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大宇宙物流時代に向けた高周波プラズマと誘導加速を組合せた無電極推進機の研究

Research Project

Project/Area Number 17J04669
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

柳沼 和也  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords電気推進 / 無電極推進 / 大電力電気推進 / 深宇宙探査 / プラズマ / 電磁誘導加速 / 高周波プラズマ / 宇宙工学
Outline of Annual Research Achievements

将来的に計画されている有人の深宇宙探査ミッションや月-地球間の大規模宇宙輸送ミッションにおいては,100 kW級の大電力電気推進の実現が必要とされている.本研究では,100 kW級の大電力電気推進の実現に向けた「高周波プラズマをプラズマ源としながら,時間変動する磁場を外部から印加し誘導電流を誘起し,電磁加速によるプラズマ加速を行う電気推進」を提案し,その推進機の推力性能評価を2 kW級の装置を用いることによって実験的に行った.
2kW級装置を用いた実験では,実施計画にあるように,推力スタンドを用いた推力測定と,プローブ法によるプラズマ診断を行った.これら実験に加えて,提案する推進機のプラズマ加速モデルを構築と加速モデルにおける推力と物理パラメータの関係を解析的に求め,実験で得られた推力性能特性との比較を行った.提案した推進機におけるプラズマ加速スキームにおいては,推力項はプラズマ中の周方向スワールと加速コイルが誘起する磁場によってなるが,この推力項は磁場の大きさに正の相関がある.一方で,先行研究で提案されるような反磁性電流と磁場の相互作用を利用した無電極推進機に比べて,大電力化した際に効率向上に有利であることを,電磁流体の方程式に基づきながら明らかにした.
本研究によって,提案した推進機のプラズマ加速では,推力電力比を最大にする加速周波数があることを突き止め,さらに,大口径で短軸の低アスペクト比の推進機形状が推力電力比へ大きく寄与することを明らかできた.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Experimental Evaluation of Steady-State Electromagnetically Inductive Acceleration for Electrodeless Plasma Thruster and Fundamental Measurement of the Correlation between the Effective Current of Acceleration Coil and Thrust2019

    • Author(s)
      柳沼和也,倉重宏康,関根北斗,小泉宏之,小紫公也
    • Journal Title

      JOURNAL OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES

      Volume: 67 Issue: 1 Pages: 25-34

    • DOI

      10.2322/jjsass.67.25

    • NAID

      130007590320

    • ISSN
      1344-6460, 2432-3691
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 誘導加速型無電極推進機における推力の静磁場分布依存性2019

    • Author(s)
      龍野瑛,柳沼和也,関根北斗,小泉宏之,小紫公也
    • Organizer
      宇宙輸送シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 誘導加速型無電極推進機のプラズマ生成アンテナ及び静磁場の形状と推力の関係,宇宙科学技術連合講演会2018

    • Author(s)
      龍野瑛,柳沼和也,関根北斗,小泉宏之,小紫公也
    • Organizer
      宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 無電極プラズマ推進機の電磁誘導加速過程に関する実験的研究2018

    • Author(s)
      関根北斗,龍野瑛,柳沼和也,小泉宏之,小紫公也
    • Organizer
      日本航空宇宙学会年会講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental Study for Effects of Plasma Density on the Performance in an Electrodeless Inductive Plasma Accelerator2017

    • Author(s)
      Kazuya Yaginuma Toshihiro, Matsuguma, Sekine Hokuto, Shintarou Komatsu, Hiroyasu Kurashige, Hiroyuki Koizumi, Kimiya Komurasaki
    • Organizer
      31st ISTS, 26th ISSFD & 8th NSAT
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental Study for Effect of Acceleration Frequency on the Performance in an Electrodeless Inductive Plasma Accelerator2017

    • Author(s)
      Kazuya Yaginuma Hokuto Sekine, Hiroyasu Kurashige, Toshihiro Matsuguma, Hiroyuki Koizumi and Kimiya Komurasaki
    • Organizer
      35th International Electric Propulsion Conference
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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