知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構の特許一覧 ▶ 株式会社ネッツの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024120569
(43)【公開日】2024-09-05
(54)【発明の名称】マルチモードスラスタ
(51)【国際特許分類】
F03H 1/00 20060101AFI20240829BHJP
【ＦＩ】
F03H1/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023027442
(22)【出願日】2023-02-24
(71)【出願人】
【識別番号】503361400
【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
(71)【出願人】
【識別番号】516052010
【氏名又は名称】株式会社ネッツ
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100181124
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 壮男
(72)【発明者】
【氏名】張 科寅
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 裕樹
(72)【発明者】
【氏名】松永 芳樹
(72)【発明者】
【氏名】大川 恭志
(72)【発明者】
【氏名】中村 秀一
(72)【発明者】
【氏名】豊永 慎治
(72)【発明者】
【氏名】東野 和幸
(57)【要約】
【課題】１つのスラスタにおいて、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できるマルチモードスラスタを提供する。
【解決手段】マルチモードスラスタ１は、磁気回路となる環状のスラスタ筐体２と、中央部１３に配置された噴射装置４と、スラスタ筐体２に配置された内電磁コイル６と、を備える。内電磁コイル６は、噴射装置４を外側から覆う。噴射装置４は、内部を推進剤ガスが通過するカソード電極２２と、カソード電極２２を加熱する電熱ヒーター２３と、カソード電極２２を通過した推進剤ガスをノズル２８から第１方向Ｊに向けて噴射する環状のキーパー電極２４と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】マルチモードスラスタ１は、磁気回路となる環状のスラスタ筐体２と、中央部１３に配置された噴射装置４と、スラスタ筐体２に配置された内電磁コイル６と、を備える。内電磁コイル６は、噴射装置４を外側から覆う。噴射装置４は、内部を推進剤ガスが通過するカソード電極２２と、カソード電極２２を加熱する電熱ヒーター２３と、カソード電極２２を通過した推進剤ガスをノズル２８から第１方向Ｊに向けて噴射する環状のキーパー電極２４と、を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気回路となる環状の筐体と、
前記筐体の中央に配置され、前記筐体の軸方向の第１側に向けて推進剤を噴射可能な噴射装置と、
前記筐体に配置され、前記噴射装置を、前記筐体の径方向の外側から覆う第１コイルと、を備え、
前記噴射装置は、内部を前記推進剤が通過するカソード電極と、前記カソード電極を加熱するヒーターと、前記カソード電極を通過した前記推進剤を中央から前記第１側に向けて噴射する環状の電極と、を含む、
マルチモードスラスタ。
前記筐体の中央に配置され、前記筐体の軸方向の第１側に向けて推進剤を噴射可能な噴射装置と、
前記筐体に配置され、前記噴射装置を、前記筐体の径方向の外側から覆う第１コイルと、を備え、
前記噴射装置は、内部を前記推進剤が通過するカソード電極と、前記カソード電極を加熱するヒーターと、前記カソード電極を通過した前記推進剤を中央から前記第１側に向けて噴射する環状の電極と、を含む、
マルチモードスラスタ。
【請求項2】
前記筐体には、前記筐体と同軸の環状であり、前記筐体において前記第１側を向く第１面に開口するチャネルと、前記チャネルに配置されたアノード陽極と、が設けられ、
前記アノード陽極には、推進剤を前記第１側に向けて噴射する噴射口が設けられ、
前記マルチモードスラスタは、前記筐体に配置され、前記アノード陽極を、前記筐体の径方向の外側から覆う第２コイルを更に備えている、請求項１に記載のマルチモードスラスタ。
前記アノード陽極には、推進剤を前記第１側に向けて噴射する噴射口が設けられ、
前記マルチモードスラスタは、前記筐体に配置され、前記アノード陽極を、前記筐体の径方向の外側から覆う第２コイルを更に備えている、請求項１に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項3】
前記アノード陽極には、前記噴射口を前記第１側から覆う保護部が設けられている、請求項２に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項4】
前記アノード陽極には、前記推進剤を前記アノード陽極に供給するガス供給ポートと、前記噴射口と前記ガス供給ポートとを連通するガス分配機構と、が設けられ、
前記アノード陽極には、前記噴射口が複数設けられ、かつ、前記ガス供給ポートが１つ設けられ、
前記ガス分配機構は、１つの前記ガス供給ポートから複数の前記噴射口を各別に連通する複数のガス流路を含み、
前記複数のガス流路は、互いに同等の長さである、請求項２に記載のマルチモードスラスタ。
前記アノード陽極には、前記噴射口が複数設けられ、かつ、前記ガス供給ポートが１つ設けられ、
前記ガス分配機構は、１つの前記ガス供給ポートから複数の前記噴射口を各別に連通する複数のガス流路を含み、
前記複数のガス流路は、互いに同等の長さである、請求項２に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項5】
前記噴射装置の一部が前記筐体と一体である、請求項１から４のいずれか１項に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項6】
前記電極は、前記筐体において前記第１側を向く第１面に固定されて前記筐体と一体である、請求項５に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項7】
前記噴射装置は、前記ヒーターからの放熱を抑制する熱シールドと、前記熱シールドを支持する第１台座と、を含み、
前記第１台座は、前記筐体において中央の空間に面する内周面に固定されて前記筐体と一体である、請求項５に記載のマルチモードスラスタ。
前記第１台座は、前記筐体において中央の空間に面する内周面に固定されて前記筐体と一体である、請求項５に記載のマルチモードスラスタ。
【請求項8】
前記噴射装置は、前記カソード電極及び前記ヒーターを支持する第２台座と、を含み、
前記第２台座は、前記筐体において前記軸方向の第２側を向く第２面に固定されて前記筐体と一体である、請求項５に記載のマルチモードスラスタ。
前記第２台座は、前記筐体において前記軸方向の第２側を向く第２面に固定されて前記筐体と一体である、請求項５に記載のマルチモードスラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マルチモードスラスタに関する。
【背景技術】
【0002】
宇宙機用推進システムとして、高い比推力（推進剤消費量あたりの推力、つまり燃費）を発揮できる、ホールスラスタに代表される電気推進システムの利用が増加している。電気推進は、化学推進が推進剤の内部エネルギーを化学反応により取り出して推力発生を行うのに対し、太陽電池が発生する電気エネルギーを源としている。電気推進は、推進剤とエネルギー源が独立していることにより、推進剤消費量あたりのエネルギー密度を非常に高くできることが、化学推進にくらべて数倍から１桁以上の高い比推力の実現を可能にしている。
【0003】
一方で、電気推進は、エネルギーの総量が太陽電池の発生電気量に律速されるため、大きな推力の発生は困難である。例として、ホールスラスタ（例えば、特許文献１、２参照）は比推力が最大１，５００［秒］、推力電力比が最大６０［ｍＮ／ｋＷ］といった性能であり、小型衛星で一般的に利用可能な電力が最大１ｋＷでは推力０．０６［Ｎ］と微小である。
これに対して、化学推進としての一液式のヒドラジンスラスタは、比推力が最大２００［秒］と低いが、小型でも最大１［Ｎ］の大きな推力を発生可能であり、電力も消費しない。
これに対して、化学推進としての一液式のヒドラジンスラスタは、比推力が最大２００［秒］と低いが、小型でも最大１［Ｎ］の大きな推力を発生可能であり、電力も消費しない。
【0004】
そのため、電気推進と化学推進とは、大きな推力あるいは高い比推力が必要か否か、利用可能電力の多寡で使い分けの関係にあり、大きな推力と高い比推力の双方が必須のミッションにおいては、宇宙機に両方の推進システムを搭載する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－０６５７０３号公報
【特許文献2】特開２０１８－１２７９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、電気推進と化学推進とは全く異なる推進システムである。よって、電気推進システムと化学推進システムとを２重搭載するためには、推進剤タンク、バルブ配管系統、電気制御系統がそれぞれ必要となる。このため、宇宙機の大幅な複雑化や、大型化、高コスト化を招き、そのことが宇宙機の機動性を大きく制約する重要な課題になっている。
【0007】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、１つのスラスタ（推進機）において、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できるマルチモード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】
【0008】
＜１＞本発明の一態様に係るマルチモードスラスタは、磁気回路となる環状の筐体と、前記筐体の中央に配置され、前記筐体の軸方向の第１側に向けて推進剤を噴射可能な噴射装置と、前記筐体に配置され、前記噴射装置を、前記筐体の径方向の外側から覆う第１コイルと、を備え、前記噴射装置は、内部を前記推進剤が通過するカソード電極と、前記カソード電極を加熱するヒーターと、前記カソード電極を通過した前記推進剤を中央から前記第１側に向けて噴射する環状の電極と、を含む。
【0009】
マルチモードスラスタによれば、磁気回路となる環状の筐体の中央（すなわち、対称軸上）に噴射装置を配置した。噴射装置にはカソード電極と環状の電極とが含まれている。電極は、環状に形成されることにより中央にノズルが形成されている。噴射装置によれば、カソード電極の内部に推進剤を通過させ、カソード電極の内部を通過した推進剤を電極のノズルから第１側に向けて噴射する。
ここで、推進剤は加圧された状態でカソード電極の内部に導入される。導入された推進剤は、ノズルから第１側に向けてガスジェット流として噴射される。これにより、推進剤の圧力を第２側に向けた運動量（すなわち、推力）に変換する。以下、この推進モードを「コールドガスジェットモード」という。
コールドガスジェットモードは、比推力が低いものの、推進剤の加圧次第では化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、コールドガスジェットモードは、電力消費を不要にできるというメリットがある。
ここで、推進剤は加圧された状態でカソード電極の内部に導入される。導入された推進剤は、ノズルから第１側に向けてガスジェット流として噴射される。これにより、推進剤の圧力を第２側に向けた運動量（すなわち、推力）に変換する。以下、この推進モードを「コールドガスジェットモード」という。
コールドガスジェットモードは、比推力が低いものの、推進剤の加圧次第では化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、コールドガスジェットモードは、電力消費を不要にできるというメリットがある。
【0010】
また、マルチモードスラスタによれば、噴射装置にはヒーターが含まれている。噴射装置によれば、ヒーターによりカソード電極を加熱することにより、カソード電極を介して推進剤を加熱できる。よって、加圧された推進剤をカソード電極の内部において高温まで加熱して、エネルギー密度を大幅に高めることができる。以下、この推進モードを「レジストジェットモード」という。
レジストジェットモードは、カソード電極の内部において加熱した推進剤を電極のノズルから第１側に向けて噴射する。これにより、レジストジェットモードは、コールドガスジェットモードの大推力を維持した状態で化学推進と同等の比推力を、例えば２倍程度高めることができる。
レジストジェットモードは、カソード電極の内部において加熱した推進剤を電極のノズルから第１側に向けて噴射する。これにより、レジストジェットモードは、コールドガスジェットモードの大推力を維持した状態で化学推進と同等の比推力を、例えば２倍程度高めることができる。
【0011】
さらに、マルチモードスラスタによれば、加圧された推進剤をカソード電極の内部に導入する。導入した推進剤をヒーターにより昇温する。ここで、カソード電極は電子放出材で形成されている。よって、推進剤をヒーターで昇温することにより、カソード電極（すなわち、電子放出材）から熱電子を放出する。すなわち、カソード電極を中空陰極（ホローカソード）として使用する。電子放出材から放出された電子は、電極に電圧を印加した状態において、例えば電極のノズル（あるいは、オリフィス）を経て、電極への放電を開始する。
【0012】
ここで、マルチモードスラスタには、筐体に第１コイルが配置されている。この第１コイルに通電することにより、マルチモードスラスタの対称軸上（中心軸上）に発散磁場を形成する。磁場は、放電による電流に対して直交している。よって、互いに直交する電流と磁場による軸方向のローレンツ力が発生し、電離した推進剤を電磁加速する。
これにより、推進剤がノズルから第１側に向けて噴射される状態において、ノズルによる空気力学的加速と、ローレンツ力による電磁加速との合計による推力を発生させることができる。以下、この推進モードを「ＭＰＤアークモード」という。
これにより、推進剤がノズルから第１側に向けて噴射される状態において、ノズルによる空気力学的加速と、ローレンツ力による電磁加速との合計による推力を発生させることができる。以下、この推進モードを「ＭＰＤアークモード」という。
【0013】
ＭＰＤアークモードは、空気力学的加速に寄与するヒーター電力と、電磁加速に寄与するＭＰＤ放電電力と、を割り振る電力の比重を変更することにより、発生する推力特性の広範囲な調整が可能である。例えば、ＭＰＤアークモードは、ヒーターに多くの電力を割り振ることにより、レジストジェットモードと同様（すなわち、化学推進と同等）の大推力を得ることが可能になる。一方、ＭＰＤアークモードは、電極に多くの電力を割り振ることにより、電気推進と同等の低推力、高比推力を得ることが可能になる。
【0014】
すなわち、マルチモードスラスタは、コールドガスジェットモード及びレジストジェットモードにおいて化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、マルチモードスラスタは、ＭＰＤアークモードにおいて、ヒーターに多くの電力を割り振ることにより化学推進と同等の大推力を得ることが可能になる。一方、ＭＰＤアークモードにおいて、電極に多くの電力を割り振ることにより電気推進と同等の高比推力を得ることが可能になる。
これにより、マルチモードスラスタによれば、１つのスラスタにおいて、推進モードを使い分けることにより、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
これにより、マルチモードスラスタによれば、１つのスラスタにおいて、推進モードを使い分けることにより、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
【0015】
＜２＞上記＜１＞に係るマルチモードスラスタでは、前記筐体には、前記筐体と同軸の環状であり、前記筐体において前記第１側を向く第１面に開口するチャネルと、前記チャネルに配置されたアノード陽極と、が設けられ、前記アノード陽極には、推進剤を前記第１側に向けて噴射する噴射口が設けられ、前記マルチモードスラスタは、前記筐体に配置され、前記アノード陽極を、前記筐体の径方向の外側から覆う第２コイルを更に備えていてもよい。
【0016】
マルチモードスラスタは、筐体にチャネルとアノード陽極とを設け、アノード陽極に噴射口を設けた。さらに、マルチモードスラスタに第２コイルを備えた。よって、マルチモードスラスタをもう一つの推進モードで作動することが可能である。以下、もう一つの推進モードを「ホールスラスタモード」として説明する。
マルチモードスラスタをホールスラスタモードとして作動する際には、ＭＰＤアークモードと同様に、対称軸上の噴射装置を中空陰極（ホローカソード）として使用する。また、電極をホールスラスタ放電のイグナイタ（点火装置）として使用する。
マルチモードスラスタをホールスラスタモードとして作動する際には、ＭＰＤアークモードと同様に、対称軸上の噴射装置を中空陰極（ホローカソード）として使用する。また、電極をホールスラスタ放電のイグナイタ（点火装置）として使用する。
【0017】
この状態において、加圧された推進剤をカソード電極の内部に導入する。推進剤をヒーターにより昇温することにより、カソード電極（すなわち、電子放出材）から熱電子を放出する。また、電極（キーパー電極）に電圧を印加することによりプラズマ着火する。さらに、アノード陽極に電圧を印加することにより、電子放出材との間においてホールスラスタ放電を開始する。
また、第２コイルに通電することによりチャネルの磁場に印加する。よって、電子がトラップされて周方向のホール電流が形成される。これにより、アノード陽極に供給された推進剤が非常に高い電離率でプラズマ化する。さらに、プラズマは、チャネル出口付近の強磁場領域に形成される強い静電場により、静電加速される。これにより、超高速イオンビームをチャネルから噴出させることができ、電気推進による推力を発生させることができる。
また、第２コイルに通電することによりチャネルの磁場に印加する。よって、電子がトラップされて周方向のホール電流が形成される。これにより、アノード陽極に供給された推進剤が非常に高い電離率でプラズマ化する。さらに、プラズマは、チャネル出口付近の強磁場領域に形成される強い静電場により、静電加速される。これにより、超高速イオンビームをチャネルから噴出させることができ、電気推進による推力を発生させることができる。
【0018】
なお、電子放出材は、通常のプラズマ入熱により十分に自律加熱される。よって、プラズマ着火後は、ヒーターへの入熱が不要であり、ヒーターをオフにすることができる。また、ホールスラスタモードにおいては、ＭＰＤ放電は着火時のイグナイタとして使用されることから、ホールスラスタ放電の開始後はＭＰＤ電源もオフにすることができる。
【0019】
これにより、マルチモードスラスタをコールドガスジェットモード、レジストジェットモード、ＭＰＤアークモード、ホールスラスタモードの４つから選択した推進モードにより推力を発生させることができる。したがって、マルチモードスラスタによれば、１つのスラスタにおいて、４つの推進モードを使い分けることにより、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
【0020】
ここで、例えば、スラスタ（推進機）の推力軸が推進モードによって異なる場合には、スラスタを搭載した宇宙機の重心を常に貫くために、異なる推進モードを選択する都度、ジンバル等による調整が必要になる。そこで、マルチモードスラスタによる全ての推進モードにおいて発生する推力を同一の推力軸（すなわち、マルチモードスラスタの対称軸）とすることで、マルチモードスラスタは宇宙機への搭載性に優れる。
【0021】
さらに、マルチモードスラスタによれば、筐体（スラスタ本体）のサイズ、並びに必要な各種電源及び推進剤供給系を、一般的なホールスラスタシステムにおいて必要とするもので基本的に網羅できる。よって、マルチモードスラスタのために必要とするシステム的なオーバヘッドを小さく抑えることができる。これにより、マルチモードスラスタによれば、化学推進と電気推進との各システムを２重搭載する場合と比べて構成を圧倒的に簡略化が可能で、かつ小型軽量化が可能である。
【0022】
加えて、マルチモードスラスタによれば、異なる推進モードを複合させて同時に作動することも可能である。例えば、ホールスラスタモードの作動中に、対称軸上において中空陰極として作動している噴射装置の推進剤を加圧することにより、ガスジェットモードとホールスラスタモードとを同時に作動させることが可能である。これにより、チャネルから噴出される超高速イオンビームと、噴射装置のガスジェット流が混合され、高比推力と大推力とをある程度両立させる可能性がある。
さらに、マルチモードスラスタによれば、ガスジェットモードとホールスラスタモードとの同時作動中に、ＭＰＤアークモードにおいて電極への放電を重ねて作動させることも可能である。これにより、幅広い推力特性を一層好適に発揮できる可能性がある。
さらに、マルチモードスラスタによれば、ガスジェットモードとホールスラスタモードとの同時作動中に、ＭＰＤアークモードにおいて電極への放電を重ねて作動させることも可能である。これにより、幅広い推力特性を一層好適に発揮できる可能性がある。
【0023】
＜３＞上記＜２＞に係るマルチモードスラスタでは、前記アノード陽極には、前記噴射口を前記第１側から覆う保護部が設けられていてもよい。
【0024】
ここで、例えばマルチモードスラスタをホールスラスタモードで作動する際に、アノード陽極の表面が主要な放電パスである。一方、アノード陽極の表面は、主にイオンビームによりスパッタされたチャネル等の絶縁物によるコンタミをアノード陽極の表面の下流側から受ける。よって、アノード陽極は、噴射口の清浄面がコンタミにより減少する。このため、放電パスにおいて推力に寄与しない電気抵抗が生じ、推進性能の低下や着火不良を招く。
そこで、アノード陽極の噴射口を保護部により第１側（すなわち、噴射口の下流側）から覆うようにした。これにより、保護部を噴射口の下流側からのコンタミに対するシールドとすることができる。この際、例えば、プラズマの代表長１ｍｍに対して、保護部から噴射口まで十分な空間を確保し、プラズマの通り道を用意することが好ましい。
そこで、アノード陽極の噴射口を保護部により第１側（すなわち、噴射口の下流側）から覆うようにした。これにより、保護部を噴射口の下流側からのコンタミに対するシールドとすることができる。この際、例えば、プラズマの代表長１ｍｍに対して、保護部から噴射口まで十分な空間を確保し、プラズマの通り道を用意することが好ましい。
【0025】
＜４＞上記＜２＞に係るマルチモードスラスタでは、前記アノード陽極には、前記推進剤を前記アノード陽極に供給するガス供給ポートと、前記噴射口と前記ガス供給ポートとを連通するガス分配機構と、が設けられ、前記アノード陽極には、前記噴射口が複数設けられ、かつ、前記ガス供給ポートが１つ設けられ、前記ガス分配機構は、１つの前記ガス供給ポートから複数の前記噴射口を各別に連通する複数のガス流路を含み、前記複数のガス流路は、互いに同等の長さであってもよい。
【0026】
ここで、例えばマルチモードスラスタをホールスラスタモードで作動する際に、優れた推進性能と安定的な着火とを得るためには、アノード陽極の形状が重要である。そこで、ガス分配機構に複数のガス流路を含ませて、１つのガス供給ポートから複数の噴射口を連通するようにした。さらに、複数のガス流路を互いに同等の長さとした。
よって、ガス供給ポートから導入された推進剤を複数の噴射口に均等に分配（供給）できる。これにより、推進剤ガスを環状のチャネルに均等に供給できる。したがって、マルチモードスラスタをホールスラスタモードで使用する場合に、優れた推進性能と安定的な着火とを得ることができる。さらに、例えば、マルチモードスラスタの対称軸と推力軸とを一致させ易くすることも可能になり、この場合、更に優れた推進性能を得ることができる。
よって、ガス供給ポートから導入された推進剤を複数の噴射口に均等に分配（供給）できる。これにより、推進剤ガスを環状のチャネルに均等に供給できる。したがって、マルチモードスラスタをホールスラスタモードで使用する場合に、優れた推進性能と安定的な着火とを得ることができる。さらに、例えば、マルチモードスラスタの対称軸と推力軸とを一致させ易くすることも可能になり、この場合、更に優れた推進性能を得ることができる。
【0027】
＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれか１項に係るマルチモードスラスタでは、前記噴射装置の一部が前記筐体と一体であってもよい。
【0028】
噴射装置の一部を筐体と一体とすることにより、噴射装置を筐体に差し込む構成ではなく、筐体に内蔵させることができる。よって、噴射装置を必要最小限の空間と、必要最小限の絶縁材の部品点数とで構成することが可能になる。これにより、マルチモードスラスタは、噴射装置を筐体の中央に配置するセンターカソード形態の機能性能面の利点を維持するとともに、コストや信頼性の観点において優れ、小型化に適している。
【0029】
＜６＞上記＜５＞に係るマルチモードスラスタでは、前記電極は、前記筐体において前記第１側を向く第１面に固定されて前記筐体と一体であってもよい。
【0030】
電極を筐体に対して一体に固定することにより、例えば、従来において電極を支持するために必要とされた片持ちのキーパー筒を不要にできる。よって、噴射装置を筐体の中央に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。
加えて、電極を筐体と一体とすることにより、振動衝撃により電極が破損するリスクを抑制できる。これにより、カーボン等の脆性な耐スパッタ電極材を電極に使用することが可能になる。
加えて、電極を筐体と一体とすることにより、振動衝撃により電極が破損するリスクを抑制できる。これにより、カーボン等の脆性な耐スパッタ電極材を電極に使用することが可能になる。
【0031】
＜７＞上記＜５＞に係るマルチモードスラスタでは、前記噴射装置は、前記ヒーターからの放熱を抑制する熱シールドと、前記熱シールドを支持する第１台座と、を含み、前記第１台座は、前記筐体において中央の空間に面する内周面に固定されて前記筐体と一体であってもよい。
【0032】
噴射装置の熱シールドを第１台座で支持し、第１台座を筐体と一体に固定した。よって、熱シールドを筐体に第１台座を介して支持できる。これにより、噴射装置を筐体の中央に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。さらに、振動衝撃で劣化しやすい熱シールドが破損するリスクを抑制できる。
加えて、熱シールドを筐体に第１台座を介して支持することにより、熱シールドの電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
加えて、熱シールドを筐体に第１台座を介して支持することにより、熱シールドの電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
【0033】
＜８＞上記＜１＞から＜６＞に係るマルチモードスラスタでは、前記噴射装置は、前記カソード電極及び前記ヒーターを支持する第２台座と、を含み、前記第２台座は、前記筐体において前記軸方向の第２側を向く第２面に固定されて前記筐体と一体であってもよい。
【0034】
噴射装置のカソード電極及びヒーターを第２台座で支持し、第２台座を筐体と一体に固定した。よって、カソード電極及びヒーターを筐体に第２台座を介して支持できる。これにより、噴射装置を筐体の中央に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。さらに、カソード電極及びヒーターが振動衝撃で破損するリスクを抑制できる。
加えて、カソード電極及びヒーターを筐体に第２台座を介して支持することにより、構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
加えて、カソード電極及びヒーターを筐体に第２台座を介して支持することにより、構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、１つのスラスタにおいて、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の一実施形態に係るマルチモードスラスタを示す断面図である。
【図7】変形例１のマルチモードスラスタを示す断面図である。
【図8】変形例２のマルチモードスラスタを示す断面図である。
【図9】変形例３のアノード陽極に備えたガス分配機構の第１環状プレートを示す平面図である。
【図10】変形例３のアノード陽極に備えたガス分配機構の第２環状プレートを示す平面図である。
【図11】変形例４のマルチモードスラスタを示す断面図である。
【図12】変形例５のマルチモードスラスタを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係るマルチモードスラスタ１を説明する。
［実施形態］
図１に示すマルチモードスラスタ１は、例えば、不図示の宇宙機（人工衛星）に搭載される。以下、図１を参照してマルチモードスラスタ１の構成について説明する。
［実施形態］
図１に示すマルチモードスラスタ１は、例えば、不図示の宇宙機（人工衛星）に搭載される。以下、図１を参照してマルチモードスラスタ１の構成について説明する。
【0038】
（マルチモードスラスタ）
図１に示すように、マルチモードスラスタ１は、プラズマを噴射して宇宙機の推力を担う推力発生装置として機能する。宇宙機は、この推力によって、宇宙空間を移動したり、姿勢を制御したりする。なお、マルチモードスラスタ１が推力を発生させるときに、マルチモードスラスタ１から推進剤ガス（推進剤）やプラズマ（イオン）が噴射する方向を、第１方向（軸方向の第１側）Ｊと呼ぶ。マルチモードスラスタ１は、推進剤ガスやプラズマの噴射時に生じる反作用によって推力を生じさせる。推力が生じる方向を第２方向（軸方向の第２側）Ｔと呼ぶ。
マルチモードスラスタ１は、スラスタ筐体（筐体）２と、噴射装置４と、内電磁コイル（第１コイル）６と、外電磁コイル（第２コイル）８と、を備える。
図１に示すように、マルチモードスラスタ１は、プラズマを噴射して宇宙機の推力を担う推力発生装置として機能する。宇宙機は、この推力によって、宇宙空間を移動したり、姿勢を制御したりする。なお、マルチモードスラスタ１が推力を発生させるときに、マルチモードスラスタ１から推進剤ガス（推進剤）やプラズマ（イオン）が噴射する方向を、第１方向（軸方向の第１側）Ｊと呼ぶ。マルチモードスラスタ１は、推進剤ガスやプラズマの噴射時に生じる反作用によって推力を生じさせる。推力が生じる方向を第２方向（軸方向の第２側）Ｔと呼ぶ。
マルチモードスラスタ１は、スラスタ筐体（筐体）２と、噴射装置４と、内電磁コイル（第１コイル）６と、外電磁コイル（第２コイル）８と、を備える。
【0039】
（筐体）
スラスタ筐体２は、磁気回路となる部材であり、環状に形成されている。具体的には、スラスタ筐体２は、底部１１と、外周部１２と、中央部１３と、を備えている。底部１１は、スラスタ筐体２のうち、宇宙機の本体に最も近い部分である。外周部１２及び中央部１３は、底部１１から第１方向Ｊに延びる。外周部１２は、スラスタ筐体２の外周を構成する。外周部１２は、筒状である。中央部１３は、外周部１２に対して、外周部１２の径方向の内側に位置する。中央部１３は、外周部１２における前記径方向の中央（以下、対称軸Ａｓということがある）に位置する。中央部１３は、筒状である。スラスタ筐体２は、対称軸Ａｓを中心として環状に形成されている。
スラスタ筐体２は、磁気回路となる部材であり、環状に形成されている。具体的には、スラスタ筐体２は、底部１１と、外周部１２と、中央部１３と、を備えている。底部１１は、スラスタ筐体２のうち、宇宙機の本体に最も近い部分である。外周部１２及び中央部１３は、底部１１から第１方向Ｊに延びる。外周部１２は、スラスタ筐体２の外周を構成する。外周部１２は、筒状である。中央部１３は、外周部１２に対して、外周部１２の径方向の内側に位置する。中央部１３は、外周部１２における前記径方向の中央（以下、対称軸Ａｓということがある）に位置する。中央部１３は、筒状である。スラスタ筐体２は、対称軸Ａｓを中心として環状に形成されている。
【0040】
スラスタ筐体２には、放電チャネル（チャネル）１５と、アノード陽極（ホールスラスタ電極）１６と、が設けられている。放電チャネル１５は、スラスタ筐体２と同軸の環状に形成され、さらに第１方向Ｊに開口するように形成されている。放電チャネル１５は、スラスタ筐体２の底部１１、外周部１２、中央部１３によって形成される空間に設けられている。放電チャネル１５の内部においてスラスタ筐体２の底部１１側にアノード陽極１６が配置されている。
アノード陽極１６は、放電チャネル１５に沿って環状に形成されている。アノード陽極１６は、推進剤ガスが導入されるガス導入ポート（ガス供給ポート）１７が設けられている。アノード陽極１６は、推進剤ガスを第１方向Ｊに向けて噴射する噴射口１８が複数設けられている。噴出孔１８は、例えば、周方向に間隔をあけて複数設けられている。
アノード陽極１６は、放電チャネル１５に沿って環状に形成されている。アノード陽極１６は、推進剤ガスが導入されるガス導入ポート（ガス供給ポート）１７が設けられている。アノード陽極１６は、推進剤ガスを第１方向Ｊに向けて噴射する噴射口１８が複数設けられている。噴出孔１８は、例えば、周方向に間隔をあけて複数設けられている。
【0041】
（噴射装置）
スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上となる中央において、中央部１３の内部に噴射装置４が配置されている。すなわち、噴射装置４は、中央部１３に内蔵されている。噴射装置４は、スラスタ筐体２の軸方向の第１方向Ｊに向けて推進剤ガスを噴射可能な装置である。噴射装置４は、円筒容器２１と、カソード電極２２と、電熱ヒーター（ヒーター）２３と、キーパー電極（電極）２４と、を含む。
スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上となる中央において、中央部１３の内部に噴射装置４が配置されている。すなわち、噴射装置４は、中央部１３に内蔵されている。噴射装置４は、スラスタ筐体２の軸方向の第１方向Ｊに向けて推進剤ガスを噴射可能な装置である。噴射装置４は、円筒容器２１と、カソード電極２２と、電熱ヒーター（ヒーター）２３と、キーパー電極（電極）２４と、を含む。
【0042】
円筒容器２１は、中央部１３の内部に配置されている。円筒容器２１は、例えば高融点金属やカーボン等の導電性の材料で形成されている。円筒容器２１は、中央部１３の内部においてスラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。円筒容器２１は、推進剤ガスが導入されるガス導入ポート２７が底部に設けられている。図示の例では、円筒容器２１のガス導入ポート２７には、アノード陽極１６のガス導入ポート１７に導入される推進剤ガスと同一の推進剤ガスが導入される。すなわち、図示の例では、ガス導入ポート２７及びガス導入ポート１７には、例えば同一のタンクに貯留された１種類の推進剤ガスが導入される。
【0043】
推進剤ガスとしては、例えば、原子量が比較的小さいＫｒガスやＡｒガス、原子量が比較的大きいＸｅガスなどが採用できる。また、推進剤ガスとしては、原子量が比較的小さいガスと、原子量が比較的大きいガスと、の混合ガス（例えば、ＡｒガスとＸｅガスの５０：５０の混合ガスなど）を採用してもよい。推進剤ガスの原子量が比較的小さい場合、ガスジェットモードに好適な推進剤ガスであると言える。推進剤ガスの原子量が比較的大きい場合、ホールスラスタモードに好適な推進剤ガスであると言える。さらに、ガス導入ポート２７及びガス導入ポート１７に、異なる種類の推進剤ガスを供給してもよい。例えば、ガス導入ポート２７には原子量が小さい推進剤ガス（例えば、ＫｒガスやＡｒガス等）を導入し、ガス導入ポート１７には原子量が大きい推進剤ガス（例えば、Ｘｅガス等）を導入してもよい。
【0044】
円筒容器２１の内部にカソード電極２２が設けられている。カソード電極２２は、円筒容器２１に導通可能に設けられている。カソード電極２２は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。カソード電極２２は、内部を推進剤ガスが通過するように筒状に電子放出材で形成されている。カソード電極２２は、スラスタ筐体２及びキーパー電極２４に対して耐プラズマスパッタ材２６により電気及び熱の絶縁が確保されている。
カソード電極２２は、外周が電熱ヒーター２３で覆われている。
カソード電極２２は、外周が電熱ヒーター２３で覆われている。
【0045】
電熱ヒーター２３は、カソード電極２２の外周を覆うように円筒状に形成されている。電熱ヒーター２３は、電子放出材で形成されたカソード電極２２を加熱する。電熱ヒーター２３は、中央部１３の内部に設けられている。電熱ヒーター２３は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。すなわち、円筒容器２１、カソード電極２２、及び電熱ヒーター２３は、中央部１３に内蔵されている。
【0046】
キーパー電極２４は、耐プラズマスパッタ材２６を介してスラスタ筐体２の中央部１３に設けられている。キーパー電極２４は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。キーパー電極２４、耐プラズマスパッタ材２６、及び円筒容器２１にはノズル２８（あるいは、オリフィス）が形成されている。キーパー電極２４は、中央にノズル２８が形成されることにより環状に形成されている。ノズル２８は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。ノズル２８は、カソード電極２２の内部に連通されている。キーパー電極２４は、カソード電極２２を通過した推進剤ガスを中央のノズル２８から第１方向Ｊに向けて噴射する。
【0047】
アノード陽極１６、カソード電極２２、及びキーパー電極２４は、互いに電気的に絶縁されている。アノード陽極１６とカソード電極２２との間には、ホール電源３１が電気的に接続されている。カソード電極２２とキーパー電極２４との間には、ＭＰＤ電源３２が電気的に接続されている。その結果、アノード陽極１６とカソード電極２２と間で放電可能であり、カソード電極２２とキーパー電極２４との間で放電可能である。
【0048】
また、電熱ヒーター２３とカソード電極２２との間には、ヒーター電源３３が電気的に接続されている。本実施形態では、電熱ヒーター２３とカソード電極２２とは電気的に接続されている。電熱ヒーター２３の電気抵抗は、カソード電極２２の電気抵抗よりも高い。カソード電極２２は、電熱ヒーター２３の電極（例えば、負電極）として機能している。ヒーター電源３３は、電熱ヒーター２３に電圧を印加することで、電熱ヒーター２３をジュール熱によって昇温させる。その結果、電熱ヒーター２３は、カソード電極２２を加熱可能である。なお、ヒーター電源３３が、電熱ヒーター２３のみに電気的に接続されていて、カソード電極２２には電気的に接続されていなくてもよい。ただし、本実施形態のように、ヒーター電極３３が電熱ヒーター２３にカソード電極２２を介して電気的に接続されていることで、前述したように、カソード電極２２に電熱ヒーター２３の電極を兼用させることができる。その結果、例えば、電熱ヒーター２３の１つの電極を、カソード電極２２に兼用させることが可能になり、省スペースを実現することができる。
【0049】
アノード陽極１６は、スラスタヘッド１０の底部１１側に配置されている。カソード電極２２及びキーパー電極２４は、耐プラズマスパッタ材２６により互いに電気及び熱の絶縁が確保された状態で、スラスタ筐体２の中央部１３に配置されている。アノード陽極１６及びカソード電極２２は、放電チャネル１５内の電場を発生させる。
なお、カソード電極２２は、電場を発生させる役割に加え、放電チャネル１５から噴射するプラズマに電子を供給する役割も備えている。プラズマは、カソード電極２２から電子が供給されることで電気的に中和される。
なお、カソード電極２２は、電場を発生させる役割に加え、放電チャネル１５から噴射するプラズマに電子を供給する役割も備えている。プラズマは、カソード電極２２から電子が供給されることで電気的に中和される。
【0050】
（第１コイル、第２コイル）
スラスタ筐体２において中央部１３の外側かつアノード陽極１６の内側に内電磁コイル６が配置されている。内電磁コイル６は、噴射装置４の外周をスラスタ筐体２の径方向の外側から覆うように筒状に形成されている。
スラスタ筐体２においてアノード陽極１６の外側かつ外周部１２の内側に外電磁コイル８が配置されている。外電磁コイル８は、アノード電極をスラスタ筐体２の径方向の外側から覆うように筒状に形成されている。内電磁コイル６及び外電磁コイル８には、コイル電源３４が電気的に接続されている。なお、コイル電源３４と、内電磁コイル６及び外電磁コイル８と、の接続関係の詳細については、後述する。
スラスタ筐体２において中央部１３の外側かつアノード陽極１６の内側に内電磁コイル６が配置されている。内電磁コイル６は、噴射装置４の外周をスラスタ筐体２の径方向の外側から覆うように筒状に形成されている。
スラスタ筐体２においてアノード陽極１６の外側かつ外周部１２の内側に外電磁コイル８が配置されている。外電磁コイル８は、アノード電極をスラスタ筐体２の径方向の外側から覆うように筒状に形成されている。内電磁コイル６及び外電磁コイル８には、コイル電源３４が電気的に接続されている。なお、コイル電源３４と、内電磁コイル６及び外電磁コイル８と、の接続関係の詳細については、後述する。
【0051】
マルチモードスラスタ１は、宇宙機に推力を生じさせる際、例えば、「コールドガスジェットモード」、「レジストジェットモード」、「ＭＰＤアークモード」、及び「ホールスラスタモード」の４つの推進モードによる作動が可能である。これらの推進モードは、例えば、不図示の制御装置（例えば、コンピュータ）によって実施される。制御装置は、例えば、上記各電極３１～３４を制御する。以下、４つの推進モードについて図２から図６を参照して説明する。
【0052】
＜コールドガスジェットモード＞
図２に示すように、マルチモードスラスタ１をコールドガスジェットモードで作動する際には、噴射装置４の円筒容器２１に加圧された推進剤ガスを矢印Ａの如く導入する。推進剤ガスは、加圧された状態でカソード電極２２の内部に導入される。導入された推進剤ガスは、キーパー電極２４のノズル２８から第１方向Ｊに向けてガスジェット流４１として噴射される。これにより、推進剤ガスの圧力を、対称軸Ａｓを推力軸として第２方向Ｔに向けた運動量（すなわち、推力）に変換する。
コールドガスジェットモードは、推力にガスジェット流４１を利用するため化学推進と同様に比推力が低いものの、推進剤ガスの加圧次第では化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、コールドガスジェットモードは、電力消費を不要にできるというメリットがある。
図２に示すように、マルチモードスラスタ１をコールドガスジェットモードで作動する際には、噴射装置４の円筒容器２１に加圧された推進剤ガスを矢印Ａの如く導入する。推進剤ガスは、加圧された状態でカソード電極２２の内部に導入される。導入された推進剤ガスは、キーパー電極２４のノズル２８から第１方向Ｊに向けてガスジェット流４１として噴射される。これにより、推進剤ガスの圧力を、対称軸Ａｓを推力軸として第２方向Ｔに向けた運動量（すなわち、推力）に変換する。
コールドガスジェットモードは、推力にガスジェット流４１を利用するため化学推進と同様に比推力が低いものの、推進剤ガスの加圧次第では化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、コールドガスジェットモードは、電力消費を不要にできるというメリットがある。
【0053】
＜レジストジェットモード＞
図３に示すように、マルチモードスラスタ１をレジストジェットモードで作動する際には、ヒーター電源３３をオンにしてカソード電極２２を電熱ヒーター２３により加熱する。噴射装置４の円筒容器２１には加圧された推進剤ガスが導入されている。カソード電極２２を加熱することにより、カソード電極を介して推進剤ガスを加熱する。よって、加圧された推進剤ガスをカソード電極２２の内部において高温まで加熱して、エネルギー密度を大幅に高めることができる。
カソード電極２２の内部において加熱した推進剤ガスをキーパー電極２４のノズル２８から対称軸Ａｓを推力軸として第１方向Ｊに向けて噴射する。これにより、レジストジェットモードは、コールドガスジェットモードの大推力を維持した状態で化学推進と同等の比推力を、例えば２倍程度高めることができる。
図３に示すように、マルチモードスラスタ１をレジストジェットモードで作動する際には、ヒーター電源３３をオンにしてカソード電極２２を電熱ヒーター２３により加熱する。噴射装置４の円筒容器２１には加圧された推進剤ガスが導入されている。カソード電極２２を加熱することにより、カソード電極を介して推進剤ガスを加熱する。よって、加圧された推進剤ガスをカソード電極２２の内部において高温まで加熱して、エネルギー密度を大幅に高めることができる。
カソード電極２２の内部において加熱した推進剤ガスをキーパー電極２４のノズル２８から対称軸Ａｓを推力軸として第１方向Ｊに向けて噴射する。これにより、レジストジェットモードは、コールドガスジェットモードの大推力を維持した状態で化学推進と同等の比推力を、例えば２倍程度高めることができる。
【0054】
＜ＭＰＤアークモード＞
図４に示すように、マルチモードスラスタ１をＭＰＤアークモードで作動する際には、噴射装置４のカソード電極２２の内部に加圧された推進剤ガスを矢印Ａの如く導入する。カソード電極２２を電熱ヒーター２３により加熱して加圧された推進剤ガスをカソード電極２２の内部において昇温する。ここで、カソード電極は電子放出材で形成されている。よって、推進剤ガスを電熱ヒーター２３で昇温することにより、カソード電極２２（すなわち、電子放出材）から熱電子を放出する。
すなわち、カソード電極２２を中空陰極（ホローカソード）として使用する。カソード電極２２（すなわち、電子放出材）から放出された電子は、ＭＰＤ電源３２をオンにしてキーパー電極２４に電圧を印加した状態において、キーパー電極２４のノズル２８を経て、キーパー電極２４への放電を放電経路４３の如く開始する。
図４に示すように、マルチモードスラスタ１をＭＰＤアークモードで作動する際には、噴射装置４のカソード電極２２の内部に加圧された推進剤ガスを矢印Ａの如く導入する。カソード電極２２を電熱ヒーター２３により加熱して加圧された推進剤ガスをカソード電極２２の内部において昇温する。ここで、カソード電極は電子放出材で形成されている。よって、推進剤ガスを電熱ヒーター２３で昇温することにより、カソード電極２２（すなわち、電子放出材）から熱電子を放出する。
すなわち、カソード電極２２を中空陰極（ホローカソード）として使用する。カソード電極２２（すなわち、電子放出材）から放出された電子は、ＭＰＤ電源３２をオンにしてキーパー電極２４に電圧を印加した状態において、キーパー電極２４のノズル２８を経て、キーパー電極２４への放電を放電経路４３の如く開始する。
【0055】
ここで、マルチモードスラスタ１には、スラスタ筐体２に内電磁コイル６が配置されている。この内電磁コイル６を、コイル電源３４をオンにして通電する。よって、マルチモードスラスタ１の対称軸Ａｓ上（中心軸上）に発散磁場４４を形成する。磁場４４は、放電による電流に対して直交している。よって、互いに直交する電流と磁場４４による軸方向のローレンツ力が発生し、電離した推進剤ガス（ガスジェット流４１）を電磁加速する。
これにより、ガスジェット流４１がノズル２８から第１方向Ｊに向けて噴射される状態において、ノズル２８による空気力学的加速と、ローレンツ力による電磁加速との合計による推力を、対称軸Ａｓを推力軸として発生させることができる。
これにより、ガスジェット流４１がノズル２８から第１方向Ｊに向けて噴射される状態において、ノズル２８による空気力学的加速と、ローレンツ力による電磁加速との合計による推力を、対称軸Ａｓを推力軸として発生させることができる。
【0056】
ＭＰＤアークモードによれば、空気力学的加速に寄与する電熱ヒーター２３への電力と、電磁加速に寄与するキーパー電極２４への電力とを割り振る比重を変更することにより、発生する推力特性の広範囲な調整が可能である。例えば、ＭＰＤアークモードは、電熱ヒーター２３に多くの電力を割り振ることにより、レジストジェットモードと同様（すなわち、化学推進と同等）の大推力を得ることが可能になる。一方、ＭＰＤアークモードは、キーパー電極２４に多くの電力を割り振ることにより、電気推進と同等の低推力、高比推力を得ることが可能になる。
【0057】
＜ホールスラスタモード＞
図５に示すように、マルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで作動する際には、ＭＰＤアークモードと同様に、対称軸Ａｓ上の噴射装置４を中空陰極（ホローカソード）として使用する。また、キーパー電極２４をホールスラスタ放電のイグナイタ（点火装置）として使用する。
図５に示すように、マルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで作動する際には、ＭＰＤアークモードと同様に、対称軸Ａｓ上の噴射装置４を中空陰極（ホローカソード）として使用する。また、キーパー電極２４をホールスラスタ放電のイグナイタ（点火装置）として使用する。
【0058】
具体的には、加圧された推進剤ガスをカソード電極２２の内部に矢印Ａの如く導入する。推進剤ガスを、ヒーター電源３３をオンにして電熱ヒーター２３で昇温することにより、カソード電極２２（すなわち、電子放出材）から熱電子を放出する。また、ＭＰＤ電源３２をオンにしてキーパー電極２４に電圧を印加することにより、推進剤ガスをプラズマ着火する。さらに、ホール電源３１をオンにしてアノード陽極に電圧を印加することにより、カソード電極２２（電子放出材）との間においてホールスラスタ放電を放電経路４６の如く開始する。
【0059】
また、コイル電源３４をオンにして外電磁コイル８に通電することにより放電チャネル１５の磁場４７に印加する。磁場４７は、外周部１２から中央部１３（スラスタ筐体２の半径方向）に向かうように発生する。よって、電子がトラップされて周方向のホール電流が発生する。これにより、アノード陽極１６に矢印Ｂの如く供給された推進剤ガスが非常に高い電離率でプラズマ化する。アノード陽極１６及びカソード電極２２には推進剤ガスが導入される。
【0060】
生成されたプラズマは、放電チャネル１５の出口１５ａ付近の強磁場領域に発生する強い静電場により、静電加速される。静電場は、底部１１から第１方向Ｊ（スラスタ筐体２の軸方向）に向けて発生する。静電加速された超高速イオンビーム４８が放電チャネル１５から噴出する。これにより、電気推進による推力を、対称軸Ａｓを推力軸として発生させることができる。
【0061】
なお、カソード電極２２（電子放出材）は、通常のプラズマ入熱により十分に自律加熱される。よって、プラズマ着火後は、電熱ヒーター２３への入熱が不要であり、ヒーター電源３３をオフにする。また、ホールスラスタモードにおいては、ＭＰＤ放電は着火時のイグナイタとして使用されることから、ホールスラスタ放電の開始後はＭＰＤ電源３２もオフにする。
【0062】
ここで、図５、図６に示すように、マルチモードスラスタ１は、噴射装置４（すなわち、カソード電極２２）が対称軸Ａｓ上に配置されている。よって、カソードプラズマは、磁力線５２に沿って矢印Ｃの如く直進することによりイオンビーム４８と合流できる。プラズマは、磁力線に沿って動く際には略無抵抗である。これにより、イオンビーム中和のために消費されるエネルギーを小さく抑えることができる。具体的には、例えば、アノード陽極１６とカソード電極２２との間において３００Ｖで放電した場合、中和プロセスで消費されるエネルギーを２０Ｖに小さく抑えることができる。
【0063】
これに対して、カソード電極がスラスタ（推進機）の外側に配置された場合、イオンビーム中和のためにカソードプラズマが磁力線を横切る必要がある。プラズマは、磁力線を横切る際には大きな抵抗となる。このため、エネルギー損失が大きくなる。例えば、アノード電極とカソード電極との間において３００Ｖで放電した場合、２０Ｖより大きな３０Ｖ程度が中和プロセスで消費され、推力に寄与しない。
【0064】
さらに、カソード電極２２を対称軸Ａｓ上に配置することにより、イオンビーム４８自体の対称性もよくなる。これにより、推力のベクトルロスを低減することもできる。
このように、カソード電極２２を対称軸Ａｓ上に配置するセンター配置とすることにより以下の利点が得られる。すなわち、カソード電極２２を対称軸Ａｓ上に配置することにより、中和プロセスで消費されるエネルギーを小さく抑えることができ、推力のベクトルロスを低減できる。エネルギー損失を小さく抑えることにより、低損耗を実現でき、これにより長寿命を実現できる。したがって、噴射装置４（カソード電極２２）を対称軸Ａｓ上にセンター配置することにより、エネルギー効率及び寿命の観点から好ましいスラスタ（推進機）を実現できる。
このように、カソード電極２２を対称軸Ａｓ上に配置するセンター配置とすることにより以下の利点が得られる。すなわち、カソード電極２２を対称軸Ａｓ上に配置することにより、中和プロセスで消費されるエネルギーを小さく抑えることができ、推力のベクトルロスを低減できる。エネルギー損失を小さく抑えることにより、低損耗を実現でき、これにより長寿命を実現できる。したがって、噴射装置４（カソード電極２２）を対称軸Ａｓ上にセンター配置することにより、エネルギー効率及び寿命の観点から好ましいスラスタ（推進機）を実現できる。
【0065】
以上説明したように、実施形態に係るマルチモードスラスタ１によれば、コールドガスジェットモード、レジストジェットモード、ＭＰＤアークモード、ホールスラスタモードの４つから任意の推進モードを選択できる。マルチモードスラスタ１は、選択した推進モードにより、対称軸Ａｓを推力軸とした推力を発生させることができる。
具体的には、マルチモードスラスタ１は、コールドガスジェットモード及びレジストジェットモードにおいて化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、マルチモードスラスタ１は、ＭＰＤアークモードにおいて、電熱ヒーター２３に多くの電力を割り振ることにより化学推進と同等の大推力を得ることが可能になる。一方、ＭＰＤアークモードにおいて、キーパー電極２４に多くの電力を割り振ることにより電気推進と同等の高比推力を得ることが可能になる。さらに、マルチモードスラスタ１は、ホールスラスタモードにおいて、超高速イオンビーム４８を放電チャネル１５から噴出させることにより電気推進による推力を発生させることができる。
したがって、マルチモードスラスタによれば、１つのスラスタにおいて、４つの推進モードを使い分けることにより、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
具体的には、マルチモードスラスタ１は、コールドガスジェットモード及びレジストジェットモードにおいて化学推進と同等の大推力を発揮することが可能である。また、マルチモードスラスタ１は、ＭＰＤアークモードにおいて、電熱ヒーター２３に多くの電力を割り振ることにより化学推進と同等の大推力を得ることが可能になる。一方、ＭＰＤアークモードにおいて、キーパー電極２４に多くの電力を割り振ることにより電気推進と同等の高比推力を得ることが可能になる。さらに、マルチモードスラスタ１は、ホールスラスタモードにおいて、超高速イオンビーム４８を放電チャネル１５から噴出させることにより電気推進による推力を発生させることができる。
したがって、マルチモードスラスタによれば、１つのスラスタにおいて、４つの推進モードを使い分けることにより、化学推進のような大推力と電気推進のような高比推力とを発揮できる。
【0066】
ここで、例えば、スラスタ（推進機）の推力軸が推進モードによって異なる場合には、スラスタを搭載した宇宙機の重心を常に貫くために、異なる推進モードを選択する都度、ジンバル等による調整が必要になる。そこで、マルチモードスラスタ１による全ての推進モードにおいて発生する推力を同一の推力軸（すなわち、マルチモードスラスタの対称軸Ａｓ）とした。これにより、マルチモードスラスタ１は宇宙機への搭載性に優れている。
【0067】
さらに、マルチモードスラスタ１によれば、スラスタ筐体（スラスタ本体）２のサイズ、並びに必要な各種電源及び推進剤供給系を、一般的なホールスラスタシステムにおいて必要とするもので基本的に網羅できる。よって、マルチモードスラスタ１のために必要とするシステム的なオーバヘッドを小さく抑えることができる。これにより、マルチモードスラスタ１によれば、化学推進と電気推進との各システムを２重搭載する場合と比べて構成を圧倒的に簡略化が可能で、かつ小型軽量化が可能である。
【0068】
加えて、マルチモードスラスタ１によれば、異なる４つの推進作動モードを複合させて同時に作動することも可能である。例えば、ホールスラスタモードの作動中に、対称軸Ａｓ上において中空陰極として作動している噴射装置４の推進剤ガスを加圧することにより、ガスジェットモードとホールスラスタモードとを同時に作動させることが可能である。これにより、放電チャネル１５から噴出される超高速イオンビーム４８と、噴射装置４のガスジェット流４１が混合され、高比推力と大推力とをある程度両立させる可能性がある。
さらに、マルチモードスラスタ１によれば、ガスジェットモードとホールスラスタモードとの同時作動中に、ＭＰＤアークモードにおいてキーパー電極２４への放電を重ねて作動させることも可能である。これにより、幅広い推力特性を一層好適に発揮できる可能性がある。
さらに、マルチモードスラスタ１によれば、ガスジェットモードとホールスラスタモードとの同時作動中に、ＭＰＤアークモードにおいてキーパー電極２４への放電を重ねて作動させることも可能である。これにより、幅広い推力特性を一層好適に発揮できる可能性がある。
【0069】
つぎに、マルチモードスラスタ１を実現するための具体的な構成として変形例１から変形例３を図７から図１０を参照して説明する。なお、変形例１から変形例３においてマルチモードスラスタ１と同一、類似部材については同じ符号を付して詳しい説明を両略する。
【0070】
（変形例１）
図７に示すように、変形例１のマルチモードスラスタ１００は、アノード陽極１０２及び噴射装置１０４を実施形態のアノード陽極１６及び噴射装置４に代えたものでその他の構成は実施形態のマルチモードスラスタ１と同様である。
図７に示すように、変形例１のマルチモードスラスタ１００は、アノード陽極１０２及び噴射装置１０４を実施形態のアノード陽極１６及び噴射装置４に代えたものでその他の構成は実施形態のマルチモードスラスタ１と同様である。
【0071】
アノード陽極１０２は、陽極本体１０６と、第１保護部（保護部）１０７と、第２保護部（保護部）１０８と、を備えている。陽極本体１０６は、アノード陽極１６と概ね同様に形成されている。第１保護部１０７は、外側壁１１２と、内側壁１１３と、外側保護部１１４と、内側保護部１１５と、を有する。外側壁１１２は、陽極本体１０６において第１方向Ｊを向く表面１０６ａの外周縁から第１方向Ｊに向けて環状に突出されている。内側壁１１３は、陽極本体１０６において表面１０６ａの内周縁から第１方向Ｊに向けて環状に突出されている。外側保護部１１４は、外側壁１１２において第１方向Ｊの端部からスラスタ筐体２の径方向内側（すなわち、噴射口１８側）に向けて環状に張り出されている。内側保護部１１５は、内側壁１１３において第１方向Ｊの端部からスラスタ筐体２の径方向外側（すなわち、噴射口１８側）に向けて環状に張り出されている。よって、第１保護部１０７は、アノード陽極１０２の噴射口１８，１８を第１方向Ｊの側から覆うことができる。
【0072】
第２保護部１０８は、突起１１７と、中央保護部１１８と、を有する。突起１１７は、陽極本体１０６の表面１０６ａにおいてスラスタ筐体２の径方向の中央から第１方向Ｊに向けて環状に突出されている。突起１１７は、スラスタ筐体２の径方向において噴射口１８，１８の間に形成されている。中央保護部１１８は、突起１１７において第１方向Ｊの端部からスラスタ筐体２の径方向内外側（すなわち、噴射口１８，１８側）に向けて環状に張り出されている。よって、第２保護部１０８は、アノード陽極１０２の噴射口１８，１８を第１方向Ｊの側から覆うことができる。
【0073】
アノード陽極１０２に第１保護部１０７及び第２保護部１０８を設けた理由は次の通りである。
すなわち、例えばマルチモードスラスタ１００をホールスラスタモードで使用する場合に、アノード陽極１０２において陽極本体１０６の表面１０６ａ（特に、ガス密度が高くなる噴射口１８，１８付近）が主要な放電パスである。一方、陽極本体１０６の表面１０６ａは、主にイオンビームによりスパッタされた放電チャネル１５等の絶縁物によるコンタミを表面１０６ａの下流側から受ける。よって、アノード陽極１０２は、噴射口１８，１８の清浄面がコンタミにより減少する。このため、放電パスにおいて推力に寄与しない電気抵抗が生じ、推進性能の低下や着火不良を招く。
すなわち、例えばマルチモードスラスタ１００をホールスラスタモードで使用する場合に、アノード陽極１０２において陽極本体１０６の表面１０６ａ（特に、ガス密度が高くなる噴射口１８，１８付近）が主要な放電パスである。一方、陽極本体１０６の表面１０６ａは、主にイオンビームによりスパッタされた放電チャネル１５等の絶縁物によるコンタミを表面１０６ａの下流側から受ける。よって、アノード陽極１０２は、噴射口１８，１８の清浄面がコンタミにより減少する。このため、放電パスにおいて推力に寄与しない電気抵抗が生じ、推進性能の低下や着火不良を招く。
【0074】
そこで、アノード陽極１０２の噴射口１８，１８付近を第１保護部１０７及び第２保護部１０８により第１方向Ｊの側（すなわち、噴射口１８，１８の下流側）から覆うようにした。これにより、第１保護部１０７及び第２保護部１０８を噴射口１８，１８の下流側からのコンタミに対するシールドとすることができる。この際、汚染抑止の観点からは、第１保護部１０７及び第２保護部１０８は広い（大きい）方が好ましい。しかしながら、第１保護部１０７及び第２保護部１０８が広くなると、プラズマの通り道（放電パス）が狭められる。そこで、例えばプラズマの代表長１ｍｍに対して、第１保護部１０７及び第２保護部１０８から噴射口１８，１８まで十分な空間を確保し、プラズマの通り道を用意することが好ましい。
【0075】
噴射装置１０４は、スラスタ筐体２に対して一部が一体に形成されている。具体的には、噴射装置１０４は、実施形態の噴射装置４に加えて、熱シールド１２１と、第１台座１２２と、第２台座１２３と、を備えている。
熱シールド１２１は、電熱ヒーター２３の外周を覆うように円筒状に形成されている。熱シールド１２１は、電熱ヒーター２３からの放熱を抑制する。熱シールド１２１は、中央部１３の内部に設けられている。熱シールド１２１は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。すなわち、円筒容器２１、カソード電極２２、電熱ヒーター２３、及び熱シールド１２１は、スラスタ筐体２の中央部１３に内蔵されている。
熱シールド１２１は、電熱ヒーター２３の外周を覆うように円筒状に形成されている。熱シールド１２１は、電熱ヒーター２３からの放熱を抑制する。熱シールド１２１は、中央部１３の内部に設けられている。熱シールド１２１は、スラスタ筐体２の対称軸Ａｓ上に配置されている。すなわち、円筒容器２１、カソード電極２２、電熱ヒーター２３、及び熱シールド１２１は、スラスタ筐体２の中央部１３に内蔵されている。
【0076】
第１台座１２２は、スラスタ筐体２において中央の空間（すなわち、中央部１３の空間）に面する内周面１３ａからスラスタ筐体２の径方向内側に向けて張り出されている。第１台座１２２は、中央部１３（すなわち、スラスタ筐体２）に一体に固定されている。第１台座１２２は、熱シールド１２１を乗せた状態において支持する。
【0077】
このように、熱シールド１２１をスラスタ筐体２に第１台座１２２を介して支持できる。よって、熱シールド１２１を支持する部材を中央部１３の空間に個別に備える必要がない。これにより、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。さらに、振動衝撃で劣化しやすい熱シールド１２１が破損するリスクを抑制できる。
加えて、熱シールド１２１をスラスタ筐体２に第１台座１２２を介して支持することにより、熱シールド１２１の電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
加えて、熱シールド１２１をスラスタ筐体２に第１台座１２２を介して支持することにより、熱シールド１２１の電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
【0078】
第２台座１２３は、円筒容器２１の基部を形成している。第２台座１２３は、スラスタ筐体２の底部１１において対称軸Ａｓの第２方向Ｔを向く表面（第２面）１１ａに配置されている。第２台座１２３は、スラスタ筐体２に一体に固定されている。第２台座１２３は、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３を支持する。
【0079】
このように、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３をスラスタ筐体２に第２台座１２３を介して支持できる。よって、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３を支持する部材を個別に備える必要がない。これにより、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。さらに、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３が振動衝撃で破損するリスクを抑制できる。
加えて、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３をスラスタ筐体２に第２台座１２３を介して支持することにより、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３の電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
加えて、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３をスラスタ筐体２に第２台座１２３を介して支持することにより、カソード電極２２及び電熱ヒーター２３の電気的絶縁や構造部材の部品点数の削減にも寄与できる。
【0080】
また、噴射装置１０４は、キーパー電極２４がスラスタ筐体２の中央部１３において第１方向Ｊの側を向く表面（第１面）１３ｂに配置されている。キーパー電極２４は、中央部１３の表面１３ｂ（すなわち、スラスタ筐体２）に耐プラズマスパッタ材２６を介して一体に固定されている。
【0081】
このように、キーパー電極２４をスラスタ筐体２に対して一体に固定することにより、例えば、従来においてキーパー電極２４を支持するために必要とされた片持ちのキーパー筒を不要にできる。よって、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央部１３に配置するために必要とする空間を小さく抑えることができる。
加えて、キーパー電極２４をスラスタ筐体２と一体とすることにより、振動衝撃によりキーパー電極２４が破損するリスクを抑制できる。これにより、カーボン等の脆性な耐スパッタ電極材をキーパー電極２４に使用することが可能になる。
加えて、キーパー電極２４をスラスタ筐体２と一体とすることにより、振動衝撃によりキーパー電極２４が破損するリスクを抑制できる。これにより、カーボン等の脆性な耐スパッタ電極材をキーパー電極２４に使用することが可能になる。
【0082】
ここで、キーパー電極２４は、ＭＰＤ電源３２（図１参照）に導線１２５を介して電気的に接続されている。導線１２５は、第２台座１２３、中央部１３、及び耐プラズマスパッタ材２６に形成された小径の引出孔１２６に配索された状態でキーパー電極２４に電気的に接続されている。導線１２５の表面には、絶縁被覆が設けられている。これにより、キーパー電極２４が、第２台座１２３や中央部１３に対して、導線１２５を介して短絡することが抑制されている。
【0083】
以上説明したように、噴射装置１０４は、第１台座１２２、第２台座１２３、及びキーパー電極２４をスラスタ筐体２に対して一体に固定されている。噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央部１３に内蔵させる際には、例えば円筒容器２１及びカソード電極２２を中央部１３内の空間に封入して、円筒容器２１の第２台座１２３をスラスタ筐体２に一体に固定する。つぎに、電熱ヒーター２３を円筒容器２１の第２台座１２３に載せる。ついで、熱シールド１２１を第１台座１２２に載せる。つづいて、キーパー電極２４を中央部１３に一体に固定する。
【0084】
このように、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央部１３に組み込むことにより、噴射装置１０４を中央部１３に差し込む構成ではなく、中央部１３に内蔵させることができる。よって、噴射装置１０４を必要最小限の空間と、必要最小限の絶縁材の部品点数とで構成することが可能になる。
これにより、マルチモードスラスタ１００は、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央部１３に配置するセンターカソード形態の機能性能面の利点を維持するとともに、コストや信頼性の観点において優れ、小型化に適している。
これにより、マルチモードスラスタ１００は、噴射装置１０４をスラスタ筐体２の中央部１３に配置するセンターカソード形態の機能性能面の利点を維持するとともに、コストや信頼性の観点において優れ、小型化に適している。
【0085】
マルチモードスラスタ１００は、例えば電力が８００Ｗでスラスタ筐体のΦが６６ｍｍの小型推進機において、ホールスラスタモードで作動した際に以下の性能が得られた。
すなわち、マルチモードスラスタ１００は、比推力が１，６００［秒］、推力電力比が６５［ｍＮ／ｋＷ］を得ることができ、同クラスの実績品（比推力１，４７０［秒］、推力電力比６１［ｍＮ／ｋＷ］に比べて明確に優位な性能を得た。
また、マルチモードスラスタ１００は、ランダム振動１４ｇｒｍｓ（ｏｖｅｒａｌｌ）（二乗平方根加速度（実効加速度、加速度ＲＭＳ）のオーバーオール値が１４であるランダム振動）、衝撃８００Ｇの機械環境試験を満足した。さらに、マルチモードスラスタ１００は、寿命試験２０００時間、２０００サイクルを満足した。
加えて、マルチモードスラスタ１００の作動は非常に安定しており、着火不良は一度も発生しなかった。マルチモードスラスタ１００の分解点検の結果、推定２００００時間、２００００サイクル以上の寿命を有することが判明した。
すなわち、マルチモードスラスタ１００は、比推力が１，６００［秒］、推力電力比が６５［ｍＮ／ｋＷ］を得ることができ、同クラスの実績品（比推力１，４７０［秒］、推力電力比６１［ｍＮ／ｋＷ］に比べて明確に優位な性能を得た。
また、マルチモードスラスタ１００は、ランダム振動１４ｇｒｍｓ（ｏｖｅｒａｌｌ）（二乗平方根加速度（実効加速度、加速度ＲＭＳ）のオーバーオール値が１４であるランダム振動）、衝撃８００Ｇの機械環境試験を満足した。さらに、マルチモードスラスタ１００は、寿命試験２０００時間、２０００サイクルを満足した。
加えて、マルチモードスラスタ１００の作動は非常に安定しており、着火不良は一度も発生しなかった。マルチモードスラスタ１００の分解点検の結果、推定２００００時間、２００００サイクル以上の寿命を有することが判明した。
【0086】
（変形例２）
図８に示すように、変形例２のマルチモードスラスタ１３０は、第２台座１２３とスラスタ筐体２の底部１１との間に絶縁材１３２が介在されている。すなわち、マルチモードスラスタ１３０は、第２台座１２３とスラスタ筐体２が電気的に絶縁されている。また、マルチモードスラスタ１３０は、キーパー電極２４を中央部１３の表面１３ｂに導電可能に一体に固定されている。
図８に示すように、変形例２のマルチモードスラスタ１３０は、第２台座１２３とスラスタ筐体２の底部１１との間に絶縁材１３２が介在されている。すなわち、マルチモードスラスタ１３０は、第２台座１２３とスラスタ筐体２が電気的に絶縁されている。また、マルチモードスラスタ１３０は、キーパー電極２４を中央部１３の表面１３ｂに導電可能に一体に固定されている。
【0087】
マルチモードスラスタ１３０は、カソード電極２２がスラスタ筐体２から絶縁されている。また、マルチモードスラスタ１３０は、キーパー電極２４を中央部１３の表面１３ｂに導電可能とすることにより、スラスタ筐体２の全体をキーパー電極２４と同一電位にできる。マルチモードスラスタ１３０によれば、変形例１の引出孔１２６を不要にでき、例えば、スラスタ筐体２を介してキーパー電極２４に電圧を印加可能となる。
【0088】
（変形例３）
ここで、例えば、図１に示すマルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで使用する場合に、優れた推進性能と安定的な着火とを得るためには、アノード陽極１６の形状が重要である。そこで、優れた推進性能と安定的な着火とを得るアノード陽極を図９、図１０を参照して説明する。
ここで、例えば、図１に示すマルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで使用する場合に、優れた推進性能と安定的な着火とを得るためには、アノード陽極１６の形状が重要である。そこで、優れた推進性能と安定的な着火とを得るアノード陽極を図９、図１０を参照して説明する。
【0089】
図９、図１０に示すように、変形例３のアノード陽極１４０は、ガス導入ポート１７（図１参照）と、ガス分配機構１４２と、を備える。ガス導入ポート１７は、ガス分配機構１４２の導入口（第１導入口１４５）に連通されている。すなわち、ガス導入ポート１７は、ガス分配機構１４２の導入口（第１導入口１４５）に推進剤ガスを導入（供給）する。ガス分配機構１４２は、１つのガス導入ポート１７と複数の噴射口１８（図１参照）とを連通する。
具体的には、ガス分配機構１４２は、複数の環状プレートが積層されている。例えば変形例３においては、ガス分配機構１４２は、第１環状プレート１４３と、第２環状プレート１４４との２つの環状プレートが積層されている。なお、環状プレートの積層数は任意に選択可能である。
具体的には、ガス分配機構１４２は、複数の環状プレートが積層されている。例えば変形例３においては、ガス分配機構１４２は、第１環状プレート１４３と、第２環状プレート１４４との２つの環状プレートが積層されている。なお、環状プレートの積層数は任意に選択可能である。
【0090】
第１環状プレート１４３の第１面には、第１導入口１４５と、第１導入溝１４６と、第１供給口１４８と、が設けられている。第１環状プレート１４３では、ガス導入ポート１７に第１導入口１４５が連通される。第１導入口１４５は、複数の第１導入溝１４６を経て複数の第１供給口１４８に連通されている。第１導入溝１４６は、１つ以上の分岐個所１４９を含む。複数の第１導入溝１４６は、不図示のプレートで開口部が塞がれることにより、複数の第１ガス流路（ガス流路）１４７が形成される。
【0091】
第２環状プレート１４４の第１面には、第２導入口１５２と、第２導入溝１５３と、第２供給口１５５と、が設けられている。第２環状プレート１４４では、複数の第１供給口１４８に複数の第２導入口１５２がそれぞれ連通されている。第２導入口１５２は、複数の第２導入溝１５３を経て複数の第２供給口１５５に連通されている。第２導入溝１５３は、１つ以上の分岐個所１５６を含む。複数の第２導入溝１５３は、例えば、第１環状プレート１４３の第２面で開口部が塞がれることにより、複数の第２ガス流路（ガス流路）１５４が形成される。複数の第２供給口１５５は、複数の噴射口１８（図１参照）に連通される。
【0092】
ガス分配機構１４２は、第１環状プレート１４３と第２環状プレート１４４とが積層される。これにより、ガス分配機構１４２は、１つのガス導入ポート１７と複数の噴射口１８とを各別に連通する複数の第１ガス流路１４７及び複数の第２ガス流路１５４を含む。そして、１つのガス導入ポート１７（第１導入口１４５）と、一の噴射口１８（一の第２供給口１５５）と、を連通する第１ガス流路１４７および第２ガス流路１５４の合計長さと、１つのガス導入ポート１７（第１導入口１４５）と、前記一の噴出口１８とは異なる他の噴射口１８（他の第２供給口１５５）と、を連通する第１ガス流路１４７および第２ガス流路１５４の合計長さと、は互いに同等である。すなわち、１つのガス供給ポート１７から複数の噴射口１８を各別に連通する複数のガス流路の長さは、互いに同等である。
【0093】
よって、図１に示すマルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで使用する場合に、ガス導入ポート１７から導入された推進剤ガスを複数の噴射口１８にアノード陽極１４０の周方向において均等に分配（供給）できる。例えば、複数の噴射口１８への分配の不均一差を１％未満に抑えることができる。これにより、推進剤ガスを環状の放電チャネル１５に均等に供給できる。したがって、マルチモードスラスタ１をホールスラスタモードで使用する場合に、優れた推進性能と安定的な着火とを得ることができる。さらに、例えば、マルチモードスラスタ１の対称軸と推力軸とを一致させ易くすることも可能になり、この場合、更に優れた推進性能を得ることができる。
【0094】
なお図示の例では、１つのガス供給ポート１７から複数の噴射口１８を各別に連通する複数のガス流路が折れ曲がる回数も、互いに同等である。例えば、図９に示すように、複数の第１ガス流路１４７は、第１導入口１４５から第１供給口１４８に至るまで、いずれも３回ずつ（概ね９０度程度）折れ曲がっている。図１０に示すように、複数の第２ガス流路１５４は、第２導入口１５２から第２供給口１５５に至るまで、いずれも２回ずつ（概ね９０度程度）折れ曲がっている。よって、図示の例では、１つのガス供給ポート１７から複数の噴射口１８を各別に連通する複数のガス流路は、いずれも５回ずつ（概ね９０度程度）折れ曲がっている。複数のガス流路において折れ曲がる回数が互いに同等であることにより、例えば、前述した複数の噴射口１８への分配の不均一さを一層抑えることができる。
このように、図示の例では、１つのガス供給ポート１７から複数の噴射口１８を各別に連通する複数のガス流路において、（１）長さ、（２）折れ曲がる回数、のいずれもが、互いに同等である。ただし、（１）長さが同等で（２）折れ曲がる回数が同等でなくてもよく、（１）長さが同等でなく（２）折れ曲がる回数が同等であってもよい。
このように、図示の例では、１つのガス供給ポート１７から複数の噴射口１８を各別に連通する複数のガス流路において、（１）長さ、（２）折れ曲がる回数、のいずれもが、互いに同等である。ただし、（１）長さが同等で（２）折れ曲がる回数が同等でなくてもよく、（１）長さが同等でなく（２）折れ曲がる回数が同等であってもよい。
【0095】
（変形例４、５）
ここで、例えば、図１に示すマルチモードスラスタ１のコイル電源３４には、内電磁コイル６及び外電磁コイル８が並列に接続されているが、各コイルへの電圧の印加の有無を切り替える図示しないスイッチが設けられていてもよい。さらに、図１１に示すマルチモードスラスタ１６０のように、内電磁コイル６及び外電磁コイル８が直接、電気的に接続されていて、内電磁コイル６及び外電磁コイル８がコイル電源３４に直列に接続されていてもよい。さらに、図１２に示すマルチモードスラスタ１７０のように、コイル電源３４として、第１コイル電源３４ａ及び第２コイル電源３４ｂが設けられていて、これらの各コイル電源３４ａ、３４ｂが、内電磁コイル６及び外電磁コイル８それぞれに独立して接続されていてもよい。
ここで、例えば、図１に示すマルチモードスラスタ１のコイル電源３４には、内電磁コイル６及び外電磁コイル８が並列に接続されているが、各コイルへの電圧の印加の有無を切り替える図示しないスイッチが設けられていてもよい。さらに、図１１に示すマルチモードスラスタ１６０のように、内電磁コイル６及び外電磁コイル８が直接、電気的に接続されていて、内電磁コイル６及び外電磁コイル８がコイル電源３４に直列に接続されていてもよい。さらに、図１２に示すマルチモードスラスタ１７０のように、コイル電源３４として、第１コイル電源３４ａ及び第２コイル電源３４ｂが設けられていて、これらの各コイル電源３４ａ、３４ｂが、内電磁コイル６及び外電磁コイル８それぞれに独立して接続されていてもよい。
【0096】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【0097】
例えば、外電磁コイル８、放電チャネル１５、アノード陽極１６がなくてもよい。
【0098】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、本実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【0099】
１，１００，１３０ マルチモードスラスタ
２ スラスタ筐体（筐体）
４，１０４ 噴射装置
６ 内電磁コイル（第１コイル）
８ 外電磁コイル（第２コイル）
１１ 底部
１１ａ 底部１１の表面（第２面）
１３ 中央部
１３ａ 内周面
１３ｂ 中央部の表面（第１面）
１５ 放電チャネル（チャネル）
１６，１０２，１４０ アノード陽極
１７ ガス導入ポート（ガス供給ポート）
１８ 噴射口
２２ カソード電極
２３ 電熱ヒーター（ヒーター）
２４ キーパー電極（電極）
２８ ノズル
１０７ 第１保護部（保護部）
１０８ 第２保護部（保護部）
１２１ 熱シールド
１２２ 第１台座
１２３ 第２台座
１４２ ガス分配機構
１４７ 第１ガス流路（ガス流路）
１５４ 第２ガス流路（ガス流路）
Ｊ 第１方向（軸方向の第１側）
Ｔ 第２方向（軸方向の第２側）
２ スラスタ筐体（筐体）
４，１０４ 噴射装置
６ 内電磁コイル（第１コイル）
８ 外電磁コイル（第２コイル）
１１ 底部
１１ａ 底部１１の表面（第２面）
１３ 中央部
１３ａ 内周面
１３ｂ 中央部の表面（第１面）
１５ 放電チャネル（チャネル）
１６，１０２，１４０ アノード陽極
１７ ガス導入ポート（ガス供給ポート）
１８ 噴射口
２２ カソード電極
２３ 電熱ヒーター（ヒーター）
２４ キーパー電極（電極）
２８ ノズル
１０７ 第１保護部（保護部）
１０８ 第２保護部（保護部）
１２１ 熱シールド
１２２ 第１台座
１２３ 第２台座
１４２ ガス分配機構
１４７ 第１ガス流路（ガス流路）
１５４ 第２ガス流路（ガス流路）
Ｊ 第１方向（軸方向の第１側）
Ｔ 第２方向（軸方向の第２側）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】