Study on milimeter-wave discharge detonation using a gyrotron

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02344
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Komurasaki Kimiya 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90242825)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: エネルギー全般 / 航空宇宙工学 / ミリ波 / プラズマ / 推進

Outline of Final Research Achievements

Experiments and numerical simulations were conducted on detonation waves driven by millimeter-wave beams in the air. A 94 GHz high-power millimeter-wave oscillator gyrotron was utilized to observe high-speed propagation caused by microscopic plasma structures along the detonation wave, as well as local thermal non-equilibrium. Numerical simulations, incorporating the effects of microscopic structure and thermal non-equilibrium, have successfully predicted the thrust performance of Microwave Rocket under the ideal and partial air refilling conditions. Using these results, development of a real-scale Microwave Rocket and a demonstrative launch of it are anticipated.

Free Research Field

航空宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、専らマイクロ波ロケットの研究開発のために東京大学にて開発・設置された大出力ミリ波源ジャイロトロンUT-94を利用し、多様な高速度撮像・分光装置を用いて、世界で初めて大気圧ミリ波放電のプラズマ構造、熱的非平衡現象などを詳細に分析し、マイクロ波支持デトネーション波伝播現象の物理モデル構築が行われた。本研究の成果は、今後予定されているマイクロ波ロケット打ち上げ試験のためのプロトタイプモデル設計ツールとして用いられ、さらに実用ロケットの設計、評価を通じて、その実現可能性や、他の打ち上げシステムに対する優位性、低コスト性の評価に資することが期待される。