動部ＢＤによって制御される。バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力を蓄電（充電）させるときに、それぞれのバッテリーＢが並列接続されるようにそれぞれのスイッチ３１を制御し、ホールスラスタ１０を動作させるためにバッテリーＢに蓄電された電力を出力させるときに、それぞれのバッテリーＢが直列接続されるようにそれぞれのスイッチ３１を制御する。
　スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれは、「第１のスイッチ部」の一例である。
　スイッチ３２は、バッテリーＢの両端に接続する構成要素を排他的に切り替えるためのスイッチである。より具体的には、スイッチ３２は、並列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６のそれぞれの両端に電力制御器１００を接続するか、直列接続された最終段のバッテリーＢ－６の正極端と、直列接続された第１段目のバッテリーＢ－１の負極端との間にアノード１２を接続するかを切り替える。スイッチ３２は、例えば、機械接点式のスイッチである。スイッチ３２の接続先の切り替えは、例えば、バッテリー駆動部ＢＤによって、スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれと同時に制御される。つまり、バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力を充電させるときに、並列接続されたそれぞれのバッテリーＢの両端に電力制御器１００が接続されるようにスイッチ３２を制御し、ホールスラスタ１０を動作させるためにバッテリーＢに蓄電された電力を出力させるときに、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６の両端にアノード１２が接続されるようにスイッチ３２を制御する。
　スイッチ３２は、電力制御器１００と動作中のホールスラスタ１０とを絶縁する機能としても動作する。これは、ホールスラスタ１０を含めたホールスラスタは、一般的に、アノード１２とホローカソード本体１５ａとの間で放電が起こると、この放電に伴ってノイズが発生する。スイッチ３２は、ホールスラスタ１０を動作させるためにそれぞれのバッテリーＢを直列接続させて蓄電された電力をアノード１２に供給させる際に、例えば、バッテリー駆動部ＢＤがスイッチ３１－１～３１－５のそれぞれと同時にスイッチ３２を制御することによって、それぞれのバッテリーＢと電力制御器１００とを切り離す。これにより、アノード電源３０では、アノード１２とホローカソード本体１５ａとの間で起こった放電に伴って発生したノイズが、電力制御器１００側に回り込んで影響を及ぼしてしまうのを抑えることができる。従来のホールスラスタシステムが備えるアノード電源でも、同様に電力制御器と動作中のホールスラスタとを絶縁することができ、例えば、電力制御器により供給された直流の電力を、スイッチング回路などで交流の電力に変換し、トランスなどで電圧変換（昇圧）した後に、整流回路などで整流することによって再び直流の電力に変換してから、アノードに供給していた。これに対して、アノード電源３０では、上述したように、スイッチ３２を切り替えるのみで、電力制御器１００をそれぞれのバッテリーＢと電力制御器１００とを切り離す、言い換えれば、アノード１２と切り離すことができるため、従来のアノード電源よりもより単純な構成で、電力制御器１００と動作中のホールスラスタ１０とを絶縁することができる。つまり、アノード電源３０では、電力制御器１００により供給された直流の電力を交流の電力に変換するなどのようなことを行わずとも、直流の電力ままで、アノード１２に供給する電力を得ることができる。
　スイッチ３２は、「第２のスイッチ部」の一例である。直列接続された最終段のバッテリーＢ－６の正極端は、「第１の正極端」の一例であり、直列接続された第１段目のバッテリーＢ－１の負極端は、「第１の負極端」の一例である。
　スイッチ３３は、それぞれのバッテリーＢの正極端と、電力制御器１００との間に配置され、電力制御器１００により供給された電力のそれぞれのバッテリーＢへの充電を制御するためのスイッチである。スイッチ３３は、例えば、Ｎチャンネル型の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor：ＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチング素子で構成された半導体スイッチである。図２には、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが一般的に備える寄生ダイオード（いわゆる、ボディダイオード）も併せて示している。スイッチ３３を構成する半導体スイッチング素子のゲート端子は、バッテリー駆動部ＢＤによって制御（制御電圧または制御電流が印加）される。つまり、スイッチ３３は、バッテリー駆動部ＢＤによって、オンまたはオフのいずれかの状態に制御される。バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力を充電させるときに、スイッチ３３をオン状態に制御し、それぞれのバッテリーＢに蓄電された電力に応じた電圧値が、電力制御器１００が供給（出力）する電力に応じた電圧値となったとき、つまり、それぞれのバッテリーＢへの充電が完了したときに、スイッチ３３をオフ状態に制御する。オン状態に制御されたスイッチ３３は、電力制御器１００からそれぞれのバッテリーＢ側に流れる電流を制限する機能としても動作する。
　スイッチ３３は、「第４のスイッチ部」の一例である。
　抵抗３４は、電力制御器１００により供給された電力をそれぞれのバッテリーＢに充電させる際に、電力制御器１００からそれぞれのバッテリーＢに流れる電流を制限するための抵抗素子である。抵抗３４は、電力制御器１００が出力する電力に応じた電圧値と、それぞれのバッテリーＢに蓄電された電力に応じた電圧値との差が小さいほど、つまり、それぞれのバッテリーＢの充電状態が満充電の状態に近くなるほど、電力制御器１００からそれぞれのバッテリーＢに流れる電流を制限する（電流値を低くさせる）。これにより、アノード電源３０では、電力制御器１００によってそれぞれのバッテリーＢを充電する際の安全性を高めることができる。アノード電源３０において、抵抗３４は、省略されてもよい。
　抵抗３４とスイッチ３３とを合わせた構成は、「第４のスイッチ部」の一例でもある。
　スイッチ３５は、直列接続された最終段のバッテリーＢ－６の正極端と、アノード１２のアノード電極Ｅａとの間に配置され、ホールスラスタ１０を動作させる際に、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６からアノード１２に供給される電力に応じた電圧値が、急激に最大値とならないように制御するためのスイッチである。ここで、アノード１２に供給される電力に応じた電圧値の最大値とは、直列接続された最下段（第１段目）のバッテリーＢ－１の負極端と、最上段（最終段）のバッテリーＢ－６の正極端との間の電圧値である。スイッチ３５も、スイッチ３３と同様に、半導体スイッチング素子で構成された半導体スイッチである。図２には、スイッチ３５においても、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが一般的に備えるボディダイオードも併せて示している。スイッチ３５を構成する半導体スイッチング素子のゲート端子も、バッテリー駆動部ＢＤによって制御（制御電圧または制御電流が印加）される。ただし、バッテリー駆動部ＢＤは、直列接続されたバッテリーＢからアノード１２に印加させる電圧の電圧値が、０［Ｖ］から最大値まで変化する時間、いわゆる、電圧の立ち上げ時間が所定の時間となるように、半導体スイッチング素子のゲート端子を制御する。より具体的には、バッテリー駆動部ＢＤは、直列接続されたバッテリーＢからアノード１２への電力供給を開始すると、所定の時間周期でスイッチ３５のオン状態への制御とオフ状態への制御とを繰り返しながら、電圧値を最大値とする所定の時間が経過したときにはスイッチ３５のオン状態が維持されるように、半導体スイッチング素子のゲート端子を制御する。このとき、バッテリー駆動部ＢＤは、所定の時間周期ごとに、スイッチ３５をオン状態に制御する時間を順次長く（オフ状態に制御する時間を順次短く）していく。言い換えれば、バッテリー駆動部ＢＤは、いわゆる、ソフトターンオンの機能と同様にスイッチ３５を制御することによって、アノード１２に印加される電圧の立ち上げ時間を制御する。これにより、アノード１２には、電圧値を急激に最大値としたときのような大電流（突入電流）が流れるのを抑制して、直列接続されたバッテリーＢからの電圧を印加することができる。
　スイッチ３５は、「第３のスイッチ部」の一例である。
　ダイオード３６－１～３６－６のそれぞれは、対応するバッテリーＢ－１～Ｂ－６と電力制御器１００との間に流れる電流を許容、あるいは阻止する整流素子である。特に、ダイオード３６－１～３６－６のそれぞれは、対応するバッテリーＢ－１～Ｂ－６に充電された電力の電流が、電力制御器１００側に流れるのを阻止する。これにより、アノード電源３０では、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６からアノード１２に電力を供給する際の安全性を高めることができる。アノード電源３０では、ダイオード３６－１～３６－６のそれぞれに代えて、機械接点式のスイッチや半導体スイッチを、対応するバッテリーＢ－１～Ｂ－６に充電された電力の電流が電力制御器１００側に流れるのを阻止する構成として用いてもよい。この場合、バッテリー駆動部ＢＤが、バッテリーＢ－１～Ｂ－６と電力制御器１００との間に流れる電流を許容するか阻止するかを制御してもよい。アノード電源３０において、ダイオード３６－１～３６－６のそれぞれは、省略されてもよい。
　ダイオード３７は、バッテリーＢ－１～Ｂ－６と電力制御器１００との間に流れる電流を許容、あるいは阻止する整流素子である。特に、ダイオード３７は、バッテリーＢ－１～Ｂ－６に充電された電力の電流が、電力制御器１００側に流れるのを阻止する。これにより、アノード電源３０では、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６からアノード１２に電力を供給する際の安全性を高めることができる。アノード電源３０において、ダイオード３７は、省略されてもよい。
　図２に示したアノード電源３０の構成において、例えば、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６からアノード１２に電力を供給する際に、アノード１２に印加させる電圧の電圧値をさらに高い電圧値にしたり、あるいは低い電圧値にしたりすることも考えられる。この場合、アノード電源３０は、直列接続された最終段のバッテリーＢ－６の正極端とスイッチ３５との間（つまり、スイッチ３５の前段）、あるいはスイッチ３５とアノード１２のアノード電極Ｅａとの間（つまり、スイッチ３５の後段）に、例えば、ＤＣ―ＤＣコンバータなど、電圧を昇圧させる、または降圧させるための電圧変換回路を配置してもよい。この場合のアノード電源３０の構成や動作は、上述したアノード電源３０の構成および動作から容易に考えることができるため、詳細な説明は省略する。
　電圧変換回路は、「電圧変換部」の一例である。
　［アノード電源の制御および動作］
　次に、バッテリー駆動部ＢＤにおけるアノード電源３０の制御、およびアノード電源３０の動作について説明する。以下の説明においては、小型の宇宙機に、本来のホールスラスタの特徴である高い推力電力比および高い推進効率が達成できる、例えば、１［ｋＷ］級の電力レベルのホールスラスタ１０（以下、「大電力のホールスラスタ１０」ともいう）を搭載する場合の一例について説明する。より具体的には、電力制御器１００が、電圧値が５０［Ｖ］で電流値が１［Ａ］の電力を電力処理部２０が備えるアノード電源３０に供給し、アノード電源３０が、最大の電圧値が３００［Ｖ］で電流値が３［Ａ］の電力をアノード１２に供給する場合の一例について説明する。ここで、それぞれのバッテリーＢの充電容量は、電力制御器１００がアノード電源３０に供給する電圧値＝５０［Ｖ］、電流値＝１［Ａ］の電力に対応しているものとする。
　図３は、第１実施形態に係る電源装置（アノード電源３０）の動作の一例を示す図である。図３の（ａ）には、電力制御器１００により供給された電力をバッテリーＢに蓄電（充電）させるときのアノード電源３０の動作を示し、図３の（ｂ）には、ホールスラスタ１０を動作させるためにバッテリーＢに蓄電（充電）された電力を出力させるときのアノード電源３０の動作を示している。
　電力制御器１００により供給された電力をバッテリーＢに蓄電（充電）させるとき、バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢを並列接続させ、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力が供給されるようにそれぞれのスイッチ３１とスイッチ３２とを制御する。これにより、アノード電源３０では、図３の（ａ）に示したように、それぞれのバッテリーＢの負極端同士が互いに接続され、さらに、電力制御器１００が接続されるように、スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれとスイッチ３２とが切り替えられる。このとき、ホールスラスタ１０のアノード１２は、アノード電源３０から切り離される。そして、バッテリー駆動部ＢＤは、スイッチ３３をオン状態に制御する。図３の（ａ）には、電圧値＝５０［Ｖ］、電流値＝１［Ａ］の電力が、電力制御器１００からアノード電源３０に供給されている状態を示している。これにより、それぞれのバッテリーＢの正極端に、ダイオード３７、抵抗３４、スイッチ３３、対応するダイオード３６を介して、電力制御器１００から合計で１［Ａ］の電流が流れ、それぞれのバッテリーＢに、電力制御器１００により供給された電力が充電される。より具体的には、図２に示したアノード電源３０の構成では、バッテリーＢ－１～Ｂ－６の六つのバッテリーＢを備えているため、それぞれのバッテリーＢには、１／６［Ａ］の電流が流れて、電力制御器１００により供給された電力が充電される。その後、バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢに蓄電された電力に応じた電圧値が、電力制御器１００が出力する電圧値＝５０［Ｖ］となったときに、スイッチ３３をオフ状態に制御する。これにより、それぞれのバッテリーＢへの電力制御器１００により供給された電力の充電を完了する。
　ホールスラスタ１０を動作させるためにバッテリーＢに蓄電（充電）されている電力を出力させるとき、バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢを直列接続させ、それぞれのバッテリーＢが一つのバッテリー（以下、「直列バッテリーＢＳ」という）であるものとして、その電力がアノード１２に供給されるようにそれぞれのスイッチ３１とスイッチ３２とを制御する。これにより、アノード電源３０では、図３の（ｂ）に示したように、それぞれのバッテリーＢは、隣接するバッテリーＢ同士で正極端と負極端と接続され、さらに、直列バッテリーＢＳの両端にアノード１２が接続されるように、スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれとスイッチ３２とが切り替えられる。より具体的には、直列バッテリーＢＳの最終段のバッテリーＢ－６の正極端とアノード１２のアノード電極Ｅａが接続され、直列バッテリーＢＳの第１段目のバッテリーＢ－１の負極端とホールスラスタ１０のカソード電極Ｅｃと接続されるように、スイッチ３２が切り替えられる。このとき、電力制御器１００は、アノード電源３０から切り離される。そして、バッテリー駆動部ＢＤは、スイッチ３５を、ソフトターンオンの機能と同様に制御する。これにより、アノード１２には、直列バッテリーＢＳから電圧値＝０［Ｖ］から最大の電圧値が３００［Ｖ］まで所定の立ち上げ時間で変化し、所定の立ち上げ時間が経過したときには最大の電圧値で維持される電圧が印加される。図３の（ｂ）には、電圧値＝３００［Ｖ］、電流値＝３［Ａ］の電力が、直列バッテリーＢＳからスイッチ３５を介してアノード１２に供給されている状態を示している。ここで、図３の（ｂ）では、直列バッテリーＢＳから電流値＝３［Ａ］の電流がアノード１２に流れるものとしているが、実際にアノード１２に流れる電流の電流値は、チャネル部１１内のプラズマの負荷特性に応じた電流値となる。これにより、ホールスラスタ１０は、プラズマによって推進用ガスを電離させて引き出したイオンを宇宙空間に噴射して、宇宙機の推進力を発生させる。
　このような構成および動作（バッテリー駆動部ＢＤの制御）によって、アノード電源３０では、それぞれのバッテリーＢを並列接続させて、電力制御器１００により供給された電力（システム電源の電力）を充電し、それぞれのバッテリーＢを直列接続させて（直列バッテリーＢＳであるものとして）、アノード１２に電力を供給する。これにより、アノード電源３０では、より効率的に電力をアノード１２に供給することができ、システム電源により供給可能な電力が大きくない小型の宇宙機に、電力当たりの発生推力を表す推力電力比や、推進用ガスをどれくらい使用するかという燃費に相当する比推力が高い、大電力のホールスラスタ１０を搭載することができる。このことにより、アノード電源３０が適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する小型の宇宙機の優位性を高めることができる。より具体的には、大電力のホールスラスタ１０は、小電力のホールスラスタに比べて推力電力比や比推力が高いため、大電力のホールスラスタ１０と小電力のホールスラスタとで同様に宇宙機を移動させる場合、宇宙機の重量において比較的大きな割合を占めている推進用ガスの使用量を削減することができる。言い換えれば、宇宙機の移動に必要な速度の変化量が同じである場合には、推進用ガスの搭載量を少なくすることができる。一方、推進用ガスの搭載量が同じである場合には、宇宙機の速度の変化量を多くすることができる。これは、宇宙機が行うミッション（任務）の範囲を広げることにつながる。
　そして、例えば、従来の考え方に基づいて小型の宇宙機に１［ｋＷ］級の大電力のホールスラスタを搭載することを考えた場合には、バッテリー１４０に相当するバッテリーと電力制御器とを大電力化する必要があるが、アノード電源３０では、バッテリー１４０と電力制御器１００とを大電力化することなく、大電力のホールスラスタ１０を実現することができる。つまり、電力処理部２０が備えるアノード電源３０を、バッテリーＢを備える構成とすることにより、バッテリー１４０と電力制御器１００とは、大電力化していない従来と等価な構成のままとなるため、仮に電力処理部２０が従来の電力処理部よりも多少大型化したとしても、例えば、１［ｋＷ］級の大電力のホールスラスタ１０の全体の構成を小型化することができ、小型の宇宙機に搭載することができるようになる。しかも、大容量化した従来の電力処理部と、電力処理部２０との比較では、大電力のホールスラスタ１０における一回あたりのイオンの噴射時間が短いほど、バッテリーＢの充電容量を小さくすることができるため、電力処理部２０の方に優位性がある。さらに、大容量化した従来の電力処理部が備えるそれぞれの電源を構成するスイッチング電源は、放電や、この放電により発生するプラズマとは関係のないタイミングでも、スイッチング動作がノイズ源となるため、バッテリーＢを備える構成のアノード電源３０の方が、ノイズの観点からも優位性がある。
　図２では、スイッチ３１とスイッチ３２とが機械接点式のスイッチであり、スイッチ３３とスイッチ３５とが半導体スイッチである場合の構成の一例を示した。しかし、スイッチ３１、スイッチ３２、スイッチ３３、およびスイッチ３５の構成は、上述したそれぞれの機能を実現することができる構成であれば、図２に示した構成に限定されない。例えば、スイッチ３１とスイッチ３２とのいずれか一方あるいは両方が半導体スイッチであってもよいし、スイッチ３３とスイッチ３５とのいずれか一方あるいは両方が機械接点式のスイッチであってもよい。
　［アノード電源の変形例］
　図２では、アノード電源３０が、ホールスラスタ１０が備えるアノード１２に電力を供給する構成である場合の一例を示した。しかし、アノード電源３０が電力を供給するホールスラスタ１０の構成要素は、アノード１２に限定されない。つまり、アノード電源３０は、ホールスラスタ１０が備えるアノード１２以外の構成要素に電力を供給する構成であってもよい。言い換えれば、アノード電源３０は、キーパー電源４０や、ヒータ電源５０、コイル電源６０、不図示のバルブ電源などの電源のいずれか一つあるいは複数を兼ねる構成であってもよい。図４は、第１実施形態に係る電源装置（アノード電源３０）における別の使用例および構成の一例を示す図である。
　図４には、アノード１２に加えて、ホローカソード部１５が備えるキーパー電極本体１５ｂおよびヒータ１５ｃと、電磁石１４とのそれぞれに、対応する電力を供給する構成のアノード電源３０（以下、「アノード電源３０ａ」という）の一例を示している。図４には、アノード電源３０ａが電力を供給する電力供給先のアノード１２、キーパー電極本体１５ｂ、ヒータ１５ｃ、および電磁石１４と、アノード電源３０ａが電力の供給を受ける電力供給元の電力制御器１００とを併せて示している。アノード電源３０ａは、例えば、六つのバッテリーＢ（バッテリーＢ－１～Ｂ－６）と、五つのスイッチ３１（スイッチ３１－１～３１－５）と、スイッチ３２と、スイッチ３３と、抵抗３４と、スイッチ３５と、六つのダイオード３６（ダイオード３６－１～３６－６）と、ダイオード３７と、三つのスイッチ３８（スイッチ３８－１～３８－３）と、を備える。アノード電源３０ａの構成要素において、アノード電源３０の構成要素と同一の符号を付与したそれぞれの構成要素は、同様の構成要素であるため、再度の詳細な説明は省略する。
　スイッチ３８－１～３８－３のそれぞれは、直列接続された対応するバッテリーＢの正極端と、対応するホールスラスタ１０の構成要素との間に配置される。より具体的には、スイッチ３８－１は、直列接続された第２段目のバッテリーＢ－２の正極端と、電磁石１４のコイルのコイル正電極Ｅｍ＋との間に配置される。スイッチ３８－２は、直列接続された第２段目のバッテリーＢ－２の正極端と、ヒータ１５ｃのヒータ電極Ｅｈとの間に配置される。スイッチ３８－３は、直列接続された第４段目のバッテリーＢ－４の正極端と、キーパー電極本体１５ｂのキーパー電極Ｅｋとの間に配置される。キーパー電源４０が、例えば、アノード電源３０用のスイッチ３５とアノード電極Ｅａとの間の経路を分岐させて、コンデンサ素子などの受動素子によって構成される着火用の回路（ホローカソード本体１５ａとキーパー電極本体１５ｂとの間で放電を起こさせる回路）を接続することにより、アノード電源３０からキーパー電極本体１５ｂに電源を供給する構成である場合、キーパー電源４０用のスイッチ３８－３は、省略されてもよい。スイッチ３８は、ホールスラスタ１０を動作させる際に、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６の対応する個所から対応する構成要素に電力を供給するか否かを制御するためのスイッチである。スイッチ３８も、スイッチ３５と同様に、半導体スイッチング素子で構成された半導体スイッチである。図４にも、スイッチ３８においても、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタが一般的に備えるボディダイオードも併せて示している。スイッチ３８を構成する半導体スイッチング素子のゲート端子も、バッテリー駆動部ＢＤによって制御（制御電圧または制御電流が印加）される。このとき、バッテリー駆動部ＢＤは、スイッチ３８を、スイッチ３５のようにソフトターンオンの機能と同様に制御したり、オン状態とオフ状態とを切り替えるように制御したりする。ここで、バッテリー駆動部ＢＤにおけるスイッチ３８のオン状態とオフ状態とを切り替える制御は、ソフトターンオンの機能と同様の制御において、所定の立ち上げ時間＝０とした場合と等価である。
　バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのスイッチ３８を介して電力を供給するホールスラスタ１０の構成要素に応じて、スイッチ３８を制御する。より具体的には、バッテリー駆動部ＢＤは、ホールスラスタ１０を動作させるために直列バッテリーＢＳに蓄電された電力を電磁石１４に出力させるとき、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－２の両端に電磁石１４のコイルが接続されるように、スイッチ３８－１の半導体スイッチング素子のゲート端子を制御して、スイッチ３８－１をオン状態にする。これにより、電磁石１４のコイル（コイル正電極Ｅｍ＋）には、電圧値＝１００［Ｖ］の電圧が印加される。バッテリー駆動部ＢＤは、ホールスラスタ１０を動作させるために直列バッテリーＢＳに蓄電された電力をヒータ１５ｃに出力させるとき、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－２の両端にヒータ１５ｃが接続されるように、スイッチ３８－２の半導体スイッチング素子のゲート端子を制御して、スイッチ３８－２をオン状態にする。これにより、ヒータ１５ｃ（ヒータ電極Ｅｈ）には、電圧値＝１００［Ｖ］の電圧が印加される。バッテリー駆動部ＢＤは、ホールスラスタ１０を動作させるために直列バッテリーＢＳに蓄電された電力をキーパー電極本体１５ｂに出力させるとき、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－４の両端にキーパー電極本体１５ｂが接続され、ソフトターンオンの機能と同様に、所定の立ち上げ時間で電圧値が最大値まで変化するように、スイッチ３８－３の半導体スイッチング素子のゲート端子を制御する。これにより、キーパー電極本体１５ｂ（キーパー電極Ｅｋ）には、所定の立ち上げ時間で電圧値＝０［Ｖ］から最大の電圧値＝２００［Ｖ］まで所定の立ち上げ時間で変化し、所定の立ち上げ時間が経過したときには最大の電圧値＝１００［Ｖ］で維持される電圧が印加される。これにより、キーパー電極本体１５ｂには、電圧値を急激に最大値としたときのような大電流（突入電流）が流れるのが抑制された状態で、直列バッテリーＢＳのバッテリーＢ－４からの電圧が印加される。
　アノード電源３０ａも、「電源装置」の一例である。キーパー電極本体１５ｂ、ヒータ１５ｃ、および電磁石１４のコイルは、「第２の電力供給先」の一例である。スイッチ３８（スイッチ３８－１～３８－３のそれぞれ）は、「第５のスイッチ部」の一例である。直列接続された第２段目のバッテリーＢ－２の正極端や、直列接続された第４段目のバッテリーＢ－４の正極端は、「第２の正極端」の一例である。
　このように、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６の対応する個所からホールスラスタ１０が備えるアノード１２以外の構成要素に電力を供給する構成にすることによって、アノード電源３０ａが適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する宇宙機では、対応する電源を削減することができ、さらに軽量化することができる。図４に示したアノード電源３０ａが適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する宇宙機では、キーパー電極本体１５ｂに対応するキーパー電源４０、ヒータ１５ｃに対応するヒータ電源５０、および電磁石１４のコイルに対応するコイル電源６０を削減することができ、図２に示したアノード電源３０が適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する宇宙機よりもさらに軽量化することができる。さらに、図４に示したアノード電源３０ａを、不図示のバルブ電源の機能も備える、つまり、ガス供給管１２ａに配置されたバルブの開閉を制御するための（電力（電圧や電流）をバルブに供給する構成にした場合、このアノード電源３０ａが適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する宇宙機では、キーパー電源４０、ヒータ電源５０、およびコイル電源６０に加えて、さらに不図示のバルブ電源を削減することができ、ホールスラスタシステム１を搭載する宇宙機をさらに軽量化することができる。
　図４に示したアノード電源３０ａでは、電磁石１４のコイルに対応するスイッチ３８－１と、ヒータ１５ｃに対応するスイッチ３８－２と、キーパー電極本体１５ｂに対応するスイッチ３８－３とのそれぞれのスイッチ３８を備える構成を示したが、アノード電源３０ａは、三つのスイッチ３８（スイッチ３８－１～３８－３）と、を備える構成に限定されない。つまり、三つのスイッチ３８を備える構成に限定されず、いずれか一つあるいは複数のスイッチ３８を備える構成であってもよい。
　図４では、スイッチ３８が半導体スイッチである場合の構成の一例を示した。しかし、スイッチ３８の構成は、上述したそれぞれの機能を実現することができる構成であれば、図４に示した構成に限定されない。つまり、スイッチ３８－１～３８－３のいずれか一つあるいは複数は、機械接点式のスイッチであってもよい。例えば、オン状態とオフ状態とを切り替えるように制御するスイッチ３８－１とスイッチ３８－２とを、機械接点式のスイッチとしてもよいし、ソフトターンオンの機能と同様に制御するスイッチ３８－３を、機械接点式のスイッチとしてもよい。
　＜第２実施形態＞
　［アノード電源の構成］
　以下、第２実施形態のアノード電源３０の構成について説明する。以下の説明においては、第２実施形態のアノード電源３０を「アノード電源３０ｂ」という。図５は、第２実施形態に係る電源装置（アノード電源３０ｂ）の構成の一例を示す図である。図５には、図２に示した第１実施形態のアノード電源３０と同様に、アノード電源３０ｂが電力を供給する電力供給先のアノード１２と、アノード電源３０ｂが電力の供給を受ける電力供給元の電力制御器１００とを併せて示している。アノード電源３０ｂは、例えば、六つのバッテリーＢ（バッテリーＢ－１～Ｂ－６）と、五つのスイッチ３１（スイッチ３１－１～３１－５）と、スイッチ３３と、抵抗３４と、スイッチ３５と、六つのダイオード３６（ダイオード３６－１～３６－６）と、ダイオード３７と、スイッチ３９と、を備える。
　アノード電源３０ｂでは、アノード電源３０が備えるスイッチ３２が、スイッチ３９に代わっている。そして、アノード電源３０ｂでは、直列バッテリーＢＳの第１段目のバッテリーＢ－１の負極端とホールスラスタ１０のカソード電極Ｅｃとが常に接続されている構成となっている。アノード電源３０ｂにおけるその他の構成や構成要素は、第１実施形態のアノード電源３０と同様である。従って、アノード電源３０ｂが備えるその他の構成や構成要素に関する再度の説明は省略する。
　スイッチ３９は、バッテリーＢの両端に電力制御器１００を接続するか否かを排他的に切り替えるためのスイッチである。より具体的には、スイッチ３９は、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力を充電させる際に、並列接続されたそれぞれのバッテリーＢの両端に電力制御器１００を接続させ、ホールスラスタ１０を動作させるためにそれぞれのバッテリーＢを直列接続させて蓄電された電力をアノード１２に供給させる際に、それぞれのバッテリーＢと電力制御器１００とを切り離す。つまり、スイッチ３９は、第１実施形態のアノード電源３０が備えるスイッチ３２と同様に、電力制御器１００と動作中のホールスラスタ１０とを絶縁する機能として動作する。スイッチ３９も、第１実施形態のアノード電源３０が備えるスイッチ３２と同様に、例えば、機械接点式のスイッチである。スイッチ３９の接続先の切り替えも、第１実施形態のアノード電源３０が備えるスイッチ３２と同様に、例えば、バッテリー駆動部ＢＤによって、スイッチ３１－１～３１－５のそれぞれと同時に制御される。つまり、バッテリー駆動部ＢＤは、それぞれのバッテリーＢに電力制御器１００により供給された電力を充電させるときには、並列接続されたそれぞれのバッテリーＢの両端に電力制御器１００が接続されるようにスイッチ３９を制御し、ホールスラスタ１０を動作させるためにバッテリーＢに蓄電された電力を出力させるときには、直列接続されたバッテリーＢ－１～Ｂ－６から電力制御器１００を切り離すようにスイッチ３９を制御する。これにより、アノード電源３０ｂでも、第１実施形態のアノード電源３０と同様に、アノード１２とホローカソード本体１５ａとの間で起こった放電に伴って発生したノイズが、電力制御器１００側に回り込んで影響を及ぼしてしまうのを抑えることができる。このことにより、アノード電源３０ｂでも、第１実施形態のアノード電源３０と同様に、従来のホールスラスタシステムが備えるアノード電源にように、電力制御器１００により供給された直流の電力を交流の電力に変換するなどのようなことを行わずとも、直流の電力ままで、アノード１２に供給する電力を得ることができ、従来のアノード電源よりもより単純な構成で、電力制御器１００と動作中のホールスラスタ１０とを絶縁することができる。
　スイッチ３９は、「第２のスイッチ部」の一例である。
　バッテリー駆動部ＢＤにおけるアノード電源３０ｂの制御、およびアノード電源３０ｂの動作は、図３を用いて説明した第１実施形態のアノード電源３０の動作から容易に考えることができるため、詳細な説明は省略する。アノード電源３０ｂも、図４を用いて説明した第１実施形態のアノード電源３０と同様に、ホールスラスタ１０が備えるアノード１２以外の構成要素に電力を供給する構成であってもよい。この場合の構成も、図４に示した第１実施形態のアノード電源３０の変形例から容易に考えることができるため、詳細な説明は省略する。
　このような構成および動作（バッテリー駆動部ＢＤの制御）によって、アノード電源３０ｂでも、第１実施形態のアノード電源３０と同様に、それぞれのバッテリーＢを並列接続させて、電力制御器１００により供給された電力（システム電源の電力）を充電し、それぞれのバッテリーＢを直列接続させて（直列バッテリーＢＳであるものとして）、アノード１２に電力を供給する。これにより、アノード電源３０ｂでも、第１実施形態のアノード電源３０と同様に、より効率的に電力をアノード１２に供給することができ、システム電源により供給可能な電力が大きくない小型の宇宙機に大電力のホールスラスタ１０を搭載することができ、アノード電源３０ｂが適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１を搭載する小型の宇宙機の優位性を高めることができる。
　図５では、スイッチ３９が機械接点式のスイッチである場合の構成の一例を示したが、スイッチ３９の構成は、上述したそれぞれの機能を実現することができる構成であれば、図５に示した構成に限定されない。例えば、スイッチ３９は、半導体スイッチであってもよい。
　上記に述べたとおり、実施形態のアノード電源３０（アノード電源３０ａおよびアノード電源３０ｂを含む）は、従来のホールスラスタシステムにおいて電力処理部が備えるアノード電源の代わりに、ホールスラスタシステム１の電力処理部２０に備えられる。そして、実施形態のアノード電源３０では、アノード電源３０が備えるバッテリーＢを並列接続させて、電力制御器１００により供給された電力を充電し、バッテリーＢを直列接続させて、アノード１２に高電圧を印加する。これにより、実施形態のアノード電源３０が適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１でも、従来のホールスラスタシステムと同様に、ホローカソード部１５側から推進用ガスの電子がチャネル部１１側に放出されると、アノード１２とホローカソード本体１５ａとの間で放電が起こる。そして、実施形態のアノード電源３０が適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１でも、従来のホールスラスタシステムと同様に、放電により発生するプラズマによって推進用ガスを電離させて引き出したイオンを、アノード１２とホローカソード本体１５ａとにより発生された電場によって加速してチャネル部１１から宇宙空間に噴射させる。これにより、実施形態のアノード電源３０が適用された電力処理部２０を備えるホールスラスタシステム１でも、従来のホールスラスタシステムと同様に、宇宙機に推進力を与えることができる。しかも、実施形態のアノード電源３０は、アノード電源３０が備えるバッテリーＢからアノード１２に電力を供給するため、従来のホールスラスタシステムにおいて考えられる間欠作動の方式を採用した場合に必要となる、システム電源などのバッテリーや電力制御器の大電力化をすることなく、小型の宇宙機に大電力のホールスラスタ１０を搭載することができる。
　上述した実施形態では、バッテリー駆動部ＢＤがアノード電源３０に備えられる構成である場合について説明した。しかしながら、バッテリー駆動部ＢＤは、アノード電源３０に備えられる構成に限定されない。例えば、バッテリー駆動部ＢＤは、電力処理部２０や電力制御器１００に備えられる構成であってもよい。この場合におけるアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤによるそれぞれのスイッチの制御は、上述した実施形態のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御と等価なものになるようにすればよい。従って、バッテリー駆動部ＢＤが電力処理部２０や、電力制御器１００に備えられる構成のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御に関する詳細な説明は省略する。
　上述した実施形態では、アノード電源３０が、六つのバッテリーＢ（バッテリーＢ－１～Ｂ－６）を備える構成である場合について説明した。しかしながら、アノード電源３０に備えられるバッテリーＢの数は、六つに限定されるものではなく、例えば、電力制御器１００がアノード電源３０に供給する電力と、アノード電源３０がアノード１２に供給する電力とに基づいて決められればよい。そして、アノード電源３０に備えられるバッテリーＢの数が異なる場合でも、アノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤによるそれぞれのスイッチの制御は、上述した実施形態のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御と等価なものになるようにすればよい。従って、備えるバッテリーＢの数が異なるアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御に関する詳細な説明は省略する。
　上述した実施形態では、それぞれのバッテリーＢの構成、つまり、バッテリーＢが備えるバッテリーセルの数や接続については特に説明をしていない。それぞれのバッテリーＢが備えるバッテリーセルの数や接続は、例えば、ホールスラスタ１０における一回あたりのイオンの噴射時間に基づいて決められればよい。ここで、ホールスラスタ１０における一回あたりのイオンの噴射時間は、バッテリーセルの充電容量（電気容量）にも関係する。このため、バッテリーＢ内でのバッテリーセルの接続方法は、直列接続に限定されるものではなく、バッテリーＢが出力する電圧を一定としたまま、バッテリーＢの電気容量を増加させるように、直列接続と並列接続とを組み合わせた接続方法であってもよい。例えば、それぞれのバッテリーセルが、電圧値が３．７［Ｖ］で電気容量が１［Ａｈ］であるあり、バッテリーＢが、２０個のバッテリーセルで構成されている場合について考える。この場合、バッテリーＢでは、例えば、１０個のバッテリーセルを直列接続させた二つのバッテリーセル組を並列接続する（つまり、それぞれのバッテリーセルを十直列二並列にする）ことにより、電圧値が３７［Ｖ］で電気容量が２０［Ａｈ］の一つのバッテリーＢとして構成することができる。そして、この構成のバッテリーＢを八つ用いて図２に示したような構成のアノード電源３０とした場合、アノード電源３０は、最大の電圧値が２９６［Ｖ］で電流値が１６０［Ａｈ］の電力をアノード１２に供給することができる。この場合でも、アノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤによるそれぞれのスイッチの制御は、上述した実施形態のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御と等価なものになるようにすればよい。従って、この場合のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御に関する詳細な説明は省略する。
　上述した実施形態では、アノード電源３０が、ホールスラスタシステム１に適用される場合を例に挙げて説明した。しかし、アノード電源３０が適用される電気推進機のシステムは、ホールスラスタシステム１に限定されるものではなく、放電により発生したプラズマ（プラズマ放電）によって推進用ガスを電離させて引き出したイオンを宇宙空間に噴射する電気推進機のシステムであれば、アノード電源３０を適用することができる。言い換えれば、プラズマ放電を伴う電気推進機のシステムであれば、いかなる電気推進機のシステムであっても、少なくともプラズマ放電を起こさせる構成要素に電力を供給する電源として、アノード電源３０を採用することができる。例えば、アノード電源３０は、イオンエンジンにおいて、推進用ガスを電離させて引き出したイオンを放出させる構成要素に電力を供給する電源として採用することができる。この場合におけるアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤによるそれぞれのスイッチの制御は、上述した実施形態のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御と等価なもの（イオンエンジンに適合した）になるようにすればよい。従って、アノード電源３０がイオンエンジンに採用された場合のアノード電源３０の構成や、バッテリー駆動部ＢＤの制御に関する詳細な説明は省略する。
　以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
１・・・ホールスラスタシステム
１０・・・ホールスラスタ
１１・・・チャネル部
１２・・・アノード
１２ａ・・・ガス供給管
１３・・・壁部
１４・・・電磁石
１４ａ・・・内部電磁石
１４ｂ・・・外部電磁石
１５・・・ホローカソード部
１５ａ・・・ホローカソード本体
１５ｂ・・・キーパー電極本体
１５ｃ・・・ヒータ
１５ｄ・・・ガス供給管
２０・・・電力処理部（ＰＰＵ）
３０，３０ａ，３０ｂ・・・アノード電源
３１，３１－１，３１－２，３１－２，３１－４，３１－５・・・スイッチ
３２・・・スイッチ
３３・・・スイッチ
３４・・・抵抗
３５・・・スイッチ
３６，３６－１，３６－２，３６－３，３６－４，３６－５，３６－６・・・ダイオード
３７・・・ダイオード
３８，３８－１，３８－２，３８－３・・・スイッチ
３９・・・スイッチ
４０・・・キーパー電源
５０・・・ヒータ電源
６０・・・コイル電源
１００・・・電力制御器
１２０・・・太陽電池
１４０・・・バッテリー
Ｂ，Ｂ－１，Ｂ－２，Ｂ－３，Ｂ－４，Ｂ－５，Ｂ－６，Ｂ－ｎ・・・バッテリー
ＢＤ・・・バッテリー駆動部
Ｅａ・・・アノード電極
Ｅｃ・・・カソード電極
Ｅｋ・・・キーパー電極
Ｅｈ・・・ヒータ電極
Ｅｍ＋・・・コイル正電極
Ｅｍ－・・・コイル負電極

Claims (19)

  1. 　宇宙機の推進力を発生させる電気推進機に電力を供給する電源装置であって、
    　複数のバッテリーと、
    　隣接する二つの前記バッテリーごとに対応して複数備えられ、対応する二つの前記バッテリー同士の接続を、直列接続あるいは並列接続に切り替える第１のスイッチ部と、
    　それぞれの前記バッテリーに電力供給元を接続するか否かを切り替える第２のスイッチ部と、
    　を備える電源装置。
  2. 　前記第２のスイッチ部は、並列接続されたそれぞれの前記バッテリーの両端に電力供給元を接続するか、直列接続された最終段の前記バッテリーの正極端を含む第１の正極端側と、直列接続された第１段目の前記バッテリーの負極端である第１の負極端とを、前記電気推進機が有する構成要素である第１の電力供給先に接続するかを切り替える、
    　請求項１に記載の電源装置。
  3. 　直列接続された最終段の前記バッテリーの正極端を含む第１の正極端側と、直列接続された第１段目の前記バッテリーの負極端である第１の負極端とは、前記電気推進機が有する構成要素である第１の電力供給先に接続され、
    　前記第２のスイッチ部は、
    　前記電気推進機が前記推進力を発生させないときに、前記第１の負極端と前記第１の電力供給先とが接続された経路を前記電力供給元に接続し、
    　前記電気推進機が前記推進力を発生させるときに、前記経路と前記電力供給元とを切り離す、
    　請求項１に記載の電源装置。
  4. 　直列接続された最終段の前記バッテリーの正極端を含む第１の正極端と、前記電気推進機が有する構成要素である第１の電力供給先との間に配置され、直列接続された前記バッテリーから前記第１の電力供給先に印加される電圧が、所定の時間で最大の電圧である前記第１の正極端と、直列接続された第１段目の前記バッテリーの負極端である第１の負極端との間の電圧となるように、前記電圧の立ち上げ時間を制御するための第３のスイッチ部、
    　をさらに備える、
    　請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 　並列接続されたそれぞれの前記バッテリーの正極端と前記電力供給元との間に配置され、それぞれの前記バッテリーに蓄電された電力に応じた電圧が所定の電圧となった際にオフ状態とし、オン状態のときに前記電力供給元からそれぞれの前記バッテリーの前記正極端側に流れる電流を制限するための第４のスイッチ部、
    　をさらに備える、
    　請求項４に記載の電源装置。
  6. 　前記第３のスイッチ部の前段、あるいは後段に配置され、前記第１の正極端と前記第１の電力供給先との間の電圧を昇圧または降圧させる電圧変換部、
    　をさらに備える、
    　請求項５に記載の電源装置。
  7. 　直列接続されたいずれかの段の前記バッテリーの正極端である第２の正極端と、前記電気推進機が有する構成要素である第２の電力供給先との接続を制御するための第５のスイッチ部、
    　をさらに備える、
    　請求項６に記載の電源装置。
  8. 　前記電気推進機は、高電圧を印加して起こった放電により発生したプラズマによって所定のガスを電離させて引き出したイオンを噴射させることにより前記推進力を発生させる電気推進機である、
    　請求項７に記載の電源装置。
  9. 　前記電気推進機は、ホールスラスタであり、
    　前記電源装置は、前記ホールスラスタが有するそれぞれの構成要素に電力を供給する電力処理部に備えられる、
    　請求項８に記載の電源装置。
  10. 　前記電力供給元は、前記宇宙機が備える発電装置および／または前記発電装置が発電した電力を蓄電する蓄電池を含むシステム電源からの電力を前記電力処理部に供給する電力制御器であり、
    　前記第１の電力供給先は、前記ホールスラスタが有するアノードであり、
    　前記第３のスイッチ部は、前記第１の正極端と前記アノードのアノード電極との間に配置され、
    　前記第１の負極端は、前記ホールスラスタが有するホローカソードのカソード電極に接続される、
    　請求項９に記載の電源装置。
  11. 　前記第１のスイッチ部、および前記第２のスイッチ部は、機械接点式のスイッチである、
    　請求項１０に記載の電源装置。
  12. 　前記第３のスイッチ部は、半導体スイッチング素子と電流整流素子とが並列に接続された半導体スイッチである、
    　請求項１１に記載の電源装置。
  13. 　前記第４のスイッチ部は、半導体スイッチング素子と電流整流素子とが並列に接続された半導体スイッチである、
    　請求項１２に記載の電源装置。
  14. 　前記第５のスイッチ部は、半導体スイッチング素子と電流整流素子とが並列に接続された半導体スイッチである、
    　請求項１３に記載の電源装置。
  15. 　前記第２の電力供給先は、前記ホールスラスタが有する前記アノード以外の構成要素であり、
    　前記第５のスイッチ部は、前記第２の正極端と前記アノード以外の対応する構成要素の電極との間に配置される、
    　請求項１４に記載の電源装置。
  16. 　前記アノード以外の構成要素の電極は、前記ホールスラスタが有するホローカソード部のキーパー電極である、
    　請求項１５に記載の電源装置。
  17. 　前記アノード以外の構成要素の電極は、前記ホールスラスタが有するホローカソード部のヒータのヒータ電極である、
    　請求項１５に記載の電源装置。
  18. 　前記アノード以外の構成要素の電極は、前記ホールスラスタが有する電磁石を構成するコイルのコイル電極である、
    　請求項１５に記載の電源装置。
  19. 　前記アノード以外の構成要素の電極は、前記アノードに前記所定のガスを供給するガス供給管に配置され、少なくとも前記アノードへの前記所定のガスの供給の有無を制御するバルブの電極である、
    　請求項１５に記載の電源装置。
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