2016 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Acceleration Mechanisms and Plasma Propulsion Applications through Interactions of Ultra-short-pulse Discharges and Matters
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15H04203
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 教授 (30256169)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 滋 東海大学, 理学部, 教授 (40297205)
橘 武史 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (50179719)
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
鄭 和翊 東海大学, 理学部, 教授 (70399335)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | パルスプラズマ加速宇宙推進システム / ナノ秒短パルス放電プラズマ発生機 / ナノ秒短パルス放電 / ナノ秒短パルス放電発生電源 / 高繰り返しプラズマ発生機 / 推進性能評価 / パルスプラズマ診断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H28年度は各重要要素の構築ならびに性能評価・最適化について実施した．
【A．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築，性能評価および高性能化に向けた最適化】 ◆既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出に取り組んだ．
【B．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ◆ハイブリッドPICコードを用いて上記【A】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出に取り組んだ．
【C1．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 ◆1)種光のパルス幅，2)パルスエネルギー，3)繰返し周波数，4)ファイバ増幅器のゲイン，5)ファイバ増幅器の長さ，などの影響について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化・小型化に向けた開発を行った．
【C2．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 ◆新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態で真空チャンバ内（0.001 Pa）でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）の放電作動試験を行い，放電電流および放電電圧の計測を行った．
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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
H28年度は各重要要素の構築ならびに性能評価・最適化について実施した．
【A．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築，性能評価および高性能化に向けた最適化】 ◆既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出に取り組んだ．
【B．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ◆ハイブリッドPICコードを用いて上記【A】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出に取り組んだ．
【C1．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 ◆1)種光のパルス幅，2)パルスエネルギー，3)繰返し周波数，4)ファイバ増幅器のゲイン，5)ファイバ増幅器の長さ，などの影響について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化・小型化に向けた開発を行った．
【C2．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 ◆新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態で真空チャンバ内（0.001 Pa）でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）の放電作動試験を行い，放電電流および放電電圧の計測を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度は最終年度でこれまで構築してきた各重要要素の最適化・統合について取り組む．
【A．シングルパルス放電実験】：前年度に引き続きシングルパルス放電時における性能評価を行う．
【B．数値計算による作動条件の最適化：最適作動条件の抽出】：計算値と実験データの比較検討を行うことで，最適作動条件の実現を狙う．
【C．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の最適化】：各種作動条件を変化させ作動特性を評価する．
【D1．連続パルス作動時の放電特性評価：統合システムの評価】：統合システムの評価実験および最適作動条件の抽出を行う． 【D2．連続パルス放電作動時の推進性能評価：統合システムの最適化】：上記システムにより高繰返しパルス作動試験を行い，推進性能を評価する．更なる高効率化（> 70%）・高比推力化（> 20,000 s）をねらう．
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