2003 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマロケットエンジン用の先進的高密度ヘリコンプラズマ源の開発研究

Research Project

Project/Area Number	14350514
Research Institution	Japan Aerospace Exploration Agency
Principal Investigator	都木恭一郎独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 教授 (40172142)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	國中均独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 助教授 (60234465) 谷川隆夫東海大学, 総合科学技術研究所, 教授 (70207174) 篠原俊二郎九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (10134446) 西山和孝独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 助手 (60342622)
Keywords	プラズマロケットエンジン / ヘリコン / プラズマ源
Research Abstract	電磁加速が可能なプラズマロケットエンジンのプラズマ源は,充分に高密度のプラズマ生成10^<13>cm^<-3>が必要である。小型の方では内直径2.5cmのガラス管内で高周波放電によるプラズマ生成をインプットパワーを上げて試みた。印加周波数は60MHzの辺りでもっとも低いパワー1〜10Wで点火できるのでそれに固定した。作動ガスはアルゴンで1〜8mg/sと電気推進に匹敵する小流量である。また,高周波インプットパワーは最大250W程度まで上げた。外部磁場90G未満程度の印加で,明解な誘導性結合プラズマを発生し,高々28w程度で密度は既に10^<12>cm^<-3>に達する。しかし更にインプットパワーを上げても漸増するのみで結局,250Wでも8x10^<12>cm^<-3>程度に留まり,あと一歩のところで目標の10^<13>cm^<-3>に至らなかった。これは,磁場の印加強度や印加RF周波数の最適化が未熟である事に起因する。今後これらのパラメターを最適化する。一方,生成したプラズマを三角波電流パルスをガラス管に巻いたコイルに印加することで誘導電流によるプラズマ加速を試みた。これが無放電電極によるプラズマ加速の足がかりとなるが,現段階では若干のプラズマ密度不足により加速の検証には至らなかった。今後の高密度化の達成により自然に加速も確かめられる。一方,大型の方では磁化プラズマ装置(内径74cm,長さ486cm,最大磁場強度2kG)に直径42cm,4ターンのスパイラル・アンテナを設置し,世界最大の体積を持つヘリコン・プラズマ生成に成功.しているが,今回最大出力4kWのパルス用高周波増幅器を用いることで5x10^<12>cm^<-3>を越す高密度プラズマ生成が可能となった。励起アンテナからの放射パターン,アンテナ近傍の磁場配位を調整することでプラズマの径方向密度分布をコントロールする方法を見出した。永久磁石を円筒状に配置したマグネット・ケージを設置した結果,放電効率が更に上昇しヘリウム放電も容易になった上,ショットごとの再現性も改善された。

Research Products

(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] 菊地亮一: "小容量ヘリコン源を利用したプラズマ生成と加速"宇宙輸送シンポジウム講演集. 平成15年度. 300 (2004)
[Publications] 篠原俊二郎: "多目的用大容量・高密度ヘリコン源のプラズマ特性"宇宙輸送シンポジウム講演集. 平成15年度. 296 (2004)
[Publications] 篠原俊二郎: "大容量及び小容量ヘリコン源のプラズマ特性"プラズマ・核融合学会第20回年会. 26aB11P. 130 (2003)
[Publications] Shunjiro Shinohara: "Large Volume Helicon Plasma Production by Spiral Antenna"Proceedings of XXVI International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Vol.1. 67-68 (2003)
[Publications] 篠原俊二郎: "ヘリコン波による大容量・高密度プラズマ生成"スペースプラズマ研究会. 48・7. 5-8 (2003)
[Publications] Takao Tanikawa: "Characteristics of Large-Volume Helicon-Plasma Source"Bulletin of the American Physical Society. 48・7. 121 (2004)
[Publications] 谷川隆夫: "磁化プラズマ装置による低域混成波ソリトンの実験"スペースプラズマ研究会. 平成15年度. 53-56 (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマロケットエンジン用の先進的高密度ヘリコンプラズマ源の開発研究

Principal Investigator

都木 恭一郎 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 教授 (40172142)

Research Products

[Publications] 菊地 亮一: "小容量ヘリコン源を利用したプラズマ生成と加速"宇宙輸送シンポジウム講演集. 平成15年度. 300 (2004)

[Publications] 篠原俊二郎: "多目的用大容量・高密度ヘリコン源のプラズマ特性"宇宙輸送シンポジウム講演集. 平成15年度. 296 (2004)

[Publications] 篠原俊二郎: "大容量及び小容量ヘリコン源のプラズマ特性"プラズマ・核融合学会第20回年会. 26aB11P. 130 (2003)

[Publications] Shunjiro Shinohara: "Large Volume Helicon Plasma Production by Spiral Antenna"Proceedings of XXVI International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Vol.1. 67-68 (2003)

[Publications] 篠原俊二郎: "ヘリコン波による大容量・高密度プラズマ生成"スペースプラズマ研究会. 48・7. 5-8 (2003)

[Publications] Takao Tanikawa: "Characteristics of Large-Volume Helicon-Plasma Source"Bulletin of the American Physical Society. 48・7. 121 (2004)

[Publications] 谷川 隆夫: "磁化プラズマ装置による低域混成波ソリトンの実験"スペースプラズマ研究会. 平成15年度. 53-56 (2004)

都木恭一郎独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 教授 (40172142)

[Publications] 菊地亮一: "小容量ヘリコン源を利用したプラズマ生成と加速"宇宙輸送シンポジウム講演集. 平成15年度. 300 (2004)

[Publications] 谷川隆夫: "磁化プラズマ装置による低域混成波ソリトンの実験"スペースプラズマ研究会. 平成15年度. 53-56 (2004)