超高速大気再突入飛行体の飛行環境予測技術の確立

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305063
• 研究機関: 宇宙科学研究所
• 研究代表者: 安部 隆士 宇宙科学研究所, 宇宙輸送, 教授 (60114849)
• 研究分担者: 鈴木 宏二郎 東京大学, 大学院・新領域, 助教授 (10226508) ; 藤田 和央 宇宙科学研究所, 宇宙輸送, 助手 (90281584)
• キーワード: 高速大気再突入 / 高温非平衡流 / 弱電離プラズマ

研究概要

惑星探査において惑星表面に観測機器を到達させるミッションや、地球へのサンプルリターンミッションの必要性が高まっており、これを実現させるために必要な工学技術の確立が迫られている。特に地球へのサンプルリターンミッションでは惑星間軌道から直接地球大気に突入するため必然的に超高速(約13Km/sec)の再突入を行う必要があり、このため、未到達の工学技術を要求されている。このミッションで要求される飛行体の開発では、まず、その飛行環境を充分に把握することが必要となる。このため、実験データの蓄積が必要であるが、それらの素過程を一つ一つ確立することは困難であり、ここでは、むしろ、飛行環境での衝撃層を模擬する装置として高速衝撃波管を用いて、衝撃層の内部構造を明らかにすることとする。その内部構造は、素過程の集積として形成されるものであり、さらに、非平衡過程も忠実に再現されるものだからである。そして、実験的に得られた衝撃層の内部構造を再現するべく、解析モデルの改良を行い、これにより、超高速再突入飛行条件での熱流体的解析モデルを確立し、飛行環境予測技術を確立していくことを目的として研究を進めた。簡単化のためまずN2ガスについての検討を進めてきたが、今年度はそれをさらに進めると同時に、さらに複雑となる空気(N2+O2)についての検討を始めた。従来の研究結果として、電離の異常発生が観測されており、これを説明する機構として、衝撃波前部に生じる電子クラウド領域を予想して、実験的にこれを裏付けている。また、空気に関する予備的実験を行い、窒素ガスで観測された現象とほぼ同等の現象を見いだしている。衝撃波背後の高温領域からの輻射を予測するコードを検証する標準輻射発生装置を設計し、組み上げ動作を確認しており、次年度の検証に供される。

研究成果

• [文献書誌] Fujita,K., and Abe,T.,: "Assessment of Rotational Nonequilibrium Impact on the Aerodynamic Heating Rate"AIAA Paper, AIAA 2000-2588. (2000)
• [文献書誌] Abe,T,Sate,S.,Yamamoto.,K., and Matsukawa,Y.,: "Experimental Investigation of Dynamically Unstable Motron of Reentry Capsule"AIAA Paper, AIAA 2000-2589. (200)
• [文献書誌] Abe,T.,Fugita,K.,Ogawa.H., and Funaki.I.,: "Microwave Telemetry Breakdown Caused by Rocket Plumes"AIAA Paper, AIAA 2000-2484. (2000)
• [文献書誌] Morita,Y., J.Kawaguchi, Inatani,Y., And Abe,T.: "Development Status of the High-Speed Reentry Shptev-DASH"IAF Paper, IAF-00-V.2.02.
• [文献書誌] 右田俊介,鈴木宏二郎: "ダストと含む超音速流中の鈍頭物体術撃層に関する数値解析"日本航空宇宙学会論文集. (2001)
• [文献書誌] Kojiro Sazuki: "Trajectory-based Cwpled Analysis of Stagnation Shock Layer and Ablator Interor for Mars Entry Vehicle"Proc.22nd International Pymposium Space Technology and Science,Morioka 2000. 1022-1028 (2000)