| 研究課題/領域番号 |
20J11456
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
山下 裕介 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | イオンスラスタ / 間接電離 / 準安定中性粒子 / 2光子吸収レーザ誘起蛍光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
小惑星探査機「はやぶさ」、「はやぶさ2」の宇宙航行用エンジンである10cm口径のマイクロ波放電式イオンエンジンμ10に対して、レーザ計測と粒子解析を実行する。μ10エンジンでは、推進剤のある量以上増加させると、急激に推進力が低下する。この現象前後では、電離(プラズマ生成)位置の変化が起こっていることが推測される。そこで、推測剤である中性粒子を直接計測する2光子レーザ誘起蛍光法とプラズマ、中性粒子の流れを模擬する粒子解析を実行し、推進剤制限前後での電離位置の変化を捉え、物理現象を明らかにする。明らかになった物理現象を元に、推進機を改良し推進力向上を目指す。
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| 研究実績の概要 |
前年度に明らかになった準安定中性粒子からの間接電離による磁場閉じ込め領域外の異常プラズマ生成を説明するために、更にマイクロ波電界の数値計算も実施した。具体的には、基底と準安定の中性粒子からそれぞれの電離レートを仮定し、プラズマの拡散方程式を解き、プラズマ密度分布を推測した。そして、プラズマ密度分布中でのマイクロ波電界分布を調べるべく、マイクロ波電界に関する準1次元ヘルムホルツ方程式を新たに提案した。得られたマイクロ波電界分布を過去に計測された結果と比較した。その結果、マイクロ波電界は数値計算と実験結果で良い一致を示し、準安定からの間接電離が存在しないと本スラスタの推進剤流量に対する推力応答は説明できないことが分かった。以上の成果を基に、提案したヘルムホルツ方程式を基に、マイクロ波の伝送線路である導波管の内径を拡大し、高いプラズマ密度分布中でもマイクロ波が伝搬できる、つまりカットオフ密度向上が期待できることを提案した。実際に作成し実験を行ったところ、導波管内にプラズマがよく生成されている流量レンジにおいて、推力の向上が確認された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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