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Establishment of versatile discharge oscillation suppression method in Hall thrusters

Research Project

Project/Area Number 18J14592
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo
Research Fellow BAK JUNHWI  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords電気推進 / ホールスラスタ / 放電振動 / プラズマ計測 / 電子輸送
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,定常的なプラズマの粗密を形成することで定常的な周方向電場を誘起し,それが電子輸送に与える影響を測定・分析し,ホールスラスタにおける周方向プラズマ諸量が推進機放電電流振動に与える影響を調べた.

スラスタの円環型チャンネルに推進剤を非一様に供給することで周方向にプラズマの非一様性を創出し,プラズマ諸量の空間分布を各種探針を用いて計測した. 周方向に与えた非一様性と同じ波数のプラズマ密度および電位の山谷が形成され,そこに位相差も生じるなど,自己誘起プラズマ構造の詳細を明らかにした.プラズマ密度と電位の分布の方位角位相差および波数の変化を軸に沿って示し,電子電流を最大にするように方位角位相差および波数が決まる可能性があることが分かった. また,推進剤流量の非一様性が弱くなる領域では電子電流を最大にするプラズマ構造が自己誘起され、周方向電場による電子輸送係数が,ボーム拡散係数と緊密な関係性を持つことが分かった.そこから、ボーム拡散係数に代表されていた異常拡散が,周方向電場による輸送と密接に関連していることを示した.プラズマ構造は不均一な推進剤の供給下で軸方向に変化を示すため、局所的に磁気閉じ込め領域がより低い磁束密度の位置に移動することから、電子流が流れるにおいて有効磁気障壁が低下し、これが電子電流の増加の追加原因であることを示した.

推進剤非一様性に関する関数として、ビーム電流・電子電流・イオン損失電流を直接評価した.放電電流の挙動は、振動性の高いレジームに出入りする際に急激に変化するジャンプがあることが分かった.その変化は、それぞれ、イオンビームと電子電流のジャンプであるのが分かった.さらに、高振動動作領域では放電領域の半径方向および軸方向の拡大が伴うこと,中性不均一性をさらに増加させると、電子電流が増加された安定した放電が生じることが分かった.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(10 results)

All 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Plasma formation and cross-field electron transport induced by azimuthal neutral inhomogeneity in an anode layer Hall thruster2019

    • Author(s)
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, and H. Koizumi
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 26 Pages: 073505-073505

    • DOI

      10.1063/1.5090931

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ホールスラスタにおける中性粒子非一様性によるプラズマ構造生成及び電子輸送促進2019

    • Author(s)
      朴俊輝,川嶋嶺,小紫公也,小泉宏之
    • Organizer
      第50期定時社員総会および年会講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on electron cross-field drift by an azimuthal electric-field in Hall thrusters: from plasma density and potential structures2019

    • Author(s)
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, and H. Koizumi
    • Organizer
      The Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) and the 10th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-10)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low frequency ionization oscillation model with azimuthal dimension in a Hall thruster2019

    • Author(s)
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, and H. Koizumi
    • Organizer
      The 36th International Electric Propulsion Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron cross-field transport mechanism observed under the azimuthally inhomogeneous neutral supply in a Hall thruster2019

    • Author(s)
      J. Bak, R. Kawashima, K. Komurasaki, and H. Koizumi
    • Organizer
      The 36th International Electric Propulsion Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ホールスラスタ軸方向電子異常拡散における自己誘起周方向電場の役割2019

    • Author(s)
      朴俊輝,川嶋嶺,小紫公也,小泉宏之
    • Organizer
      第63回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ホールスラスタ周方向非一様推進剤供給時のプラズマ諸量の分布2018

    • Author(s)
      朴俊輝,川嶋嶺,小紫公也,小泉宏之
    • Organizer
      第49期定時社員総会および年会講演会,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Density Inhomogeneity in Azimuth on Discharge Oscillation Suppression and Electron Diffusion in Hall Thrusters2018

    • Author(s)
      Junhwi Bak, Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki and Hiroyuki Koizumi
    • Organizer
      2018 Joint Propulsion Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 周方向次元を考慮したホールスラスタにおける低周波電離振動2018

    • Author(s)
      朴俊輝,川嶋嶺,小紫公也,小泉宏之
    • Organizer
      第62回宇宙科学技術連合講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of Electron Cross-field Transport in Hall Thrusters with Inhomogeneity of Plasma Density and Potential in Azimuth2018

    • Author(s)
      Junhwi Bak, Rei Kawashima, Bastiaan Van Loo, Kimiya Komurasaki and Hiroyuki Koizumi
    • Organizer
      2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics(AAPPS-DPP2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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