Compatibility of COTS Bladder for Propulsion Based on Hydrogen Peroxide

Abstract

Microsatellites are now in vogue in the world and propulsion will be desired for the more complicated space mission with them. We have been devoting ourselves to develop a propulsion system based on hydrogen peroxide solution with middle-level concentration and tested it for several years, and are now working on price reduction of the propulsion system with the view of a budget of satellite development. One of the key elements of the propulsion for the price reduction is a bladder to pressure liquid propellant, and we confirmed a COTS bladder is practicable with respect to storage performance of hydrogen peroxide and application way of pressure in this study. 記 号 の 説 明 í µí±š í µí±– : AOL 試験前過酸化水素水質量[kg] í µí±š í µí±“ : AOL 試験後過酸化水素水質量[kg] í µí° ¶ í µí±– : AOL 試験前過酸化水素水質量濃度[%] í µí° ¶ í µí±“ : AOL 試験後過酸化水素水質量濃度[%] í µí± í µí±‘í µí±’í µí±í µí±œí µí±š : 過酸化水素分解率または質量減少率[%/Day] í µí° ¶ í µí±‰ : 流路の容量係数 í µí±„ ℓ : 液体の流量[l/min] í µí°º ℓ : 液体の比重 Δí µí±ƒ: 圧力差[MPa] 1. は じ め に 昨今，世界的に超小型衛星への期待が高まり，大学や企 業においても超小型衛星プロジェクトが精力的に進められ ている．今後超小型衛星による宇宙ミッションはより実際 的・実用的となり，且つ複雑・多様化することが期待され るが，複数衛星のフォーメーションフライトや，限られた ピギーバック方式での打上の下でのコンステレーション成 立のために，超小型衛星の規模や予算に見合う推進系の開 発が急務となっている．著者はこれまでに，中濃度過酸化 水素水を用いることで安全，簡便で低価格な比推力 60～70 秒程度の一液式， 及び比推力 120～150 秒程度の二液式推進 系の研究開発を行っており 1) ，特に一液式については技術 的にはほぼ実用の段階に到達している．ブラダは微小重力 環境下で液体推進剤をタンクからスラスタへ加圧供給する ための推進系要素であるが，それは柔軟性や伸縮性がある か， または変形可能な樹脂製や金属製の膜構造部品である． 従来推進系は衛星形状に合わせて搭載設計を行うため，ブ ラダもまたその設計に準拠したタンクに合わせた形状のも のを設計，製作するものであった．しかしながら一品モノ としてブラダを製作する場合，その成形加工に必要な成形 型を製作する必要があり，更に推進剤に過酸化水素水等を 用いる場合にはブラダの表面状態を極めて滑らかにする必 要があるため，成形型製作は高価なものとなる． 今回，その低価格化の一環として液体推進剤を加圧・排 出するためのブラダに民生品を利用（COTS）することの 可能性を，特に中濃度過酸化水素水を想定して示したので 報告する． 2. 過酸化水素推進系 2.1 系統図 著者が研究開発を行っている中濃度（30 ～60wt%）の過酸化水素水を用いた一液式・二液式共用の 過酸化水素推進系の系統図を第 1 図に示す．G/O/F は加圧 系統， 酸化剤系統， 及び燃料系統を表し， TNK， REG， THV， BLDR，THR，CB，CMB，NZL はそれぞれタンク， 調圧弁， スロットル弁，ブラダ，スラスタ，触媒槽，燃焼室，ノズ ルを表す． 尚， 第 1 図ではタンクへの充填系統やフィルタ， 逆止弁等の要素は省略している． 第 1 図 一液式・二液式共用推進系の系統図 ＊1 ©2010 日本航空宇宙学会 平成 22 年 4 月 16 日原稿受付 ＊2 首都大学東京システムデザイン学部航空宇宙システム工学コース ＊3 首都大学東京大学院システムデザイン研究科航空宇宙システム工学域 航空宇宙技術