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NASAソーラー技術応用準備（NSTAR ）は、静電イオンスラスタと呼ばれるタイプの宇宙船イオンスラスタです。[1] [2]これは、太陽電池アレイによって生成された電力で動作する、高効率の低推力宇宙船推進装置です。高電圧電極（2つの微細グリッドを含む）を使用して、静電気力でイオンを加速します。
開発とパフォーマンス
NSTARプログラムの目的は、深宇宙ミッション用のキセノン燃料イオン推進システムを開発することであった。 [3] NSTAR静電イオンスラスタはNASAのグレン研究センターで開発され、1990年代初頭にヒューズ社とスペクトラムアストロ社によって製造された。供給システムの開発はJPLとムーグ社の共同作業であった。[1]
イオンは2つの微細グリッドを通して加速され、グリッド間の電圧差はおよそ1300Vで2.3kWで動作し、[4] [5]推力は20～92mN 、比推力は19000～30500N·s/kg（1950～3100s）、DS1の総推力は2.65 x10 6 Nsとなる。[5]
1996年、試作エンジンは宇宙空間の条件をシミュレートする真空チャンバー内で8000時間の連続運転に耐えました。試作の結果は、ディープ・スペース1探査機用に構築された飛行ハードウェアの設計を定義するために使用されました。課題の1つは、太陽電池アレイからの電力をエンジンに必要な電圧に変換する小型で軽量な電力処理ユニット[6]の開発でした。 [3]
パフォーマンス
このエンジンは、最大 3,000 秒の比推力を達成します。これは従来の宇宙推進方法よりも桁違いに高い値であり、質量は約半分に削減されます。エンジンは最大出力 ( DS1ミッションでは 2,100W ) でわずか 92ミリニュートン(0.331オンス力) の推力しか生み出しませんが、イオンエンジンは長時間連続的に推力するため、この宇宙船は高速を達成しました。[7] 「30 cm イオンスラスタは、0.5 kW から 2.3 kW の入力電力範囲で動作し、19 mN から 92 mN の推力を提供します。比推力は、0.5 kW で 1900 秒から 2.3 kW で 3100 秒の範囲です。」[1]
アプリケーション
ディープスペース
NSTARイオンスラスタは、1998年10月24日に打ち上げられたディープ・スペース1 （DS1）宇宙船で初めて使用されました。 [8]ディープ・スペース・ミッションは、小惑星9969ブレイルと ボレリー彗星のフライバイを実施しました。ディープ・スペース1には178ポンド（81キログラム）のキセノン推進剤があり、総インパルス能力は2.65 x10 6 Ns [5]で、ミッション中にDS1の速度を時速7900マイル（時速12,700キロメートル、3.58 km/s）増加させることができました。 [3] それは2.3kWの電力を使用し、探査機の主な推進力でした。[4]
夜明け
NSTARエンジンを使用した2番目の惑星間ミッションは、2007年にそれぞれ直径30cmの3つの冗長ユニット[9]を搭載して打ち上げられたドーン宇宙船でした。 [6] [10]ドーンは、イオン推進を使用して複数の軌道に出入りする最初のNASA探査ミッションです。[11] ドーンは425kg（937ポンド）のキセノン推進剤を搭載し、ミッション中に25,700mph（11.49km/s）の速度変化を行うことができました。
提案された用途
2009年現在、[アップデート]NASAのエンジニアは、5キロワット、0.04ポンド推力のNSTARエンジンが、エウロパ、冥王星、その他の深宇宙の小天体への宇宙船の推進力として有望であると述べています。[1]
参照
- 電気駆動宇宙船の推進
- NEXT（イオンスラスタ） – 宇宙推進システム、グリッド型静電イオンスラスタ
- 先進電気推進システム – NASA の宇宙船推進システム。50kW ホール効果スラスタ、現在は月面ゲートウェイに搭載
参考文献
- ^ abcd 「NASA Solar Electric Propulsion Technology Application Readiness (NSTAR)」NASAのグレン研究センター。2009年4月21日。2003年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年3月18日閲覧。
- ^ Sovey, JS, Rawlin, VK、Patterson, MJ：「米国におけるイオン推進開発プロジェクト：宇宙電気ロケットテスト1からディープスペース1まで」Journal of Propulsion and Power、第17巻第3号、2001年5月～6月、517～526ページ。
- ^ abc 「革新的なエンジン - NSTARプログラム」NASAグレン研究センター。2004年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年3月18日閲覧。出口グリッドを示す図と写真があります。
- ^ ab "NSTAR". Encyclopedia Astronautica . 2014年2月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年3月18日閲覧。
- ^ abc ディープ・スペース・ワン・ミッションにおけるNSTARイオン推進システムの飛行性能。航空宇宙会議議事録。IEEExplore。2000年。doi : 10.1109/AERO.2000.878373。
- ^ ab Bond, T.; Benson, G.; Cardwell, G.; Hamley, J. (1999-04-06). NSTARイオンエンジン電力プロセッサユニットの性能:地上テストと飛行経験。航空宇宙電力システム会議。SAE International。doi : 10.4271/1999-01-1384。
- ^ Rayman, MD; Chadbourne, PA; Culwell, JS; Williams, SN (1999). 「深宇宙ミッション設計 1: 低推力技術検証ミッション」(PDF) . Acta Astronautica . 45 (4–9). Elsevier : 381–388. Bibcode :1999AcAau..45..381R. doi :10.1016/s0094-5765(99)00157-5. 2015-05-09 にオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ 「Deep Space 1への貢献」NASA。2023年4月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ ドーン - 宇宙船の主な特徴。2014年。
- ^ NSTARイオンエンジンキセノン供給システム：システム設計と開発の概要 Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine . Edward D.Bushway (PDF)
- ^ マーク・レイマン;フラスケッティ、トーマス。レイモンド、キャロル。クリストファー・ラッセル（2006年4月5日）。 「ドーン: メインベルト小惑星ベスタとケレスの探査に向けた開発中のミッション」(PDF)。アクタ・アストロノーティカ。58 (11): 605–616。Bibcode :2006AcAau..58..605R。土井：10.1016/j.actastro.2006.01.014 。2011 年4 月 14 日に取得。