2012 Fiscal Year Annual Research Report
キャビティリングダウン分光法を用いたイオンエンジンの寿命評価システムの開発
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23656540
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山本 直嗣 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (40380711)
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| Keywords | イオンエンジン / 寿命評価 / キャビティリングダウン分光法 / 電気推進 / 光学測定 |
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| Research Abstract |
「はやぶさ」の成功でその有益性が実証されたイオンエンジンではあるが、普及に向けた最大の課題として耐久性の向上が挙げられる。耐久性の向上に必要不可欠な寿命の評価方法を，従来の評価方法に代わり、キャビティリングダウン分光法を用いて，「リアルタイム」で、「定量的」にイオンエンジンの耐久性が評価できるシステムの開発を行った．
数値解析に関しては，フラックスチューブ法を用いた寿命評価コードに関して，計算手法を変更し，これまでの10倍速く計算できるように改善した．この改善した寿命評価コードに遺伝アルゴリズムを用いた最適化手法を組み込み，最適化したところ，これまで38000時間だった寿命が87000時間まで延ばせる事が示せた．また，開発したコードを用いて，電極から損耗される原子数を見積もったところ，2.20×10＾11 atoms/secであることがわかり， キャビティリングダウン分光法で計測される線密度は６×10＾11 atoms/m^2であった．これよりＳＮ比10以上で計測するためには，リングダウン時間が１０ μｓ以上で，リングダウンタイムの揺らぎが１％以下に抑えることが必要なことが分かった．
これと並行して，キャビティリングダウン法で用いるキャビティの改良を行った．温度の影響を受けにくくするために，キャビティの構造材を変更し，ミラーの保持部の強度を上げるなどして，揺らぎを低く抑えた．また，高反射ミラーをより反射率の高い物に変更し，それに伴い光検出器もより高感度の検出器に変更するなどの改良を行った．
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