2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research and Demonstration of Next Generation Hall Thrusters and their Mechanism for Producing High-speed Plasma Jet
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20H05656
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50311171)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 裕樹 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (30648390)
大塩 裕哉 龍谷大学, 先端理工学部, 助教 (80711233)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / プラズマ・核融合 / 宇宙機推進 / ホールスラスタ / ホローカソード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高電圧ホールスラスタ作動試験として、電圧3kV、磁束密度強度0.1Tと、過去には実施されなかった非常に高い電圧と磁場を短時間印加可能なスラスタを設計して試作した。高電圧ホールスラスタではチャンネル幅を狭くして強い磁束密度強度により放電の安定化を図るが、本年度研究では2種類のスラスタの設計製作を行った。1つ目(A型)は高電圧化によって上昇する電子温度を低減することで多価キセノンイオンの生成を抑え、できる限り1価のイオンとして排気することを目指す。このため、チャンネル壁とプラズマとの接触面積と衝突を一定量確保できる形状設計とした。ただしこのA型のチャンネルでは1kV程度までの動作までが限界で、それ以上では2価イオンが多く発生して排気速度と性能が制約されると予想されることから、もう一つの型としてB型のスラスタ形態にて、最大3kVまでの高電圧により2価以上のイオンを主体とし高密度で高エネルギーなジェットの実現と、上限の無い特性を目指す。この場合、エネルギーの大きな2価イオンの衝突によるチャンネルセラミック壁の損耗が懸念されるため、チャンネル出口付近の狭い領域でプラズマ生成と加速を行う磁場配置を工夫した。これら2つの型のスラスタが完成し、電気等試験までを実施した。スラスタは宇宙航空研究開発機構所有の大型真空チャンバー内の推力測定スタンド上に設置され、推力から平均排気速度を、また、ジェット中の1点でのラングミュアプローブ計測により密度・温度・空間電位等の情報を得るが、本年度は試験のための設備ならびに計測駆動系の整備を行った。また、スラスタチャンネル内部診断ならびにカソードの設計最適化のための試験システムについても整備を完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ホールスラスタの設計製作と、試験実施のための試験設備の整備について、計画された項目が完了したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、火星圏への往復航行や外惑星到達に求められる40から50km/sの高い排気速度を目指し、過去に実施されたことの無い高い電圧（1から3kV）とサブテスラ級の強磁場を印加可能なスラスタシステムを実験的に評価して設計最適化を図る。
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