パルスプラズマジェットを利用した太陽風プラズマ宇宙推進の実験研究

• Project/Area Number: 15760594
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 船木 一幸 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部宇宙輸送工学研究系, 助教授 (50311171)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2005: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 宇宙推進 / 電気推進 / 磁気セイル

Research Abstract

太陽風プラズマ流を宇宙機の作る人工的な磁場でせき止めて深宇宙を航行するのが、新しい宇宙機推進システム「太陽風プラズマ推進」である。本研究では、太陽風を模擬したプラズマ流と、磁場を作る電磁石、そして電磁石のつくる磁場を広く展開して推力を増すためのプラズマ噴射装置、といった一連のシステムを真空チャンバー中に実現して評価する事を目的としている。
平成17年度は、電磁流体アークジェット装置から供給される高密度高速プラズマジェット中に中心磁場2Tまでの電磁石(コイル)を挿入した実験を重点的に行なった。中心磁場強度と共にコイルを通過する際のプラズマジェットの運動量変化(すなわちコイルにかかる推力)が大きくなる。特に中心磁場が2Tのケースでは地球磁気圏と同様の衝撃波を伴うプラズマ流が観側され、地球磁気圏と相似になる電磁流体的な干渉にて大きな推力が得られることが確認された。また、磁場を拡げるためのプラズマ噴射装置の設計開発を進め、模擬太陽風源との同時運用には至らなかったが、これにより装置のほぼ全系を開発することができた。
太陽風プラズマ推進は、従来のイオンスラスタなどの電気推進に比べて非常に大きな推力電力比を実現できる事が、実験および、実験と並行して進めた理論解析から明らかになっている。しかし、宇宙機システムとして必要なリソースの検討を行ったところ、電磁石の軽量化や磁場インフレーションに必要なプラズマ源の低電力化など、太陽風プラズマ推進が他の推進システムに対して優位であるためには、各種要素技術の最適化が必要であることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] 磁気プラズマセイルの推力発生メカニズムの解明 (2006)
  • Author(s): 船木一幸, 山川宏編
  • Journal Title: JAXA Research and Development Report RR-06-014 Pages: 1-63
• [Journal Article] 磁気セイルの実験室シミュレーション (2006)
  • Author(s): 小嶋秀典, 船木一幸, 清水幸夫, 山川宏
  • Journal Title: ISAS Research Note No.807 Pages: 1-76
• [Journal Article] Development of Magnetoplasmadynamic Solar Wind Simulator for MagSail Experiment (2005)
  • Author(s): Y.Shimizu, K.Toki, I.Funaki, H.Kojima, H.Yamakawa
  • Journal Title: Proceedings of the 30th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-201(CD-ROM) Pages: 1-6
• [Journal Article] Feasibility Study of Magnetoplasma Sail (2005)
  • Author(s): I.Funaki, et al.
  • Journal Title: Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-115(CD-ROM) Pages: 1-8
• [Journal Article] Experimental Simulation of a Plasma flow around Magnetic Sail (2005)
  • Author(s): H.Kojima, I.Funaki, Y.Shimizu, H.Yamakawa, Y.Nakayama, S.Shinohara
  • Journal Title: Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-107(CD-ROM) Pages: 1-8
• [Journal Article] Numerical Simulation of a Self-Field MPD Thruster (2005)
  • Author(s): K.Kubota, I.Funaki, Y.Okuno
  • Journal Title: Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-89(CD-ROM) Pages: 1-9
• [Journal Article] Laboratory Simulation of Magnetic Sails : Preliminary Results (2005)
  • Author(s): Ikkoh FUNAKI, et al.
  • Journal Title: Proceedings of 7th International School/Symposium for Space Simulations 1 Pages: 357-358
• [Journal Article] Experimental Study of Magnetic Sail (2005)
  • Author(s): H.KOJIMA, I.FUNIAKI
  • Journal Title: Proceedings of 9th Spacecraft Charging Technology Conferece 1(CD-ROM) Pages: 1-6
• [Journal Article] Performance Evaluation of a Magneto Plasma Sail (2005)
  • Author(s): R.Asahi, I.Funaki, K.Fujita, H.Yamakawa
  • Journal Title: Proceedings of 7th International School/Symposium for Space Simulations 1 Pages: 359-360
• [Journal Article] Numerical Study on Thrust Production Mechanism of Magneto Plasma Sail (2004)
  • Author(s): R.Asahi, I.Funaki, K.Fujita, H.Yamakawa
  • Journal Title: 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit AIAA2004-3502 Pages: 1-10
• [Journal Article] 磁気セイルの推力公式 (2004)
  • Author(s): 船木一幸
  • Journal Title: 第48回宇宙科学技術連合講演会講演集 48 Pages: 1178-1181
• [Journal Article] 磁気プラズマセイルにおける磁場拡大現象の数値解咳 (2004)
  • Author(s): 朝日龍介, 船木一幸
  • Journal Title: 第48回宇宙科学技術連合講演会講演集 48 Pages: 1172-1177
• [Publications] 船木 一幸, 山川 宏, 藤田 和央, 野中 聡: "磁気プラズマセイルによる深宇宙探査"日本物理学会誌. 58・4. 266-269 (2003)
• [Publications] Funaki, I., Asahi, R., Fujita, K., Yamakawa, H., et al.: "Thrust Production Mechanism of a Magnetoplasma Sail"34th AIAA Plasmadynamics & Lasers Conference. AIAA2003-4292. 1-7 (2003)
• [Publications] 朝日龍介, 船木一幸, 山川宏, 藤田和央, 小川博之: "プラズマセイルの推力発生メカニズムの研究"第47回宇宙科学技術連合講演会講演集. 47. 1061-1066 (2003)
• [Publications] 南翼, 船木一幸, 山川宏, 小川博之, 中山宜典: "深宇宙探査におけるプラズマセイルの有用性の研究"第47回宇宙科学技術連合講演会講演集. 47. 606-611 (2003)
• [Publications] 船木 一幸: "磁気プラズマセイルの可能性と深宇宙探査への挑戦"日本物理学会講演概要集. 59・1. 235 (2004)