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テクノロジー

ESA、空気を推進剤に使う低高度衛星向けイオンエンジンを開発 29

ストーリー by hylom
紫の光が特徴だそうで 部門より
あるAnonymous Coward曰く、

日本では昨年末に超低高度衛星技術試験機つばめ(SLATS)が打ち上げられたところですが、キセノンなどではなく(衛星としては)低高度の宇宙空間に存在する希薄空気を推進剤として用いるイオンエンジンが欧州宇宙機構(ESA)で開発されたそうです(GIGAZINEESA:欧州宇宙機関)。

今回ESAが発表したシステムは、低密度ではあるものの空気が存在する地上200kmほどの低高度の宇宙空間向けのもの。イオンエンジンではイオン化しやすいキセノンなどを推進剤として使うことが多いが、このエンジンでは窒素と酸素からなる空気を利用する。電極とコイルのみで構成されるシンプルな構造が特徴で、秒速7.8kmほどの速度が出せるという。

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  • by simon (1336) on 2018年03月08日 17時07分 (#3373386)

    恒星間の宇宙空間に希薄に存在する水素原子を磁気でかき集めて吸い取って加速に使うバサード・ラムジェット [wikipedia.org](Bussard ramjet)を思い出した。だんだん現実がSFに近づいていきますね

    • by wolf03 (39616) on 2018年03月08日 23時13分 (#3373533) 日記
      巨大な氷塊に取り付けるんですね
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    • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 17時38分 (#3373402)

      野暮ですが、だいぶ違うと思います。
      バサード・ラムジェットは、吸い込んだ水素を核融合の燃料として使うアイディア。
      なので、吸い込むのはエネルギー源であり、推進剤でもあります。
      恒星間の水素は思っていたよりはるかに薄いらしく、実現はかなり困難な模様。

      ESAが発表したやつは"air-breathing electric thruster"なので、エネルギー源はおそらく太陽電池。
      吸い込んだ空気はあくまで推進剤(後ろに噴射して反動を得るためのもの)としてのみ使う。
      (これはこれですごいものだとは思いますが)

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        太陽電池とはまたひ弱な感じがするけど秒速7.8kmに達するまでどのぐらいかかるのだろう。希薄空気中を進むとなると抵抗もあるよね。

        • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 18時38分 (#3373430)

          なんか勘違いしてると思われ。このシステムで7.8km/sまで加速するのではない。

          まず機体を人工衛星として普通に軌道に投入する。ただしこの時、一般的な衛星より低い200km程度の軌道を与える。
          このような軌道では空気抵抗による減速が激しく、通常では数週間から数ヶ月で速度を失って落下してしまう。

          そこで、ガススラスタや安定翼などで姿勢を安定させてから、衛星に積まれたイオンエンジンやこのイオンラムジェット
          エンジンを始動する。そして出力を空気抵抗による減速と一致するよう調整する。これにより衛星の寿命を、通常の数週間から
          エンジンが停止してから数週間へと大幅に伸ばすことができる、というわけだ。

          ESAとJAXAは高層大気観測だか光学観測だか、衛星として成立させるには空気抵抗が大きすぎる高度での観測に関心があり、
          長年こういうのをやっている。

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          • by Anonymous Coward

            hylom氏の解説文がちょっと誤解を生んだようですね
            「秒速7.8kmほどの速度が出せる」は省略しすぎで、「衛星軌道を保てる(=地球に落下しない)秒速7.8kmほどの速度を維持できる」が適切な表現でしょう

      • by Anonymous Coward

        イオンクラフト(数年前リフターとか言って少し復活した奴)の実用版、
        という理解でいいのかな?
        地上で物を浮かすには(1Gに逆らうんで)軽くせにゃアカンかったが
        ほぼ自由落下中の衛星の軌道修正程度ならそんなに推力要らん、と。

        • by Anonymous Coward on 2018年03月09日 12時00分 (#3373726)

          いや、イオンクラフトは全然違います。
          あれは単に空気をイオン化する以外は何もしない仕組みなので。
          (イオン化した空気が勝手に流れるだけ)

          こいつはストーリーにもある通り、由緒正しいイオンエンジン(小惑星探査機はやぶさにも搭載されていたもの)の系譜です。

          推進剤(空気)を陽イオン化
           ↓
          陽イオンを電気的に加速
           ↓
          電極通過後、電子をぶつけて中和
          (陽イオンのままだと、せっかく加速したものが電極の方に戻ってきてしまうので)
           ↓
          放出

          という手順を踏む電気推進エンジンです。

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        • by the.ACount (31144) on 2018年03月09日 12時54分 (#3373752)

          以前はイオノクラフトと言ってた奴?
          それなら空気中で放電してグリッドで加速するから全く同じだね。
          さらに昔からあるプラズマジェットも放電プラズマを電場加速するから原理は同じなんだが。

          --
          the.ACount
          親コメント
      • by Anonymous Coward

        おっさんが空気をつかんで登り続けるイメージ

  • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 17時45分 (#3373407)

    はやぶさみたいなのとは全くシチュエーションが違うけれど、これはなかなか便利なんじゃないか。
    少なくとも空気抵抗以上を稼げるなら低高度の衛星の寿命が飛躍的に伸びるんじゃないか。
    確か衛星の寿命って相当推進剤に支配されるでしょ。空気抵抗があれば高度も落ちるし。
    やたらとでかいけど普通の衛星に気楽に載せられるくらいになればコストダウンになりそうだ。
    イオンエンジンだから明日までに向き変えてとかには使えないかもしれないけど。

    • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 21時24分 (#3373498)

      日本だとはやぶさのイオンエンジンの技術を使ったプロトタイプのエンジン(大気吸入型イオンエンジン)の屋内試験はやってる。
      まだプロトタイプで実証用のエンジンではないけど。

      現在、イオンエンジンを使ったつばめ(SLATS)という衛星が超低高度での飛行試験をしてる。
      欧州は同種の衛星については日本より先行していたから、日本もつばめの試験結果が良ければ同じような衛星を打ち上げると思われ。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      普通の衛星が飛ぶ高度では大気が希薄すぎて使えないんじゃないか

      • by Anonymous Coward

        空気抵抗による抗力は空気密度に比例し、
        イオンエンジンの推進力も密度に比例するので
        大気が希薄なことは、衛星を落とさないためには問題にはならないかと。

        一方、対大気速度が速いと抗力は2乗で増加し推進力が減少(または1乗未満で増加)するので
        公転速度の遅い高高度のほうが都合がいい。

        ただ、高高度では普通のエンジンでも十分長寿命だとか
        太陽風のような力には結局対応しづらいとか
        空気推進エンジンが重すぎて打ち上げコストがかかるなどで
        当面のターゲットは低軌道になるんじゃないかな。

        • by MtCedar (31912) on 2018年03月09日 11時06分 (#3373683)
          近地点の低い楕円軌道衛星で、低高度のときに加速したり軌道傾斜角を変えたりするのには使える気がする。
          親コメント
        • by Anonymous Coward

          普通の衛星も超低軌道衛星も燃料搭載量に寿命が制約されるところは同じだけど、超低軌道衛星は姿勢を空力で安定させ
          減速をスラスタで補うのに対して、高度数千キロや数万キロの商用衛星においては姿勢や位相をスラスタで安定させている一方で
          空気抵抗による減速という問題をほぼ持たないので、使い道も適用方法もないと思う。

    • by Anonymous Coward

      偵察衛星の運用が捗るな。撮影時には150kmぐらいまで降りてきて、終わったらエンジンふかして300kmまで戻るんだと。

      • by Anonymous Coward

        領空侵犯問題になったりしないのかな。
        ジェットエンジンであり航空機だ! って主張する国が出てきそうだけど。
        軌道速度でかっ飛んでれば言い逃れできそうだけどもね…。

  • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 17時12分 (#3373389)

    宇宙船の窓開けると入ってきちゃうんでしょ?

    • 真空でも泳げるんだから推進剤に使えないわけがない。

      #わしが宇宙飛行士江田島平八である!

    • by Anonymous Coward

      あれは宇宙船幽霊の柄杓でしか汲み取れないから

    • by Anonymous Coward

      EMドライブとか、今はどうなってるんでしょうね。
      あれは、真空をおしてるんだよね?

  • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 17時37分 (#3373400)

    要するに電気で空気を後ろに送る画期的な装置なんだよ!! …と言うと、ただのモーター+プロペラでもできそうな話に思えるけど、環境と必要な要件が違うと難しいやつか。

    • by Anonymous Coward

      第一宇宙速度かつほぼゼロ気圧だからな

  • by Anonymous Coward on 2018年03月08日 17時39分 (#3373403)

    低いの?高いの?

    • by Anonymous Coward

      低能度が高い問いですね

  • by Anonymous Coward on 2018年03月09日 10時25分 (#3373653)

    うまくいけばスパイ衛星の長寿命化に最適なんで、DoDとかが欲しがると思う
    もちろんそれより平和利用してほしいですが。

    空気の中を泳ぐ衛星・・・

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皆さんもソースを読むときに、行と行の間を読むような気持ちで見てほしい -- あるハッカー

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