OSAKA VACUUM
3.5 第 3 章のまとめ
本章ではスラスタの大型化を視野に入れた, 最適なマイクロ波伝送系の検討を行っ た．
マイクロ波工学やプラズマ工学で使用されている「スロットアンテナ」を利用した マイクロ波放電型イオンスラスタを設計製作した．そのスラスタは大電力を必要とし、
また誘電体の使用により, 宇宙使用を考慮した場合に重要な項目である長寿命化を期 待できない事がわかった．
そして大型化を視野に入れたマイクロ波放電型イオンスラスタの開発で重要な事は
（1）マイクロ波を放電室に局所的に入射しないこと．すなわち分配する事．
（2）プラズマの生成は磁場配位に依存するので, マイクロ波の導入位置に柔軟性を持 たせる事．
などを上記の実験より確認し，それが可能である「マルチモノポールアンテナ型イオ ンスラスタ」を開発した．このスラスタはモノポールアンテナを複数本使用する事が 可能であり,それによりマイクロ波を柔軟に分配させることが可能となった．さらに2.45 GHz を使用したマイクロ波放電型イオンスラスタとしては大幅な性能向上が計られた．
また大型化へ適用できることもわかり，マルチモノポールアンテナシステムの有用性 が示された．
図3-28（a）九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタ断面図
図3-29 （a）九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタディバイダー部写真
図3-29 （b）九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタ放電様子
N N
N N
N S S S S
120mm
90mm 90mm
90mm
90mm
90mm 150mm 90mm
N N
N N
N S S S S
90mm
90mm 90mm
90mm
90mm 120mm
240mm 150mm
図3-31 （a）九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタンテナ配置図
図3-31 （b）九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタンテナ配置図
図3-32 九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタ パンチングメタル装着図
図3-33 九州大学20cm級マルチモノポールアンテナ型イオンスラスタ真空容器設置図 20cm級マルチモノポールアンテナ型
スラスタ設置フランジ
図3-34（a）イオン電流の各推進剤圧力によるマイクロ波パワー依存性（アンテナ（a））
図3-34（b）イオン電流の各推進剤圧力によるマイクロ波パワー依存性（アンテナ（b）） 100
120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
0 10 20 30 40 50 60
Microwave Power (W)
Ion Current (mA)
1.3E-3Torr 8.0E-4Torr 6.0E-4torr 3.2E-4Torr
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
0 20 40 60
Microwave Power (W)
Ion Current (mA)
9.0E-4Torr 8.0E-4Torr 6.0E-4Torr 3.2E-4Torr
図3-35 アンテナ（a）の放電様子 2.2 10-4 Torr
図3-36 アンテナ（a）の放電様子6.0 10-4 Torr
図3-37 アンテナ（a）の放電様子9.5 10-4 Torr 10 W
10 W
10 W
20 W
20 W
20 W
30 W
30 W
30 W
40 W
40 W
40 W
50 W
図3-38アンテナ（b）の放電様子2.2 10-4 Torr
図3-39アンテナ（b）の放電様子6.0 10-4 Torr
図3-40アンテナ（b）の放電様子9.5 10-4 Torr 10 W
10 W
10 W
20 W
20 W
20 W
30 W
30 W
30 W
40 W
40 W
40 W 50 W
50 W
50 W
54W
図3-41 イオン飽和電流密度の各マイクロ波電力における半径方向依存性
（推進剤圧力0.88 10-4 Torr）
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
0 20 40 60 80 100
Radius (mm)
Ion Saturation Current (Arb. Unit)
36W 30W 20W 10W
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
0 20 40 60 80 100
Radius (mm)
Ion Saturation Current (Arb.Unit)
36W 30W 20W 10W
図3-43 イオン飽和電流密度の各マイクロ波電力における半径方向依存性
（推進剤圧力2.4 10-4 Torr）
図3-44 イオン飽和電流密度の各マイクロ波電力における半径方向依存性
（推進剤圧力3.2 10-4 Torr）
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50
0 20 40 60 80 100
Radius (mm)
Ion Saturation Current (Arb.Unit)
34W 30W 20W 10W
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
0 20 40 60 80 100
Radius (mm)
Ion Saturation Current (Arb.Unit)
34w 30W 20W 10W
図3-45 電子密度の各推進剤圧力における半径方向依存性
（マイクロ波電力34W）
0.0E+00 5.0E+10 1.0E+11 1.5E+11 2.0E+11 2.5E+11
0 20 40 60 80 100
Radius (mm) Electron Density (cm-3 )
3.8E-4 Torr 2.4E-4 Torr 1.72E-4 Torr 0.88E-4 Torr
第3章参考文献
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デブー・サンプルリターンミッション軌道計画の予備検討（その 2）」, 第 48 回宇宙 科学技術連合講演会, pp. 279-284, 2004．
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