ホールスラスタ

ホールスラスタ（Hall thruster）は、人工衛星や宇宙探査機の推進システムとして利用される電気推進機の一種です。その動作原理は、推進剤（主にキセノンやクリプトンなどの貴ガス）をイオン化し、生成されたイオンを電場で加速して推力を得る点ではイオンエンジンなど他の電気推進方式と共通しますが、電子の振る舞いを制御するために磁場を利用する点が特徴です。

スラスタ内部には、電子を閉じ込めるための磁場が形成されています。この磁場は、イオンに対しては主に軸方向の電場によって加速されるように作用する一方、電子に対しては軌道を大きく曲げ、アノード（正極）に向かう移動を抑制するように働きます。この電子の閉じ込めは、19世紀の物理学者エドウィン・ホールが発見した「ホール効果」に由来しており、スラスタ名の由来となっています。磁場によって閉じ込められた電子は、スラスタ内部で推進剤原子と衝突し、効率的に電離を促進します。電離されたイオンは、カソード（負極）との間に形成された電場によって高速に加速され、ノズルから噴射されることで推力を発生させます。

ホールスラスタは大きく分けて二つのタイプが存在します。一つはマグネティックレイヤー型（Magnetic Layer Type）で、主に旧ソビエト連邦で開発が進み、多くの人工衛星に搭載されてきました。もう一つはアノードレイヤー型（Anode Layer Type）です。

従来のイオンエンジンが、Child-Langmuir則という原理的な制限によって推力密度を高めることが困難なのに対し、ホールスラスタはこの制限を受けにくいため、比較的大出力のシステムを容易に実現できるという利点があります。性能面では、一般的に1000秒から3000秒程度の比推力（推進剤1kgあたりの噴射速度を示す指標）を持ち、これは化学推進ロケットに比べてはるかに高く、推進剤の搭載量を削減できることを意味します。エネルギー変換効率も50%以上と高い値を示します。

推力電力比、すなわち投入電力に対する推力の割合も比較的高く、イオンエンジンやMPDアークジェットが20〜30 mN/kW程度であるのに対し、ホールスラスタは50 mN/kW程度の性能を発揮します。ただし、DCアークジェットの100 mN/kWには及びません。

ホールスラスタは、その高い推力密度と適度な比推力から、人工衛星の軌道変更や維持、惑星間航行における推進システムとして広く利用されています。例えば、欧州宇宙機関（ESA）が2003年に打ち上げた月探査機SMART-1には、主要推進系としてホールスラスタが搭載されました。米国では、エアロジェット・ロケットダイン社が軍事通信衛星AEHF向けに4.5 kW級のXR-5ホールスラスタを供給しているほか、さらに高出力な12 kW級のXR-12や20 kW級のXR-20の開発を進めています。ロシアのファケル実験設計局も、ロシアや欧州の宇宙機向けに4.5 kW級のSPT-140Dなどを供給しており、さらに25 kW級のSPT-230も商業展開するなど、世界各国で開発・実用化が進んでいます。これらの事例は、ホールスラスタが現代の宇宙開発において重要な役割を果たしていることを示しています。

もう一度検索