2021 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of anomalous transport in Hall thrusters
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18H03815
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山本 直嗣 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40380711)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 茂 筑波大学, システム情報系, 准教授 (30545778)
森田 太智 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (30726401)
張 科寅 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (40710596)
桑原 大介 中部大学, 工学部, 講師 (60645688)
富田 健太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70452729)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気推進 / プラズマ計測 / 異常輸送 / 揺動 / 原動機・推進 / ホールスラスタ / 宇宙推進 / プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホールスラスタにおける異常輸送の物理機構を解明するため、スラスタ内部の物理量を十分な精度で測定する必要がある。そこで、サブナノ秒パルス圧縮システムを用いたレーザー散乱計測を実施し、様々なノイズ信号とレイリー散乱やトムソン散乱など、微弱な散乱信号との分離が可能であるか検証した。パルス圧縮によってサブナノ秒にしたレーザーパルスの出力が50 mJ以上であれば、5×10＾24 m＾-3程度の高密度プラズマであっても、トムソン散乱信号を観測可能であることが明らかにした。このようにパルス幅の短いレーザーを用いた計測がスラスタ内部の物理量計測に有効であることを実証した。
また、異常輸送にプラズマ揺動が起因するか否かを明らかにすべく、改良した４チャンネルマイクロ波干渉計測システムを用いてホールスラスタ内部のプラズマ揺動計測を行った。その結果として、乱流揺動が異常輸送と相関が見られること、またこれまで観測されてこなかった低周波揺動がこの乱流を抑制しうること、さらに乱流と電離不安定性は非線形結合していることなどが明らかになった。
さらに、ホールスラスタの陽極部分を分割し、それぞれ独立に電流を計測することで、周方向のプラズマの偏りの時間変化と、軸方向の電流の流れの大きさの関係を調査した結果として、プラズマの偏り自体は存在すること、印加磁場が大きくなると周方向の偏りの移動速度が上昇することがわかった。
これらの成果は異常輸送の物理機構解明に大きく貢献する。特にこれまで報告がなかった低周波揺動は、異常輸送抑制に貢献できうることを世界に先駆けて示唆した意義深い成果である。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Rotating Spoke Behavior and Anomalous Electron Transport in Hall Thruster2022
Author(s)
M. Nonaka, J. Yamasaki, Y. Murayama, T. Kobayashi, E. Maruyama, H. Ito, S. Yokota, K. Shimamura, T. Kurihara, T. Morita, K. Shimamura, S. Yokota
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science
Int'l Joint Research
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