2014 Fiscal Year Annual Research Report
高精度テーラーメイド宇宙環境試験のための非熱平衡系多成分高速原子ビーム形成技術
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26289322
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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) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 宇宙環境 / 超低軌道 / 多成分原子ビーム / 地上シミュレーション / 材料劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
広範な宇宙環境での材料劣化現象を地上シミュレーションするには、これまでの原子状酸素のみの試験ではなく、異なるエネルギーで同時衝突する重元素を含んだ分子衝突を再現できるシミュレーション技術が必要である。さらに実宇宙環境を完全には再現できない現状では、地上試験環境で定量性を担保するには表面科学をベースにした原理的な理解が不可欠となる。本申請では、①世界初となる非熱平衡混合原子・分子ビームを発生させる技術開発、②放射光などの先進表面分析の導入による複雑反応系における化学反応メカニズム解明と定量推定精度向上、さらに、③衛星搭載用センサーとその地上キャリブレーション法を同時開発することによる超小型衛星等を用いた高信頼性日本型非回収宇宙材料曝露試験法の確立を目指す。これらにより、世界に先駆けてサイエンスに立脚した広範な宇宙環境に適用可能な軌道上曝露試験の基盤技術を確立することを目標としている。研究初年度である平成26年度には多成分ビームを形成するためにPSVへ任意の組成の混合ガスを供給可能な高精度ガス混合器を新たに導入し、その動作確認とオペレーション条件の最適化を行った。
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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
混合ターゲットガスを用いた場合には、レーザープラズマ内の原子･イオン過程が複雑化するため、ガス種によりレーザー解離・加速メカニズムが異なることが考えられる。そこで、ガスの組成や混合比を変化させた場合に、各成分がどの程度のエネルギーまで加速されるかを測定し、宇宙環境実験に適した速度分布を得られる条件を探索することを目標として、平成26年度には高精度ガス混合システムを導入し任意の割合での混合原子ビームの形成を試みた。本研究で導入したデンマーク製Dansensor社 MAPMix9000システムは圧力コンパレータにより自動的に混合割合を調整できる特徴を有しており、長時間照射には適した特性を有するが、パルス動作の本システムへの適合性は未知数である。そのため、本年度は各種条件でMAPMix9000システムを実際に運用し、運用条件の最適化を行った。その結果、パルスバルブの上流に適当な大きさのバッファータンクを設置し、運転開始時に配管内フラッシングと1時間程度の予備運転を行うことで、所定の混合比の原子ビームを安定にPSVからノズル内に導入できることが確認され、次年度以降の本格使用の準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
MAPMix9000システムの導入と運用条件を確立した平成26度に引き続き、平成27度には本システムでノズル内に導入した混合ガスにレーザーを照射し、超熱混合原子ビームの形成とそのキャラクタリゼーションを行う予定である。超低軌道における重分子衝突についての詳細分析には、重分子の持つ運動エネルギーあるいはモーメンタムトランスファーによって吸着分子を含んだ表面反応系における化学反応を詳細に解析する必要があるため、光電子分光法やX線吸収スペクトル等のビーム励起表面反応を用いた最新の極表面分析を適用する予定である。さらに応用物理学会ビーム応用大分類の代表を務める立場を利用して、国内の分子線研究者との連携による表面科学からのアプローチを強化する。これによりCollision-induced desorption, Collision-induced reactionなど新しい化学スキームによる宇宙機表面反応の理解を進める。一方、高度600km以上の低地球軌道上層では原子状酸素に加えてヘリウムや水素が主要な成分となる。そこで原子状酸素にヘリウム等が同時衝突する環境が本装置を用いて地上で再現できるかを確認し、MISSEやハッブル宇宙望遠鏡、太陽観測衛星「ひので」等が周回する宇宙環境で報告されている材料劣化現象を再現可能な材料試験を地上で実施できる環境を整備する。
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| Causes of Carryover |
当初、平成26年度中に開催が予定されていた本分野における国際会議ISMSE-13が、ホスト機関（ONERA, France）の都合により平成27年6月開催にずれ込んだため、そのための旅費を平成27年度に残したこと、また、平成27年2月に高圧レギュレータの故障が発生し、その修理が年度を跨いだことにより、次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の故障物品の支払いと国際会議参加は2015年度上半期に支払いが完了する予定である。
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