「かぐや」の化学エンジンについて

guicheng @guicheng

見てる：『「あかつき」、セラミックスラスターによる軌道制御を成功、世界初』AstroArts http://bit.ly/bJGoLy

guicheng @guicheng

そういえば昨年7月に開催された「かぐやシンポジウム」で、化学スラスターの話を聞いてきたんだった。てことで、手元のメモを元に記憶に残っている限り垂れ流してみる。

guicheng @guicheng

「かぐや」が搭載している2液式化学スラスターは「こだま」が搭載しているモノと同型で、宇宙空間でも15000秒以上の動作実績がある。「かぐや」の場合は7回の噴射で合計4000秒ほど使用した。主に軌道投入が目的。

guicheng @guicheng

ところが2液式のメインエンジンは軌道投入が目的で、定常運用、つまり月周回軌道に乗ってからは使われていない。というか、殺された。メインエンジンの軌道変更能力は非常に魅力的であり、運用側からはメインエンジンを殺すことにかなりの抵抗があったらしい。しかしリスク評価が優先したとのこと。

guicheng @guicheng

「かぐや」のメインエンジンは2液式。その他に、姿勢制御用エンジンとして1液式が搭載されている。どちらも燃料はヒドラジンで、これは共有してるから無駄はない。しかし酸化剤はメインエンジンでしか使わないので、残量が無駄になったとは言える。

guicheng @guicheng

具体的にどの程度の酸化剤が残ったのかは聞くのを忘れた。が、酸化剤を生ガス状態で吹いて姿勢制御の足しにすることを検討する程度には残っていた模様。実際にはそこまでアクロバティックな運用をする必要もないということで没になったが。

guicheng @guicheng

で、実はここからが本題w 2液式の場合、ヒドラジンと酸化剤を混ぜて燃焼させる。ところが完全燃焼すると、その温度は3000度にも達する。この温度に耐える材料はなかなかない。

guicheng @guicheng

そこでヒドラジンを多めに吹いて、炎がノズルの壁面に直接触れないようにしている。これがhttp://bit.ly/bJGoLy に掲載された「スラスターの材質の冷却に推進剤の一部が使用されていた」の理由。

guicheng @guicheng

ところが従来は合金製だったノズルをセラミックに変更できれば、耐熱温度は一気に上がる。かといって3000℃に耐えられるとは考えにくいけど、それでもバリヤー代わりのヒドラジンを減らすことは可能。そうすれば衛星の寿命だって延びる。これが「あかつき」のセラミックスラスターの意義。

guicheng @guicheng

ところで「かぐや」のスラスターがヒドラジンの方を多めに吹いている理由だけど、ノズルの壁面にコーティングしてある耐熱防護被膜が理由。これは酸化剤に弱く、酸化剤が触れると燃えてしまうのだそうな。

💉PPMMMPPメメント森 @ALUMII

ひい！ つーと、はやぶさくんは、燃料漏れの時、構体内でそんな大火傷を負ったのか⁈ RT @guicheng で、実はここからが本題w 2液式の場合、ヒドラジンと酸化剤を混ぜて燃焼させる。ところが完全燃焼すると、その温度は3000度にも達する。この温度に耐える材料はなかなかない。

guicheng @guicheng

あ、一点訂正。先ほど「かぐや」のスラスターは宇宙空間で15000秒以上の動作実績あり、としたけども、14000秒以上の間違い。厳密には、「こだま」が14475秒使っている。それに対して「かぐや」は4112秒。

guicheng @guicheng

@ALUMII ……そういわれてみると、なんで爆発しなかったのか不思議ですね。漏出箇所が偶然離れていたんでしょうけど、とんでもなく運がよかったとしか。

guicheng @guicheng

あと、「かぐや」が「こだま」の三分の一の時間しか燃焼してない理由について。これは単に、エネルギー的には月軌道の方が静止軌道よりも有利だから。月軌道は月の引力を利用できるけど、静止軌道は加速も減速も全部自前でやる必要があると思えば考えやすいかも。

💉PPMMMPPメメント森 @ALUMII

@guicheng 小爆発は、何度も起こったと、どこかで読みました。はやぶさくんの実物大モデルを見ると側面に何箇所か穴があるので、あそこから抜けたのかなぁ？

guicheng @guicheng

事実、アメリカの民間衛星が静止軌道投入に失敗した際、月スイングバイを使って所定の軌道に乗せ直したことがあるらしい。これを見ても、エネルギー的には月の方が「近い」のも頷けるのではないかと。

guicheng @guicheng

@ALUMII おおぅ、やっぱり。それでもしかし、大爆発に至らなかったのは僥倖でしょう。もしかしたら、これが「はやぶさ」最大のピンチだったかも。

guicheng @guicheng

月の方が静止軌道よりも10倍も遠いのにエネルギー的には月の方が近いというのは、宇宙では地球上の常識が通じない例の一つだと思う。

すばる @SubaruTakeshima

@ALUMII @guicheng 先の３月の曽根さん講演では「機内で爆発が繰り返されたのだろう」と発言されてました。曽根さんの個人見解なのかチームの共通見解かは不明です。

💉PPMMMPPメメント森 @ALUMII

今度、質問しよっと。RT @SubaruTakeshima @guicheng 先の３月の曽根さん講演では「機内で爆発が繰り返されたのだろう」と発言されてました。曽根さんの個人見解なのかチームの共通見解かは不明です。