極超音速自由飛行試験による火星大気ダストの大気突入カプセル空力加熱への影響評価

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04493
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 野村 哲史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任 (80709361)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 火星ダスト / 軽ガス銃 / 衝撃波可視化

Outline of Annual Research Achievements

火星大気中のダストの存在が、大気突入カプセルの空力加熱現象に与える影響を調査すべく、火星高層大気中のダスト環境を地上模擬し、その雰囲気中に秒速4km程度の自由飛翔体を射出する試験装置を導入することを目標に活動を実施した．模擬のためのダストとしては、文献調査に基づいて、SiO2やアルミナを主成分とする粒子とし、粒径については主に1マイクロメートル以下に分布するもの選定した．また、試験環境中にて粒子濃度を調整可能とするために、パルス的に粒子を試験気体とともに供給するシステムを設計した．ダスト浮遊用のチャンバーとしては、既存の高速飛翔体射出装置（二段式軽ガス銃）に接続可能な形態とし、飛翔体周りの衝撃波を可視化するための光学窓も設置した．模型射出については、火星突入時の代表的な速度として、秒速4kmでの模型打ち出しに安定的に成功している．また、高速移動体に対する可視化系については、撮影領域を十分に確保すべく直径200mm程度のレンズを用い、短パルスレーザーを光源に用いることでブレのない撮影が可能となるシステムを導入した．分光計測の実施に向けてバンドルファイバーを用いた光学系を導入し、飛翔体に応じたトリガー機能や信号強度などの基本的な性能を確認する試験を実施した．2022年度には、基準となる4km/sの速度域から開始し、様々な粒子濃度条件に対して、衝撃波形状の詳細な可視化を試みる予定である．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の予定では、少なくとも一つの条件に対して、ダスト雰囲気中への射出および衝撃波の可視化まで完了する予定であったが、ダスト浮遊システムの設計・製造に予定よりも時間を要した．加えて、試験装置（軽ガス銃）を共有する別研究課題において研究活動の加速要求に応えるべく予定よりも軽ガス銃の使用期間を長く確保する必要が生じたため、ダスト雰囲気中への打ち込み試験までは実施できなかった．

Strategy for Future Research Activity

2022年では、関係者との年間スケジュールの共有に留意して、本研究に対する試験期間を十分に確保することで、進捗の挽回を図る．衝撃波の可視化計測に加えて、別研究課題で実施中の分光計測システムも適用することで、衝撃層からのスペクトル計測も試みる．計測されたスペクトルに対して、既存の輻射解析モデルに基づいたフィッティングを実施し、差異の有無を確認し、必要に応じて新たな発光種を解析に取り込む．