Μ20 (イオンエンジン)

μ20（ミュートゥエンティ、ミューにじゅう）

μ20は、日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）宇宙科学研究所（ISAS）が開発を進めている高性能なイオンエンジンです。これは、小惑星探査機「はやぶさ」に搭載され、そのミッション成功に大きく貢献したμ10イオンエンジンの後継機種にあたります。

開発の経緯と目的

μ20エンジンの開発は、西暦2000年から開始されました。その主な目的は、μ10よりも強力な推力を持ち、将来計画されるより大規模な小天体探査ミッションや、長距離を飛行する深宇宙ミッションに対応することにありました。μ10の実績を踏まえつつ、エンジン性能の向上を目指して設計されています。開発の一環として、2008年1月からは、宇宙空間での長期運用に耐えうるかを確認するための長時間運転試験が継続的に行われています。この試験は、エンジンの信頼性と耐久性を実証する上で非常に重要です。

推進原理

μ20は、先行機のμ10と同様の基本的な推進原理を採用しています。推進剤には主にキセノンガスが用いられます。エンジン内部では、このキセノンガスに対して、4.25ギガヘルツという特定の周波数のマイクロ波を照射します。このマイクロ波によって電子サイクロトロン共鳴（ECR: Electron Cyclotron Resonance）と呼ばれる現象が発生し、キセノンガスは効率的にプラズマ状態に変換されます。生成されたプラズマ中の正に帯電したキセノンイオンは、エンジンの後方に配置された3枚の「グリッド」と呼ばれる電極によって加速されます。これらのグリッドには精密に制御された電圧が印加されており、イオンを高速のビームとして噴射することで推力を発生させます。この無電極のプラズマ生成方式とグリッドによるイオン加速は、μ20の効率的な動作を支える鍵となっています。

主要諸元

μ20イオンエンジンは、以下のような主要な性能と仕様を持っています。


これらの仕様は、μ20が高い推力と優れた燃費性能（高い比推力）を両立しており、長期の宇宙航行に適していることを示しています。

搭載検討された宇宙機

μ20は、その高性能から将来の深宇宙探査ミッションにおける主推進機としての採用が検討されていました。具体的には、以下のような計画や宇宙機への搭載が想定されていました。

DESTINY：小型科学衛星3号機としての実現を目指した、将来の深宇宙探査技術実証機。1基の搭載が予定されていました。
SOLAR-D：黄道面から外れた軌道への投入を目指す太陽探査ミッション。主推進機として6基の搭載が計画されていました。
はやぶさMk2 / マルコ・ポーロ：欧州宇宙機関（ESA）との共同による小惑星サンプルリターンミッション。主推進機として5基の搭載が予定されていました。

これらの計画は、μ20が日本の宇宙開発における重要な推進技術として期待されていたことを示しています。

まとめ

μ20イオンエンジンは、日本の電気推進技術の旗手であるμ10エンジンの発展形として開発されました。μ10の成功に基づき、より強力な推力と長寿命化を実現することで、将来のより大規模で要求の高い深宇宙探査ミッションを可能にする技術として期待されています。長時間運転試験などを通じてその信頼性が確認されつつあり、今後の日本の宇宙探査活動を支える重要な要素技術の一つと言えます。

関連技術としては、μ10やμ10HIspといった他のJAXA製イオンエンジン、そして無電極プラズマ推進器全般が挙げられます。これらの技術開発の積み重ねが、μ20のような高性能エンジンの実現に繋がっています。

参考：JAXA 宇宙科学研究本部 宇宙輸送工学研究系 電気推進工学部門、ISASニュース No.276*

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