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発 生 ガ ス(02)
図5‑2低 温 貯 蔵
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図5‑3過 酸 化 水 素 水 の 沸 点 と凝 固 点5〕
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シ ミ ュ レー シ ョ ン結 果 を 図5‑4に 示 す.緑 の グ ラ フが25℃ で,上 下5℃ 刻 み で ふ っ た も の が 青 線 で あ る.ピ ン ク 色 の 領 域 が 噴 射 に 適 した 圧 力 で あ り,こ の グ ラ フ か ら5℃ 以 下 で 貯 蔵 す る こ とで 約15年 間,噴 射 に 適 した 圧 力 に保 つ こ とが 可 能 で あ る こ とが 示 され た,
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図5‑4低 温 貯 蔵 時 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果
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45。C
25℃
5。C
実 際 に 軌 道 上 で 運 用 した宇 宙 実 証機 ほ ど よ し1号 に お い て の タ ン ク周 りの 温 度 を 見 て み る と, 5℃ 〜23℃ の 幅 で 計 測 され て お り,約20日 間 の 平 均 温 度 は12℃ で あ っ た(図5‑5).こ の こ と か
ら,タ ン ク周 りの 平 均 温度 を5℃ 以 下 にす るた め に は,ペ ル チ ェ 素 子 な ど に よ る積 極 的 冷 却 が 必 要 で あ る こ と が 分 か る.
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図5‑5ほ ど よ し1号 の タ ン ク 周 辺 温 度(2014.11」1〜2014,12,2)
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5.3チ ュー ブの 気 体透 過 性 を用 いた 内 圧上 昇抑 制
チ ュ ー ブ の 気 体 透 過 性 を 用 い た 方 法 に っ い て 述 べ る.先 行 研 究 に お け る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 条 件 は, チ ュ ー ブ に60wtO/。H202を 満 充 填 す る と し,さ ら に チ ュ ー ブ 内 の 接 触 面 に お い て も 気 体 満 充 填 時 の 気 体 透 過 係 数 を 有 す る と して い た,し か し,3,4節 で 樹 脂 製 チ ュ ー ブ の 気 体 透 過 性 に つ い て 分 析 し た 結 果,60wt%H202満 充 填 時 に は,チ ュ ー ブ 内 圧 は 上 が り続 け,気 体 満 充 填 時 ほ ど の 気 体 透 過 量 を 有 し て い な い こ と が 確 認 さ れ た,そ こ で,本 項 で は チ ュ ー ブ の 気 体 透 過 の 効 果 を よ り効 率 的 に 活 用 す る た め に,タ ン ク の 推 進 剤 供 給 口 付 近 に 気 液 分 離 部 を 設 け,チ ュ ー ブ に 気 体 を 積 極 的 に 送 る 仕 様 と し た,な お,本 段 階 で は 気 液 分 離 部 に 具 体 的 な 構 想 は な い が,現 時 点 で の 調 査 の 結 果(付 録E) で は 液 中 の 気 体 の み を100%分 離 す る こ と が 可 能 な 装 置 は 存 在 し な い た め,60wtO/。H202も 気 体 と共 に チ ュ ー ブ に 流 入 す る と 考 え る.次 に,気 液 分 離 部 の 先 に 取 り付 け る チ ュ ー ブ に っ い て 考 え る.4.2 節 の チ ュ ー ブ 内 圧 の モ デ ル 化 で は,外 径1f4イ ン チ のPFAチ ュ ー ブ を 採 用 した が,本 項 で は 衛 星 へ の 搭 載 性 を 考 慮 して 外 形1/8イ ン チ の チ ュ ー ブ を 採 用 す る.搭 載 性 と し て 考 慮 し た 点 は,最 小 曲 げ 半 径 とMEOPで あ り,表2‑4に 示 す よ う に1/8イ ン チ チ ュ ー ブ は,1/4イ ン チ の 最 小 曲 げ 半 径2cm に 対 し1cm,MEOPは1.6MPaに 対 して2.3MPaと,チ ュ ー ブ の 取 回 し は 容 易 に,耐 圧 は 大 き く な る と い うメ リ ッ トを 有 す る.一 方,デ メ リ ッ トと し て,同 じ長 さ に お い て は 径 が 半 分 に な る こ と で 表 面 積 も 半 分 と な る た め,気 体 透 過 量 が 減 少 す る,こ れ に つ い て は,長 さ を 二 倍 に す る こ と で 表 面 積 の 確 保 が 可 能 で あ る,先 行 研 究 で は,チ ュ ー ブ 内 に 気 体 を 満 充 填 した 場 合 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に て1f4イ ン チ チ ュ ー ブ 約1mと し た と き に タ ン ク 内 圧 抑 制 の 効 果 が 大 き く表 れ た こ と を か ら,1f4 イ ン チ チ ュ ー ブ1mと 同 等 の 表 面 積 とす る た め に,1/8イ ン チ チ ュ ー ブ2mと し た.
次 に,シ ミ ュ レー タ に 組 み 込 む 条 件 に つ い て 述 べ る.図5‑6に 示 す よ う に,実 験 開 始 時 は チ ュ ー ブ 内 に 酸 素 の み を 充 填 し,タ ン ク 内 と等 圧 の 状 態 を っ く る.時 間 が 経 過 す る と,自 然 分 解 に よ り タ ン ク 内 圧 は 上 昇 す る 一 方 で,チ ュ ー ブ 内 圧 は 気 体 透 過 に よ り減 圧 す る た め,タ ン ク と チ ュ ー ブ の 問 で 圧 力 差 が 生 じ る,タ ン ク 内 は 図4‑1の タ ン ク 内 圧 シ ミ ュ レー シ ョ ン を,チ ュ ー ブ 内 は 図4‑5の チ ュ ー ブ 内 圧 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 用 い て 計 算 す る,そ の 二 つ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を っ な ぐ 条 件 と し て,
な い こ と か ら,気 液 分 離 率 を 変 化 させ て そ の 効 果 を 検 証 す る.こ の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り,気 液 分 離 率 に 関 す る 要 求 も 明 ら か に す る,
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 条 件 を 以 下 に 示 す.そ の 他 入 力 値 は,第4章 の 表4‑2,表4‑4の 値 を 採 用 す る,
〈 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 条 件 〉
・ 貝守蔵 温 度:25。C
・ 押 し ガ ス:窒 素
・ チ ュ ー ブ 内:酸 素
・60WtO/oH202充 填 量=720。c
・ 初 期 圧 力1300kPa(Abs)
・ サ ン プ リ ン グ 周 期=1⑪ 分
・ チ ュ ー ブ 材 質=PFA
・ チ ュ ー ブ 外 径=1/8イ ン チ
・ チ ュ ー ブ 長 さ=2m
・ 気 液 分 離 率=oo/。 ,90%,98%,100%
初 期 状 態
等圧
→ 実 際 は ス ラス タに至 る
チュータ 〔咽 酸素充填
時 間 経 過 後
H202
等圧になる ように流入
発 生 ガ ス(02)
気体 透'
02(十H202)
気液分離 凄==図
図5‑6チ ュ ー ブ 取 付 タ ン ク
シ ミュ レー シ ョ ン結 果 を図5‑7に 示 す,緑 の グ ラ フ が 気 液 分 離 で き ず60WtO/。H202の み が チ ュ ー ブ に 流 入 す る 場 合,青 の グ ラ フ は気 液 分 離 率9001・,980/。,100%の 場 合 で あ る.ピ ン ク色 の 領 域 が 噴 射 に適 した 圧 力 で あ り,気 液 分 離 率98%以 上 で あれ ば2年 間,噴 射 に 適 した 圧 力 に保 つ こ と が 可 能 で あ る こ とが 示 され た.
調 査 した 気 液 分 離 機 構 の うち,微 小 重 力 下 に お け る適 用 が 可能 か つ60WtO/,H20ユ の 自然 分 解 を 促 進 しな い 方 法 と して,分 岐 管 に よ る 方 法 が 挙 げ られ る(付 録E参 照).た だ し,こ の 方 法 は,気 泡 サ イ ズ に よ り気 液 分 離 率 が 変 わ り,最 大 で も気 液 分 離 率80%で あ るた め,分 岐 管 を用 い た 気 液 分 離 手 法 で は 噴 射 に適 した 圧 力 に タ ン ク 内 圧 を保 持 させ る こ と は で き な い.チ ュー ブ を 用 い た 手 法 を 適 用 す る た め に は,気 液 分 離 率98%以 上 を 実 現 す る気 液 分 離 手 法 を新 規 開 発 す る必 要 が あ る.
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