(57)【要約】      （修正有）【課題】推進剤を用いず，加速による荷電粒子の質量増大を用いる電気推進装置の提供。【解決手段】荷電粒子を加減速する高圧電圧を発生する荷電粒子加速減速用高電圧発生装置１と、荷電粒子を今までの加速方向と異なる方向へ電界又は磁界により偏向する電圧を発生する荷電粒子偏向用電圧発生装置２と、荷電粒子加速減速用高電圧発生装置からの電圧により，荷電粒子を加速して，その質量を増大させる荷電粒子加速装置３と、加速で質量が増大した荷電粒子を，荷電粒子偏向用電圧発生装置からの電圧による電界又は磁界により，加速方向と異なる方向へ偏向する荷電粒子偏向装置４と、荷電粒子加速減速用高電圧発生装置からの高電圧により，荷電粒子加速装置により加速した方向で荷電粒子を減速させて，質量を静止質量に戻す荷電粒子減速装置５と、からなり，速度上昇で荷電粒子の質量が増大した期間に，荷電粒子の速度方向を偏向することによる反作用で推進する。【選択図】図１
2019120160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を加速減速させるために直流あるいは交流の高電圧を発生する荷電粒子加速減速用高電圧発生装置：1と；
当該荷電粒子加速減速用高電圧発生装置：1により発生した高電圧により加速されて質量が増加した荷電粒子を偏向するための電圧を発生する荷電粒子偏向用電圧発生装置：2と；
当該荷電粒子加速減速用高電圧発生装置：1からの高電圧により荷電粒子を加速させて，その質量を増大させる荷電粒子加速装置：3と；
当該荷電粒子加速装置：3により質量が増大した状態の荷電粒子を，当該荷電粒子偏向用電圧発生装置：2からの直流あるいは交流の電場，あるいは直流あるいは交流の磁界により，当該荷電粒子加速装置：3により速度が増加した方向と異なる方向へ偏向する荷電粒子偏向装置：4と；
当該荷電粒子加速減速用高電圧発生装置：1からの高電圧により，当該荷電粒子加速装置：3により加速された方向と等しい方向で荷電粒子を減速させて，その質量を静止質量に戻す働きをする荷電粒子減速装置：5と；
からなり，
当該荷電粒子加速装置：3において加速して増速することにより質量が増大した荷電粒子を当該荷電粒子偏向装置：4で偏向後，当該荷電粒子減速装置：3で荷電粒子を減速することにより，荷電粒子の質量が増大した期間に荷電粒子の速度方向を偏向することにより発生した反作用で推進する電気推進装置．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，宇宙空間を推進剤なしで加速することができる電気推進装置に関するものである．
【背景技術】
【０００２】
非特許文献２によると，宇宙を航行する電気推進装置には，静電加速型，電熱電磁加速型があり，静電加速型としてイオン粒子を噴射するイオンスラスタや，電熱電磁加速型としてアークジェットを噴射するアークスラスタや，ホール効果によりイオンを加速し噴射するホールスラスタや，地球の磁場を利用するものや，光や電磁波を発射するものや，光や電磁波を受信し反射するものがある．
【０００３】
例えば静電力によりイオンを噴射するスラスタは推進力が小さいが，効率が非常に良く，等しい推進剤の量では最終的な速度が化学ロケットよりも大きい．そのため，太陽系内を探査する探査機や衛星の軌道や姿勢の修正に用いられている．また，地球から衛星軌道までは推力の大きい化学ロケットで打ち上げ，空気抵抗のない衛星軌道からスパイラル軌道を通ってさらに高い軌道に衛星を持っていくことも行われている．今後，宇宙の民間による利用や資源獲得のための宇宙探査の拡大に伴い，コストや効率を考えると電気推進によるスラスタの需要がさらに増すものと予想される．
【０００４】
推進剤を用いない電気推進装置として次のようなものがあげられる．特許文献１によると，高度450km付近までの衛星軌道ではごく薄い大気があるため，衛星に装備した電磁波発生装置などで薄い大気を電離して，それを加速することで推力を得ることできる電気推進装置がある．非特許文献２によると，衛星の外に長い導線を地球側に向けて，その先端から放電することにより，地球の磁場と放電電流によるフレミングの左手の法則を利用して推進するテザー推進装置がある．これらの電気推進装置は地球に近い衛星軌道を回っている場合に用いることができる．また，太陽光や電磁波やレーザーを後方に照射する電気推進装置がある．この電磁波と用いる電気推進装置は電磁波の運動量が比較的小さいという欠点があるため，出力をより大きくするために，惑星からの大出力レーザーを発射し，それを本体の軽い大きな反射板を用いて受け止める方法が考えられている．
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2009-115069  電磁波による電気推進装置
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】和田正信著  電子工学基礎論  近代科学社
【非特許文献２】栗木恭一・荒川義博編  電気推進ロケット入門  東京大学出版会
【非特許文献３】江沢洋著  相対性理論  裳華房
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオンを用いて宇宙を航行する電気推進装置は推進剤が無くなると自身の推進剤による加速ができなくなる．高度450km以下の高度の薄い大気を推進剤として利用する電磁波による電気推進装置は，これ以上の高度では使用することができない．テザー推進装置は高度が低く地球の磁場が十分な大きさでなければ使用することができない．電磁波やレーザーを発射する電気推進装置は，電磁波の運動量が小さいため，高い運動量を得るためには大きなエネルギーが必要である．また，電磁波やレーザーを受信して反射する電気推進装置は，その電磁波やレーザーの発信位置から遠くなると受信ビームが発散して小さくなることを防止するため，危険性が大きい直進性が良く位相のそろった強力な電磁波が必要になる．さらに，この電気推進装置自身の速度が上がると，受け取る電磁波やレーザーの波長が長くなるため受け取る運動量が小さくなり，推力がさらに小さくなる．
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するため，次の手段を用いる．例えばx方向に荷電粒子を高電圧で加速する．x方向の速度上昇により荷電粒子の質量が増加すると，荷電粒子を今まで加速してきたx方向と異なる方向へ電界あるいは磁界により偏向する．荷電粒子を偏向後，今まで加速してきた負のx方向に高電圧をかけて荷電粒子を減速する．x方向の速度の減少とともに荷電粒子の質量が減少する．これらの手段により，x方向の速度の上昇により質量が増加した荷電粒子を偏向し，その後，x方向の速度の減少に伴って荷電粒子を静止質量にすることによりx方向とは異なる方向へ力積が発生して電気的に推進することを特徴とする．
【発明の効果】
【０００９】
本発明は推進剤の補給無しで電気的に推進するため，太陽光やマイクロ波などによる電気エネルギーの補充だけで宇宙空間で加速することができる．本発明を用いると次のような利点がある．推進剤切れによる人工衛星の廃棄が減らし，それゆえに人工衛星の寿命を延ばすことができる．衛星をさらに高い衛星軌道に効率的に乗せることができる．宇宙の探査機をさらに遠くまで加速することができ，探査の範囲が以前よりも広くかつ速くなる．強力な電磁波やレーザーを噴射するか，あるいは反射する電気推進装置に比較して，安全性が高い．
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の構成である．
【図２】電界によりx方向に加速し減速する荷電粒子を示している．
【図３】電界によりx方向に加速し減速した時の荷電粒子の質量変化を示すグラフである．
【図４】電界によりx方向に加速し減速した時に発生した質量増分を，y方向に加速した場合を示している．
【図５】真空３極管の陽極特性である．
【図６】本発明の第1の形態である．
【図７】偏向電極に印加する電圧の波形である．
【図８】本発明の第２の形態である．
【図９】偏向電極に印加する電界の波形である．
【図１０】本発明の第３の形態である．
【図１１】本発明の第１の実施例である．
【図１２】本発明の第２の実施例である．
【図１３】本発明の第３の実施例である．
【図１４】本発明の第４の実施例である．
【図１５】本発明の第５の実施例である．
【図１６】本発明の第６の実施例である．
【図１７】本発明の第７の実施例である．
【図１８】本発明の第８の実施例である．
【図１９】本発明の第９の実施例である．
【図２０】本発明の第１０の実施例である．
【発明を実施するための形態】
【００１１】
荷電粒子加速装置および減速装置による質量の増加と減少について以下に説明する．
【００１２】
質量の増加について次の通りである．図２において，電極AとスクリーングリッドCとの間である 0≦x≦d1の範囲では質量m0の荷電粒子が電位差V1-V3により加速される．するとx=d1では荷電粒子の質量の増大が最大になる．x=d1の質量増大分Δmは数式１の通り．これは非特許文献３などの特殊相対性理論を参考にした．ただし，βは電子の速さを光速で除したものであり，qは電荷である．
【数１】
2019120160.tif 000003
【００１３】
このように，質量の増大分Δmは，電極AとスクリーングリッドCとの電位差に従っており，物体の種類によらないことが分かる．質量増大の様子を図３の傾きが正の部分で示す．
【００１４】
質量の減少について次の通りである．図２のスクリーングリッドCと電極Bとの間であるd1≦x≦d2の範囲では，スクリーングリッドCに質量m0+Δmの荷電粒子が到達すると，運動エネルギーがスクリーングリッドCの位置エネルギーよりも大きいため，そのまま通り過ぎる．
【００１５】
荷電粒子がスクリーングリッドCを超えると，電極Bによる逆方向の電界により減速して，電圧V2の電極Bにぶつかる．速度を失った荷電粒子はもとの静止質量m0に戻る．質量減少の様子を図３の傾きが負の部分で示す．
【００１６】
なお，本発明では，図３の質量を増加させて静止質量に戻す過程ついて，荷電粒子に運動エネルギーを与えて戻すことを実現するために，全体的にエネルギーを消費しないと仮定する．
【００１７】
電子の場合，図２の電極Aを熱して熱電子が発生する状態にし，電極Bを低温に冷却して電子は発生しないようにする．そうすることで，電極Aから電子が発生し，スクリーングリッドCを通過後，右の電極Bに電子が入り，電極BからスクリーングリッドCに電子が向かわないようにすることができる．
【００１８】
数式２のように具体的に値を代入してみる．
【数２】
2019120160.tif 000004
【００１９】
熱電子が電極AからスクリーングリッドCに向かって加速されると，x=d1の位置にあるスクリーングリッドCでは，電子は電位差V1-V3に比例して数式３に示すような質量の増加が起こる．
【数３】
2019120160.tif 000005
【００２０】
電子はスクリーングリッドCに吸収されなかった分が通り抜けて，x=d2となる右側の電極Bに達するため，電気推進装置全体には電極Aの電位V1と電極Bの電位V2との電位差による電流が流れる．この時の電流は真空3極管の制御格子電圧が正であるときの陽極特性のようなものであると考える．
【００２１】
一方，高電圧を発生するスクリーングリッドCには漏れ電流が流れる程度であり，そのまま大きな電流が流れるわけではない．よって，このスクリーングリッドCの電圧V3により荷電粒子の位置エネルギーが減少あるいは増大し，それと同時に荷電粒子の運動エネルギーが増大あるいは減少するため，その質量の増減が発生するが，この過程は全エネルギーが一定のために，電気推進装置自体が大きな電力を消費するわけではないと考える．
【００２２】
図４を用いてy方向に荷電粒子を加速した場合について以下に説明する．
【００２３】
図２に示す質量増減モデルの荷電粒子はx方向の運動していた．このx方向に加速減速されている荷電粒子をy方向に加速したらどうであろうか．例えば， x方向の中心部の範囲において質量の増分Δmがあるとする．このときにy方向に荷電粒子を加速させると，y方向ではΔmが空間に湧いてきて，その後消滅するように見えないだろうか．このΔmが存在している間，y方向に加速することで反力が得られるかもしれないということである．
【００２４】
図４の仮定は非特許文献３の高速の荷電粒子を磁界により偏向したブッヘラーの実験が参考となっている．ベッヘラーの実験では，電界により加速された電子が電界と直交する磁界に入った時に，質量が増加した電子にローレンツ力が働くため，質量の増分だけ電子の軌道半径が大きくなっていることが示されている．
【００２５】
本発明の電気推進装置に用いる電極について非特許文献１を参考にして説明する．
【００２６】
電極の温度による電流について，荷電粒子の代わりに電子を用いた場合，例えば，図２の左の電極Aからの電子を放出し，右の電極Bからは電子の放出を止める必要がある．そのためには，電極Aを熱して，そこから発生した熱電子を用いる．熱電子の飽和電流は，数式４に示すリチャードソン・ダッシマンの式によると電極の温度の関数である．
【数４】
2019120160.tif 000006
【００２７】
Sは電極の面積，Aは熱電子放出定数，Tは電極の絶対温度，kはボルツマン定数，φは仕事関数，qは電荷である．このリチャードソン・ダッシマンの式に従うと，電極の温度が高いほど飽和電流が大きく，電極の温度により電子の放出をコントロールすることができる．
【００２８】
高電界の電極の電流については，加速電極の電圧が大きくなり，電界が強い状態になるとショットキー効果が発生する．このショットキー効果による電流は電界Eが大きくなると数式５のように√Eの指数関数になる．
【数５】
2019120160.tif 000007
【００２９】
このように，電子の放出量を絶対温度，電極の面積，電極の材料，電極間の電圧で制御することができる．よって，電子を放出したくない電極を低温に冷却することや，高電圧の加速電界があっても電極温度により飽和電流値を制御することができる．例えば，電子を放出する電極以外の電極を冷却して電界を発生するだけの電極にすると，図２では，電子の流れが発生するのは，左側にある高温に熱せられた電極Aと右にある低温に冷された電極Bの間だけになる．
【００３０】
本発明の電気推進装置と真空3極管と比較してみる．図２の電極A，スクリーングリッドCと電極Bは，真空3極管の陰極，制御格子と陽極に相当する．電極Aは陰極であり，スクリーングリッドCは制御格子であり，電極Bは陽極になる．図５は真空3極管の陽極特性である．Vpは陽極電圧，Ipは陽極電流，Vgは制御格子電圧である．本発明の電気推進装置では，この図５に示す陽極特性がVg＞0である場合に相当する．この場合，低い陽極電圧でも数式４，数式５に従った大きな陽極電流が流れる．制御格子の電圧を正にすると制御格子に漏れ電流（正格子電流）が流れる可能性がある．これは制御格子の形状によるものであり，できるだけ漏れ電流が小さくなるように設計しなければならない．
【００３１】
図４に示すような発生し消滅する質量を用いて，本発明の電気推進装置の第1の形態について図６を用いて説明する．荷電粒子は電子を用いる．
【００３２】
左の高温電極：1kは高温で熱せられており，高温電極：1kには熱電子が発生している．
【００３３】
発生した電子は高温電極：1kからスクリーングリッド：2kまでx方向に加速される．
【００３４】
電子は増速したため，電子の質量の増分はΔmである．
【００３５】
この時ショットキー効果により電界に応じた電流が高温電極：1kから流れる．
【００３６】
スクリーングリッド：2kの構造は網であるため，網の穴から逃れた電子はそのまま通過し，網にぶつかった電子は運動エネルギーを失い吸収される．
【００３７】
スクリーングリッド：2kとスクリーングリッド：5k間はx方向では等電位であるため，この間の電子はx方向において等速度運動になる．
【００３８】
一方，これらのスクリーングリッド：2kとスクリーングリッド：5k間では，偏向用電極：3kと偏向用電極：4kの間にy方向の電界が生じているため負のy方向に電子が加速される．
【００３９】
電子はx方向の運動によりΔmだけ質量が増しているため，このΔmに電界をかけると反作用が発生し，この装置全体はy方向に加速される．
【００４０】
偏向電極：4kとスクリーングリッド：5kの間には，せっかく電子を負のy方向に加速したのに，y方向に減速する方向に電界がかかっている．そこで，この減速する電界を一時的に無くすためにパルス状の電界を印加する．y方向の電界を形成する電位波形は図７のようになる．図７のT1およびT2は最適な値を実験で調節する．
【００４１】
電子がスクリーングリッド：5kに達して，これを超えると，今度はスクリーングリッド：5kと低温電極：6kの間の電界によって電子がx方向に減速する．x方向に減速した分，質量は減少して元の静止質量m0に近づく．
【００４２】
スクリーングリッド：5kの構造は網であるため，網の穴から逃れた電子はそのまま通過し，網にぶつかった電子は運動エネルギーを失い吸収される．
【００４３】
質量が減少した電子が低温電極：6kに達する．このとき，低温電極：6kは低温であるため，熱電子の放出が無く，低温電極：6kとスクリーングリッド：5k間の高電圧による電流は流れない．そのため，低温電極：6kからの電子がスクリーングリッド：5kに向かうことはない．
【００４４】
静止質量に近くなった電子が低温電極：6kに達すると，電子のy方向の運動エネルギーを回収するため，電子受信装置：7kに電子を通す．これは，例えば，y方向の電子の速度を落とすために電界あるいはフレミングの右手の法則を用いる．低温電極：6kに高速な電子が直接ぶつかると高熱を発してしまうことを防止できる可能性がある．
【００４５】
なお，高温電極：1kを低温にして電子が発生しないようにして，代わりに電子銃を備えてもよい．また，平板電極で説明しているが，球形電極でも同様である．
【００４６】
本発明の電気推進装置の第1の形態の具体的な推進力について図６を用いて以下に説明する．この一連の動作場合にどれほどの推力が発生するか電子を例にして求めてみる．
【００４７】
質量増分によるy方向の運動量の変化は次のように近似で求められる．ただし，質量増分以外の静止質量による推力は発生しないため，静止質量m0による運動量の変化は無視することにする．質量増分Δmによるy方向の運動量の変化分Δpを数式６の通りとする．
【数６】
2019120160.tif 000008
【００４８】
y方向の電位差による運動エネルギーの増加は，実際の質量m0+Δmにおこるため，数式７の通り．
【数７】
2019120160.tif 000009
【００４９】
なお，電位差は電子がy方向で動いた距離分Lだけであるため，数式８のようにした．
【数８】
2019120160.tif 000010
【００５０】
数式７式より数式９のように速度の増加分vyを求める．
【数９】
2019120160.tif 000011
【００５１】
数式６，数式９より数式１０のように運動量の増加分Δpを求める．
【数１０】
2019120160.tif 000012
【００５２】
y方向の電界の大きさが変化しないとすると，加速度はほぼ一定であるため数式１１のように加速時間t1は平均速度をvy/2とすることで求められる．
【数１１】
2019120160.tif 000013
【００５３】
y方向の電界による力は質量の増加分だけにかかったものとすると数式１３の通りである．なお， y方向の電界が全て推力になるわけではないので，数式１２に示すように推力がm0とΔmとの内分比になることは考えられる．
【数１２】
2019120160.tif 000014
【数１３】
2019120160.tif 000015
【００５４】
よって，力積は数式１１，数式１３より数式１４の通りである．
【数１４】
2019120160.tif 000016
【００５５】
求められた数式１４に示す力積Fy t1は，先の数式１０に示す運動量の増加分Δpと等しい．
【００５６】
運動量の増加分Δpと力積Fy t1が等しいことは求められたが，次にx方向の区間H1，H2，H3それぞれに1個の電子が通過する時間t1，t2，t3を求め，それらの和により全区間を通過するtaを求める．これにより平均の推力を求めてみる．この場合，区間H1とH3において加速度を一定とする．
【００５７】
区間H1において，x方向の加速度一定としているため，速度の平均値より，この時の時間t1は数式１５のようになる．
【数１５】
2019120160.tif 000017
【００５８】
区間H2において，x方向の加速度はないため，この時の時間t2は数式１６のようになる．
【数１６】
2019120160.tif 000018
【００５９】
区間H3において，x方向の加速度一定としているため，速度の平均値より，この時の時間t3は数式１７のようになる．
【数１７】
2019120160.tif 000019
【００６０】
時間t1，t2，t3を足して電子が通過する時間taを数式１８のように求める．
【数１８】
2019120160.tif 000020
【００６１】
よって，質量の増分がΔmによる推力の平均値F（上にバー）は数式１０，数式１８より数式１９のようになる．
【数１９】
2019120160.tif 000021
【００６２】
ここで，数式２０のように具体的な値を代入して，平均推力が5.0×10-3 [kgw]である場合に，どのくらいの電流や電力が必要であるか求めてみる．
【数２０】
2019120160.tif 000022
【００６３】
数式２０の値によりvyを求めると，数式９より数式２１のようになる．
【数２１】
2019120160.tif 000023
【００６４】
また，taは数式１８より数式２２のようになる．
【数２２】
2019120160.tif 000024
【００６５】
数式２１，数式２２より，電子1個当たりの推力の平均値は数式２３の通りである．もしも，スクリーングリッド：2kと偏向用電極：3kとスクリーングリッド：5kが接続されて，V3=V4であるとする．すると，偏向電極：4kとスクリーングリッド：5kの間には，y方向に電子を減速する大きな電界がかかってしまう．その減速する電界をオフにするため，偏向電極：3kと偏向電極：4kには図７のような電圧波形を印加する必要がある．ただし，その分，今まで計算した推力は低下するため注意する．今回は原理説明のためそのまま計算する．
【数２３】
2019120160.tif 000025
【００６６】
mFg=5.0×10-3 [kgw]の推力を得るならば，ta時間内に必要となる電子の個数は数式２４式の通り．
【数２４】
2019120160.tif 000026
【００６７】
１秒間に必要な電子の数にすると，数式２５式の通りである．
【数２５】
2019120160.tif 000027
【００６８】
よって，電流は数式２６式の通り．
【数２６】
2019120160.tif 000028
【００６９】
この場合には膨大な電流となる．ただし，実際に電流が流れている経路は，電圧V1の高温電極：1kと電圧V2の低温電極：6kの間のみである．
【数２７】
2019120160.tif 000029
【００７０】
mFg=5.0×10-3 [kgw]の推力を得るために数式２７に示す膨大な電力が必要になる．そこで， x方向の速度が遅くなって電子の質量が静止質量に近くなった時に，電子をy方向に加速したときのエネルギーを回収する手段が必要になる．例えば，y方向の電子の速度を落とすための電界あるいはフレミングの右手の法則などがある．これにより低温電極：6kの温度上昇を防止し，エネルギーを回収したら次の電子の加速の時にエネルギーを用いることができる．
【００７１】
一方，この電気推進装置の出力は，vyの平均速度を2で割ったものとすると，数式２８式の通りである．
【数２８】
2019120160.tif 000030
【００７２】
効率を上げることで消費電力は出力に近づくと考えられる．しかしながら，計算例の値は膨大であるため，質量の増加分Δmを大きくし，vyを小さくするような工夫が必要である．
【００７３】
本発明の電気推進装置の第２の形態について，図８を用いて以下に説明する．
【００７４】
図６に示す第1の形態では，図６のスクリーングリッド：2kとスクリーングリッド：5kに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため高熱を発し，大きな電力を損失する．それを回避するために磁界により電子の軌道を偏向して高電圧電極に電子が接触しないようにする．
【００７５】
横方向をx方向，縦方向をy方向，紙面手前をz方向とする．
【００７６】
電界による偏向では，電子は偏向方向に力が加わるために速さが変化するが，一方，磁界による偏向では，電子は完全弾性反射のように速度の方向が変わるだけであるため速さは変化しない．よって，磁場による偏向では，主に電子の速度の方向を変えることに用いる．
【００７７】
高温電極：1mは熱せられており，電子が発生している．
【００７８】
高温電極：1mから発生した電子は加速減速用高圧電極：5mの電位から発生した電界により加速されて，その質量が増加する．質量の増分はΔmである．ショットキー効果により電界に応じた電流が流れる．
【００７９】
加速された電子が，磁束密度や電界がz方向のみある偏向用磁界および電界発生装置：3mによる磁界領域に入ると，電子はローレンツ力により半径Rの弧を描いて加速減速用高電圧電極：5mにぶつからず低温電極：2mの方向を向く．
【００８０】
ローレンツ力により電子が半径Rの弧を描いている間，磁界領域と同時に存在するz方向の電界を有する電界領域中において電子は負のz方向に加速する．その領域中に電子が負のz方向に移動した距離をLとする．
【００８１】
この磁界領域中の電子はΔmだけ質量が増しているため，この質量の増加分Δmに偏向用磁界および電界発生装置：3ｍで発生した電界をz方向にかけると反作用が発生し，この装置全体はz方向に加速される．このままでは，図６のスクリーングリッド：5kによる電界と同じ理由で，電子は電界領域から出る瞬間にz方向に減速する電界に入ってしまう．そこでz方向の電界をオフにする期間が必要がある．その電界の波形を図９に示す．図９のT1およびT2は最適な値を実験で調節する．
【００８２】
電子が低温である低温電極：2mに向かうと，低温電極：2mと加速減速用高電圧電極：5mとの電界により減速される．すると，電子の質量m0+Δmは減少し，静止質量m0に近づく．
【００８３】
静止質量になった電子が低温電極：2mに達する．このとき，電極は低温であるため，熱電子の放出が無く，低温電極：2Δmと加速減速用高電圧電極間：5mの高電圧による電流は流れない．したがって，低温電極：2mからの電子が加速減速用高電圧電極：5mに向かうことはない．
【００８４】
静止質量に近くなった電子が低温電極：2mに達すると，負のz方向の電子の速度による運動エネルギーを回収するため，電子受信装置：6mに電子を通す．これは，例えば電子の速度を落とすための電界あるいはフレミングの右手の法則によりエネルギーを回収し，低温電極：2mに高速の電子がぶつかることを防止したり，次回の電子の加速のエネルギーに用いる．そのまま電子が低温電極：2mにぶつかって高熱を発することを防止する効果もある．
【００８５】
本発明の電気推進装置の第２の形態の具体的な推進力について図８を用いて以下に説明する．
【００８６】
電子の質量の増分がΔmとしてz方向の電界がEzとすると，この質量増分Δmによるz方向の運動量の変化Δpは数式２９のように近似で求められる．ただし，質量増分Δm以外の推力は発生しないので，静止質量m0による運動量の変化は無視することにする．
【数２９】
2019120160.tif 000031
【００８７】
電圧による運動エネルギーの増加は，実際の質量m0+Δmにおこるため数式３０のようになる．
【数３０】
2019120160.tif 000032
【００８８】
これより速度vzを求めると，数式３０より数式３１のようになる．
【数３１】
2019120160.tif 000033
【００８９】
これより運動量の増加分Δpを求めると数式２９より数式３２のようになる．
【数３２】
2019120160.tif 000034
【００９０】
次にx方向の区間H1，H2，H3それぞれに1個の電子が通過する時間t1，t2，t3を求める．それらの時間を加えることで全区間にかかった時間taを求める．区間H1とH3では加速度を一定と近似する．
【００９１】
区間H1において，x方向の加速度一定と近似しているため，速度の平均値より，この区間を電子が通る時間は数式３３のようになる．
【数３３】
2019120160.tif 000035
【００９２】
区間H2において，x方向の加速度はないため，この区間を電子が通る時間は数式３４のようになる．
【数３４】
2019120160.tif 000036
【００９３】
区間H3において，x方向の加速度一定と近似しているため，速度の平均値より，この区間を通る時間は数式３５のようになる．
【数３５】
2019120160.tif 000037
【００９４】
これらの時間を合計して全区間にかかった時間taを求めると数式３６のようになる．
【数３６】
2019120160.tif 000038
【００９５】
よって，質量の増分がΔmによる推力の平均値は数式３２，数式３６より数式３７の通り．
【数３７】
2019120160.tif 000039
【００９６】
ここで，数式３８に示すように，各値を代入することにより5.0×10-3 [kgw]の推力を得るのに必要な電流値と電力を求める．
【数３８】
2019120160.tif 000040
【００９７】
これよりz方向の速度vzを求めると数式３１より数式３９のようになる．
【数３９】
2019120160.tif 000041
【００９８】
1個の電子が全区間に通過する時間taを求めると数式４０のようになる．
【数４０】
2019120160.tif 000042
【００９９】
よって，電子1個当たりの推力の平均値は数式３９，数式４０より数式４１の通り．偏向用磁界および電界発生装置：3mによるz方向の電界は図９に示す波形となるため，実際には推進力は今まで計算した値より小さくなる．今回，計算を簡単にするためこのまま計算する．
【数４１】
2019120160.tif 000043
【０１００】
mFg=5.0×10-3 [kgw]の推力を得るならば，ta時間内に必要となる電子の個数は数式４２の通り．
【数４２】
2019120160.tif 000044
【０１０１】
１秒間に必要な電子の数Nは数式４３の通り，
【数４３】
2019120160.tif 000045
【０１０２】
よって，電流は数式４４の通り．
【数４４】
2019120160.tif 000046
【０１０３】
この場合には膨大な電流となる．実際に電流が流れている経路は，電圧V1の高温電極と電圧V2の低温電極の間のみである．よって，消費電力は数式４５の通りとなる．
【数４５】
2019120160.tif 000047
【０１０４】
mFg=5.0×10-3 [kgw]の推力を得るために数式４５に示す膨大な電力が必要になる．
【０１０５】
一方，この電気推進装置の出力は，vzの平均速度を２で割ったものとすると，数式４６式の通りである．
【数４６】
2019120160.tif 000048
【０１０６】
効率を上げることで，消費電力は出力に近づくと考えられる．しかしながら，計算例の値は膨大であるため，質量の増加分Δmを大きくし，vzを小さくするような工夫が必要である．
【０１０７】
本発明の電気推進装置の第３の形態について，図１０を用いて以下に説明する．図６に示す第1の形態では，図６のスクリーングリッド：2kとスクリーングリッド：5kに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため高熱を発し，大きな電力を損失する．それを回避するために磁界により電子の軌道を偏向して高電圧電極に電子が接触しないようにする．
【０１０８】
横方向をx方向，縦方向をy方向，紙面手前をz方向とする．
【０１０９】
一連の動作を説明すると次の通りである．
【０１１０】
電子銃：6hからの電子が初速v0=(v0x，v0y，0)で発射される．
【０１１１】
低温電極：1nと加速用高電圧電極：2n間の電位差V3-V1によるy方向の電界により，負のy方向に電子が加速される．
【０１１２】
電子は低温電極：1ｎと加速用高電圧電極：2n間のy方向の電位差の分に従って質量がΔmほど増加する．
【０１１３】
電子は，偏向用磁界発生装置：5nにより負のz方向に磁界が発生している磁界領域：5nに入り，ローレンツ力によりx,y平面上で偏向され，逆の方向の負のx方向に進む．これにより装置全体はx方向に2mv0xだけの力積を受ける．ただし，電子の速度変化に比較して装置全体の速度変化は小さいと仮定する．
【０１１４】
減速用高電圧電極：3nと低温電極：4n間の電位差V2-V3による負のy方向の電界を受けて，yの方向に電子が減速される．
【０１１５】
質量がm0+Δmに増加していた電子は減速した分だけ質量が減少し，低温電極D：4nに達する．電子は速度v0=(-v0x，v0y，0)になる．
【０１１６】
電子の速度を落とすための電界あるいはフレミングの右手の法則などを用いた電子受信装置：8nで電子の速度を下げるともに，速度エネルギーを回収する．
【０１１７】
本発明の電気推進装置の第３の形態の具体的な推進力について図１０を用いて以下に説明する．
【０１１８】
磁場による偏向は完全弾性衝突と等しいと考えていいため，x方向の電子の運動量の変化は次の通りである．このとき，近似的に完全弾性衝突と同様に電子のx方向の速度が正の方向から負の方向に変化したものとする．
【０１１９】
先に求めた条件で低温電極：1nと加速用高電圧電極：2n間とのy方向の電位差による電子の質量の増分をΔmとして，電子がx方向に受ける力積を求めてみると数式４７の通りである．
【数４７】
2019120160.tif 000049
【０１２０】
ただし，装置全体の質量が電子の質量よりもとても大きいと仮定して，磁界による偏向前後の電子のx方向速度の大きさは数式４８に示すように，おおよそ等しいとする．
【数４８】
2019120160.tif 000050
【０１２１】
次に，電子銃から発射された電子は磁界で偏向された後に減速用高電圧電極：3nと低温電極：4n間による負のy方向の電界により減速し低温電極：4nにぶつかる．x方向の速度の大きさは初速から変化しないと仮定したため，低温電極：4nから受けるx方向の電子の力積は数式４９の通りである．
【数４９】
2019120160.tif 000051
【０１２２】
ここで，電子が受けた力積のx成分の和を取ってみると数式５０の通りである．
【数５０】
2019120160.tif 000052
【０１２３】
装置全体が受けた力積は，磁界領域で電子が受けた力積と逆であるから，装置が受けた力積は数式５１の通りである．
【数５１】
2019120160.tif 000053
【０１２４】
装置が受けた力積より，本発明の電気推進装置の第３の形態の推力を求めてみる．
【０１２５】
1個の電子による推力はx方向の距離Hをx方向の速度v0xで往復する時間を近似的な周期として発生している．力が発生する周期は数式５２の通りである．
【数５２】
2019120160.tif 000054
【０１２６】
よって，数式５１による力積を，数式５２に示す力が発生する周期で割ることにより，電子1個当たりの推力の平均値が数式５３の通り求められる．
【数５３】
2019120160.tif 000055
【０１２７】
数式５４に示すように，具体的に数値を代入して，5.0×10-3 [kgw]の平均推力と必要な電流と電力を求めてみる．
【数５４】
2019120160.tif 000056
【０１２８】
よって，電子1個当たりの推力の平均値は数式５３より数式５５の通り．
【数５５】
2019120160.tif 000057
【０１２９】
mFg=5.0×10-3 [kgw]の推力を得るために，Δt=1.0×10-8 [s]秒間に必要となる電子の個数nは数式５６の通り．
【数５６】
2019120160.tif 000058
【０１３０】
さらに1秒当たりに必要な電子の数Nを求めると，数式５７のように求められる．
【数５７】
2019120160.tif 000059
【０１３１】
その時の電流Iは数式５８の通りである．
【数５８】
2019120160.tif 000060
【０１３２】
このように，膨大な電流が必要になる．
【０１３３】
実際に電流が流れている経路は，電子銃：6nと電子受信装置：8nの間のみである．よって，とりあえず電子銃：6nと電子受信装置：8n間の電位差をVPとすると，消費電力は数式５９の通り．
【数５９】
2019120160.tif 000061
【０１３４】
一方，この電気推進装置の出力は，電子ビームからの速度v0xであるから平均速度は２で割って，数式６０の通りである．
【数６０】
2019120160.tif 000062
【０１３５】
必要な電子の数を基にした消費電力は，電子受信装置：8nで電子の速度エネルギーを回収する量が増加するとともに電気推進装置の出力の値に近づくと考えられる．例えば，電子銃による加速に用いたエネルギーを，電子が戻ってきたときに減速する電界あるいはフレミングの右手の法則などで回収する．しかしながら，計算例の値は膨大であるため，質量の増加分Δmを大きくし，v0xを小さくするような工夫が必要である．
【０１３６】
また，この電気推進装置の推進力を計算する場合に，数式４８のような近似を行っていた．しかし，このままでは，この電気推進装置は加速して進むことができない．もしも，この電気推進装置が加速すると数式６１のような関係になる．
【数６１】
2019120160.tif 000063
【０１３７】
そのためにこの電気推進装置が加速した瞬間に，電子ビームが十分に速いx方向の速度を有しなければ，電子ビームが途切れて流れなくなってしまう．一方，この電気推進装置が負の加速度を受けると逆に電圧を発生する可能性がある．
【０１３８】
また，電気推進装置全体の加速に用いられなかった余分な電子の運動エネルギーを電子受信装置：8nで回収することにより，より低い電圧の供給で電子を供給することが可能になり消費電力を大幅に削減できるかもしれない．（というのは，電子銃：6nの電子の加速電極と，電子受信装置：8nの電子の減速電極は真空3極管の制御格子に相当するためである．）
【実施例】
【０１３９】
第1の実施例を図１１に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向とする．
【０１４０】
高温電極：1aと低温電極：2aは加速用電圧発生装置：12aに接続されている．スクリーングリッド：3aとスクリーングリッド：5aは質量増減用高電圧発生装置：8aに接続されている．偏向電極：4aと偏向電極：6aは偏向用電圧発生装置：9aに接続されている．高温電極：1aは電極加熱装置：7aに接続されている．低温電極：2aは電極冷却装置：11aに接続されている．
【０１４１】
高温電極：1aは電極加熱装置：7aにより熱電子を放出するまで加熱される．低温電極：2aは電極冷却装置：11aにより熱電子が出ないように冷却される．
【０１４２】
高温電極：1aから熱電子が放出し，低温電極：2aから熱電子が出ない状態において，加速用電圧発生装置：12aは高温電極：1aと低温電極：2aに電圧を印加する．
【０１４３】
発生した熱電子は，スクリーングリッド：3aに向かって加速される．
【０１４４】
スクリーングリッド：3aにより加速され質量が増大した電子は，偏向電極：4aおよび偏向電極：6aの電界により偏向される．
【０１４５】
偏向された電子は距離Lだけ負のy方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向であるy方向に加速される．
【０１４６】
偏向電極：6aとスクリーングリッド：5aの間には，負のy方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，この期間を無くすために偏向電極：4aと偏向電極：6aには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０１４７】
電子が偏向電極：4aおよび偏向電極：6aによる電界を抜けると，スクリーングリッド：5aに達する．
【０１４８】
スクリーングリッド：5aと，低温電極：2aの間の電界により，電子は減速する．
【０１４９】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０１５０】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：13aに入り，y方向の速度成分の電子の運動エネルギーを回収する．回収する方法は，y方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が低温電極：2aにぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０１５１】
第２の実施例を図１２に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向とする．
【０１５２】
第1の実施例と異なる部分は，熱電子の発射に電子銃を用いることであり，第1の実施例で用いられた高温電極を用いない．
【０１５３】
低温電極：1b，低温電極：2b，スクリーングリッド：3bとスクリーングリッド：5bは質量増減用高電圧発生装置：8bに接続されている．偏向電極：4bと偏向電極：6bは偏向用電圧発生装置：9bに接続されている．低温電極：1bは電極冷却装置：7bに接続されている．低温電極：2bは電極冷却装置：11bに接続されている．電子銃：13bと電子受信装置：14bは加速用電圧発生装置：12bに接続されている．
【０１５４】
低温電極：1bは電極冷却装置：7bにより，低温電極：2bは電極冷却装置：11bにより熱電子が出ないように冷却される．
【０１５５】
電子銃：13bから熱電子が発射される．例えば，熱電子は低温電極：1bの電位により加速される．この電子銃：13bは図２０に示す第１０の実施例の中の電子銃：13qと同様である．また，ブラウン管で用いられているようなものと同様である．
【０１５６】
加速用電圧発生装置：12bは電子銃：13bと電子受信装置：14bに電圧を印加し回路を形成する．
【０１５７】
電子銃：13bからの熱電子は，スクリーングリッド：3bに向かって加速される．
【０１５８】
スクリーングリッド：3bにより加速され質量が増大した電子は，偏向電極：4bおよび偏向電極：6bの電界により偏向される．
【０１５９】
偏向された電子は距離Lだけ負のy方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向のy方向に加速される．
【０１６０】
偏向電極：6bとスクリーングリッド：5bの間には，負のy方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，この期間を無くすために偏向電極：4bと偏向電極：6bには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０１６１】
電子が偏向電極：4bおよび偏向電極：6bによる電界を抜けると，スクリーングリッド：5bに達する．
【０１６２】
スクリーングリッド：5bと低温電極：2bの間の電界により，電子は減速する．
【０１６３】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０１６４】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：14bに入り，運動エネルギーを回収する．この電子受信装置：14bは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．回収する方法は，y方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が低温電極：2bにぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０１６５】
第３の実施例を図１３に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０１６６】
第１および第２の実施例では，高電圧電極であるスクリーングリッド：3a，5a，3b，5bに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため電極が高熱で溶けてしまう．そこで，電子が高電圧電極に触れないように磁界で電子の軌道を変える必要がある．
【０１６７】
高温電極：2cと低温電極：3cは加速用電圧発生装置：10cに接続されている．質量増減用高電圧電極：8cは質量増減用高電圧発生装置：12cに接続されている．静電用偏向電極：6cは偏向用電圧発生装置：11cに接続されている．磁界発生装置：5cと磁界発生装置：7cは偏向用電圧発生装置：11cに接続されている．高温電極：2cは電極加熱装置：1cに接続されている．低温電極：3cは電極冷却装置：4cに接続されている．
【０１６８】
高温電極：2cは電極加熱装置：1cにより熱電子を放出するまで加熱される．低温電極：3cは電極冷却装置：4cにより熱電子が出ないように冷却される．
【０１６９】
高温電極：2cから熱電子が放出し，低温電極：3cから熱電子が出ない状態において，加速用電圧発生装置：10cは高温電極：2cと低温電極：3cに電圧を印加する．
【０１７０】
発生した熱電子は，質量増減用電極：8cに向かってxの正の方向に加速される．
【０１７１】
質量増減用電極：8cにより加速され質量が増大した電子は，磁界領域発生装置：5cにより発生したローレンツ力によりx,y平面上で静電偏向電極：6cに向かうように負のy方向に偏向される．
【０１７２】
静電偏向電極：6cの電界により電子はz方向に偏向され，変位Lだけz方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向に加速される．
【０１７３】
静電偏向電極：6cと質量増減用高電圧電極：8cには，z方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，電子がこの期間に入ったときに，この電界を無くすために静電偏向電極：6cには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０１７４】
電子が静電偏向電極：6cを過ぎると，磁界領域発生装置：7cにより発生した磁界領域に入り，電子は低温電極：3cの方向である負のx方向にローレンツ力によりx,y平面上で偏向される．
【０１７５】
質量増減用電極：8cと低温電極：3cの間の電界により，電子は減速する．
【０１７６】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０１７７】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：13cに入り，運動エネルギーを回収する．回収する方法は，z方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が低温電極：3cにぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０１７８】
第４の実施例を図１４に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０１７９】
第１および第２の実施例では，高電圧電極であるスクリーングリッド：3a，5a，3b，5bに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため電極が高熱で溶けてしまう．そこで，電子が高電圧電極に触れないように磁界で電子の軌道を変える必要がある．
【０１８０】
第３の実施例と異なる部分は，電子銃：13dを追加したことである．
【０１８１】
低温電極：2d，低温電極：3d，質量増減用高電圧電極：8dは質量増減用高電圧発生装置：12dに接続されている．静電用偏向電極：6dは偏向用電圧発生装置：11dに接続されている．磁界発生装置：5dと磁界発生装置：7dは偏向用電圧発生装置：11dに接続されている．低温電極：2dは電極冷却装置：1dに接続されている．低温電極：3dは電極冷却装置：4dに接続されている．電子銃：13dと電子受信装置：14dは加速用電圧発生装置：10dに接続されている．
【０１８２】
低温電極：2dは電極冷却装置：1dにより，低温電極：3dは電極冷却装置：4dにより熱電子が出ないように冷却される．
【０１８３】
電子銃：13dから熱電子が放出する状態において，加速用電圧発生装置：10dは電子銃：13dおよび電子受信装置：14dに電圧を印加する．
【０１８４】
電子銃：13dから発生した熱電子は，低温電極：2dの電位により加速され，さらに質量増減用電極：8dに向かってx方向に加速される．この電子銃：13dの構成は図２０に示す第１０の実施例の電子銃：13qと同様である．
【０１８５】
質量増減用電極：8dにより加速され質量が増大した電子は，磁界領域発生装置：5dにより静電偏向電極：6dに向かうようにローレンツ力により負のy方向にx,y平面上で偏向される．
【０１８６】
静電偏向電極：6dの電界により電子はz方向に偏向され，変位Lだけz方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向に加速される．
【０１８７】
静電偏向電極：6dと質量増減用高電圧電極：8dには，z方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，電子がこの期間に入ったときに，この電界を無くすために静電偏向電極：6dには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０１８８】
電子が静電偏向電極：6dを過ぎると，磁界領域発生装置：7dによる磁界領域に入り，そこで電子は低温電極：3dの方向である負のx方向にローレンツ力によりx,y平面上で偏向される．
【０１８９】
質量増減用電極：8dと低温電極：3dの間の電界により，電子は減速する．
【０１９０】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０１９１】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：14dに入り，運動エネルギーを回収する．この電子受信装置：14dは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．回収する方法は，y方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０１９２】
第５の実施例を図１５に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０１９３】
第１および第２の実施例では，高電圧電極であるスクリーングリッド：3a，5a，3b，5bに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため電極が高熱で溶けてしまう．そこで，電子が高電圧電極に触れないように磁界で電子の軌道を変える必要がある．
【０１９４】
高温電極：2eと低温電極：8eは加速用電圧発生装置：12eに接続されている．質量増減用高電圧電極：4eと質量増減用高電圧電極：6eは質量増減用高電圧発生装置：10eに接続されている．静電用偏向電極：5eは偏向用電圧発生装置：9eに接続されている．磁界発生装置：3eと磁界発生装置：7eは偏向用電圧発生装置：9eに接続されている．高温電極：2eは電極加熱装置：1eに接続されている．低温電極：8eは電極冷却装置：11eに接続されている．
【０１９５】
高温電極：2eは電極加熱装置：1eにより熱電子を放出するまで加熱される．低温電極：8eは電極冷却装置：11eにより熱電子が出ないように冷却される．
【０１９６】
高温電極：2eから熱電子が放出し，低温電極：8eから熱電子が出ない状態において，加速用電圧発生装置：12eは高温電極：2eと低温電極：8eに電圧を印加する．
【０１９７】
発生した熱電子は質量増減用電極：4eに向かってx方向に加速される．
【０１９８】
質量増減用電極：4eにより加速され質量が増大した電子は磁界領域発生装置：3eにより静電場偏向電極：5eに向かうようにローレンツ力により負のy方向にx,y平面上で偏向される．
【０１９９】
静電偏向電極：5eの電界により電子はz方向に偏向され，変位Lだけz方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向に加速される．
【０２００】
静電偏向電極：5eと質量増減用高電圧電極：6eには，z方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，電子がこの期間に入ったときに，この電界を無くすために静電偏向電極：5eには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０２０１】
電子が静電偏向電極：5eを過ぎると，磁界領域発生装置：7eにより発生した磁界領域に入り，ローレンツ力により電子は低温電極：8eの方向であるx方向にx,y平面上で偏向される．
【０２０２】
質量増減用電極：6eと低温電極：8eの間の電界により，電子は減速する．
【０２０３】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０２０４】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：13eに入り，運動エネルギーを回収する．回収する方法は，z方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が低温電極：8eにぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０２０５】
第６の実施例を図１６に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０２０６】
第１および第２の実施例では，高電圧電極であるスクリーングリッド：3a，5a，3b，5bに電子が飛び込むと大電流高電圧であるため電極が高熱で溶けてしまう．そこで，電子が高電圧電極に触れないように磁界で電子の軌道を変える必要がある．
【０２０７】
第５の実施例と異なる部分は，電子銃：13fを追加したことである．
【０２０８】
低温電極：2f，低温電極：8f，質量増減用高電圧電極：4fと質量増減用高電圧電極：6fは質量増減用高電圧発生装置：10fに接続されている．静電用偏向電極：5fは偏向用電圧発生装置：9fに接続されている．磁界発生装置：3fと磁界発生装置：7fは偏向用電圧発生装置：9fに接続されている．低温電極：2fは電極冷却装置：1fに接続されている．低温電極：8fは電極冷却装置：11fに接続されている．電子銃：13fと電子受信装置：14fは加速用電圧発生装置：12fに接続されている．
【０２０９】
低温電極：2fは電極冷却装置：1fにより，低温電極：8fは電極冷却装置：11fにより熱電子が出ないように冷却される．
【０２１０】
電子銃：1fから熱電子が放出する状態において，加速用電圧発生装置：12fは電子銃：13fおよび電子受信装置14fに電圧を印加する．
【０２１１】
電子銃：13fから発生した熱電子は，低温電極：2fの電位により加速され，さらに質量増減用高電圧電極：4fに向かってx方向に加速される．この電子銃：13fの構成は図２０に示す第１０の実施例の電子銃：13qと同様である．
【０２１２】
質量増減用高電圧電極：4fにより加速され質量が増大した電子は磁界発生装置：3fにより静電場偏向電極：5fに向かうように負のy方向にローレンツ力によりx,y平面上で偏向される．
【０２１３】
静電偏向電極：5fの電界により電子はz方向に偏向され，変位Lだけz方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向に加速される．
【０２１４】
静電偏向電極：5fと質量増減用高電圧電極：6fには，z方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，電子がこの期間に入ったときに，この電界を無くすために静電偏向電極：5fには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０２１５】
電子が静電偏向電極：5fを過ぎると，磁界発生装置：7fによる磁界領域に入り，そこで電子は低温電極：8fの方向であるx方向にローレンツ力によりx,y平面上で偏向される．
【０２１６】
質量増減用高電圧電極：6fと低温電極：8fとの間の電界により，電子は減速する．
【０２１７】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０２１８】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：14fに入り，z方向の運動エネルギーを回収する．この電子受信装置：14fは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．回収する方法は，z方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が低温電極：8fにぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０２１９】
第７の実施例を図１７に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０２２０】
低温電極：3g，低温電極：7gと質量増減用高電圧電極：5gは質量増減用高電圧発生装置：4gに接続されている．静電界および磁界発生装置：8gは偏向用電圧発生装置：11gに接続されている．低温電極：7gは電極冷却装置：10gに接続されている．電子銃：1gと電子受信装置：12gは加速用電圧発生装置：9gに接続されている．
【０２２１】
低温電極：3gは電極冷却装置：2gにより，低温電極：7gは電極冷却装置：10gにより熱電子が出ないように冷却される．
【０２２２】
電子銃：1gから熱電子が放出する状態において，加速用電圧発生装置：9gは電子銃：1gおよび電子受信装置：12gに電圧を印加する．
【０２２３】
電子銃：1gから発生した熱電子は，低温電極：3gの電位により加速される．この電子銃：1gの構成は図２０に示す第１０の実施例の電子銃；13qと同様である．電子銃：1g内の加速電極と低温電極：3gは接続されているものとする．
【０２２４】
さらに質量増減用高電圧電極：5gに向かって負のy方向に加速される．
【０２２５】
質量増減用電極：5gにより加速され質量が増大した電子は静電界および磁界発生装置：8gによるローレンツ力により，低温電極：7gに向かうように負のx方向にx,y平面上で偏向される．
【０２２６】
また，負のx方向に偏向される間に，質量が増大した電子は静電界および磁界発生装置：8gにより発生したz方向の静電場によりz方向に偏向され，z方向の変位Lだけz方向に加速される．この間，電気推進装置全体は電子の加速方向と逆方向に加速される．
【０２２７】
静電界および磁界発生装置：8gと質量増減用高電圧電極：5gには，z方向に加速した電子を減速する電界が働いているため，電子がこの期間に入ったときに，この電界を無くすために静電界および磁界発生装置：8gには電位差0の期間が存在する半波の交流電圧を印加する．
【０２２８】
質量増減用電極：5gと低温電極：7gとの間の負のy方向の電界により，電子は負のy方向において減速する．
【０２２９】
減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０２３０】
静止質量に近くなった電子は電子受信装置：12gに入り，電子受信装置：12gは運動エネルギーを回収する．この電子受信装置：12gは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．回収する方法は，z方向の電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの右手の法則などである．これにより，高速な電子が電子受信装置：12gの電極にぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０２３１】
第８の実施例を図１８に示す．動作の説明にあたり，図面の右方向をx方向，上方向をy方向，紙面手前垂直方向をz方向とする．
【０２３２】
第７の実施例と異なる部分は，電気推進装置の進行方向をx方向にするところである．
【０２３３】
低温電極：3h，低温電極：7hと質量増減用高電圧電極：5hは質量増減用高電圧発生装置：4hに接続されている．磁界発生装置：8hは偏向用電圧発生装置：11hに接続されている．低温電極：7hは電極冷却装置：10hに接続されている．電子銃：1hと電子受信装置：12hは加速用電圧発生装置：9hに接続されている．
【０２３４】
低温電極：3hは電極冷却装置：2hにより，低温電極：7hは電極冷却装置：10hにより熱電子が出ないように冷却される．
【０２３５】
電子銃：1hから熱電子が放出する状態において，加速用電圧発生装置：9hは電子銃：1hおよび電子受信装置：12hに電圧を印加する．
【０２３６】
電子銃：1hから発生した熱電子は，低温電極：3hの電位によりx方向に加速される．この電子銃：1hの構成は図２０に示す第１０の実施例の電子銃；13qと同様である．電子銃：1h内の加速電極と低温電極：3hは接続されているものとする．
【０２３７】
さらに質量増減用高電圧電極：5hに向かって負のy方向に加速される．
【０２３８】
質量増減用高電圧電極：5hにより加速され質量が増大した電子は磁界領域発生装置：8hによるローレンツ力により，低温電極：7hに向かうように負のx方向にx,y平面上で偏向される．
【０２３９】
また，負のx方向に偏向される間に，質量が増大した電子は，質量の増大分とx方向の速度の変化分により，負のx方向に力積を受ける．この間，電気推進装置全体は電子の力積の方向と逆方向の力積を受けx方向に加速する．
【０２４０】
質量増減用高電圧電極：5hと低温電極：7hとの間の電界により，電子は負のy方向に減速する．減速した電子は，質量が静止質量に戻る．
【０２４１】
電負のx方向に電子を減速することで，電子銃：1hにより発生した電子の運動エネルギーを電子受信装置：12hで回収する．この電子受信装置：12hは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．回収する方法は，電子の速度を落とす電界あるいはフレミングの左手の法則などである．電子受信装置：12hの電極にぶつかることを防ぎ，回収されたエネルギーは次の電子の加速に用いることができる．
【０２４２】
また，電子銃：1hの代わりにシンクロトロン加速器を用いてもよい．
【０２４３】
第９の実施例を図１９に示す．動作の説明にあたり，図面の紙面手前垂直方向をx方向，右方向をy方向，上方向を z方向とする．
【０２４４】
第８の実施例を異なる部分は，電子の質量増減に用いる低温電極：3hと質量増減用高電圧電極：5hと低温電極：7hを粒子加速器：2pと粒子減速器：6pに置き換えたところである．
【０２４５】
電子銃：1pと電子受信装置：5pは電子銃電源：7pと接続されている．粒子加速器：2pと粒子減速器：6pはエネルギー回生装置：3pと接続されている．
【０２４６】
電子銃：1pから数式６２に示すような速度の電子が発射する．
【数６２】
2019120160.tif 000064
【０２４７】
z方向の速度は負の方向である．その電子は粒子加速器：2pに入る．粒子加速器：2pは電子をx,y平面上で加速し，数式６３に示すような速度になる．この間，電子はz方向には加速されない．
【数６３】
2019120160.tif 000065
【０２４８】
x,y方向にそれぞれ加速されて，特殊相対性理論に従って質量が増加した電子は，粒子加速器：2pから出ると，磁界発生装置：4pに入り，x方向などの磁界によるローレンツ力により偏向されて，正のz方向に数式６４に示す速度で進む．
【数６４】
2019120160.tif 000066
【０２４９】
この時，電子には数式６５に示すような質量の増加分Δmによる力積が近似的に発生するため，電気推進装置はその反動で負のz方向に進む．
【数６５】
2019120160.tif 000067
【０２５０】
もしも，電気推進装置が動いた場合には，偏向されたz方向の電子の速度の大きさがそれに伴って低下するため，電子銃の速度もあらかじめz方向の速度低下を補正するような値にする必要がある．
【０２５１】
磁界発生装置：4pにより偏向された電子は粒子減速器：6pに入る．粒子減速器：6pは電子をx,y平面上で数式６６に示す速度に減速する．
【数６６】
2019120160.tif 000068
【０２５２】
電子の減速に伴って，粒子減速器：6pはMHD発電などにより発電を行う．この時発生した電力をエネルギー回生装置：3pにまわし，エネルギー回生装置：3pは粒子加速器：2pに電子を加速するための電力を供給する．
【０２５３】
このエネルギー回生装置：3pはバッテリー，コンデンサーや電源装置などである．
【０２５４】
x,y方向にそれぞれ減速されて質量が減少し静止質量に近くなった電子は，粒子減速器：6pから出ると，電子受信装置：5pに入る．この電子受信装置：5pは図２０に示す第１０の実施例の中の電子受信装置：14qと同様である．電子銃：1pと電子受信装置：5pの間には電子銃電源：5pに接続され，電子が閉ループを巡るようにしており，電気推進装置が加速に必要な電圧および電流を供給する．
【０２５５】
第１０の実施例を図２０に示す．動作の説明にあたり，右方向をx，上方向をy,図面の手前方向を zとする．
【０２５６】
第８の実施例と異なる部分は，電子銃：13qと電子受信装置：14qの内部を明らかにして，電子軌道を分かりやすくした点である．
【０２５７】
電子銃：13qは，電子ビーム加速電極：1q，磁界領域：2qと高温電極：3qとからなり，高温電極：3qから出た熱電子は電子ビーム加速電極：1qにより加速されて，磁界領域：2qにより偏向される．これにより高速の電子が電子ビーム加速電極：1qに接触することを防ぐことができる．この電子銃：13qは他に静電レンズなどが必要であるが，今回は省略する．また，この電子銃：13qは他の形態や実施例にある電子銃と構造は同じと考えてよい．磁界領域：2qの磁界の大きさを変えることで電子ビームの向きを最適な方向に変えることができる．
【０２５８】
電子受信装置：14qは，電子ビーム減速電極：6q，磁界領域：5q，低温電極：4qとからなり，磁界領域：5qで偏向することにより電子を低温電極：4q側に向けて，電子ビーム減速電極：6qと低温電極：4qからなる負のy方向の電界により電子の速度を減少させる．これにより，運動エネルギーを回収するとともに，高エネルギーの電子が低温電極：4qにぶつかることを防ぐ．また，この電子受信装置：14qは他の形態や実施例で示された電子受信装置と同様である．磁界領域：5qの磁界の大きさを変えることで電子ビームを最適な方向で受信することができる．
【０２５９】
電子ビーム加速電極：1q，電子ビーム減速電極：6q，y方向加速用電極：8q，y方向加速減速用電極：9qとy方向減速用電極：10qは加速用高電圧発生装置：15qと接続されている．  高温電極：3qと低温電極：4qは電子ビーム電源電圧発生装置：7qと接続されている．  磁界領域：11qは偏向用電圧発生装置：12qと接続されている．
【０２６０】
高温電極：3qから電子ビーム加速電極：1qによる電界により熱電子が発射する．
【０２６１】
発射した電子は磁界領域：2qにはいり，ローレンツ力によりx方向に曲げられる．
【０２６２】
電子は，y方向加速用電極：8qとy方向加速減速用電極：9qによるy方向の電界により，y方向に加速される．加速した電子は運動エネルギーの増加と共に質量が増加する．
【０２６３】
電子が磁界領域：11qに入ると，負のx方向に向かうようにローレンツ力により偏向される．このとき，電気推進装置は，電子の質量増加分と偏向によるx方向の速度変化により力積を受けてx方向に加速する．
【０２６４】
電子は，y方向加速減速用電極：9qとy方向減速用電極：10qによる負のy方向の電界により負のy方向に減速する．電子は減速することにより運動エネルギーを失うと共に質量が減少し，静止質量に近くなる．
【０２６５】
電子が磁界領域：5qに入ると，低温電極：4qに向かうようにローレンツ力により偏向される．同時に電子は電子ビーム減速電極：6qにより減速される．
【０２６６】
なお，電子ビーム加速電極：1q， y方向加速用電極：8q， y方向減速用電極：10qと電子ビーム減速電極：6qは同じ電位でもよい．
【産業上の利用可能性】
【０２６７】
推進剤の補給の心配がない人工衛星の推進装置として用いることができる．
【符号の説明】
【０２６８】
1k：高温電極，2k：スクリーングリッド，3k：偏向用電極，4k：偏向用電極，5k：スクリーングリッド，6k：低温電極，7k：電子受信装置，8k：電源
【０２６９】
T1：電子が偏向用電極に入っている期間，T2：電子が偏向用電極から抜けている期間
【０２７０】
1m：高温電極，2m：低温電極，3m：偏向用磁界および静電界発生装置，4m：絶縁板，5m：加速減速用高電圧電極，6m：電子受信装置，7m：電源
【０２７１】
1n：低温電極，2n：加速用高電圧電極，3n：減速用高電圧電極，4n：低温電極，5n：偏向用磁界発生装置，6n：電子銃，7n：絶縁板，8n：電子受信装置，9n；電源
【０２７２】
1a：高温電極，2a：低温電極，3a：スクリーングリッド，4a：偏向電極，5a：スクリーングリッド，6a：偏向電極，7a：電極加熱装置，8a：質量増減用高電圧発生装置，9a：偏向用電圧発生装置，10a：質量増減用装置と偏向装置，11a：電極冷却装置，12a：加速用電圧発生装置，13a：電子受信装置
【０２７３】
1b：低温電極，2b：低温電極，3b：スクリーングリッド，4b：偏向電極，5b：スクリーングリッド，6b：偏向電極，7b：電極冷却装置，8b：質量増減用高電圧発生装置，9b：偏向用電圧発生装置，10b：質量増減用装置と偏向装置，11b：電極冷却装置，12b：加速用電圧発生装置，13b：電子銃，14b：電子受信装置
【０２７４】
1c：電極加熱装置，2c：高温電極，3c：低温電極，4c：電極冷却装置，5c：磁界発生装置，6c：静電偏向電極，7c：磁界発生装置，8c：質量増減用高電圧電極，9c：絶縁板，10c：加速用電圧発生装置，11c：偏向用電圧発生装置，12c：質量増減用高電圧発生装置，13c：電子受信装置
【０２７５】
1d：電極冷却装置，2d：低温電極，3d：低温電極，4d：電極冷却装置，5d：磁界発生装置，6d：静電偏向電極，7d：磁界発生装置，8d：質量増減用高電圧電極，9d：絶縁板，10d：加速用電圧発生装置，11d：偏向用電圧発生装置，12d：質量増減用高電圧発生装置，13d：電子銃，14d：電子受信装置
【０２７６】
1e：電極加熱装置，2e：高温電極，3e：磁界発生装置，4e：質量増減用高電圧電極，5e：静電偏向電極，6e：質量増減用高電圧電極，7e：磁界発生装置，8e：低温電極，9e：偏向用電圧発生装置，10e：質量増減用高電圧発生装置，11e：電極冷却装置，12e：加速用電圧発生装置，13e：電子受信装置
【０２７７】
1f：電極冷却装置，2f：低温電極，3f：磁界発生装置，4f：質量増減用高電圧電極，5f：静電偏向電極，6f：質量増減用高電圧電極，7f：磁界発生装置，8f：低温電極，9f：偏向用電圧発生装置，10f：質量増減用高電圧発生装置，11f：電極冷却装置，12f：加速用電圧発生装置，13f：電子銃，14f：電子受信装置
【０２７８】
1g：電子銃，2g：電極冷却装置，3g：低温電極，4g：質量増減用高電圧発生装置，5g：質量増減用高電圧電極，6g：絶縁板，7g：低温電極，8g：静電界および磁界発生装置，9g：加速用電圧発生装置，10g：電極冷却装置，11g：偏向用電圧発生装置，12g：電子受信装置
【０２７９】
1h：電子銃，2h：電極冷却装置，3h：低温電極，4h：質量増減用高電圧発生装置，5h：質量増減用高電圧電極，6h：絶縁板，7h：低温電極，8h：磁界発生装置，9h：加速用電圧発生装置，10h：電極冷却装置，11h：偏向用電圧発生装置，12h：電子受信装置
【０２８０】
1p：電子銃，2p：粒子加速器，3p：エネルギー回生装置，4p：磁界発生装置，5p：電子受信装置，6p：粒子減速器，7p：電子銃電源
【０２８１】
1q：電子ビーム加速電極，2q：磁界領域，3q：高温電極，4q：低温電極，5q：磁界領域，6q：電子ビーム減速電極，7q：電子ビーム電源電圧発生装置，8q：y方向加速用電極，9q：y方向加速減速用電極，10q：y方向減速用電極，11q：磁界領域，12q：偏向用電圧発生装置，13q：電子銃，14q：電子受信装置，15q：加速用高電圧発生装置
【図１】
2019120160.tif 000069
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019120160.tif 000075
【図８】
2019120160.tif 000076
【図９】
2019120160.tif 000077
【図１０】
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【図１１】
2019120160.tif 000079
【図１２】
2019120160.tif 000080
【図１３】
2019120160.tif 000081
【図１４】
2019120160.tif 000082
【図１５】
2019120160.tif 000083
【図１６】
2019120160.tif 000084
【図１７】
2019120160.tif 000085
【図１８】
2019120160.tif 000086
【図１９】
2019120160.tif 000087
【図２０】
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