Acceleration Mechanism of Xenon Ion in Electric Propulsion Thrusters

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H04973
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Tsukizaki Ryudo 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, 助教 (70720697)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: イオンエンジン / マイクロ波 / はやぶさ２ / Destiny+ / 中性粒子 / 2光子 / LIF

Outline of Final Research Achievements

In this research, two-photon absorption laser-induced fluorescence spectroscopy has been applied to the microwave ion thruster that was used for the asteroid explorer Hayabusa2. It revealed that neutrals are excited to metastable, which resulted in the increase of ionization rate and in the improvement of thrust performance in the ion source. Also, we applied it to the plume region of the microwave cathode. The dynamics of the xenon neutral number densities was revealed.
The above achievements have been published in 13 peer reviewed journal papers, and currently three review processes are undergoing.

Free Research Field

宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

イオンエンジンやホールスラスタなどの宇宙用プラズマ推進機は、燃料の密度分布が推進性能や電源仕様に重大な影響を及ぼすにもかかわらず実験的に計測する手法が確立されてこなかった。本研究によって確立された中性粒子密度計測手法によって数値計算の妥当性が検証可能となっただけでなく、推進性能やプラズマの電流振動に中性粒子がどのような影響をもたらすのか明らかになった。プラズマ推進機のさらなる発展により、地球全域をカバーするインターネット衛星網や、太陽系の生命起源に迫る深宇宙探査などの新たな宇宙プロジェクトが可能となり、人類の宇宙進出が加速する。