2014 Fiscal Year Annual Research Report
固体反応大気吸入イオンエンジンの超低軌道運用に関するフィージビリティースタディー
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25630392
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
田川 雅人 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10216806)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 久美子 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助手 (20252794)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 電気推進 / 原子状酸素 / イオンエンジン / 大気吸入 / ABIE / マイクロ波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超低軌道の大気を推進剤とする日本オリジナルのアイデアである大気吸入イオンエンジン(Air Breathing Ion Engine, ABIE)について、ABIEへの分子流入速度を地上で再現できるレーザーデトネーション法を用いた実験的研究方法を確立することを目標とした研究である。ABIEの超低軌道運用実現のためには超低軌道環境地上模擬試験法の確立が不可欠であるが、ABIE運用高度である超低軌道環境（8km/s N2+O）の環境を地上で再現することは、これまでのパルスバルブシステムを用いて実験的に再現することは極めて困難であることが明らかになった。その解決方策として、N2の代わりにArを用いたシミュレーション法を提案した。ArとN2は電離断面積およびイオン化エネルギーがほぼ等しいことから（15.58 eV for N2, 15.76 eV for Ar）、N2代替としてのArの使用は妥当であると評価されたが、今後、定量的な検証が必要である。
ABIE試作機と原子状酸素ビームパルスを用いた実験を行った結果、リフレクターで反射された原子状酸素により放電室内の瞬間的な圧力上昇が確認され、プラズマ点火も確認された。これは世界初となる高速原子状酸素流によるマイクロ波プラズマ点火実証である。しかしながら、反射マイクロ波によるコネクターの焼損を抑制することが困難であることから、DCプラズマの適用も視野に入れることの必要性、さらにABIEの実用化にはエアインレットの設計が極めて重要であること等が明らかになった。
一方、計算機シミュレーションからは、実験に用いているm-6型イオンエンジン放電室内部のアンテナおよび磁石配置とイオン形成場所の関連性を明らかにし、リフレクターによる中性ガス密度分布の最適化が効率的なプラズマ形成に必要であることが確認された。
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