LHPラジエータ軌道上実証実験

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2018/09/10  JAXA

研究開発の目的・背景

LHP展開ラジエータの実用化に向けた開発ストーリー

近年、宇宙機の熱制御系に対する要求が多様化・高度化してきており、近い将来、既存の熱制御技術のみでは対応できなくなることが想定されます。

そのような要求に応えるため、作動流体の蒸発潜熱を利用して大容量・長距離熱輸送が可能で、動作温度の制御など優れた機能を有するループヒートパイプ(LHP, Loop Heat Pipe)の研究開発を実施しています。

本研究の成果は、国際宇宙ステーション(ISS, International Space Station)での軌道上実証を経て、技術試験衛星9号機のLHP展開ラジエータの開発に反映することを予定しています。その後、次世代静止通信衛星に本格投入となる予定です。

研究の概要
ループヒートパイプ(LHP, Loop Heat Pipe)とは

LHPは毛細管力により作動流体を駆動し、作動流体の相変化を利用して熱輸送を行う二相流体ループです。

LHPの構成・動作原理

LHPの構成

LHPは蒸発器、蒸気管、凝縮器、液管、リザーバから構成され、蒸発器にはウィックと呼ばれる多孔質体が内包されています。

蒸発器に熱が印加されると、作動流体が蒸発し、発生した蒸気は蒸気管を通って凝縮器に入り、凝縮器においてヒートシンクと熱交換を行うことにより凝縮・過冷却され、液管・バイオネット管を通って蒸発器に還流します。 作動流体はウィックで発生する毛細管力が駆動源となって循環します。

LHPの特徴および宇宙機に適用した場合のメリット

LHPの主な特徴および宇宙機に適用した際のメリットを以下に示します。

高信頼性・長寿命

LHPでは、ウィック内に形成されるメニスカス(注:気液界面)に働く毛細管力が作動流体循環の駆動源となり、ポンプ等の動力を必要としないため、宇宙機で要求される信頼性、長寿命の観点で利点があります。

熱設計の自由度向上

従来型ヒートパイプは、その動作特性が重力の影響を大きく受けるため、以下の制約がありました。

• 地上試験コンフィギュレーション上の制約

トップヒートと呼ばれる蒸発部が凝縮部よりも重力方向上部に位置する姿勢では動作できません。よって、宇宙機に適用するにあたっては、打上げ前に重力環境下で実施する設計検証試験において 、ヒートパイプが確実に動作するようなコンフィギュレーションに配置する必要があり、宇宙機の熱設計を行う上でレイアウト制約がありました。

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