2017 Fiscal Year Research-status Report
Study on Reduction of Reentry Blackout by Surface Catalysis Effect
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17K14871
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高橋 裕介 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40611132)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 惑星大気再突入 / 空力加熱 / 通信ブラックアウト / 表面触媒効果 / プラズマ中の電磁波伝播 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気再突入時に高温プラズマに包まれた宇宙機が、地上局やデータ中継衛星との通信途絶現象（通信ブラックアウト）に陥ることは大きな問題である。その一方で、再突入機近傍のプラズマ諸量分布や電磁波挙動の正確な予測が難しく、通信ブラックアウト低減に繋がる知見の探索が困難な状況である。したがって、この問題を回避・緩和するために通信ブラックアウト低減化技術は必要である。いま表面触媒性による宇宙機後流プラズマ密度の低下と、それによる通信ブラックアウト低減が期待されている。本研究においては、プラズマ風洞と数値解析技術を用いて、再突入時における通信ブラックアウト環境の再現を行い、表面効果による低減化メカニズムおよび低減化技術の指針を見出すことを目的とする。
今年度は、研究代表者が過去に作成したブラックアウト予測ソフトウェアを用いて欧州宇宙機関の再突入カプセル（ARD）の再突入環境を数値的に再現し、表面触媒効果あり・なしのケースを調査した。これによって表面触媒効果によるブラックアウト低減化の可能性を示した。
また、数値解析手法を用いてDLR(ドイツ航空センター) 1MWアーク加熱風洞L2Kの気流温度や速度、化学種組成などの分布を明らかにした。この風洞 は、DLRに設置されている再突入環境の再現が期待できるアーク加熱風洞である。これまでピトー圧計や熱流束計、レーザーを利用した気流温度など様々な計測が行われきたが、さらにDLR風洞のプラズマ風洞気流を明らかにする必要があった。この研究成果は、次年度以降に予定しているDLR風洞での通信実験を評価する際に重要な情報となるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
より信頼できるデータ取得を行うにあたって、DLR 1MWアーク加熱風洞L2Kの風洞気流を明らかにする必要があると判断し、上記研究実績の概要で記載したとおり、その作業事項を行った。そのため、本来の研究計画から多少の変更が生じている。
平成29年度の研究予定に組み込んでいた九州大学アーク加熱風洞を用いた通信試験と触媒性材料選定作業は、九州大学における研究者と連携して行うことが効率的であると判断し、次年度作業に組み入れることとした。なお、九州大学アーク加熱風洞は研究代表者の過去の研究によって明らかにされており、それにかかる時間的コストはほとんど生じない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度の計画として次の３つを主な遂行内容とする：
（１）九大20kWアーク加熱風洞を用いてプラズマ気流を生成し、試験モデルの試験を実施する。ここでの目的はブラックアウト予測ツールの解析モデル検証、試験モデルの健全性（耐熱性・耐圧性など）のチェックとしている。風洞計測データ（気流圧力や表面熱流束）と数値解析結果を比較して、妥当性評価を実施する。また、合わせて後流プラズマ密度の低下が期待できる触媒能（材料がもつ触媒性の高さである触媒性再結合係数）材料の選定を実施する。
（２）通信ブラックアウト予測ツールを用いて、アーク加熱気流に投入された試験モデル近傍の流れ場および電磁波伝播を調べる。対象は九州大学20kWアーク加熱風洞とDLR 1MWアーク加熱風洞とする。送信アンテナをモデル内部、受信側を側面側などに設置するとし、電磁波挙動に焦点を当てる。モデルの表面触媒能を変更し、プラズマ密度の低下や伝播の可能性を調査する。
（３）ESA ARDなどの再突入カプセルを対象とし、機体に一定の触媒性をもつ材料を貼り付けたケースの解析モデル作成を実施、数値解析による通信ブラックアウト低減化の準備を実施する。
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