電気推進システム実現のための物理的諸現象の解明

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07305041
• 研究種目: 総合研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 吉川 孝雄 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (00029498)
• 研究分担者: 土屋 和雄 京都大学, 工学部, 教授 (70227429) ; 藤原 俊隆 名古屋大学, 工学部, 教授 (90023225) ; 西田 迪雄 九州大学, 工学部, 教授 (10025968) ; 荒川 義博 東京大学, 工学部, 教授 (50134490) ; 田原 弘一 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (20207210)
• キーワード: 電気推進 / 宇宙推進 / アークジェット / MPD推進機 / イオン推進機 / ホール推進機 / プラズマ流 / ミッション

研究概要

電気推進機は電気エネルギーを利用して推進剤を加熱すると言う点では共通であるが、その加熱・加速方法の相違により固有の特徴がある。ここでは将来の宇宙開発をにらんで、主としてアークジェット推進機、MPD推進機、イオン/ホール推進機を取り上げ、電離・解離機構を解明し推進性能の向上を目指すと共に、電源・推進剤供給系を含む電気推進システムの軽量化、最適化を計る。ハード面の研究だけでなく人工衛星の姿勢制御、構造物の軌道間輸送、惑星探査ミッションなどで電気推進の特徴を生かしたミッションを提案する。また電気推進ミッション共通の問題である噴出したプラズマプルームと宇宙船との干渉、電磁干渉など周囲の環境への影響を取り上げる。さらにミッション計画者が電気推進を利用しやすくするため、利用方法、利点、宇宙船との適合性、サブシステムなどをデータベース化して提示する。
本年度の研究として、アークジェット推進機、MPD推進機、イオン/ホール推進機それぞれの放電・加速機構が分担された研究グループによって調べられた。アークジェット推進機に関しては、300Wの低電力レベルの推進性能と本体の熱特性が明らかにされ、さらに1kW級アークジェット推進機プロトタイプの長時間作動試験が行われ実際のミッションでの問題点が指摘された。MPD推進機の研究では、外部磁場印加時の推力特性とその一般化された推力原理、2流体モデルを用いた数値解析によって電離開始時の状態が明らかにされた。イオン/ホール推進機に関しては、RFイオン推進機、マイクロ波加熱型イオン推進機の基本作動特性が測定され、電極長がホール推進機の推力特性に与える影響がわかった。また、宇宙環境関連では、宇宙機材料への電気推進プラズマプルームの照射実験が行われ材料の劣化現象が観察され、そのプラズマ噴出過程の数値シミュレーションも行われた。さらに、システム・ミッション研究では、電気推進機の特徴を生かした軌道解析手法が提案され、化学推進とのミッション計画の違いが明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] Hirokazu Tahara: "Plosma Features in a Medium-Power Arcjet" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-16. 1-10 (1995)
• [文献書誌] Michio Nishida: "Simple Estimation of the Performance of a Low Power Arcjet Thruster" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-22. 1-9 (1995)
• [文献書誌] Kimiya Komurasaki: "Optimization of a Channel Configuration of Hall Thrusters" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-33. 1-8 (1995)
• [文献書誌] Shin Satori: "300 Hours Endurance Test of Microwave Ion Thruster" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-89. 1-10 (1995)
• [文献書誌] Hirokazu Tahara: "Plasma Features in Quasisteady MPD Channels" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-116. 1-9 (1995)
• [文献書誌] Hirokazu Tahara: "Effects of Applied Magnetic Fields on Performance of a Quasisteady Magnetoplasmadyncimic Arcjet" Journal of Propulsion and Power. 11. 337-341 (1995)
• [文献書誌] Kozuhisa Fujita: "Anode Heat Lossand Current Distribulions in a DC Arget" Journal of Propulsion and Power. 12. 120-126 (1996)
• [文献書誌] Michio Nishida: "Numerical Analysis of Nonequilibrium Plume of an Arcjet Thruster" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-26. 1-6 (1995)
• [文献書誌] Yasushi Ishijima: "Interplanetary Trajectory Optimization Codesfor Electric Propulsion Research" 24th Int.Electric Propulsion Conf.,Moscow. 95-215. 1-8 (1995)