レーザー推進の基本性能とその物理現象の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450393
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 荒川 義博 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50134490)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 犬竹 正明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90023738) ; 小林 鶴雄 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (90215343) ; 小紫 公也 東京大学, 創成科学研究科, 助教授 (90242825)
• Keywords: レーザー / 宇宙推進 / レーザー推進 / プラズマ

Research Abstract

本研究では、レーザー推進を実現させるための比例則を確立することを目的として、安定なレーザープラズマの生成に成功したこれまでの研究成果をさらに発展させ、そのレーザープラズマを光学的プラズマ診断法により計測し、推進剤ガスのレーザー吸収・加熱特性、電離・励起反応、伝熱・エネルギー散逸等の物理現象を調べた。さらにレーザー推進機を試作して、推進剤の種類とその流量、レーザー光出力など各種作動条件を変化させて推力を測り、レーザー推進の基本性能を求め、前述の物理現象との関わりを調べた。
半導体レーザー吸収分光法を用いて、プラズマの温度、密度、速度分布を計測する。プローブ等の接触型の測定は適さないので、作動ガスに応じて、発光分光、吸収分光計測を併用した。吸収ピーク波長のドップラーシフト温度は吸収線の広がり、吸収係数の空間速度を計測することによって、速度、温度、密度をそれぞれ評価することができる。これらの諸量の測定には、現有の半導体レーザー吸収分光システムも利用した。
プラズマ生成領域およびエネルギー散逸領域の物理現象をモデル化し、数値解析コードを構築した。圧縮性ナビエ・ストークス方程式を基本とし、数値流体力学を用いて流れ場の解析を行った。レーザー吸収領域の密度および温度の2次元分布測定結果と、数値解析コードを用いて得られた数値シミュレーションの結果を比較してきている。