2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study of MPD Thruster System for Future High-power Space Explorations
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26289328
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥野 喜裕 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (10194507)
堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 教授 (30256169)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 航空宇宙工学 / プラズマ・核融合 / 宇宙機推進 / MPDアークジェット / 有人惑星探査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、有人火星ミッション等の大型深宇宙探査機の主推進を担う100Nクラス電磁プラズマ力学(MPD)スラスタシステムについて、その基本設計を得ることである。このクラスのMPDスラスタは、過去に試験されたことが無いことから、世界最高出力の1MW（メガワット）クラス電気推進を目指すこととなる。
MPDスラスタでは、高温高密度プラズマと放電室壁面が直接接することから、プラズマからスラスタ本体への入熱が非常に大きくなるが、本研究における推進特性評価で採用している、放電時間1ms（ミリ秒）程度の短パルス実験にて、MPDスラスタの熱環境を模擬できるかについては、確認がなされていなかった。こうしたことから、実機（大型）スケールの1msの短パルス試験に加えて、陰極表面における放電ならびに温度環境を模擬した長時間（連続）試験を実施して、陰極等の温度プロファイルを比較した。実機スケールの1ms短パルス試験では陰極先端部に高い温度領域が存在してこの高温領域が放電時間と共に拡大していくプロファイルとなるのに対して、長時間（連続）模擬試験では電極域で一様となる熱平衡プロファイルが得られた。1ms短パルス試験における特徴的な温度プロファイルを考慮した電極モデルの構築が重要である。
こうした実験的研究に加えて、水素を主体とした放電数値シミュレーションモデルの高度化も実施され、加速されたイオンと低速にとどまる中性粒子との速度差に起因する電力損失および加熱も考慮したスラスタ設計改善がなされた。更には、MPDスラスタシステムとしての設計のうち、特に重要と考えらえれるスラスタからの抜熱ならびに抜熱した熱を排熱する輻射パネルの検討が実施され、メガワットクラスMPDシステム全体としての成立性が簡易的ではあるが確認され、排熱に不可欠なヒートパイプの設計など、今後の開発課題が明らかにされた。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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