はやぶさ2から生まれた「マイクロ波プラズマ除電処理システム」、除電速度を100倍以上に

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宇宙航空研究開発機構(JAXA)と春日電機は2019年10月8日、従来の100倍以上の速度で真空中の帯電した物体を除電できる除電器を開発するとともに、この技術を利用したスピンオフ製品「マイクロ波プラズマ除電処理システム」を開発したことを発表した。

宇宙探査において、月面や小惑星表面に存在するダスト(微粒子)の付着は、機器の故障や性能の低下を招く。そのため、JAXAはダスト制御の一環として真空中における帯電問題に取り組んできた。一方の春日電機も、放電やダスト付着を引き起こす真空中での帯電を抑制する除電器を研究してきた。

そのような経緯から、JAXAは小惑星探査機「はやぶさ」の後継機である「はやぶさ2」のイオンエンジン中和器に用いたマイクロ波プラズマ源を、真空下における除電器として活用することを春日電機に提案。そして両者は、共同でマイクロ波プラズマ源の除電能力を評価する契約を2017年8月に締結した。

共同研究では、JAXAが小型プラズマ源の技術を提供し、除電器に適したプラズマ源を開発。春日電機が除電技術に関する知見と真空中における除電能力の測定技術を提供した。新開発された除電器は、紫外線イオナイザーなどの従来の真空除電技術に比べ100倍以上の速度で、正または負に帯電した物体の除電が可能だ。

そして春日電機は、この除電器を活用したスピンオフ製品として、マイクロ波プラズマ除電処理システムを開発した。同システムに使われる除電技術は、マイクロ波プラズマ源を真空槽に設置し、プラズマ源で生成したイオンと電子により帯電した物体を受動的に除電するものだ。

プラズマ源は質量や大きさ、電力制限の厳しい宇宙空間での使用を前提としており、小型で高真空下でも動作できる。また、大気暴露に制限がなく取り扱いが容易なマイクロ波プラズマ源を用いたため、その特性上5万時間以上の動作試験をクリアしている。

JAXAは今後、持続的な宇宙探査活動の実現を見据え、本成果を用いた静電気による真空下でのダスト制御の研究を進める。春日電機は、本システムを高機能フィルム材の真空蒸着装置など、さまざまな高真空産業機器用の除電器として、国内外で販売する予定だ。

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