2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a space debris removal technology by a bi-directional plasma acceleration
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18K18746
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 和貴 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451491)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 晃 東北大学, 工学研究科, 教授 (90182998)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ・核融合 / スペースデブリ / プラズマ推進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度である令和２年度には，これまでの軸方向磁場を用いたソレノイドコイルに加えて，径方向の磁場を発生可能なソレノイドコイルをスラスタ出口近傍に設置し，外部磁場を用いたプラズマ噴射方向の制御に関する実験を実施した．前年度までに明らかにされた，軸方向磁場の分布による上流・下流への噴射量の制御に加えて，左右への噴射方向を磁場構造によって制御することに成功し，最大で±5°の確度制御が可能であることを明らかにした．このことから，メカニカルな機構を用いることなくプラズマの噴射方向を変更可能であることが明らかになり，推進システムの長寿命化が可能になると期待されるとともに，デブリ除去へ向けた制御性の向上につながる結果が得られた．
打ち上げ・宇宙空間での運用に向けた課題として，推進システムの小型化や軽量化の課題があげられる．昨年度の実験において，周波数制御によるインピーダンス整合を高速で行うシステム開発に成功しており，今年度は大出力化を目指して，最大500W級の自動制御高周波システムの開発を実施した．スラスタの推力直接計測および下流域におけるイオンエネルギー分布関数計測を実施し，自発的に発生する電位降下によって超音速イオンビームが励起されること，および従来の13.56MHz電源と可変コンデンサを用いたシステムと同等の推力が得られることが分かり，自動制御型高周波システムを用いてスラスタが動作可能であることを明らかにした．このシステムでは，容積の大きい可変コンデンサを用いずに，固定コンデンサのみを用いてインピーダンス整合が可能であるため，推進システムの小型化につながる技術であり，大型デブリ除去技術のための数kW級スラスタ開発に向けて，今後さらに大電力化を進める予定である．
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