2017 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ計測と数値解析の協同によるホール推進機の電子輸送現象の解明
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17H04972
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
渡邊 裕樹 首都大学東京, システムデザイン研究科, 助教 (30648390)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 宇宙推進工学 / 電気推進 / ホール推進機 / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マグネティックシールディング形状の磁場を持った2kW級ホールスラスタを用いて，スラスタ筐体電位および下流端面電位を真空チャンバー電位・浮遊電位・カソード電位と変更し，その影響を評価した結果，スラスタ筐体電位が放電特性に強い感度を持つことを確認した．また，中型および大型の真空チャンバーを用いて，真空チャンバー内の圧力が放電特性に与える影響に関しても評価を実施し，筐体電位と同様に放電特性に強い感度をチャンバー内圧力が持つことを確認した．この結果を踏まえ，次年度以降，筐体電位・真空チャンバー内圧力が電子の輸送現象に与える影響をプラズマ計測により評価を進める．
一方，放電室内部の電子の輸送現象を実験および数値解析の面から評価するため，数値解析コストが低い小型の100W級ホールスラスタの設計・試作を実施するとともに，スラスタを作動させるための直径0.8m・長さ1.6mの真空チャンバーの設計・製作を実施した．また，放電室内部のプラズマ計測を実施するためのプローブ移動機構の設計・製作・初期作動確認を実施した．製作した真空チャンバーの排気性能を評価するために，キセノンガス導入試験を実施し，0.4 mg/sのガス導入時で3×10^-3 Pa以下の高真空を維持できることを確認した．また，試作した100W級ホールスラスタの予備放電試験を実施し，タングステンフィラメントカソードによる主放電誘起を確認した．100W級ホールスラスタに合わせた六ホウ化ランタンを用いた小型ホローカソードも試作したが，プラズマ生成が確認できなかったため，次年度以降，100W級ホールスラスタの性能評価，数値解析を進めるとともに，小型ホローカソードの改修を進める必要がある．
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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
実験と数値解析の協同を進めるために，今年度は実験系の準備および性能評価を進める計画であった．概要に記述した通り，100W級ホールスラスタ・真空チャンバー・高速プローブ移動機構の設計・製作・作動確認を順調に実施した．また，2kW級ホールスラスタを用いた放電特性に強い感度持つパラメータの抽出も行えた．一方，小型ホローカソードに課題があり，3次元のFull-PICコードの開発が遅れているため，研究協力者と連携を取りながら，引き続き，研究を進めて行く必要がある．以上の観点から，研究は「おおむね順調に進展している」と自己評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度整備した真空チャンバー，ホールスラスタおよびプローブ計測系を用いて，放電室内外のプラズマ計測を次年度以降進めるとともに，研究協力者と協力して小型ホールスラスタの数値解析評価を進める．当初はプローブ計測に加えて，光学計測系を整備する予定であったが，計画時の予算額から採択時に減額があったため，本研究での整備は実施せず，他研究機関が所有する計測系を利用することにより，プローブ計測系のダブルチェックを進めて行く．また，真空チャンバー内の圧力がスラスタの放電特性に感度があることが本研究および他研究機関の実験結果から示唆されているため，電子の輸送現象と真空チャンバー内圧力の関係性を評価するため，共同利用制度を用いた宇宙科学研究所の大型真空チャンバーでの試験も次年度以降実施する．
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Hall Thruster Development for Japanese Space Propulsion Programs2017
Author(s)
Yushi Hamada, Junhwi Bak, Rei Kawashima, Hiroyuki Koizumi, Kimiya Komurasaki, Naoji Yamamoto, Yusuke Egawa, Ikkoh Funaki, Shideyasu Iihara, Shinatora Cho, Kenichi Kubota, Hiroki Watanabe, Kenji Fuchigami, Yosuke Tashiro, Yuya Takahara, Tetsuo Kakuma, Yusuke Furukubo, Hirokazu Tahara
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Journal Title
Transaction of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences
Volume: 60
Pages: 320-326
DOI
Peer Reviewed
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