(57)【要約】【課題】信頼性を確保しつつ、局所的ないし全体的な触媒粒子の崩壊や摩耗で生じる空隙を迅速且つ確実になくし得る耐久性に優れた一液スラスタを提供する。【解決手段】インジェクタ３を具備し且つこのインジェクタ３を通して導入されるヒドラジンを分解して分解ガスを生じさせる触媒層４を充填したチャンバ５と、このチャンバ５で生じた分解ガスを噴出させて推力を得るノズル６と、チャンバ５内においてその軸方向に移動可能に配置されて、触媒層４のノズル側端面を覆う円形状の下流側メッシュ９と、下流側メッシュ９に対してインジェクタ３側に向かう力を常時付与するコイルばね１０を備え、円形状の下流側メッシュ９の直径をａ、コイルばね１０の線径をｄ、コイルばね１０の直径をＤとした場合、コイルばね１０の直径Ｄを０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄに設定した。【選択図】図１
2010174649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒドラジン導入部を具備し且つこのヒドラジン導入部を通して導入されるヒドラジンを分解して分解ガスを生じさせる触媒粒から成る触媒層を充填した円筒状のチャンバと、
このチャンバで生じた分解ガスを噴出させて推力を得るノズルと、
前記チャンバ内において該チャンバの軸方向に移動可能に配置されて、このチャンバ内に充填した前記触媒層の前記ノズル側端面を覆う円形状の網状部材と、
この網状部材に対して前記ヒドラジン導入部側に向かう力を常時付与するコイルばねを備え、
前記円形状の網状部材の直径をａ、前記コイルばねの線径をｄ、前記コイルばねの直径をＤとした場合、前記コイルばねの直径Ｄを０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄに設定した
ことを特徴とする一液スラスタ。
【請求項２】
前記網状部材をプラチナ製網状部材とし、前記コイルばねをタングステン製線材にロジウムをコーティングして成るものとしている請求項１に記載の一液スラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒドラジンの分解反応で生じる分解ガスを噴出させて推力を得る一液スラスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した一液スラスタは、宇宙空間において人工衛星の姿勢を制御したり、軌道を変更したりするのに用いられ、このような一液スラスタとしては、例えば、ヒドラジンを収容したタンクと、このタンクから電磁弁及びインジェクタを介して供給されるヒドラジンを分解して分解ガスを生じさせる触媒層を充填したチャンバと、このチャンバで生じた分解ガスを噴出させて推力を得るノズルを備えたものがある。
【０００３】
この一液スラスタでは、アルミナ粒子に触媒であるイリジウムを約３０％担持させて成る粒径１ｍｍ未満の触媒粒子の層を触媒層としており、電磁弁の開弁作動によってタンクからインジェクタを介してチャンバ内にヒドラジンをパルス状に供給すると、ヒドラジンが触媒層と触れることによって分解反応が起きて、高温のアンモニア，窒素及び水素の各ガスに分解され、これらの分解ガスをノズルから噴射することで推力を得るものとなっている。ヒドラジンの分解が定常状態のとき、（式１）に示す分解反応が起きる。
【０００４】
３Ｎ２Ｈ４→４（１−ｘ）ＮＨ３＋（２ｘ−１）Ｎ２＋６ｘＨ２ 
（但し、ｘは０〜１の係数）                                        （式１）
このような一液スラスタにおいて、人工衛星の姿勢制御時のように間欠的作動を繰返し行う場合には、触媒層の触媒粒子自体が熱膨張と収縮を繰返すうえ、高圧ガスの発生による衝撃を受けるが、とくに触媒層のうちのインジェクタ近傍に位置する部分、すなわち、ヒドラジンを直接浴びて急激に反応が起きる部分では、触媒粒子の摩耗や粉砕が発生してしまい、これによる触媒量の減少に伴って空隙が形成されて分解反応の効率が低下して、推力低下を招くといった不具合が生じる可能性があった。
【０００５】
このような不具合の発生を回避するために、触媒粒子の摩耗や粉砕により触媒層に生じる空隙を小さくするべく、触媒層のノズル側端面を覆う網状部材を軸方向に移動可能に設けると共に、この網状部材に対してインジェクタ側に向かう力を常時付与するコイルばねを設けて、触媒層をインジェクタ側に向けて押圧するようにした一液スラスタが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平11-82171号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の一液スラスタにおいて、特殊環境で使用することを考慮すると、チャンバ内に配置した網状部材及びコイルばねを安定して、そして確実に動作させて空隙をなくすことが必要であり、信頼性を確保しつつ空隙をなくすことが最も重要な課題となっている。
本発明は、上述した従来の課題に着目してなされたもので、信頼性を確保したうえで、局所的ないし全体的な触媒粒子の崩壊や摩耗で生じる空隙を迅速且つ確実になくすことができ、その結果、ヒドラジン分解反応の効率低下や推力の低下などの不具合の発生を抑制することが可能な耐久性に優れた一液スラスタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る一液スラスタは、ヒドラジン導入部を具備し且つこのヒドラジン導入部を通して導入されるヒドラジンを分解して分解ガスを生じさせる触媒粒から成る触媒層を充填した円筒状のチャンバと、このチャンバで生じた分解ガスを噴出させて推力を得るノズルと、前記チャンバ内において該チャンバの軸方向に移動可能に配置されて、このチャンバ内に充填した前記触媒層の前記ノズル側端面を覆う円形状の網状部材と、この網状部材に対して前記ヒドラジン導入部側に向かう力を常時付与するコイルばねを備え、前記円形状の網状部材の直径をａ、前記コイルばねの線径をｄ、前記コイルばねの直径をＤとした場合、前記コイルばねの直径Ｄを０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄに設定した構成としたことを特徴としており、この一液スラスタの構成を前述の従来の課題を解決するための手段としている。
【０００９】
ここで、圧縮した状態でチャンバに組み込まれるコイルばねの直径Ｄが、円形状の網状部材の直径ａの半分にも満たないと、網状部材に対するコイルばねからの力の伝達状態が不安定になって、この網状部材を介して触媒層をヒドラジン導入部側に向けて安定して押圧することが難しい。
一方、コイルばねの直径Ｄを網状部材の直径ａの半分よりも大きくすると、網状部材に対してコイルばねから力を安定して伝達し得ることとなり、その結果、網状部材を介して触媒層をヒドラジン導入部側に向けて安定して押圧することができるので、本発明において、コイルばねの直径Ｄを０．５ａ＜Ｄに設定することとした。
【００１０】
この際、コイルばねの直径Ｄを網状部材の直径ａに近づければ、安定した触媒層の押圧が可能になるうえ、チャンバの分解ガス室における圧力損失も少なくなるが、コイルばねの直径Ｄを網状部材の直径ａと同等にすると、コイルばねがチャンバの内壁に干渉するので、これを回避するためにコイルばねの直径Ｄの上限をＤ＜１．０ａ−ｄに設定することとした、すなわち、コイルばねの直径Ｄの範囲を０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄに設定することとした。
【００１１】
なお、コイルばねがチャンバの内壁に接触するのを確実に阻止するうえで、より望ましくは、コイルばねの直径Ｄを網状部材の直径ａの９割程度に設定するのがよい。
また、本発明に係る一液スラスタにおいて、コイルばねの長さ（巻き数）は、触媒層を構成する触媒粒を圧壊しない程度の押圧力を加え得るものであれば、特に限定されるものではなく、網状部材の網目寸法は、当然のことながら、使用する触媒粒の直径よりも小さいものとする。
【００１２】
この場合、ヒドラジンの分解に対して不活性なアルミナの粒子に、触媒としてのイリジウムを約３０％担持させて粒径１ｍｍ未満の触媒粒子を形成し、これで得た触媒粒子を充填して成る構成のものを触媒層として採用することができる。
さらに、本発明に係る一液スラスタにおいて、金属に反応し易いというヒドラジンの特性、及び、チャンバの分解ガス室が高温になる場であることを考慮して、網状部材及びコイルばねの各材質を決めることとし、本発明の請求項２に係る一液スラスタでは、前記網状部材をプラチナ製網状部材とし、前記コイルばねをタングステン製線材にロジウムをコーティングして成るものとしている構成としており、このような構成を採用することで、一液スラスタの効果を長期的に保障し得ることとなる。
【００１３】
本発明に係る一液スラスタでは、ヒドラジン導入部からチャンバ内にヒドラジンを導入して作動させると、ヒドラジンが触媒層と触れて分解反応が起こり、ヒドラジンのパルス噴射が多数繰り返されて（あるいはヒドラジンの連続噴射が成されて）チャンバ内が定常状態となった時点では、上記（式１）に示す分解反応が起きて、高温のアンモニア，窒素及び水素の各ガスに分解され、これらの分解ガスをノズルから噴射することで推力を得ることとなる。
【００１４】
この作動の間に、チャンバ内における触媒層のヒドラジン導入部側に位置する部分において、触媒粒子の摩耗や粉砕による触媒量の減少に伴って空隙が発生しそうになる、ないしは発生したとしても、この触媒層には、コイルばねからヒドラジン導入部側に向かう力が網状部材を介して常に付与されているので、この空隙が押し潰されることとなり、ヒドラジン分解反応の効率低下や推力の低下などの不具合の発生が抑制されることとなる。
【００１５】
このとき、コイルばね直径Ｄを０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄの範囲に設定しているので、触媒層に対してコイばねからの力を安定して伝達し得ることとなって、上記空隙は迅速且つ確実に押し潰されることとなり、加えて、チャンバの分解ガス室における圧力損失が少なく抑えられると共に、コイルばねがチャンバの内壁に干渉することをも回避し得ることから、高い信頼性が確保されることとなる。
【００１６】
このように、本発明に係る一液スラスタでは、コイルばね直径Ｄを０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄの範囲に設定しているので、コイルばねは、網状部材を介して触媒層の端面における周縁部分を押圧することとなり、したがって、触媒層の端面に対して全体的にヒドラジンを供給するタイプのヒドラジン導入部を具備した一液スラスタに本発明を採用することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る一液スラスタでは、上記した構成としているので、信頼性を確保しつつ、局所的ないし全体的な触媒粒子の崩壊や摩耗で生じる空隙を迅速且つ確実になくすことが可能であり、その結果、ヒドラジン分解反応の効率低下や推力の低下などの不具合の発生を抑制することができるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明の請求項２に係る一液スラスタでは、上記した構成としているので、その作用効果を長期的に保障することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る一液スラスタの一実施形態を示すチャンバ及びノズルを簡略断面で表した側面説明図（ａ），チャンバにおける分解ガス室のノズル側からの矢視説明図（ｂ）及びチャンバにおける下流側メッシュ配置箇所における拡大断面説明図（ｃ）である。
【図２】図１における一液スラスタの作動状態を示すチャンバ及びノズルを簡略断面で表した側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る一液スラスタを図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る一液スラスタの一実施形態を示している。
図１（ａ）に示すように、この一液スラスタ１は、ヒドラジンを収容したタンク２と、インジェクタ（ヒドラジン導入部）３を具備し且つこのインジェクタ３を通してタンク２から供給されるヒドラジンを分解して分解ガスを生じさせる触媒層４を充填した円筒形状を成すチャンバ５と、このチャンバ５で生じた分解ガスを噴出させて推力を得るノズル６とから主として成っており、インジェクタ３を構成するフィードチューブ３ａと、タンク２との間には、電磁弁７が配置してある。
【００２０】
上記チャンバ５において、インジェクタ３のフィードチューブ３ａに隣接して配置したヒドラジン分散用の上流側メッシュ８とノズル６寄りの部分に配置した下流側メッシュ９との間の空間を触媒層収容部５Ａとしていると共に、下流側メッシュ９とノズル６との間の空間を分解ガス室５Ｂとしており、触媒層収容部５Ａ内の触媒層４は、アルミナ粒子に触媒であるイリジウムを約３０％担持させて成る粒径１ｍｍ程度の触媒粒子の充填層としている。
【００２１】
この場合、触媒層４のノズル６側の端面を覆う円形状の下流側メッシュ９は、チャンバ５の軸方向に移動可能に配置されており、チャンバ５の分解ガス室５Ｂ内には、図１（ｂ），（ｃ）にも示すように、圧縮した状態のコイルばね１０が配置してあって、下流側メッシュ９に対してインジェクタ３側に向かう力（図示左方向の力）を常時付与するようにしている。
【００２２】
この実施形態において、メッシュ８，９はプラチナ製のメッシュとしてあり、一方、コイルばね１０はタングステン製線材にロジウムをコーティングして成るものとしてあり、このコイルばね１０の直径Ｄを式（２）に示す範囲に設定している。
０．５ａ＜Ｄ＜１．０ａ−ｄ                                            式（２）
但し、ａは円形状の下流側メッシュ９の直径、ｄはコイルばね１０の線径であり、この実施形態では、コイルばね１０の直径Ｄを下流側メッシュ９の直径ａの９割程度に設定している。
【００２３】
この一液スラスタ１では、タンク２から供給されるヒドラジンを電磁弁７の開弁作動によってインジェクタ３及び上流側メッシュ８を介してチャンバ５内にパルス状に又は連続して導入すると、ヒドラジンは触媒層収容部５Ａ内の触媒層４と触れて分解反応が起きて、高温のアンモニア，窒素及び水素の各ガスに分解され（上記（式１）参照）、分解ガス室５Ｂで高圧に保持されたこれらの分解ガスをノズル６から噴射することで推力を得るものとなっている。
【００２４】
この作動の間に、チャンバ５の触媒層収容部５Ａ内における触媒層４のインジェクタ３側に位置する部分において、触媒粒子の摩耗や粉砕による触媒量の減少に伴って空隙Ｓが発生しそうになる、ないしは発生した場合には、この触媒層４に対して、圧縮状態で分解ガス室５Ｂに収容したコイルばね１０からインジェクタ３側に向かう力が下流側メッシュ９を介して常に付与されているので、図２に示すように、コイルばね１０が空隙Ｓ分だけ伸張して空隙Ｓを押し潰すこととなり、ヒドラジン分解反応の効率低下や推力の低下などの不具合の発生が抑制されることとなる。
【００２５】
このとき、上記した一液スラスタ１では、コイルばね１０の直径Ｄを（式２）に示す範囲（下流側メッシュ９の直径ａの９割程度）に設定しているので、触媒層４に対してコイばね１０からの力をより安定して伝達し得ることとなって、上記した空隙Ｓを迅速且つ確実に押し潰し得ることとなり、加えて、チャンバ５の分解ガス室５Ｂにおける圧力損失が少なく抑えられると共に、コイルばね１０がチャンバ５の触媒層収容部５Ａの内壁に干渉することをも回避し得ることから、高い信頼性が確保されることとなる。
【００２６】
また、上記した一液スラスタ１では、メッシュ８，９をプラチナ製のメッシュとしている一方で、タングステン製線材にロジウムをコーティングして成るものをコイルばね１０としているので、その作用効果を長期的に保障することができる。
上記した実施形態に係る一液スラスタ１では、インジェクタ３を構成する一本のフィードチューブ３ａの先端からヒドラジンを拡散供給するようにしているが、これに限定されるものではなく、フィードチューブ３ａの先端にシャワーヘッドを装着してヒドラジンを複数個所から分けて供給するようにしてもよい。
【００２７】
本発明に係る一液スラスタの構成は、上記した一実施形態に係る一液スラスタの構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２８】
１    一液スラスタ
３    インジェクタ（ヒドラジン導入部）
３ａ  フィードチューブ（インジェクタ）
４    触媒層
５    チャンバ
６    ノズル
９    下流側メッシュ（網状部材）
１０  コイルばね  
【図１】
2010174649.tif 000003
【図２】
2010174649.tif 000004