2023 Fiscal Year Annual Research Report
Digital Twin Creation of High-Density Ion Thruster with Electron Anomalous Transport Control
| Project/Area Number |
20H02346
|
|---|
| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
川嶋 嶺 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80794429)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | ホールスラスタ / 電気推進 / プラズマ / 放電制御 / 数値流体力学 / プラズマ乱流 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
（1）マイクロジェット噴射による勾配ドリフト不安定性への干渉に関する数値解析
本研究課題での研究成果である、ホールスラスタの周方向プラズマ振動の解析コードでは、自励的に生じる勾配ドリフト不安定性によって電子の異常輸送が引き起こされることが明らかにされてきた。今年度は、人工的に周方向非一様性を付加することによって、勾配ドリフト不安定性に干渉可能かどうか数値実験を行った。ホールスラスタのチャネル下流において微小な量の推進剤が周方向非一様に供給されたと仮定し、不安定性の発達を観測した。その結果、不安定性の周方向波長は、人工的に与えた周方向非一様性の波長に制御されることが分かり、勾配ドリフト不安定性は人工的な非一様性によって制御できることを示した。
（2）高密度イオン推進機の開発
昨年度数値的に設計を進めたホールスラスタの実機開発を行った。キセノンの代替となるアルゴンを推進剤として利用する場合、推進剤を効率よくイオン化させるためには従来の推進機作動よりも大きい投入電力が必要であるが、推進機の熱設計が困難となることが問題となっていた。この問題に対処するため、ホールスラスタの磁気コイルを本体と分離させた新しい構造の推進機を開発した。この実験機は、本研究課題の後の発展である、電子異常輸送を能動的に制御したホールスラスタの作動実証に活用されるものである。
（3）ホローカソードの数値設計
本研究課題によってホローカソードのプラズマシミュレーションを開発したが、これを駆使して今年度はホローカソードの数値設計を行った。キセノンガスが入手困難となっているためクリプトンやアルゴンでの作動を前提として設計を行ったが、プラズマシミュレーションの結果、投入電力を10％程度増加させれば、キセノンと同程度の電子引き出し量が期待できることが判明したため、既存のホローカソードと類似する設計とした。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
