2012 Fiscal Year Annual Research Report
液体推進剤パルス型プラズマスラスタにおけるプラズマの発生及び加速過程の解明
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12J10079
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川嶋 嶺 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | プラズマ / 電気推進 / 数値解析 / パルス型プラズマスラスタ / ホールスラスタ |
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| Research Abstract |
本研究の目的は液体推進剤パルス型プラズマスラスタ(PPT)におけるプラズマ生成及びプラズマ加速過程の解明である。小型衛星用推進機の有力候補であるPPTであるが、推進剤に従来の固体ではなく液体を用いることで大きな性能向上が期待されている。PPTやホールスラスタに代表される電磁加速型の電気推進機においては、放電経路かつ推力発生の元となるプラズマの物理現象を解明することは極めて重要である。本研究は液体推進剤PPTにおけるプラズマの物理現象を数値シミュレーションとプラズマ診断の実験により解明するものである。
平成24年度では、数値解析の先行研究がPPTと比較して多く存在するホールスラスタを題材とし、電磁加速型推進機における静電場中のプラズマの挙動を模擬する数値解析手法の開発を試みた。その結果、イオン-中性粒子を粒子として扱い粒子法により解き、電子を流体として解くハイブリッドPIC法をベースとした計算手法を開発した。磁場が印加される下では電子の磁力線を横切る方向の運動が強く制限され、一方で磁力線に平行方向には動きやすいため、電子の挙動には強い異方性が生まれる。この計算手法では流体の解法に直接法を適用することにより、異方性を持つ電子の流束を二次元で高い精度で計算し、二次元電位分布や電子温度分布を計算する。得られた成果の一つとして、ホールスラスタにおいて、壁面に衝突することにより失われるイオンがどこで生成されるかを二次元で明らかにした。壁面衝突によるイオンの損失は電気推進一般において効率低下の原因となるため、このイオン損失領域を解明したことは今後の推進機設計に役立つと考えられる。
また液体推進剤PPTの実用上重要となる、真空中において液体を高い気密性で保持する推進剤タンク_噴射器系を開発した。この噴射器を用いて実験を行い、推進機の作動に成功している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成24年度の目標は、電磁加速型の推進機におけるプラズマ解析コードの大枠の完成、及び実験用パルス型プラズマスラスタの作製であったが、これらは概ね達成された。
プラズマ解析コードとしては、ハイブリッドPIC法をベースとした二次元の解析手法を開発した。実験用推進機としては、液体の高い気密性を持つ推進剤タンク-噴射器系を開発し、推進機を作動させた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度の目標は計算の高速化、及び計算結果と実験結果の比較による計算コードの妥当性検証である。
計算の高速化としては並列化の他、多次元での流体計算にしばしば用いられるAlternate Directional Implicit法の適用を検討している。
実験としてはプローブ測定によるプラズマの診断、及び高速度カメラによるプラズマの挙動の観察を行う予定である。実験により得られたプラズマの情報は計算結果と比べられ、計算モデルや計算手法は随時改良される。
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Research Products
(2 results)
