国際宇宙ステーションにおける宇宙推進用超電導磁石の軌道上シミュレーション

応用磁場型磁気プラズマ動力（AF-MPD）スラスターは、高出力、高効率および高比推力を誇る衛星や宇宙機向けの有望な電気推進カテゴリーです。これらのスラスターは、プラズマを大きな速度まで推進するために電場と強力な外部磁場を利用します。高温超電導（HTS）電磁石の統合は、AF-MPDスラスターの質量、消費電力および体積要件を最小限に抑える上で重要な役割を果たし、宇宙での応用を促進します。この重要技術を検証するため、Paihau-Robinson研究所とNanoracks LLCが主導する共同プロジェクトは、『Hēki磁石ミッション』としてHTS磁石を国際宇宙ステーション（ISS）に送ることを目指しています。Nanoracks外部プラットフォーム（NREP）を活用するこの技術実証では、宇宙での小型冷凍機、HTS磁石およびフラックスポンプの使用に伴うリスクを検証し軽減します。この取り組みは、HTS駆動スラスターの宇宙内利用と潜在的な商業化に向けた重要な前進を示します。本稿では、Hēkiペイロードの熱および電磁的性能の軌道上シミュレーションを示します。ISS搭載の複雑な放射熱環境を解決するための熱モデルを開発し、90 Wの小型冷凍機がHTS磁石を75 Kの動作温度に冷却可能であることを確認するとともに、冷凍機の過熱を防止するための熱放射器の設計をシミュレートしました。また、ISSの軌道変化に伴う宇宙空間の熱環境の時間変動も調査しました。HTS磁石およびフラックスポンプの回路および電磁モデルを開発し、中央磁場0.3-0.5 Tの生成に必要な性能を示しました。突発的な電力喪失による磁石のクエンチや迅速な除磁システムの設計など、重要な安全性考慮事項もシミュレーションしています。