| 研究課題/領域番号 |
14350514
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
航空宇宙工学
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| 研究機関 | 東京農工大学 (2004)
独立行政法人宇宙航空研究開発機構 (2002-2003) |
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研究代表者 |
都木 恭一郎 国立大学法人東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究部, 教授 (40172142)
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| 研究分担者 |
篠原 俊二郎 国立大学法人九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (10134446)
谷川 隆夫 東海大学, 総合科学技術研究所, 教授 (70207174)
國中 均 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙輸送工学研究系, 教授 (60234465)
西山 和孝 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙輸送工学研究系, 助手 (60342622)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2004
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| キーワード | プラズマロケットエンジン / ヘリコン / プラズマ源 |
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| 研究概要 |
本研究では、無電極で高密度のプラズマを生成・加速するプラズマロケットエンジン用のプラズマ源を研究開発した。各種の高周波アンテナで無電極放電を試験し、その結果、サドル型のプラズマ点火特性が40〜60MHzで優れ、10W以下の高周波投入パワーでプラズマを生成できることが判明した。作動ガスも種々に試行したが、解析の容易さから今回はアルゴンを用いた。プラズマは内径2.5cm長さ80cmのヘリコン源として世界でも最小容量に近いガラス管内で生成した。作動ガス流量は1mg/s(34sccm)で、高周波投入パワーの少ない50W以下では、誘導結合型プラズマであったが、200Wに達すると極めて高密度の10^<12>cm^<-3>を超えるプラズマが生成されることが判明した。この時の外部磁場は〜200Gで、2x10^<12>cm^<-3>が達成された。密度の急激なジャンプと磁場をゼロにすると低密度なことから、これはヘリコンプラズマと考えられ、成立条件も海外研究協力者のShamrai博士らの解析予測に一致した結果であった。
また、大型の磁化プラズマ装置(内径74cm,長さ486cm,最大磁場強度2kG)に直径42cm、4ターンのスパイラル・アンテナを設置し、世界最大の体積を持つヘリコンプラズマ生成に成功、最大出力4kWのパルス用高周波増幅器を用いることで5x10^<12>cm^<-3>を越す高密度プラズマ生成が可能となった。そして、励起アンテナの放射パターン、磁場配位を調整することでプラズマの径方向密度分布を制御する方法を見出した。
一方、加速原理についてはコイルアンテナでプラズマ内部に誘導電流を発生させるパルス型電磁加速が段階的な加速流れを生む、外部アンテナからの回転電界浸透によって連続的な電磁加速を行う、の二種類を提案し、いずれも原理的に加速可能なことを解析的に示すことができた。
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