新東京大学大学院領域創成科学研究科
マイクロ波ロケットの高推力化に成功

発表概要

 地上から遠隔的に供給されるマイクロ波ビームをエネルギー源としたロケットの打ち上げ試験を行い、繰り返しパルスビームを利用することによって126グラムの金属製モデルロケットを打ち上げることに成功した。

発表内容

  東京大学大学院新領域創成科学研究科の小紫公也教授のグループと日本原子力研究開発機構の共同研究チーム(原子力機構施設利用型共同研究)は、高出力マイクロ波発振器「ジャイロトロン」(発振周波数170ギガヘルツ、出力1メガワット)をマイクロ波源として利用し、地上から遠隔的に供給されるマイクロ波ビームを用いてロケットの打ち上げ実験を行い、重量のある金属製機体の打ち上げに成功した。

 H-IIAロケットなど従来のロケットは、搭載した推進剤(液体水素などの燃料と液体酸素などの酸化剤)を燃焼させて推進しているが、推進剤の重量が打ち上げ時の重量の9割を超え、ロケットが大型化し、コスト低減を阻む要因となっている。一方、マイクロ波ロケットは燃焼反応を利用せず、推進剤を積む必要が無いため、小型軽量化が可能である。打ち上げコストを従来のロケットの100分の1以下にできる可能性があり、宇宙太陽発電衛星システムや月面基地など、大型宇宙構造物の建造に必要な資材を低コストで運ぶことができる新しい輸送システムとして期待されている。

 地上から照射されるマイクロ波のパルスビームを機体側で集光し、大気中で温度約1万度のプラズマを発生させ、付近の空気を爆発的に膨張させて推進力を得る仕組みで、雷による大音響(圧力波)の発生とよく似た現象を利用している。パルスビームを繰り返して照射することで定常的な推進力を出すことが出来る。

 今回の実験は、日本原子力研究開発機構那珂核融合研究所において、国際熱核融合実験炉(ITER)のプラズマ加熱用に開発が進むジャイロトロンが、安定に繰り返しパルス作動できるよう改良されたのに合わせて行われた。

 2003年に実施された実験では、930キロワット,0.4ミリ秒のマイクロ波パルスビームを単発で照射することにより、9.5グラムのプラスチック製ロケットを約2メートルの高度まで打ち上げたが、今回の実験では、600キロワット,1ミリ秒のパルスビームを100ヘルツで繰り返し照射することにより、1.2メートルの高度まで持続的に推進力を発生させ、前回の実験よりも一桁重い126グラムの金属製ロケットを持ち上げることに成功した。

 今後は、マイクロ波の高出力化、ビーム伝送系の改良、空気吸い込み機構の追加などによって、より重い機体をより高い高度まで打ち上げる試験を行い、最終的には100キログラム程度の物資を軌道に投入することが目標である。

 今回の実験では、かねてよりの課題であったマイクロ波ビームの長距離空間伝送技術の実証も行われた。長距離伝送にはマイクロ波のビーム径を拡大する必要があるが、送電側でパラボラミラーを用いてビーム径を広げ、受電側で同じくミラー系を用いて元の径に戻してから推進力を得る実験を行い、5メートル以上離れた場所でも十分な推進力を発生し続けることができた。本技術は、将来の大電力無線エネルギー伝送の可能性を示唆するものでもある。

発表予定

宇宙輸送シンポジウム http://www.isas.jaxa.jp/j/researchers/symp/2010/0114_yusou.shtml (相模原市JAXA宇宙科学研究本部、平成22年1月14、15日。発表は15日(金)午前中の予定)

問い合わせ先

東京大学新領域創成科学研究科 教授 小紫公也
電話/FAX共通番号:03-5841-6607(本郷キャンパス)、04-7136-3829(柏キャンパス)
メールアドレス:komurasaki@k.u-tokyo.ac.jp

用語説明

マイクロ波
電子レンジや携帯電話で使われる電磁波。
打ち上げコスト
荷物を地球周回軌道などに投入する費用。H-IIAロケットの低軌道への投入費用は荷物1キログラム当たり約80万円。
宇宙太陽発電衛星
宇宙空間で太陽光を電気エネルギーに変換し、地上に送る計画。数キロメートル四方の衛星で、1機あたりギガワットの発電能力が想定されている。
無線エネルギー伝送
電力を、電線を用いずに電磁誘導や電磁放射、レーザーなどを用いて伝送する技術。

添付資料

写真、ビデオ素材、補足資料等は下記のホームページからダウンロード可能です。
URL: http://www.kml.k.u-tokyo.ac.jp/press/pr1001.htm


 第一図
図1:マイクロ波ロケット垂直打ち上げの様子。高速度ビデオカメラ画像の1コマ。




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