(57)【要約】【課題】推薬の触媒層での流動状態を可視化して正確に把握するヒドラジン一液スラスタの試験システムを提供する。【解決手段】ヒドラジン一液スラスタの試験システムは、ヒドラジンよりも毒性が低く且つ有色の模擬推薬を供給するフィードチューブ(14)と、フィードチューブ(14)の先端部により貫通されたインジェクタカバー(16)と、インジェクタカバー(16)により閉塞された一端を有する筒形状をなし且つ透明の試験用セル(18)と、試験用セル(18)内に充填された透明の模擬触媒粒子(28)と、試験用セル(18)の外側に配置され、試験用セル(18)の内部を撮影する撮影装置(30)とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒドラジンよりも毒性が低く且つ有色の模擬推薬を供給するフィードチューブと、
前記フィードチューブの先端部により貫通されたインジェクタカバーと、
前記インジェクタカバーにより閉塞された一端を有する筒形状をなし且つ透明の試験用セルと、
前記試験用セル内に充填された透明の模擬触媒粒子と、
前記試験用セルの外側に配置され、前記試験用セルの内部を撮影する撮影装置と
を備えることを特徴とするヒドラジン一液スラスタの試験システム。
【請求項２】
前記模擬推薬は、水及び着色材を含むことを特徴とする請求項１に記載のヒドラジン一液スラスタの試験システム。
【請求項３】
前記試験用セルの他端に接続され、前記試験用セル内の圧力を大気圧よりも低くする減圧装置を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒドラジン一液スラスタの試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒドラジン一液スラスタの試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドラジン一液スラスタは、宇宙衛星の姿勢制御に使用され、例えば１Ｎ程度の推力を発生させる。
具体的には、ヒドラジン一液スラスタは、推薬であるヒドラジンのタンクと接続された電磁弁を備え、電磁弁からはフィードチューブ（細管）が延びている。フィードチューブの先端部はインジェクタカバーを貫通し、インジェクタカバーは、筒形状の触媒用セルの一端に固定されている。触媒用セルの内部には触媒粒子が充填され、触媒用セルの他端には、分解ガスチャンバを介してノズルが接続されている。
【０００３】
ヒドラジン一液スラスタでは、電磁弁が開作動したときに、フィードチューブを通じて触媒用セル内に液状のヒドラジンが噴き出す。つまり、フィードチューブの先端部及びインジェクタカバーは、インジェクタを構成している。噴出したヒドラジンは、触媒粒子の作用により分解・発熱して高温ガスを発生させ、この高温ガスがノズルを通じて噴出することにより推力が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、ヒドラジン一液スラスタのインジェクタ構造の検査として、フィードチューブから推薬が真っ直ぐ噴出するように、フィードチューブから噴出した推薬の噴流の偏りの有無を確認し、インジェクタ構造を調整することが行われていた。この検査では、インジェクタを触媒用セルに取付けず、毒性の高いヒドラジンに代えて水等の模擬推薬をフィードチューブから噴出させる。このとき噴流に偏りがないか確認し、偏りがあればフィードチューブの先端部の形状等を調整する。
【０００５】
近年、ヒドラジン一液スラスタの性能向上のために、フィードチューブからの噴流の偏りのみならず、触媒層における推薬の流動状態を制御することが重要になってきた。例えば、推薬は、触媒層において、中心軸の周りで対称に流動することが望ましい。そのために、推薬は、フィードチューブより噴出してから拡散することなく真っ直ぐに触媒層の中心部に供給されるか、或いは、メッシュ等により拡散されて触媒層の全面に均一に供給されるのが望ましい。
【０００６】
しかしながら、現在、触媒層における推薬の流動状態を実際に確認する手段はなく、従来の検査でも勿論確認することはできない。そこで、ヒドラジン一液スラスタの性能向上ため、かかる手段の開発が強く望まれている。
本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、推薬の触媒層での流動状態を可視化して正確に把握するヒドラジン一液スラスタの試験システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明によれば、ヒドラジンよりも毒性が低く且つ有色の模擬推薬を供給するフィードチューブと、前記フィードチューブの先端部により貫通されたインジェクタカバーと、前記インジェクタカバーにより閉塞された一端を有する筒形状をなし且つ透明の試験用セルと、前記試験用セル内に充填された透明の模擬触媒粒子と、前記試験用セルの外側に配置され、前記試験用セルの内部を撮影する撮影装置とを備えるヒドラジン一液スラスタの試験システムが提供される（請求項１）。
【０００８】
好ましくは、前記模擬推薬は水及び染料や顔料等の着色材を含む（請求項２）。
好ましくは、前記試験用セルの他端に接続され、前記試験用セル内の圧力を大気圧よりも低くする減圧装置を更に備える（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１のヒドラジン一液スラスタの試験システムでは、透明な試験用セルに透明な模擬触媒粒子が充填される。このため、撮影装置は、試験用セルの径方向中心部まで撮影可能であり、フィードチューブから噴出した模擬推薬の流れを詳細に撮影することができる。そして、撮影装置によって撮影された影像に基づいて触媒層における模擬推薬の流れを解析することにより、実際の推薬の正確な流動状態が把握され、ヒドラジン一液スラスタの性能向上に役立てられる。
【００１０】
請求項２のヒドラジン一液スラスタの試験システムでは、模擬推薬が水を含むけれども、水は、実際の推薬であるヒドラジンと密度及び表面張力等の物性値において近似している。このため、模擬推薬は、触媒層での推薬の流動状態を忠実に再現し、これにより実際の推薬の一層正確な流動状態が把握される。
請求項３のヒドラジン一液スラスタの試験システムでは、減圧装置によって試験用セル内が減圧されることにより、宇宙で実際に使用されるときと近い状態で、模擬推薬が触媒層内を流動する。これにより、この試験システムによれば、実際の推薬の一層正確な流動状態が把握される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、一実施形態に係るヒドラジン一液スラスタの試験システムの構成を概略的に示す。
この試験システムは、模擬推薬を貯留するタンク１０を有し、タンク１０は電磁弁１２の入口ポートにパイプを介して接続されている。タンク１０には、模擬推薬を送出するために加圧ガスが供給されており、例えば１Ｍ〜２ＭＰａの圧力でもって、模擬推薬は電磁弁１２の入口ポートに供給される。
【００１２】
模擬推薬としては、ヒドラジンよりも毒性が低く、有色の液体を用いることができ、好ましくは、純水やイオン交換水に、メチレンブルー等の染料を少量混合したものを用いることができる。
電磁弁１２の出口ポートには、フィードチューブ（細管）１４が接続され、フィードチューブ１４の先端部は、気密性を確保しながら、インジェクタカバー１６を貫通している。インジェクタカバー１６は、例えば直径が６．６ｍｍで長さが１７ｍｍの円筒形状の試験用セル１８を軸線方向両側から挟んだ状態で、エンドカバー２０とボルトにより連結されている。これらインジェクターカバー１６及びエンドカバー２０と試験用セル１８との間では、Ｏリング２２，２４により気密性がそれぞれ確保される。また、インジェクタカバー１６と試験セル用１８との間には、試験用セル１８の開口端を覆うようにメッシュ２５が配置されている。
【００１３】
エンドカバー２０には排気孔が設けられ、排気孔には、排気チューブを介して、例えばロータリポンプ等の真空ポンプ２６が減圧装置として接続されている。
試験用セル１８は透明であり、例えばアクリルやポリカーボネート等の樹脂製の筒や、耐熱ガラスや石英ガラス等のガラス製の筒を試験用セル１８として用いることができる。
試験用セル１８内には、その大部分を埋め尽くすように、複数の模擬触媒粒子２８が充填されている。すなわち、試験用セル１８の内部は触媒室として区画され、フィードチューブ１４の先端は、メッシュ２５を通じて触媒室に臨んでいる。
【００１４】
各模擬触媒粒子２８は透明であり、例えば実際の触媒に近い０．３ｍｍ程度の粒径を有する。このような模擬触媒粒子２８として、例えばガラスビーズを用いることができる。
試験用セル１８の側方には、撮影装置３０が配置され、試験用セル１８全体が撮影装置３０の視野内に収まっている。撮影装置３０としては、例えばビデオカメラを用いることができる。
【００１５】
また、試験用セル１８の側方には、撮影のための照明３２が配置されている。
ここで、試験用セル１８及び模擬触媒粒子２８が透明であるとは、これらが照明３２の光の少なくとも一部又は全部を透過させることを意味する。また、模擬推薬が有色であるとは、模擬試薬が、撮影装置３０により撮影可能であることを意味する。
以下、上述したヒドラジン一液スラスタの試験システムの使用方法について説明する。
【００１６】
まず、真空ポンプ２６が作動させられ、試験用セル１８の内部が１０-１〜１０-２Ｔｏｒｒ程度の圧力まで減圧される。この後、撮影装置３０により試験用セル１８を撮影しながら、電磁弁１２が、図示しない制御装置により、所定の周期にて間欠的に開作動させられる。電磁弁１２の開作動に伴い、フィードチューブ１４の先端から、メッシュ２５を介して試験用セル１８内に模擬推薬が噴出する。噴出した模擬推薬は、模擬触媒粒子２８に衝突しながら、それらの隙間に流入し、そして、排気チューブを通じて外部に排出される。
【００１７】
このとき、上述したヒドラジン一液スラスタの試験システムでは、透明な試験用セル１８に透明な模擬触媒粒子２８が充填されているため、撮影装置３０は、試験用セル１８の径方向中心部まで撮影可能である。従って、撮影装置３０は、フィードチューブ１４から噴出した模擬推薬の流れを詳細に撮影することができる。
そして、撮影装置３０によって撮影された影像に基づいて、模擬触媒粒子２８により形成される触媒層における模擬推薬の流れを解析することにより、特に、コマ送りやストップモーションを利用して、模擬推薬が触媒層に衝突してからその内部を拡散しはじめる初期の流動状態を解析することにより、実際の推薬の正確な流動状態が把握される。得られた解析結果は、ヒドラジン一液スラスタの性能向上に有効に役立てられる。
【００１８】
また、上述した試験システムでは、模擬推薬として、水を主成分とするものを用いており、水は、実際の推薬であるヒドラジンと密度及び表面張力等の物性値において近似している。このため、模擬推薬は、触媒層での推薬の流動状態を忠実に再現し、これにより実際の推薬の一層正確な流動状態が把握される。
本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
【００１９】
例えば、一実施形態では、真空ポンプ２６によって試験用セル１８内を減圧したけれども、試験用セル１８内は大気圧であってもよい。ただし、試験用セル１８内を減圧することにより、宇宙で実際に使用されるときと近い状態で、模擬推薬が触媒層内を流動させることができ、これにより、実際の推薬の一層正確な流動状態が把握される。
一実施形態では、試験用セル１８の一端にインジェクタカバー１６が直接固定されていたが、これらの間に、図２に示したように、透明又は非透明のスペーサ３４を配置してもよい。換言すれば、試験用セル１８とスペーサ３４とで、分割式の一つの試験用セルを構成してもよい。このようにフィードチューブ１４と触媒層との間に空間を確保した構造は、実際のスラスタに適用されているものの一種である。この構造によれば、実際のスラスタにおいて、高温になった触媒層からの熱がフィードチューブ１４に伝わるのが防止され、これにより、推薬が沸騰してフィードチューブ１４の内部流路が閉塞されることが防止される。なお、この場合、スペーサ３４と試験用セル１８との間の気密性は、Ｏリング３８により確保される。
【００２０】
また、ヒドラジンよりも毒性が少ないスラスタ燃料であるＨＡＮ（hydroxylammonium nitrate）についても、物性値が類似した液体を適切に選定して、本試験システムに適用することはもちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一実施形態に係るヒドラジン一液スラスタの試験システムの概略構成を示す図である。
【図２】変形例に係る試験用セルを説明するための図である。
【符号の説明】
【００２２】
１４    フィードチューブ
１６    インジェクタカバー
１８    試験用セル
２８    模擬触媒粒子
３０    撮影装置
【図１】
2008286581.tif 000003
【図２】
2008286581.tif 000004