研究者業績

中野 正勝

ナカノ マサカツ  (Masakatsu Nakano)

基本情報

所属
大阪産業大学 システム工学部 システム工学科 教授
学位
博士(工学)(1999年3月 東京大学)

J-GLOBAL ID
201801001526657289
researchmap会員ID
B000312049

論文

 126
  • 中野正勝
    プラズマ応用科学 33(1) 3-10 2025年6月  査読有り筆頭著者
  • Fuya Ezuka, Hiroyuki Koizumi, Masakatsu Nakano, Kimiya Komurasaki
    Journal of Propulsion and Power 1-10 2024年12月28日  査読有り
    Miniature water ion thrusters provide CubeSats with orbit transfer capability and enable missions that require high [Formula: see text]. Erosion on the grids is critical for the thruster’s lifetime and propellant utilization efficiency. It was shown numerically that the nonuniformity of the plasma in the discharge chamber causes inhomogeneous erosion of the grid. However, deviation from experiments was still a problem. In this study, we evaluate the performance and the change in the grid erosion of the miniature water ion thruster during 1000 h of operation. The propellant utilization efficiency decreases from 16% to 12% due to grid erosion. The contamination effect of the antenna and magnets on the performance of the thruster was less than that due to the change of grid geometry. In terms of grid erosion, in the center and the periphery of the grid where the ion beam density is low, the direct impingement of the ion beam is dominant, and the diameter of the accelerator grid eroded from 0.31 to 0.52 mm. On the other hand, in the middle part of the grid, where the ion beam is dense, charge exchange ions dominate the erosion, and the diameter was eroded from 0.31 to 0.39–0.45 mm in hexagonal.
  • Masakatsu NAKANO, Ryutaro MATSUMOTO, Ryo SHIRAKI, Naoji YAMAMOTO
    Journal of Evolving Space Activities 2(Article ID: 159) 1-8 2024年12月12日  査読有り筆頭著者
  • Masakatsu Nakano
    Frontier of Applied Plasma Technology (17) 27-31 2024年7月  査読有り筆頭著者
  • 中野 正勝
    プラズマ応用科学 32(1) 21-28 2024年6月  査読有り筆頭著者
  • Masakatsu NAKANO, Kohei FUKUMOTO
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 22 25-31 2024年2月9日  査読有り筆頭著者
  • 中野 正勝
    プラズマ応用科学 29(2) 51-58 2022年  査読有り筆頭著者
  • 井上純武, 枝澤友也, 山本直嗣, 中野正勝
    航空宇宙技術(Web) 20 114-117 2021年12月  査読有り最終著者
  • 木下 順平, 白木 僚, 山本 直嗣, 大川 恭志, 船木 一幸, 中野 正勝
    プラズマ応用科学 = Applied plasma science : journal of IAPS 29(1) 29-34 2021年6月  査読有り
  • 木下 順平, 白木 僚, 山本 直嗣, 中野 正勝, 大川 恭志, 船木 一幸
    日本航空宇宙学会論文集 69(5) 215-218 2021年  査読有り
    <p>In order to improve ion engine's performance, the neutralization performance with two field emission cathodes in an ion engine is investigated. The neutralization performance is evaluated by the potential difference between cathode and ground, using a 100μN class ion thruster developed at Kyushu University and two 50×50mm2 field emission cathodes with carbon nanotube emitter. The potential difference between cathode and ground is not only determined by cathode electron supply capacity and the position of the cathodes but also foot print of the neutralizers, it would be due to the space charge limitation. That is, the potential difference between cathode and ground is improved with increase in total emission current, and that with a single field emission cathode at emission current of 6mA is -20V, on the contrary, that with two field emission cathodes is -12V. </p>
  • Jumpei KINOSHITA, Ryo IKEDA, Misaki ADACHI, Ryo SHIRAKI, Taichi MORITA, Naoji YAMAMOTO, Masakatsu NAKANO, Yasushi OHKAWA, Ikkoh FUNAKI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 64(5) 288-291 2021年  査読有り
  • INOUE Atsumu, YAMAMOTO Naoji, NAKAMURA Yusuke, NAKANO Masakatsu
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 19(1) 75-80 2021年  査読有り
    <p>The grid design of ion thrusters is currently based on trial and error development and durability tests. These methods make it difficult to rapidly develop optimal thrusters for diverse missions. As a way to address this problem, this paper provides a method of designing grids using numerical simulation with a genetic algorithm. Screen grid thickness, screen grid hole diameter, accel grid thickness, accel grid hole diameter, accel grid potential, and grid gap are optimized for long-life grids. The JIEDI tool is a powerful tool to design grid systems; it is used here as a fitness function to evaluate the lifetime of the grid in an ion thruster. As a result of the optimization, the lifetime of the model developed using the genetic algorithm is about 6.5 times longer than that of the experimental model. The optimization of grid parameters using the Genetic Algorithm and the JIEDI tool shows promise for future design tasks.</p>
  • Yosuke Sato, Hiroyuki Koizumi, Masakatsu Nakano, Yoshinori Takao
    PHYSICS OF PLASMAS 27(6) 2020年6月  査読有り
  • NAKANO Masakatsu, KAKAMI Akira
    プラズマ応用と複合機能材料 29 2020年  筆頭著者
  • ADACHI Misaki, YAMAMOTO Naoji, NAKANO Masakatsu, HATTA Shinji
    プラズマ応用と複合機能材料 29 2020年  
  • 船木 一幸, 中野 正勝, 小紫 公也, 鷹尾 祥典, 横田 茂, 張 科寅, 川嶋 嶺
    宇宙太陽発電 5 1-2 2020年  
    <p> 電気推進を用いた軌道間輸送機(OTV)の開発における技術的挑戦と克服に関するパネルディスカッションが行われた.太陽発電衛星の輸送では,ペイロードの太陽電池をOTVで利用できる場合,電気推進は特に有効な推進システムとなる.電気推進の推進剤として有力な候補はアルゴンであり,大出力のアルゴン推進機を開発する上での技術的課題が議論され共有された.また太陽発電衛星の実現には打ち上げ機との連携や,OTV全体でのシステム最適化が必要不可欠であり,分野を横断した研究者間の協調と,共通で意識すべき事業戦略(ロードマップ)の策定が重要であると再認識された.</p>
  • NAKANO Masakatsu, NAKAMURA Kengo, NAKAGAWA Yuichi, TAKAO Yoshinori, KOIZUMI Hiroyuki
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 18(6) 412-416 2020年  査読有り筆頭著者
    <p>The two-grid ion optics of a water propellant miniature ion propulsion system (MIPS) was numerically studied by full-aperture ion-optics simulation considering an inhomogeneous plasma source in the discharge chamber. Three dominant ion species (H2O+, OH+, and H+) of water vapor plasma were included in the model. Their trajectories were tracked considering charge-exchange and elastic collisions between ions and neutral water molecules. The model was validated by experiments using the MIPS with two grids having 295 apertures each. The calculated accelerator impingement current agreed reasonably well with those obtained from the experiment. To increase its low propellant utilization efficiency, a new grid design method was introduced. This successfully improved neutral confinement by decreasing the diameter of the accelerator grid apertures without causing direct impingement of ions by optimizing the grid thickness distribution using the Particle In Cell-Monte Carlo Collision (PIC-MCC) calculation results.</p>
  • 安達 美咲, 山本 直嗣, 中野 正勝, 大川 恭志, 船木 一幸
    宇宙太陽発電 5 65-67 2020年  
    <p> 宇宙太陽光発電においては大量の物資輸送が求められ,そのためには膨大な推進剤が消費される.現在の主流となっているキセノンは高価であるため,現実的ではない.そこで我々は,常温常圧で固体であり昇華性を持つ物質を推進剤として使用することを提案する.固体推進剤を使用することにより,高圧タンクやシステム全体の大幅な削減も期待でき,より低価格の軌道間輸送システムが構築可能となる.昇華性推進剤が代替燃料となり得るのか,イオンエンジンを用いて性能を評価した結果を報告する.</p>
  • 中野 正勝
    宇宙太陽発電 5 52-55 2020年  招待有り
    <p> SSPSの経済的成立性を左右する要因の一つはSSPSの輸送コストである.本稿では化学推進を用いた打ち上げロケットと電気推進を用いた軌道間輸送機によりSSPSを静止軌道に輸送する場合のコストについて議論する.現状の技術レベルと航空宇宙産業における経験曲線から予測されるSSPSの輸送コストは1万トンのSSPSを10年で構築するのに約1兆円かかり,10基のSSPSを輸送することで約5000憶円となる.このSSPSの輸送にはアルゴンを推進剤とした100 kW級の電気推進機の開発が不可欠である.</p>
  • Yosuke Sato, Hiroyuki Koizumi, Masakatsu Nakano, Yoshinori Takao
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 126(24) 2019年12月  査読有り
  • Kohdai Ono, Masakatsu Nakano
    Advances in Applied Plasma Science 12 25-26 2019年9月  責任著者
  • Hiroyuki Koizumi, Jun Asakawa, Yuichi Nakagawa, Keita Nishii, Yoshinori Takao, Masakatsu Nakano, Ryu Funase
    JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS 56(5) 1400-1408 2019年9月  査読有り
  • Kengo Nakamura, Hiroyuki Koizumi, Masakatsu Nakano, Yoshinori Takao
    PHYSICS OF PLASMAS 26(4) 2019年4月  査読有り
  • Naoji Yamamoto, Taichi Morita, Yasushi Ohkawa, Masakatsu Nakano, Ikkoh Funaki
    JOURNAL OF PROPULSION AND POWER 35(2) 490-493 2019年3月  査読有り
  • M. Nakano, K. Nakamura, Y. Naito, Y. Nakagawa, Y. Takao, H. Koizumi
    AIP Advances 9(3) 035343-035343 2019年3月1日  査読有り筆頭著者
  • Jun Asakawa, Hiroyuki Koizumi, Shunichi Kojima, Masakatsu Nakano, Kimiya Komurasaki
    JOURNAL OF PROPULSION AND POWER 35(1) 41-53 2019年1月  査読有り
  • 中野 正勝
    プラズマ応用科学 = Applied plasma science : journal of IAPS 26(2) 65-72 2018年12月  査読有り
  • M. Nakano, K. Nakamura, Y. Nakagawa, D. Tomita, Y. Takao, H. Koizumi
    Physics of Plasmas 25(1) 2018年1月1日  査読有り筆頭著者
  • Naoji Yamamoto, Taichi Morita, Masakatsu Nakano, Yasushi Ohkawa, Ikkoh Funaki
    2018 Joint Propulsion Conference 2018年  
  • Ippei TAKESUE, Yutaro KAWAHARA, Kensuke IIJIMA, Kouichi USHIO, Naoji YAMAMOTO, Taichi MORITA, Masakatsu NAKANO, Yasushi OHKAWA, Ikkoh FUNAKI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 16(5) 388-391 2018年  査読有り
  • Masakatsu Nakano, Naoji Yamamoto, Ikkoh Funaki, Yasushi Ohkawa
    Aerospace Technology Japan 16 98-104 2018年  査読有り筆頭著者
  • 中野 正勝
    日本航空宇宙学会誌 65(8) 237-243 2017年  招待有り
    <p>地球近傍の軌道間輸送はこれまで化学推進が唯一の選択肢であったが,電気推進の実用化が進むとともに,大電力衛星バスの普及によって十分な電力を確保することが可能となったことから,電気推進を人工衛星の位置や姿勢制御ばかりでなく,軌道移行にも用いる全電化推進が現実のものとなってきている.本稿では,全電化推進を用いたミッションの具体例として,今後も輸送需要が見込まれる静止衛星の軌道投入をはじめ,日本独自のシステムである準天頂衛星や射点の制約からドッグレッグターンをせざるをえない太陽同期軌道への衛星投入を扱った.また,大量の物資の輸送が必要となる宇宙太陽発電衛星の構築について,全電化することによる輸送コストの低減効果の評価を行った.全電化推進は必ずしも短期間の軌道間輸送には向いていないが,適切な条件設定によって,化学推進を単独で用いるよりも大きなメリットをもたらすことが期待できる.</p>
  • 小島 隼一, 浅川 純, 小泉 宏之, 中野 正勝
    日本航空宇宙学会論文集 65(5) 215-218 2017年  査読有り
    A micro-thruster using stacked solid propellant pellets for nano-satellites has the high versatility. This thruster can generate arbitrary total impulse by changing the number of installed pellets. In order to install the thruster in a nano-satellite, it is necessary to clarify conditions of stable operation. We changed materials and manufacturing methods of the thruster, and measured the combustion chamber pressure and the burning rate. A certain condition of the thruster achieved stable operation. A difference between the burning rates of the propellant pins caused unexpected combustion chamber pressure rise. A silicone rubber contributed stable operation because it made the burning rates of the propellant pins even.
  • 中野 正勝, 山本 直嗣, 船木 一幸, 大川 恭志
    プラズマ応用科学 = Applied plasma science : journal of IAPS 24(2) 65-72 2016年12月  査読有り
  • A. Yamaguchi, A. Kibe, N. Yamamoto, T. Morita, H. Nakashima, M. Nakano
    JOURNAL OF INSTRUMENTATION 11 2016年1月  
  • 中野 正勝
    宇宙太陽発電 1 74-79 2016年  査読有り
    <p> SSPSの経済的成立性を左右する要因の一つは輸送コストである.本論文では,部分再使用打ち上げロケット(GLV)と電気推進を用いた完全再使用軌道往還機(OTV)によりSSPSを輸送するシナリオに基づいてそのコスト計算を行う.現状の技術レベルとその延長で実現可能なSSPSの輸送コストは,10000 tonのSSPSを10年で構築するのに約1.27兆円であり,アルゴンを推進剤とした比推力2660 sの電気推進で実現される.一方,GLVのみでは44%高いコストとなった.感度解析を行うことでSSPSの輸送コストにインパクトを与えるパラメータを抽出し,SSPSの輸送コストを3000億円にするのに必要な技術革新として,GLVおよびOTVの初期製造コストを75%削減することが必要であることが明らかとなった.</p>
  • 中野 正勝, 各務 聡
    日本航空宇宙学会論文集 64(2) 139-143 2016年  査読有り
    The burning rates of small sized Boron Potassium Nitrate (BKNO3) pellets (3.2-mm-dia., B:KNO3: binder = 28:70:2) under low pressures were experimentally measured; they increased with pressure (r = 71.1p0.589[mm], p[MPa]) at an ambient pressure higher than 5 kPa and exhibited little dependence on pressure (r = 3.0±0.5mm/s) at an ambient pressure lower than 5 kPa. The measured pressure increase after reaction becomes smaller under 1 kPa and the photographs taken by a high-speed camera showed unreacted particle emissions at 0.2kPa. These results suggest that the reaction of BKNO3 at low pressures takes place in condensed phase. From thrust stand measurement, the pressure working on the combustion surface is estimated to be 1.2kPa, which implies that the dependence of burning rates on ambient pressure vanishes under around 1kPa.
  • Jun ASAKAWA, Hiroyuki KOIZUMI, Shunichi KOJIMA, Masakatsu NAKANO, Nobu OKADA, Kimiya KOMURASAKI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 14(ists30) Pa{\_}53-Pa_59 2016年  査読有り
    <p>A micro-solid rocket as the propulsion system for 1&ndash;10 kg-class micro-spacecraft is proposed here. The micro-solid rocket uses a boron/potassium nitrate pellet as propellant and its total impulse is about 1.5 Ns. Higher total impulse is needed for a propulsion system on small spacecraft to perform advanced space missions such as sample return, formation flight, and active debris removal. To increase the total impulse, it is necessary to increase the propellant mass. However, there is a difficulty in producing new sizes of solid propellant. The author designed a 20&ndash;50 Ns-class micro-solid rocket which uses a stack of existing multiple B/KNO3 pellets. The side of the propellant pellets was sealed with epoxy resin to prevent an abnormal combustion chamber pressure rise. As a result, all the propellant was burned without an abnormal pressure rise in all combustion tests.</p>
  • 中野 正勝
    プラズマ応用科学 = Applied plasma science : journal of IAPS 23(1) 35-41 2015年6月  査読有り
  • SATO Yusuke, MATSUI Makoto, NAKANO Masakatsu, KOMURASAKI Kimiya, ARAKAWA Yoshihiro, GOTO Tetsuya, SHIRAKATA Hirofumi
    プラズマ応用と複合機能材料 24 61-62 2015年3月1日  
  • Masakatsu Nakano, Satoshi Hosoda, Kazutaka Nishiyama
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 58(4) 213-219 2015年  査読有り
  • Hiroki Watanabe, Masakatsu Nakano, Yoshihiro Kajimura, Ikkoh Funaki
    Transaction of JSASS, Aerospace Technology Japan 12(ists29) Pb_65-Pb_72 2014年10月  査読有り
  • 渡邊裕樹, 中野正勝
    プラズマ・核融合学会誌 90(4) 252-260 2014年4月25日  招待有り
    多大な時間とコストを必要とするイオンエンジンの実時間寿命評価試験を数値解析により支援するため,宇宙航空研究開発機構(JAXA:Japan Aerospace Exploration Agency)では,国内の大学と協力し,イオン加速グリッド耐久認定用数値解析JIEDI(JAXA's Ion Engine Development Initiative)ツールの研究開発を実施してきた.本章では,小惑星探査機「はやぶさ」に搭載されたμ10イオンエンジンの地上における実時間の耐久試験結果とJIEDIツールによる損耗計算結果の比較評価について説明し,JIEDIツールが各グリッドの損耗形状の傾向を良く再現し,損耗質量に関しても,実験の計測誤差の範囲で実験結果を再現できることを示した.また,JIEDIツールによる設計支援の実例として,JAXAにおいて新規開発が行われているμ20イオンエンジンにおける,パラメトリックな損耗解析による寿命を考慮した加速グリッド電圧の設計結果について説明し,μ20イオンエンジンにおいてスクリーングリッド電圧を2300Vに設定した場合,電子逆流およびグリッドの構造破壊に陥ることなく,2万時間の要求作動時間を達成するには,加速グリッド電圧を-350Vに設定する必要があることを示した.
  • FUKUJI Naohiro, MATSUI Makoto, NAKANO Masakatsu, YAMAGIWA Yoshiki, KOMURASAKI Kimiya, ARAKAWA Yoshihiro, GOTO Tetsuya, SHIRAKATA Hirofumi
    プラズマ応用と複合機能材料 23 19-20 2014年3月  
  • Masakatsu NAKANO, Hiroyuki KOIZUMI, Tadashi INAGAKI, Kimiya KOMURASAKI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 12(ists29) Pb{\_}27-Pb_32 2014年  査読有り
    Numerical studies were conducted on a small ion engine system called μ1, which was developed for micro-spacecraft propulsion. For its miniaturized application, the μ1 ion engine is very small in size and its beam current and propellant utilization efficiency are lower than those of standard-sized ion engines. As it operates in a low perveance range with a molybdenum two-grid system, the acceleration grid experiences very severe erosion, and the extraction ion beam performance degrades substantially because of the scattering of highly diverted ions and neutrals and the impact of backstreaming charge exchange ions. In this study, the decrease in the propellant utilization efficiency and the lifetime of the μ1 ion engine were firstly assessed using the JIEDI tool, considering the effect of the change in extraction ion beam performance. Lifetime analysis showed that the μ1 grid system can operate over its required lifetime of 10000 h, however, the propellant utilization efficiency decreased significantly from 0.42 at the beginning of life to 0.30 at the grid structural failure of 27000 h. The agreement of grid erosion patterns after the first 150-h of operation between the simulation and the experiment supports the validity of the analysis. In addition to the lifetime assessment, the grid parameters were parametrically searched to achieve both high propulsion performance and long life. One of the strategies is to double the diameters of the screen and accelerator grid holes as well as the accelerator grid thickness, keeping the separation distance between the screen and accelerator grids unchanged.
  • Tomoyuki HAYASHI, Hiroyuki KOIZUMI, Jun ASAKAWA, Masakatsu NAKANO, Kimiya KOMURASAKI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 12(ists29) Tb{\_}37 2014年  査読有り
  • Yuki ITO, Masakatsu NAKANO, Tony SCHÃ, NHERR, Shinatora CHO, Kimiya KOMURASAKI, Hiroyuki KOIZUMI
    TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN 12(ists29) Po{\_}1{\_}7-Po_1_12 2014年  査読有り
    Cost evaluation of a solar power satellite (SPS) in-space transportation using Hall thruster propulsion systems is conducted to obtain specific characteristics of Hall thrusters that yield significant transportation cost reduction. Therefore, the transportation scenario is optimized in the first place: the choice of reusing or disposing orbit transfer vehicles (OTVs), and the power of the propulsion system. The result shows that the case of reusing OTVs is superior to the case of disposing them, because the OTVs manufacturing costs are predominant in the total cost. In addition, the power has only limited influence on the cost. Further, specific characteristics of Hall thrusters are discussed, which are necessary to achieve a target cost of $3.75 billion (300 billion yen) for the sum of two costs: the in-space transportation cost from a low Earth orbit (LEO) to a geostationary Earth orbit (GEO) and the propellant launch cost from Earth to LEO.
  • 齋藤純一, 奥平鎭正, 中野正勝, 三林洋介, 田宮高信, 深谷直樹
    工学教育 62(6) 6.93-6.97 (J-STAGE)-6_97 2014年  査読有り

MISC

 25

書籍等出版物

 3

講演・口頭発表等

 205

担当経験のある科目(授業)

 8

共同研究・競争的資金等の研究課題

 22

研究テーマ

 8
  • 研究テーマ
    ミッション解析に基づく先端宇宙ロケットの性能評価および最適化
    研究期間(開始)
    1994
  • 研究テーマ
    イオンエンジンにおけるイオン加速系の寿命評価と性能最適化
    研究期間(開始)
    1996
  • 研究テーマ
    レーザー伝送を用いた宇宙太陽発電およびレーザー推進への応用研究
    研究期間(開始)
    2000
  • 研究テーマ
    大規模宇宙輸送(宇宙太陽発電衛星構築等)の実現性評価および輸送コスト解析
    研究期間(開始)
    2002
  • 研究テーマ
    レーザー着火型マイクロスラスタの開発と真空環境下におけるBKNO₃の着火特性評価
    研究期間(開始)
    2004
  • 研究テーマ
    アルミナのレーザー還元過程に関する数値解析
    研究期間(開始)
    2012
  • 研究テーマ
    プラズマロケットにおけるキセノン代替推進剤の実験的検討
    研究期間(開始)
    2018
  • 研究テーマ
    地上試験における真空環境がスパッタ率に及ぼす影響の実験的評価およびモデリング
    研究期間(開始)
    2023