(57)【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一液スラスタにおいて、
前記チャンバのヒドラジン導入部近傍に、ヒドラジン分散促進部を設け、
前記ヒドラジンの分解に対して不活性な素材から成る不活性粒子の層を前記ヒドラジン分散促進部とした
ことを特徴とする一液スラスタ。
【請求項２】
前記触媒層と前記ヒドラジン分散促進部との間にメッシュ状の隔壁部を設けた請求項１に記載の一液スラスタ。
【請求項３】
前記チャンバのヒドラジン導入部と前記ヒドラジン分散促進部との間にメッシュ状の隔壁部を設けた請求項１又は２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に、式（１）に示す分解反応が起きる。
３Ｎ２Ｈ４→４（１−ｘ）ＮＨ３＋（２ｘ−１）Ｎ２＋６ｘＨ２  
（但し、ｘは０〜１の係数）                  式（１）
【０００４】
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、即ち、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するほか、触媒粒子の摩耗や粉砕で生じた微粒子が触媒層の下流部分やノズルスロート部分に堆積して、圧力損失の増加による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、触媒層自体を圧縮する押圧機構を備えた一液スラスタや、触媒層を格子状の一体型触媒層とした一液スラスタが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平11-82171号
【特許文献２】特開2001-20808号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した前者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、ばねなどの可動要素を有する押圧機構は、信頼性の面で不利であり、加えて、部品点数が多くなる分だけ、コストの面でも劣る。
一方、後者の一液スラスタにおいて、十分な推力を得るためのヒドラジン分解に必要な
有効面積（触媒粒子との接触面積）を確保するうえで、触媒層を升目が微細な格子状に形成することが不可欠であるが、多量のイリジウムを担持させつつ微細升目の格子状一体型触媒層を形成することは極めて困難であり、現実的ではない。
【０００７】
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、製造し易くそして信頼性及びコストの面で有利であるのは勿論のこと、触媒層における局所的な触媒粒子の崩壊や摩耗を防ぐことができ、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に係る発明は、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一液スラスタにおいて、前記チャンバのヒドラジン導入部近傍に、ヒドラジン分散促進部を設け、前記ヒドラジンの分解に対して不活性な素材から成る不活性粒子の層を前記ヒドラジン分散促進部と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】
この一液スラスタにおいて、ヒドラジン導入部からチャンバ内にヒドラジンを導入すると、ヒドラジンは、ヒドラジン分散促進部を経由して触媒層に進むこととなり、この触媒層と触れた時点で分解反応が起こり、ヒドラジンのパルス噴射が多数繰り返されてチャンバ内が定常状態となった後は、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。
【００１０】
ヒドラジン導入部からチャンバ内に導入されたヒドラジンがヒドラジン分散促進部、すなわち、ヒドラジンの分解に対して不活性な素材から成る不活性粒子の層を通過する際には、ほぼ均一に分散されることから、触媒層に局所的で急激な反応が生じることはなく、したがって、触媒粒子同士の衝突による崩壊や摩耗は生じないこととなり、触媒層に空間ができるのが回避されることとなる。
【００１５】
さらにまた、本発明の請求項２に係る一液スラスタは、前記触媒層と前記ヒドラジン分散促進部との間にメッシュ状の隔壁部を設けた構成としている。
さらにまた、本発明の請求項３に係る一液スラスタは、前記チャンバのヒドラジン導入部と前記ヒドラジン分散促進部との間にメッシュ状の隔壁部を設けた構成としている。
本発明の一液スラスタにおいて、上記したように、ヒドラジン分散促進部の上流側及び下流側のうちの少なくともいずれか一方にメッシュ状の隔壁部を設けることで、ヒドラジンの分散性の調整を行い得るが、触媒層の長さを超えない範囲でヒドラジン分散促進部の長さを変更してもヒドラジンの分散性の調整を行い得ることとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に係る一液スラスタにおいて、上記した構成としたから、構成を複雑なものとすることなく、ヒドラジン導入部からチャンバ内に導入されたヒドラジンをほぼ均一に分散させることが可能であり、その結果、触媒層に局所的な触媒粒子の崩壊や摩耗が発生するのを回避することができる。
つまり、製造し易くそして信頼性及びコストの面での優位性を保ちつつ、ヒドラジン分解反応の効率が低下したり、推力が低下したりするなどの不具合の発生を抑えることが可能であり、長寿命化をも実現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。
【００１８】
さらにまた、本発明の請求項２及び３に係る一液スラスタでは、上記した構成としているので、ヒドラジンの分散性の調整を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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、チャンバ５のタンク２側に位置する支持棒３ａとともにインジェクタ３を構成するフィードチューブ３ｂと、タンク２との間には、電磁弁７が配置してある。
【００２０】
チャンバ５において、インジェクタ３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（メッシュ状の隔壁部）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としていて、この触媒層収容部５Ａの上流側メッシュ８近傍には、アルミナ充填層（ヒドラジン分散促進部）１０が設けてあり、一方、下流側メッシュ９とノズル６との間の空間は、分解ガスチャンバ５Ｂとしてある。
【００２１】
この場合、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おり、一方、アルミナ充填層１０は、不活性のアルミナ粒子の充填層としている。  
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内にパルス状に導入すると、ヒドラジンは触媒層収容部５Ａにおけるアルミナ充填層１０を経由して触媒層４と触れて分解反応が起き、チャンバ５内が定常状態となった時点で式（１）の分解反応が起きて、高温のアンモニア、窒素及び水素の各ガスに分解され、分解ガスチャンバ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。
【００２２】
インジェクタ３を通してチャンバ５内に導入されたヒドラジンがヒドラジン分散促進部であるアルミナ充填層１０を通過する際には、ヒドラジンがほぼ均一に分散されることから、触媒層４に局所的で急激な反応が生じることはなく、したがって、触媒粒子同士の衝突による崩壊や摩耗は生じないこととなり、触媒層４に空間ができるのが回避されることとなる。
【００２３】
つまり、この一液スラスタ１では、製造し易くそして信頼性及びコストの面での優位性を保ちながら、ヒドラジン分解反応の効率が低下したり、触媒粒子の崩壊や摩耗で生じた微粒子が触媒層の下流部分やノズルスロート部分に堆積して推力が低下したりするのを抑え得ることとなるうえ、長寿命化をも実現できる。
また、この一液スラスタ１では、不活性のアルミナ粒子の充填層をヒドラジン分散促進部であるアルミナ充填層１０としているので、簡単な構成でヒドラジンの分散性を向上させることができ、加えて、ヒドラジン分散用の上流側メッシュ８をインジェクタ３に隣接して配置しているので、ヒドラジンの分散性の調整を行うことが可能である。
【００２４】
この実施形態に係る一液スラスタ１では、不活性のアルミナ粒子を充填して成るアルミナ充填層１０をヒドラジン分散促進部としているが、参考として、例えば、ヒドラジンの分解に対して不活性なアルミナ粒子に触媒としてのイリジウムを約３０％担持させて成る粒径１ｍｍ未満の触媒粒子の触媒層４に対して、触媒の担持量を少なくした触媒粒子の充填層をヒドラジン分散促進部としたり、この触媒の担持量を少なくした触媒粒子の充填層において、チャンバ５のインジェクタ３から触媒層４に向かうにつれて触媒の担持量を漸次増加させたりしてもよい。
【００２５】
また、この実施形態に係る一液スラスタ１では、不活性のアルミナ粒子を充填して成るアルミナ充填層１０をヒドラジン分散促進部としているが、同じく参考として、ヒドラジンの分解に対して不活性な素材から成る不活性多孔質体をヒドラジン分散促進部としてもよく、この際、ヒドラジンの分解に対して不活性な素材から成る不活性多孔質体に上記触媒層４の触媒粒子よりも少ない量の触媒を含有させたり、その含有量をチャンバ５のインジェクタ３から触媒層４に向かうにつれて漸次増加させたりしてもよい。
【００２６】
なお、アルミナの代替材料としてジルコニアなどの十分な強度を有する各種セラミックスを使用することができる。
さらに、この実施形態に係る一液スラスタ１では、ヒドラジン分散用の上流側メッシュ８をインジェクタ３に隣接して配置しているが、図２に示すように、この上流側メッシュ８と同じようなメッシュ状の隔壁部１８を触媒層４とヒドラジン分散促進部であるアルミナ充填層１０との間に設けた構成としてもよい。
【００２７】
さらにまた、この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３ｂ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３ｂ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ほか、インジェクタ３とヒドラジン分散促進部との間にヘッドスペースを設けることが可能である。
【００２８】
なお、本発明に係る一液スラスタの構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る一液スラスタの一実施形態を示す断面説明図である。
【図２】本発明に係る一液スラスタの他の実施形態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    一液スラスタ
３    インジェクタ（ヒドラジン導入部）
３ａ  支持棒
３ｂ  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
８    上流側メッシュ（メッシュ状の隔壁部）
１０    アルミナ充填層（ヒドラジン分散促進部）
１８    メッシュ状の隔壁部
【図１】
0004941662.tif 000002
【図２】
0004941662.tif 000003