2015 Fiscal Year Annual Research Report
ヘリコンプラズマスラスターの推力発生機構の解明と大出力化
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25287150
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 和貴 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80451491)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 晃 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90182998)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電気推進 / ヘリコンプラズマ / 磁気ノズル / 無電極推進 / 推力計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の最終年度である平成27年度は，磁気ノズルヘリコンプラズマスラスタ中の推力発生機構の解明および性能向上に注力して研究を進めた．プラズマ源内部に軸方向電場が形成された際にイオンが自発的に加速され，このイオンが半径方向壁面へ損失する際に軸方向運動量の損失を引き起こす現象が観測された．従来のモデルではこの項は無視されて取り扱われてきたが，新たな運動量損失項として無視できない現象であることを，推力分解計測によって実験的に明らかにした．また磁気ノズル内部のプラズマ周方向電流を直接計測した．これまでは，磁気ノズルによる推力成分は，電子反磁性ドリフト電流に起因する周方向電流と径方向磁場によるローレンツ力であると考えられてきたが，実際に流れる正味の電流は，磁場が弱い条件下では電子反磁性ドリフト電流と電子ホール電流で与えられることを実験的に示した．一方で磁場が強い条件下ではこれまでと同様に電子反磁性ドリフト電流が支配的であることが示された．すなわち，磁気ノズル中では磁場強度が下流域で減少するため，より複雑な電流分布が形成されうる可能性が見いだされたといえる．
これらの知見を基盤として，ヘリコンスラスタの推進性能向上に関する実験を展開した．大口径化により上記の半径方向壁面へのプラズマ損失を抑制し，磁気ノズル効果を顕著にするために磁場強度を増大したところ，高周波電力5kW程度において，推力60mN, 比推力1800秒を得ることに成功し，本研究で目標としていた値以上の成果が得られた．この状態においても壁面へのエネルギーロスは80%-90%程度になることが示され，この壁面損失の抑制が今後の性能向上の課題であることを明確に示したといえる．
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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