(57)【要約】構造を複雑化することなく、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現し、もって性能を向上することができる伝熱スラスタ。この伝熱スラスタにおいて、推進剤は、二本のパイプ（１０２、１０４）を通ってスラスタ本体（１０６）に流れ込み、熱源により加熱されたスラスタ本体（１０６）からの加熱を受けながら、スラスタ本体（１０６）内に形成された流路（１１０）を通ってノズル側に流れ、ノズル手前のプレナム室（１１４）に達した後、推進剤出口からプラグノズル（１１２）の外壁（１２６）に沿って噴射される。このとき、熱源からの入熱は、プラグノズル（１１２）の内壁（１２８）を通して直接ノズルに伝えられる。すなわち、プラグノズル（１１２）の中空部（１１８）は、ノズルを加熱する加熱部として機能する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進剤を外部から高温高圧に加熱し、ノズルから噴出することによって推力を得る伝熱スラスタであって、
前記ノズルは推進剤出口に設けられ、
前記ノズルを直接加熱する加熱手段を有する、
伝熱スラスタ。
【請求項２】
前記ノズルは、中空部を有するプラグノズルであり、
前記中空部は、スラスタ本体に形成され熱源が提供されるキャビティ部と連通しており、前記熱源から供給される熱により前記ノズルを直接加熱する、
請求項１記載の伝熱スラスタ。
【請求項３】
前記ノズルは、前記スラスタ本体と一体的に形成されており、前記中空部は、前記キャビティ部を前記ノズル内まで延長した構造をしている、
請求項２記載の伝熱スラスタ。
【請求項４】
前記熱源は、太陽光である、
請求項１記載の伝熱スラスタ。
【請求項５】
前記熱源は、電熱線その他の発熱部材からなるヒータである、
請求項１記載の伝熱スラスタ。
【請求項６】
供給された推進剤を充満させて蓄積するプレナム室と、
前記プレナム室に蓄積された推進剤を噴出するプラグノズル部と、
提供された熱源を用いて前記プレナム室および前記プラグノズル部を加熱する加熱手段と、
を有する伝熱スラスタ。
【請求項７】
前記加熱手段は、
円錐状の第１中空部と円柱状の第２中空部との一体構造からなり、
前記第１中空部と前記第２中空部とは連続的につながっている、
請求項６記載の伝熱スラスタ。
【請求項８】
前記プラグノズル部は、円錐状であり、
前記プラグノズル部の底面の直径は、前記第１中空部の底面の直径を１としたときに、１〜１０である、
請求項７記載の伝熱スラスタ。
【請求項９】
前記プラグノズル部の頂角および前記第１中空部の頂角は、それぞれ、０（度）〜１８０（度）である、
請求項８記載の伝熱スラスタ。
【請求項１０】
前記第１中空部の頂点は、前記プラグノズル部の内部に位置する、
請求項７記載の伝熱スラスタ。
【請求項１１】
前記第１中空部の底面は、前記プラグノズル部の外部に位置する、
請求項７記載の伝熱スラスタ。
【請求項１２】
前記第１中空部と前記第２中空部との結合部は、伝熱スラスタのうち前記プレナム室の温度が最も高くなる位置に配置される、
請求項７記載の伝熱スラスタ。
【請求項１３】
前記第１中空部の頂点は、伝熱スラスタのうち前記プレナム室の温度が最も高くなる位置に配置される、
請求項７記載の伝熱スラスタ。
【請求項１４】
前記熱源は、太陽光である、
請求項６記載の伝熱スラスタ。
【請求項１５】
前記熱源は、電熱線その他の発熱部材からなるヒータである、
請求項６記載の伝熱スラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、伝熱スラスタに関し、太陽熱推進やレジストジェットなどに適用する伝熱スラスタに関する。
【背景技術】
【０００２】  一般に、ロケットやスラスタは、推進剤を内部的に燃焼させて高温高圧の気体にしてノズルから噴出させることで推力を得る。すなわち、ロケットやスラスタでは、推進剤自身が持つ化学エネルギーを運動エネルギーに変換している。これに対し、伝熱スラスタは、推進剤の化学反応を利用するスラスタとは異なり、推進剤に外部から熱を供給することによって推進剤を高温高圧の気体にしてノズルから噴出させることで推力を得る推進装置である。伝熱スラスタの推進方式には、例えば、太陽熱で推進剤を加熱する太陽熱推進や、電熱線などのヒータで推進剤を加熱するレジストジェットなどがある。太陽熱推進を利用したスラスタは、一般に、太陽熱スラスタと呼ばれている。太陽熱スラスタは、近時、宇宙用スラスタとして、軌道変換用主推進システムとして注目されている。太陽熱スラスタの推進剤としては、通常、液体水素やヒドラジン、水などが用いられる。従来の伝熱スラスタに関しては、例えば、特許文献１、非特許文献１、および非特許文献２に記載されている。【０００３】  図１は、従来の伝熱スラスタの構造の一例を示す概略図（断面図）である。この伝熱スラスタ１０において、推進剤は、二本のパイプ１２、１４を通ってスラスタ本体１６に流れ込み、熱源により加熱されたスラスタ本体１６からの加熱を受けながら、スラスタ本体１６内に形成されたらせん状の流路１８を通ってノズル側に流れ、ノズル手前のプレナム室２０に達した後、ノズル２２から噴射される。ノズル２２は、一般に、ベル型またはコーン型であり、スラスタ本体１６と一体的に形成されている。また、スラスタ本体１６の中央部には、熱源が提供されるキャビティ（空洞）２４が形成されている。熱源としては、例えば、太陽光やヒータなどが用いられる。スラスタ本体１６は、インナーボディ２６とアウターボディ２８とからなり、ガスケット３０をインナーボディ２６とアウターボディ２８との間に挟み、接続用ボルト３２を締めることでインナーボディ２６とアウターボディ２８とを密封して構成されている。【０００４】  図２は、従来の伝熱スラスタとして、従来の太陽熱スラスタの構造の一例を示す概略図（断面図）である。特に、太陽熱スラスタ４０では、スラスタ本体４２の外部に設けられた図示しない太陽集光鏡により太陽光をキャビティ２４に集光することによって、スラスタ本体４２を加熱する。【０００５】  伝熱スラスタでは、推進剤を外部から加熱するため、流入する推進剤を効率良く加熱するためには、推進剤入口からプレナム室までの伝熱スラスタの温度を常に推進剤の温度よりも高くする必要がある。そのためには、伝熱スラスタの温度分布としては、プレナム室で温度が最も高く、推進剤入口に向かって温度が低くなり、推進剤入口で温度が最も低くなる温度分布が最適である。これは、熱の流れと推進剤の流れが向かい合う、熱交換器の「対向流」の考え方である。
【特許文献１】特開２００４−２７０５５２号公報
【非特許文献１】栗木恭一・荒木義博編、「電気推進ロケット入門」、東京大学出版会、２００３年、ｐ．１８４
【非特許文献２】Ｍ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，ｅｔ  ａｌ．，″Ｓｉｎｇｌｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｏ  Ｓｏｌａｒ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ″，ＩＡＦ−９８−Ｓ．６．０１，１９９８，ｐ．２
【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、従来のベル型またはコーン型のノズルを有する伝熱スラスタにおいては、プレナム室の温度が低くなり、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現することができず、所期の性能を発揮することができないという問題がある。【０００７】  本発明者は、実験および数値解析により、水を推進剤とする太陽熱スラスタの伝熱解析を行った。その結果、従来の太陽熱スラスタの構造（特にベル型またはコーン型のノズルを持ちキャビティ部に熱源を持つ形状）では、どのような加熱・流量条件であっても、上記のような最適な温度分布を達成できないことがわかった。【０００８】  図３は、図２の太陽熱スラスタ４０の温度分布の数値解析結果の一例を示す図である。図中の数字の単位は、Ｋ（ケルビン）である。図３に示すように、従来の太陽熱スラスタ４０の温度分布は、プレナム室２０の温度が低くなっている。すなわち、実際の温度分布は、スラスタ本体４２について言えば、上記最適な温度分布を実現できていない。この原因を、太陽熱スラスタ内の推進剤および熱の流れに着目して説明する。【０００９】  図４は、図２の太陽熱スラスタ４０内の推進剤および熱の流れの解析結果を示す図である。図５は、図２の太陽熱スラスタ４０内の理想的な熱の流れを示す図である。図４および図５において、「Ｈ」で示す矢印は熱の流れを、「Ｐ」で示す矢印は推進剤の流れをそれぞれ表している。【００１０】  図４に示すように、プレナム室２０の温度の低下は、熱伝導を考えたとき、ノズル２２の位置が加熱面であるキャビティ２４から離れていること、および、推進剤がノズル２２内で膨張する際にノズル２２から熱を奪い、ノズル２２を冷却することにより引き起こされるものである。すなわち、ノズル２２が、膨張した推進剤に熱を奪われて冷却されるため、プレナム室２０の熱がノズル２２に流れて、プレナム室２０の温度が低下する。また、ノズル２２からの放射伝熱により外界へ熱が逃げ、プレナム室２０の熱がノズル２２へ流れることも、プレナム室２０の温度低下につながる。【００１１】  このように、本発明者の実験結果および数値解析結果によれば、従来の太陽熱スラスタの構造では、推進剤を加熱するのに最適な温度分布およびそのための熱の流れを実現できないことがわかった。このことは、太陽熱スラスタに限定されるわけではなく、熱源としてキャビティにヒータ（例えば、電熱線ヒータ）を用いるレジストジェットにも同様に当てはまる。【００１２】  このような現象は、化学反応を利用する通常のスラスタとは大きく異なる。化学反応を利用する通常のスラスタでは、推進剤の温度はスラスタの温度よりも高く、ノズル内で膨張することで温度が下がっても推進剤の温度はノズルの温度よりも高い。推進剤の温度はノズルの耐熱温度よりも高いことが多く、この場合、ノズルは冷却される必要がある。すなわち、化学反応を利用する通常のスラスタでは、熱は推進剤からスラスタへ流れるのに対し、外部から推進剤を加熱する伝熱スラスタでは、熱はスラスタから推進剤へ流れるという大きな違いがある。【００１３】  本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、構造を複雑化することなく、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現し、も��て性能を向上することができる伝熱スラスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の伝熱スラスタは、推進剤を外部から高温高圧に加熱し、ノズルから噴出することによって推力を得る伝熱スラスタであって、前記ノズルは推進剤出口に設けられ、前記ノズルを直接加熱する加熱手段を有する構成を採る。【００１５】  本発明の伝熱スラスタは、供給された推進剤を充満させて蓄積するプレナム室と、前記プレナム室に蓄積された推進剤を噴出するプラグノズル部と、提供された熱源を用いて前記プレナム室および前記プラグノズル部を加熱する加熱手段と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、構造を複雑化することなく、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現し、もって性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の伝熱スラスタの構造の一例を示す概略図
【図２】従来の太陽熱スラスタの構造の一例を示す概略図
【図３】図２の太陽熱スラスタの温度分布の数値解析結果の一例を示す図
【図４】図２の太陽熱スラスタ内の熱の流れの解析結果を示す図
【図５】図２の太陽熱スラスタ内の理想的な熱の流れを示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図
【図７】図６の伝熱スラスタを太陽熱スラスタに適用した構造の一例を示す概略図
【図８】図７の太陽熱スラスタの温度分布の数値解析結果の一例を示す図
【図９】図７の太陽熱スラスタ内の熱の流れの解析結果を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図であり、図１０Ａは、ノズルの外周にヒータを設けた場合を示す図、図１０Ｂは、ノズルの内部にヒータを設けた場合を示す図、図１０Ｃは、ノズルの内部およびスラスタ本体の内部にそれぞれヒータを設けた場合を示す図
【図１１】本発明の実施の形態３に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図
【図１２】図１１の伝熱スラスタを太陽熱スラスタに適用した構造の一例を示す概略図
【図１３】図１２の太陽熱スラスタの温度分布の数値解析結果の一例を示す図
【図１４】図１２の太陽熱スラスタ内の熱の流れの解析結果を示す図
【図１５】ベル型ノズルを用いた伝熱スラスタの温度分布とプラグノズルを用いた伝熱スラスタの温度分布との比較を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００１９】  本発明者は、伝熱スラスタの性能を向上させるためには、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現することが必要であることを見出した。また、最適な温度分布を実現するためには、ノズルを加熱することが必要であることを見出した。さらに、構造を複雑化することなく、ノズルを加熱するためには、ノズルの形状を最適化することが必要であることを見出したのである。【００２０】  本発明の第１の態様は、ノズルにプラグノズル（スパイクノズルやエアロスパイクノズルを含む）を採用し、さらに、プラグノズルに中空部を形成し、中空部を加熱部とするものである。【００２１】  さらに、その後の研究により、本発明者は、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現するためには、プレナム室およびノズルを同時に直接加熱することが極めて有効であることを見出した。また、プレナム室およびノズルを同時に直接加熱するためには、ノズルの形状と、プレナム室およびノズルへの入熱機構の構造とを最適化することが必要であることを見出したのである。【００２２】  本発明の第２の態様は、ノズルにプラグノズル（スパイクノズルやエアロスパイクノズルを含む）を採用し、伝熱スラスタの内部に形成したキャビティを介して、プレナム室およびプラグノズルを加熱することにより、伝熱スラスタの最適な温度分布を実現するものである。具体的には、キャビティに熱源を提供し、この熱源を用いて、プレナム室を加熱するとともに、推進剤の膨張によるノズルの冷却によってプレナム室の温度低下が発生しない程度にノズルをも加熱する。これにより、伝熱スラスタの温度が常に推進剤の温度よりも高くなり、かつ、推進剤の温度は、プレナム室で最も高く、推進剤の入口とプラグノズルの下流とに向かってそれぞれ低下する。換言すれば、推進剤の温度分布は、プレナム室を頂点としてプレナム室から遠ざかるほど低下する。【００２３】  まず、本発明の原理を説明する。【００２４】  上記のように、伝熱スラスタでは、推進剤を外部から加熱するため、推進剤を効率良く加熱するためには、伝熱スラスタの温度が常に推進剤の温度よりも高くなるように、対向流の考えに基づき、プレナム室で温度が最も高く、推進剤入口に向かって温度が低くなり、推進剤入口で温度が最も低くなる温度分布を実現すればよいと考えられる。そこで、ノズルから推進剤への入熱を行うことにより、対向流の考えに基づいた最適な温度分布を実現し、伝熱スラスタの性能を向上させるのである。【００２５】  本発明者は、ノズルから推進剤への入熱による性能向上を検証した。【００２６】  表１は、ノズルから推進剤への入熱がある場合とない場合との推力および比推力の値のシミュレーション結果を示している。ここで、計算に際しては、推進剤流量を０．１ｇ／ｍｉｎ、プレナム室の温度を３７３Ｋ（１００℃）、入熱量を約３Ｗとした。また、ノズルの温度を３５３Ｋ、ノズル内での推進剤の熱伝達率を１００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）、ポリトロープ指数を１．１３とした。【００２７】
【表１】
2006093198.tif 000002
【００２８】  表１に示すように、ノズルからの入熱がない場合は、推力が１．８ｍＮ、比推力が１１２ｓであるのに対し、ノズルからの入熱を考慮した場合は、推力が３．４ｍＮ、比推力が２１６ｓとなり、性能が大幅に向上している。【００２９】  これにより、伝熱スラスタでは、ノズルにおいて推進剤を加熱することが、性能向上に有効であることがわかった。このことから、伝熱スラスタでは、ノズルを加熱することにより性能の向上を図ることができると考えられる。【００３０】  理論的には、性能に対するノズルからの入熱の影響は、入熱量をＱｉｎ、推進剤流量をｍとすると、Ｑｉｎ／ｍできいてくるため、このパラメータが大きいほど性能向上の効果が大きい。この点、Ｑｉｎは、ノズルの温度と推進剤の温度との差が大きいほど高くなるため、ノズルの温度は高温に保たれることが望ましい。しかし、上記のように、従来の伝熱スラスタでは、構造上、ノズルに各部から熱が伝わりにくく（図４参照）、ノズルの温度は推進剤の温度に近くなってしまうため（図３参照）、性能向上の効果は小さくなる。また、推進剤流量が増加してｍが大きくなっても、性能向上の効果は小さくなる。【００３１】  表１に示す結果は、伝熱スラスタにおいてノズルから熱を与えることで性能が向上することを示している。伝熱スラスタは、構造上、スラスタ自身の熱伝導によって、温度勾配があると熱が逃げてしまうため、スラスタの温度を局所的に高温に保つのが困難である。したがって、ノズルからの入熱を利用することで、ノズルの冷却を防止し、かつ、プレナム室２０の温度を高温に保ったまま高い性能を発揮することを可能にするこの考え方は、伝熱スラスタの性能向上を図る上で非常に有用である。この考え方は、本発明者の実験および数値解析に基づく全く新しい知見である。【００３２】  なお、燃焼を利用する通常のスラスタの場合、推進剤からノズルへ入る熱量は推進剤が持つエネルギーのほんの一部であるため、推進剤自身は断熱変化する（つまり、推進剤からノズルへは熱が逃げない）ものとして今まで取り扱われてきた。本発明者による上記の新しい考え方は、燃焼を利用する通常のスラスタにおけるそのような一般的な取り扱い（ノズルにおいて推進剤は断熱変化する）とは異なるものである。【００３３】  以上、上記考察により、従来の伝熱スラスタでは、構造上、ノズルからの冷却に起因してプレナム室の温度が低下するため、伝熱スラスタの温度分布を推進剤の加熱に適した温度分布にできないことがわかった。また、伝熱スラスタの性能を向上させるためには、ノズルから積極的に推進剤へ熱を与えること、つまり、ノズルを加熱する（ノズルを高温に保つ）ことが有効であることがわかった。特に、伝熱スラスタの性能を向上させるためには、プレナム室およびノズルから積極的に推進剤へ熱を与えることがとりわけ有効であることがわかった。すなわち、プレナム室およびノズルを積極的に加熱して、プレナム室およびノズルの温度と推進剤の温度との差を大きくし、推進剤への入熱を促進することが有効であることがわかった。【００３４】  以下、いくつかの実施の形態について説明する。各実施の形態は、ノズルを加熱する方法や、プレナム室およびノズルへの入熱機構の構���（形状・配置を含む）がそれぞれ違っている。【００３５】  （実施の形態１）
実施の形態１は、ノズルを加熱する方法として、いわゆるプラグノズルを利用し、伝熱スラスタの内部に形成したキャビティを介してプラグノズルを加熱する場合である。【００３６】  図６は、本発明の実施の形態１に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図（断面図）である。【００３７】  図６に示す伝熱スラスタ１００は、大別して、二本のパイプ１０２、１０４、スラスタ本体１０６、および接続用ボルト１０８で構成されている。スラスタ本体１０６には、外周部内部にらせん状の流路１１０が、推進剤出口にプラグノズル１１２が、流路１１０と推進剤出口の間にプレナム室１１４が、中央部にキャビティ１１６がそれぞれ形成されている。プラグノズル１１２は、スラスタ本体１０６と結合（例えば、溶接やねじによる結合）または一体成形により一体的に形成されている。本実施の形態では、プラグノズル１１２に中空部１１８が形成されている。プラグノズル１１２の中空部１１８は、スラスタ本体１０６のキャビティ１１６の一部をなしている。すなわち、この構造は、スラスタ本体１０６のキャビティ１１６をプラグノズル１１２内まで延長した構造をしている。この構造自体は、ただ単にキャビティ１１６が深くなっただけで、複雑にはなっていない。スラスタ本体１０６のキャビティ１１６には、熱源（例えば、太陽光やヒータなど）が提供される。後述するように、プラグノズル１１２の中空部１１８は、熱源から供給される熱によりノズルを加熱する加熱部として機能する。なお、スラスタ本体１０６は、インナーボディ１２０とアウターボディ１２２からなり、ガスケット１２４をインナーボディ１２０とアウターボディ１２２の間に挟み、接続用ボルト１０８を締めることでインナーボディ１２０とアウターボディ１２２を密封して構成されている。【００３８】  この伝熱スラスタ１００において、推進剤は、二本のパイプ１０２、１０４を通ってスラスタ本体１０６に流れ込み、熱源により加熱されたスラスタ本体１０６からの加熱を受けながら、スラスタ本体１０６内に形成された流路１１０を通ってノズル側に流れ、ノズル手前のプレナム室１１４に達した後、推進剤出口からプラグノズル１１２の外壁１２６に沿って噴射される。このとき、この伝熱スラスタ１００では、熱源からの入熱は、プラグノズル１１２の内壁１２８を通して直接ノズルに伝えられる。すなわち、プラグノズル１１２の中空部１１８は、ノズルを加熱する加熱部として機能することになる。【００３９】  図７は、図６に示す伝熱スラスタの一例として、プラグノズル１１２を有する太陽熱スラスタの構造を示す概略図（断面図）である。なお、この太陽熱スラスタ２００は、図６に示す太陽熱スラスタ１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【００４０】  この太陽熱スラスタ２００では、スラスタ本体２０２の外部に設けられた図示しない太陽集光鏡により太陽光をキャビティ１１６に集光することによって、スラスタ本体２０２を加熱する。このとき、この太陽熱スラスタ２００では、太陽光からの入熱は、プラグノズル１１２の内壁１２８を通して直接ノズルに伝えられる（後述する図９参照）。【００４１】  このように、本実施の形態では、伝熱スラスタ１００（太陽熱スラスタ２００）のノズルを、従来の伝熱スラスタ１０（太陽熱スラスタ４０）で用いられているベル型またはコーン型のノズル２２（図１、図２参照）から、プラグノズル１１２に変更し、さらに、プラグノズル１１２に中空部１１８を形成し、この中空部１１８を加熱部として機能させる構造をしている。この構造は、上記のように、スラスタ本体１０６（２０２）のキャビティ１１６をノズル内まで延長した構造になっており、キャビティ１１６が深くなっただけで、構造自体は複雑にはなっていない。また、この構造は、ノズルの中に加熱部が存在する構造であり、ノズル自体に電熱線などを巻かなくてもノズルを加熱できる構造になっている。【００４２】  本発明者は、実験および数値解析により、プラグノズル１１２を有する伝熱スラスタ１００の伝熱解析を行った。ここでは、一例として、例えば、水を推進剤とする、プラグノズル１１２を有する太陽熱スラスタ２００を例にとって説明する。【００４３】  図８は、かかる太陽熱スラスタ２００の温度分布の数値解析結果の一例を示す図である。また、図９は、推進剤に対する太陽熱スラスタ２００内の熱の流れの解析結果を示す図である。なお、図８中の数字の単位は、Ｋ（ケルビン）である。【００４４】  解析の結果、プラグノズル１１２を有する太陽熱スラスタ２００においては、図８に示すように、ノズル部分で温度が高く、推進剤入口に向かって温度が低くなるという、推進剤の加熱に最適な温度分布が実現されていることがわかる。【００４５】  このことは、図９に示す太陽熱スラスタ２００内の熱の流れからも容易に理解することができる。すなわち、この場合、図９に示すように、太陽光はキャビティ１１６の最深部（つまり、プラグノズル１１２の内壁１２８）に当たって、ノズル部分を最も大きく加熱する。この点、従来の太陽熱スラスタ４０では、上記のように、構造上、キャビティ２４への太陽光からの入熱がノズル２２に伝わりにくかった（図４参照）。しかし、本実施の形態に係る太陽熱スラスタ２００においては、構造上、キャビティ１１６への太陽光からの入熱が直接ノズル１１２に伝わるため、ノズルが高温に保たれ、太陽光からの入熱を効率良くプレナム室１１４に、ひいては推進剤に伝えることができる。また、この場合、図９に示すように、太陽熱スラスタ２００内の熱の流れがスラスタの下流部から上流部に向かう理想的な対向流の形をとっていることがわかる。なお、図９において、「Ｈ」で示す矢印は熱の流れを、「Ｐ」で示す矢印は推進剤の流れをそれぞれ表している。【００４６】  以上のことは、太陽熱スラスタ２００に限定されるわけではなく、熱源としてキャビティにヒータ（例えば、電熱線ヒータ）を用いるレジストジェットなどにも同様に当てはまる。【００４７】  このように、本実施の形態によれば、ノズルにプラグノズル１１２を採用し、さらに、このプラグノズル１１２に中空部１１８を形成し、この中空部１１８を加熱部としてノズルを直接加熱するようにしたため、構造を複雑化することなくノズルの加熱を実現することができるとともに、プレナム室で温度が高く、推進剤入口に向かって温度が低くなるという、推進剤を外部から加熱するのに最も適した温度分布を実現することができ、伝熱スラスタの性能を向上することができる。【００４８】  なお、プラグノズル自体は、以前より、地上から宇宙に到達するロケットに使われた場合、高度に応じてノズルの形状を変えなくても、推進剤の膨張を最適にすることができるという利点を持つことで知られている。しかし、高温の推進剤（燃焼ガス）にノズル表面がさらされるため、冷却機構が不可欠であり、構造が複雑になるという欠点を持つことから、今まで実用化には至っていなかった。【００４９】  すなわち、一般に、プラグノズルは、通常のベル型ノズルと異なり、ノズルはスカート型ではなく、先端がとがった中心物体（プラグ）からなっている。ベル型ノズルは、高度が設計高度よりも低いと過膨張を起こし、設計高度よりも高いと不足膨張を起こすため、最適な推進剤の膨張を実現することができない。この点を改良するために考案されたのが、プラグノズルである。プラグノズルは、外側が壁面で囲われていないため、推進剤は、外部雰囲気圧力に対して（つまり、どの高度でも）最適な膨張を行うことができる。なお、プラグノズルの一種であるスパイクノズルやエアロスパイクノズルは、中心物体（プラグ）の先端を切り落とし、流体に中心物体の代わりをさせることで、ノズル重量および熱負荷を軽減するようにしたものである。【００５０】  しかし、燃焼を利用する通常のスラスタのように、推進剤の温度がノズルの温度よりも高温になる場合には、プラグノズルは、熱が集中する形状であるため、高温の推進剤によって局所的に高い加熱を受け、損傷するおそれがある。これを回避するためには、プラグノズルを冷却する必要があるが、プラグノズルは、高温の推進剤に取り囲まれる形状であるため、ノズルの外部からの冷却は不可能である。したがって、ノズルの内部から冷却することにならざるを得ないが、この場合、構造が複雑になるという欠点がある。この点が大きな課題となり、プラグノズルは今までなかなか実用化されてこなかった。また、上記のように、プラグノズルのメリットは、推進剤を外部雰囲気圧力に対して（つまり、どの高度でも）最適に膨張させることを可能にすることであり、これは大気中で最も発揮され、真空中ではいくら開口比を大きくとっても推進剤は不足膨張し、性能はベル型と変わらないため、真空中での使用は考えられてこなかった。【００５１】  しかしながら、上記した冷却などの諸問題のため実用化されてこなかったプラグノズルではあるが、太陽熱スラスタのような外部から推進剤を加熱する伝熱スラスタでは、推進剤の方がノズルよりも温度が低く、ノズルは常に推進剤によって冷却されるため、熱的に安全であり、しかも、冷却装置を取り付ける必要がなく、構造も複雑にはならない。【００５２】  そこで、本実施の形態では、本発明者による上記の新しい知見に基づき、プラグノズルの本来の目的（推進剤の最適膨張）のためではなく、プレナム室で温度が高く、推進剤入口に向かって温度が低くなるという最適な温度分布を、構造を複雑化することなく実現するために、プラグノズルを利用するようにしたのである。【００５３】  このようなプラグノズルを用いて伝熱スラスタを構成することにより、上記した次のような新たな利点を得ることができる。【００５４】  １）ノズルから推進剤への熱の逃げ、および、これにより引き起こされるプレナム室からノズルへの熱の逃げによる従来の伝熱スラスタの温度分布の欠点を補い、理想的な対向流の温度分布を実現することができる（図８、図９参照）。【００５５】  ２）ノズルを高温に保ち、ノズルからプレナム室を経ての推進剤への入熱効果によって性能を向上することができる。【００５６】  ３）上記した性能向上効果により、局所的に高温を達成できない伝熱スラスタの欠点を補うことができる。すなわち、プレナム室およびノズルにおける推進剤への加熱を有効に用いることで、スラスタ全体の温度をそれほど高温に保たなくても高性能を発揮することができる。これは、大雑把に言うと、２０００Ｋ程度に加熱したときの性能を、推進剤の温度を１０００Ｋ程度に保ったまま発揮できることを意味し、伝熱スラスタの有用性を新しく示すものである。【００５７】  ４）プラグノズルの従来の欠点であるノズルの高熱負荷の問題を、推進剤への積極的な入熱を促すことで克服することができる。【００５８】  （実施の形態２）
実施の形態２は、ノズルの加熱方法として、ヒータを利用する場合である。【００５９】  図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明の実施の形態２に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図である。特に、図１０Ａは、ノズルの外周にヒータを設けた場合であり、図１０Ｂは、ノズルの内部にヒータを設けた場合であり、図１０Ｃは、ノズルの内部およびスラスタ本体の内部にそれぞれヒータを設けた場合である。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す伝熱スラスタ３００、４００、５００は、それぞれ、図６に示す伝熱スラスタ１００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【００６０】  また、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す伝熱スラスタ３００、４００、５００は、ベル型またはコーン型のノズルを有する点で、図１に示す従来の伝熱スラスタ１０と同様の構造を有する。ただし、これに伴い、スラスタ本体３０２、４０２、５０２は、図６のスラスタ本体１０６とは若干異なる構造をとる。具体的には、プレナム室３０４は、各スラスタ本体３０２、４０２、５０２の中央部にそれぞれ位置する。これは、ベル型またはコーン型のノズルを使用した場合、推進剤の出口がスラスタ本体３０２、４０２、５０２の中央部に位置するためである。【００６１】  図１０Ａに示す伝熱スラスタ３００は、ベル型またはコーン型のノズル３０６を加熱するために、ノズル３０６の外周にヒータ３０８を有する。ヒータ３０８は、例えば、電熱線をノズル３０６の外周に巻き付けて構成されている。ここでは、スラスタ本体３０２に、流路１１０、プレナム室３０４、およびキャビティ１１６が設けられている。したがって、この場合、加熱源はキャビティ１１６に提供される熱源（例えば、太陽光）とヒータ３０８とで構成される。【００６２】  図１０Ｂに示す伝熱スラスタ４００は、ベル型またはコーン型のノズル４０４を加熱するために、ノズル４０４にヒータ４０６が内蔵されている。ヒータ４０６は、例えば、ノズル４０４の内部に形成された収納部に電熱線を収納して構成されている。ここでは、スラスタ本体４０２に、流路１１０およびプレナム室３０４のみが設けられ、キャビティ１１６は設けられていない。したがって、この場合、加熱源はヒータ４０６のみで構成される。【００６３】  図１０Ｃに示す伝熱スラスタ５００は、図１０Ｂの伝熱スラスタ４００と同様に、ベル型またはコーン型のノズル４０４を加熱するために、ノズル４０４にヒータ４０６が内蔵されている。ヒータ４０６は、例えば、ノズル４０４の内部に形成された収納部に電熱線を収納して構成されている。ここでは、さらに、スラスタ本体５０２に別のヒータ５０４が内蔵されている。したがって、この場合、加熱源は二つのヒータ４０６、５０４で構成される。【００６４】  このように、本実施の形態によれば、ヒータを利用してノズルを加熱するため、プラグノズルを利用する実施の形態１よりは多少構造が複雑になるものの、実施の形態１と同様に、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現することができ、伝熱スラスタの性能を向上することができる。【００６５】  なお、ノズルを加熱する方法としては、プラグノズルを用いる方法（実施の形態１）、ヒータを利用する方法（実施の形���２）に加えて、例えば、熱伝導を促進するためにキャビティとノズルをつなぐ部材を設ける方法も考えられる。【００６６】  （実施の形態３）
実施の形態３は、ノズルを加熱する方法として、実施の形態１の場合と同様に、伝熱スラスタの内部に形成したキャビティを介してプラグノズルを加熱する場合である。特に、本実施の形態では、プレナム室とノズルを同時に直接加熱するのに適したキャビティの構造（形状と配置を含む）を示している。なお、図６に示す実施の形態１の態様は、本実施の形態の具体的な適用例の一つと見ることができる。【００６７】  図１１は、本発明の実施の形態１に係る伝熱スラスタの構造を示す概略図（断面図）である。【００６８】  図１１に示す伝熱スラスタ６００は、推進剤をスラスタ本体６１０に供給する二本のパイプ６０１，６０２、スラスタ本体６１０、およびプラグノズル６２０を備えて構成されている。スラスタ本体６１０とプラグノズル６２０とは、例えば、結合（例えば、溶接やねじによる結合）または一体成形により一体的に構成されている。【００６９】  スラスタ本体６１０は、インナーボディ６３０とアウターボディ６４０とからなり、インナーボディ６３０およびアウターボディ６４０は、ガスケット６０３をインナーボディ６３０とアウターボディ６４０との間に挟み、接続用ボルト６０４を締めることにより密封されている。【００７０】  インナーボディ６３０の外周部には、二本のパイプ６０１、６０２からの推進剤をプレナム室６８０に供給するらせん状の流路６０５が形成されている。【００７１】  また、インナーボディ６３０の流路６０５の終端には、流路６０５を通って供給された推進剤を充満させて蓄積するプレナム室６８０が形成されている。プレナム室６８０は、後述するキャビティ６５０から加熱される。プレナム室６８０の温度は、耐熱温度を超えない範囲において、可能な限り高く設定することが好ましい。【００７２】  また、プレナム室６８０の出口の面積を変えることにより、推進剤の流量を変えることができる。推進剤の流量は、スラスタ本体６１０とプラグノズル６２０との境界部に形成される推進剤の出口または推進剤の出口の直前において推進剤がすべて蒸発するような値に設定されることが好ましい。【００７３】  プラグノズル６２０は、スラスタ本体６１０との境界部に形成される推進剤の出口から、プラグノズル６２０の外壁６０７に沿って、プレナム室６８０に蓄積された推進剤を噴出する。プラグノズル６２０は、例えば、円錐状であり、ここでは、その頂角をα、底面の直径をＤでそれぞれ表す。なお、プラグノズル６２０は、その先端を切り落とし、流体に中心物体の代わりをさせるスパイクノズルやエアロスパイクノズルを含む概念である。【００７４】  一体構成されたスラスタ本体６１０およびプラグノズル６２０の内部には、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を加熱する加熱手段として、キャビティ６５０が形成されている。キャビティ６５０は、例えば、円錐状の第１中空部６６０と円柱状の第２中空部６７０とから構成されている。第１中空部６６０および第２中空部６７０は、連続的につながって、互いに連通している。すなわち、実施の形態１の場合と同様に、第１中空部６６０は、第２中空部６７０をプラグノズル６２０内まで延長した構造の一部とみることもできる。この構造自体は、ただ単に第２中空部６７０が深くなっただけで、複雑にはなっていない。なお、第２中空部６７０の端部（プラグノズル６２０の反対側の端部）は、外部と連通している。【００７５】  ここでは、円錐状の第１中空部６６０の頂角をβ、底面の直径をｄでそれぞれ表す。また、円柱状の第２中空部１７０の底面の直径をｄで表す。【００７６】  キャビティ６５０は、太陽光やヒータなどから供給された熱源を蓄積して、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を加熱する。この加熱は、主に、第１中空部６６０の外壁６０６からプラグノズル６２０およびプレナム室６８０への入熱により行われる。【００７７】  本実施の形態では、キャビティ６５０を構成する第１中空部６６０および第２中空部６７０の形状や配置位置を最適化することにより、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０に対する加熱を、プレナム室６８０の温度が最も高くなる最適な温度分布を実現するように制御することができる。以下、その条件について説明する。【００７８】  プラグノズル６２０の頂角α、および第１中空部６６０の頂角βは、それぞれ、０（度）〜１８０（度）であることが好ましい。なお、第１中空部６６０の頂点Ｘを含む一部またはすべてが第２中空部６７０の方向へ張り出す形状となっていてもよい。すなわち、第１中空部６６０を、第１中空部６６０の頂点Ｘを含む一部を第２中空部６７０の方向に折り返した形状とし、折り返された第１中空部６６０の頂点Ｘが第２中空部６７０の内部に位置するような形状としてもよい。【００７９】  また、第１中空部６６０の底面の直径ｄに対するプラグノズル６２０の底面の直径Ｄの割合（Ｄ／ｄ）は、１．０〜１０．０であることが好ましく、１．０〜５．０であることがより好ましい。【００８０】  また、第１中空部６６０の頂点Ｘは、プラグノズル６２０の内部に位置することが好ましい。また、第１中空部６６０と第２中空部６７０との結合部Ｙは、プラグノズル６２０の外部、つまり、スラスタ本体６１０の内部に位置することが好ましい。すなわち、第１中空部６６０の頂点Ｘは、スラスタ本体６１０とプラグノズル６２０との境界線Ｚよりもプラグノズル６２０側に配置され、かつ、第１中空部６６０と第２中空部６７０との結合部Ｙは、スラスタ本体６１０とプラグノズル６２０との境界線Ｚよりもスラスタ本体６１０側に配置されることが好ましい。【００８１】  以上説明したように、キャビティ６５０を構成する第１中空部６６０および第２中空部６７０の形状や配置位置を最適化することにより、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を好適に加熱して、プレナム室６８０の温度が最も高くなる伝熱スラスタ６００の理想的な温度分布を実現することができる。【００８２】  なお、キャビティ６５０を構成する第１中空部６６０および第２中空部６７０は、必ずしも上記したすべての条件を満たす必要はない。例えば、第１中空部６６０の頂点Ｘがスラスタ本体６１０側に位置していてもよいし、第１中空部６６０と第２中空部６７０との結合部Ｙがプラグノズル６２０の内部に位置していてもよい。これらの場合においても、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０への入熱に一定の効果を有する。【００８３】  なお、キャビティ６５０は、第１中空部６６０および第２中空部６７０からなる一体構造の加熱手段として製造してもよいし、別々に製造された第１中空部６６０と第２中空部６７０とを結合することにより製造してもよい。【００８４】  以下、上記のように構成された伝熱スラスタ６００の動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、図１１の伝熱スラスタを太陽熱スラスタに適用した構造の一例を示す概略図である。この太陽熱スラスタ７００は、図１１に示す太陽熱スラスタ６００と同様の基本的構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。【００８５】  この太陽熱スラスタ７００では、スラスタ本体６１０の外部に設けられた太陽集光鏡（図示せず）により、太陽光をキャビティ６５０に集光することによって、スラスタ本体６１０を加熱する。このとき、この太陽熱スラスタ７００では、太陽光からの入熱は、キャビティ６５０を通して、直接プラグノズル６２０およびプレナム室６８０の両方に伝えられる。以下、具体的に説明する。【００８６】  太陽集光鏡により集光された熱源は、第１中空部６６０および第２中空部６７０からなるキャビティ６５０で蓄積される。【００８７】  一方、推進剤入口（図示せず）から供給された推進剤は、二本のパイプ６０１、６０２を通ってスラスタ本体６１０に流入する。スラスタ本体６１０に流入した推進剤は、らせん状の流路６０５を通ってプレナム室６８０に供給され、蓄積される。【００８８】  そして、プレナム室６８０に蓄積された推進剤は、スラスタ本体６１０とプラグノズル６２０との境界部に形成された推進剤出口から、プラグノズル６２０の外壁６０７に沿って噴出される。【００８９】  このとき、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０は、第１中空部６６０および第２中空部６７０からなるキャビティ６５０により加熱される。プラグノズル６２０では、推進剤が膨張して推進剤の冷却が起こるが、プラグノズル６２０から推進剤への伝熱分をキャビティ６５０からプラグノズル６２０へ入熱させることにより、プラグノズル６２０の温度低下を防ぐ。したがって、プラグノズル６２０内の温度低下により引き起こされるプレナム室６８０からプラグノズル６２０への熱の流出も勿論起こらない。さらに、キャビティ６５０からの入熱は、プラグノズル６２０と同様にプレナム室６８０に対しても行われるため、プレナム室６８０で最も高温で、プレナム室６８０から遠ざかるほど低温になるという理想的な推進剤の温度分布を実現することができる。【００９０】  本発明者は、実験および数値解析により、プラグノズル６２０を有する伝熱スラスタ６００の伝熱解析を行った。ここでは、プラグノズル６２０を有し、水を推進剤とする太陽熱スラスタ７００を例にとって説明する。【００９１】  図１３は、図１２の太陽熱スラスタ７００の温度分布の数値解析結果の一例を示す図である。図１４は、図１２の太陽熱スラスタ７００の熱の流れの解析結果を示す図である。図１３中の数字の単位は、Ｋ（ケルビン）である。図１４において、「Ｈ」で示す矢印は熱の流れを、「Ｐ」で示す矢印は推進剤の流れをそれぞれ表している。【００９２】  図１３に示すように、プラグノズル６２０を有する太陽熱スラスタ７００においては、プレナム室６８０で最も高温で、プレナム室６８０から遠ざかるほど低温になるという推進剤の加熱に最適な温度分布が実現されていることがわかる。【００９３】  このことは、図１４に示す太陽熱スラスタ７００内の熱の流れからも容易に理解することができる。すなわち、図１４に示すように、太陽光は、キャビティ６５０の内壁に当たって蓄積され、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を最も大きく加熱する。この点、従来の太陽熱スラスタ４０では、上記のように、構造上、キャビティ２４への太陽光からの入熱がノズル２２およびプレナム室４２に伝わりにくかった（図２参照）。しかし、本実施の形態に係る太陽熱スラスタ７００においては、構造上、第１中空部６６０と第２中空部６７０とからなるキャビティ６５０への太陽光からの入熱が、直接プラグノズル６２０およびプレナム室６８０の両方に伝わるため、推進剤の膨張によるノズルの冷却を防止し、かつ、プレナム室６８０が最も高温に保たれ、太陽光からの入熱を効率良く推進剤に伝えることができる。この場合、太陽熱スラスタ７００内の熱の流れがスラスタの下流部から上流部に向かう理想的な対向流の形（図５参照）をとっていることがわかる。【００９４】  以上のことは、太陽熱スラスタ７００に限定されるわけではなく、熱源としてキャビティ６５０にヒータ（例えば、電熱線ヒータ）を用いるレジストジェットなどにも同様に当てはまる。【００９５】  このように、本実施の形態では、実施の形態１と同様に、スラスタ本体６１０との境界部に推進剤出口を形成するノズルを、従来の伝熱スラスタ１０（太陽熱スラスタ４０）で用いられていたベル型またはコーン型のノズル２２（図１、図２参照）ではなく、プラグノズル６２０としたことを特徴とする。【００９６】  上記のように、プラグノズル自体は、以前より、地上から宇宙に到達するロケットに使われた場合、高度に応じてノズルの形状を変えなくても、推進剤の膨張を最適にすることができるという利点を持つことで知られている。しかし、高温の推進剤（燃焼ガス）にノズル表面がさらされるため、冷却機構が不可欠であり、構造が複雑になるという欠点を持つことから、今まで実用化には至っていなかった。このように今まで実用化されてこなかったプラグノズルではあるが、太陽熱スラスタのような外部から推進剤を加熱する伝熱スラスタでは、推進剤の方がノズルよりも温度が低く、ノズルは常に推進剤によって冷却されるため、熱的に安全であり、しかも、冷却装置を取り付ける必要がなく、構造も複雑にはならないことから、本実施の形態では、本発明者による上記の新しい知見に基づき、プラグノズルの本来の目的（推進剤の最適膨張）のためではなく、プレナム室で温度が最も高く、推進剤入口に向かって温度が低くなるという最適な温度分布を、構造を複雑化することなく実現するために、プラグノズルを利用するようにしたのである。【００９７】  また、本実施の形態では、第１中空部６６０および第２中空部６７０からなるキャビティ６５０を形成し、このキャビティ６５０を、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を加熱する加熱部として機能させることを特徴とする。すなわち、プラグノズル６２０の中に加熱部が存在する構造であ��、プラグノズル６２０自体に電熱線などを巻かなくてもプラグノズル６２０を加熱することができる。【００９８】  このようなプラグノズル６２０を用いて伝熱スラスタ６００を構成することにより、実施の形態１の場合と同様に、以下に示す利点を得ることができる。【００９９】  １）ノズルから推進剤への熱の逃げ、および、これにより引き起こされるプレナム室からノズルへの熱の逃げによる従来の伝熱スラスタの温度分布の欠点を補い、理想的な対向流の温度分布を実現することができる（図１３、図１４参照）。【０１００】  ２）ノズルから推進剤への入熱効果によって性能を向上することができる。【０１０１】  ３）上記した性能向上効果により、局所的に高温を達成することができない伝熱スラスタの欠点を補うことができる。すなわち、プレナム室およびノズルにおける推進剤への加熱を有効に用いることで、スラスタ全体の温度をそれほど高温に保たなくても高性能を発揮することができる。これは、大雑把に言うと、２０００Ｋ程度に加熱したときの性能を、推進剤の温度を１０００Ｋ程度に保ったまま発揮できることを意味し、伝熱スラスタの有用性を新しく示すものである。【０１０２】  ４）プラグノズルの従来の欠点であるノズルの高熱負荷の問題を、推進剤への積極的な入熱を促すことで克服することができる。【０１０３】  なお、本実施の形態では、キャビティ６５０を構成する第１中空部６６０および第２中空部６７０について、第１中空部６６０を円錐状とし、第２中空部６７０を円柱状としたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、第１中空部６６０の形状を、その先端を切取った形状としてもよい。すなわち、熱源を用いてノズルとプレナム室とを加熱することができる空洞状のキャビティを加熱手段とする構成であれば、一定の効果を得ることができる。【０１０４】  以上説明したように、本実施の形態によれば、ノズルとしてプラグノズル６２０を採用し、このプラグノズル６２０内に形成された第１中空部６６０および第２中空部６７０からなるキャビティ６５０を用いて、プラグノズル６２０およびプレナム室６８０を直接加熱するため、推進剤入口からプレナム室６８０までの伝熱スラスタの温度が常に推進剤の温度よりも高く、かつ、推進剤の温度分布がプレナム室６８０を頂点としてプレナム室６８０から遠ざかるほど低下するという理想的な温度分布を、構造を複雑化することなく実現することができ、伝熱スラスタの性能を向上することができる。【０１０５】  また、本実施の形態によれば、キャビティ６５０を構成する第１中空部６６０および第２中空部６７０の形状や配置位置を最適化したため、高性能な伝熱スラスタの設計を容易に行うことができる。【０１０６】  なお、ヒータを利用する実施の形態２によっても、プレナム室およびノズルを加熱することができる。すなわち、図１０Ａ〜図１０Ｃにそれぞれ示す伝熱スラスタ３００、４００、５００の構成によれば、キャビティからの入熱、ノズルの外周に設置されたヒータ、ノズルに内蔵されたヒータ、およびスラスタ本体に内蔵されたヒータの組み合わせにより構成される加熱手段を用いて、プレナム室とノズルとを加熱するため、本実施の形態の場合と同様に、プレナム室の温度が最も��い理想的な温度分布を実現することができる。【０１０７】  なお、プレナム室およびノズルを加熱する方法としては、上記のように、プラグノズルを用いる方法やヒータを利用する方法に加えて、例えば、熱伝導を促進するためにキャビティとノズルをつなぐ部材を設ける方法も考えられる。【０１０８】  （比較例）
本発明者は、本発明の効果を実証するために、従来型のベル型ノズルを用いた伝熱スラスタ（図１参照）と実施の形態３のプラグノズルを用いた伝熱スラスタ（図１１参照）とのそれぞれについて、スラスタ内の温度分布のシミュレーションを行った。以下、このシミュレーション結果を、比較例として説明する。【０１０９】  図１５Ａは、従来型のベル型ノズルを用いた伝熱スラスタの温度分布の数値解析結果の一例を示す図であり、図１５Ｂは、実施の形態３のプラグノズルを用いた伝熱スラスタの温度分布の数値解析結果の一例を示す図である。【０１１０】  図１５Ａおよび図１５Ｂより、プラグノズルを用いた伝熱スラスタでは、ベル型ノズルを用いた伝熱スラスタと比較して、プレナム室の温度が高く、理想的な温度分布が実現されていることが分かる。特に、プレナム室と同時にノズルをも加熱しているため、推進剤の膨張によるノズルの温度の低下が起こっていない。したがって、プレナム室からノズルへの熱の流れも発生していない。【０１１１】  表２は、図１５Ａおよび図１５Ｂのシミュレーションの条件とシミュレーションの結果とを示している。このシミュレーションにおいては、ベル型ノズルおよびプラグノズルの熱荷重条件と境界条件とを同一の条件にして解析を行った。【０１１２】
【表２】
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【０１１３】  表２より、体積流量を同一にした場合（０．２６ｍｌ／ｍｉｎ）、プラグノズルを用いた伝熱スラスタは、推力、比推力ともにベル型ノズルを用いた伝熱スラスタよりも若干上回る結果となり、多少の性能の向上が実現された。【０１１４】  また、プラグノズルを用いた場合のプレナム室温度および飽和温度は、ベル型ノズルを用いた場合のプレナム室温度および飽和温度よりも高いため、プラグノズルを用いた伝熱スラスタではより多くの推進剤を流すことができる。そこで、プラグノズルを用いた伝熱スラスタのプレナム室温度と飽和温度とが等しくなるような体積流量（１．４ｍｌ／ｍｉｎ）を流したところ、推力が大幅に向上する結果となった。なお、比推力は温度のみの関数であるため、この場合、ほとんど変化していない。【０１１５】  本願は、２００５年３月２日出願の特願２００５−０５７６３２に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容はすべて、本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】  本発明に係る伝熱スラスタは、構造を複雑化することなく、推進剤を加熱するのに最適な温度分布を実現し、もって性能を向上することができる効果を有し、太陽熱推進やレジストジェットなどに適用する伝熱スラスタとして有用である。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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