| Project/Area Number |
21K18774
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Koizumi Hiroyuki 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40361505)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 大電力電気推進 / 無電極プラズマ / ホール効果 / 宇宙探査 |
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| Outline of Research at the Start |
現在の宇宙開発は月以遠の深宇宙を次世代の目標としており，この鍵の１つが効率的な大電力電気推進である．現在，ホール効果スラスタと磁気ノズルスラスタという２大候補が鎬を削っているが，両者ともに一長一短を有している．研究代表者は，最近の研究成果に基づき両者の特性をあわせ持つ新しいスラスタの可能性に気づいた．本研究で提案するスラスタは，ホール効果スラスタと同様の半径方向磁場と，加速用アンテナが誘起する周方向電場のホール効果による荷電分離を利用する．本提案は既に実験的に確認されている物理に基づく一方で，周方向電流によるプラズマ生成量と，変動する軸方向電場が上流を向くフェーズのイオン流が未知要素である．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we proposed a propulsion system that induces an axial electric field to accelerate ions generated by high-frequency plasma in a channel with a predominant radial magnetic field and applying another low-frequency fluctuating magnetic field. A radial magnetic field was generated inside the 10 cm diameter circular channel using a solenoid coil and a ferrite yoke, and a low-frequency time-varying magnetic field was applied by a spiral coil installed at the bottom of the ring (upstream outside). The plasma potential profile was measured by an emissive probe and the plasma density profile by a Langmuir probe in a time-resolved manner. The results showed that the application of the low-frequency time-varying magnetic field caused a significant change in the plasma, but the formation of an electric field synchronized with the fluctuating magnetic field was not confirmed.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
将来、大規模な惑星間宇宙輸送が行われる時代には、100 kWを超える電力で作動するプラズマエンジンが不可欠となる。そのようなエンジンは既存エンジンの延長よりは、全く新しい原理／構造によって実現される可能性が高い。本研究では、そのような方式の１つとして高周波でプラズマを生成し、別の高周波でプラズマを加速する新しい方法を試みた。未だ推進機としては作動していないものの、今後別条件での研究を継続することで新たな発見の可能性がある。また、試みられたことのない条件における作動や、当初期待されていたものとは異なる結果が出たことで、さらに別の方式を生み出す可能性がある。
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