| 研究課題/領域番号 |
15340196
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998)
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| 研究分担者 |
犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738)
服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578)
市村 真 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (10151482)
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| キーワード | 推力可変推進機 / 電気推進機 / 高速プラズマ流 / プラズマ加熱 / VASIMR / 磁気ノズル / HITOP |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、高速で移動するプラズマ流中のイオンを効率よく加熱し、さらに磁気ノズル配位を用いることで流れ方向のエネルギーに変換する手法を確立することである。この手法の有効性を明らかにすることで、次世代の高性能な宇宙推進システムである推力可変型推進機を実現させることを目指した研究である。
最終年度となる本年度は、これまでの実験研究をふまえ、イオンサイクロトロン共鳴加熱効率の向上を目指して高周波励起アンテナ形状を変え実験を行った。プラズマとアンテナとの距離を変え、最適化することで、以前より2倍以上の加熱効果が観測され、イオン温度も最大で90eV以上へと上昇した。また、加熱されたプラズマの熱エネルギーを推進エネルギーへと変換するために下流部に発散型磁気ノズルを設置し、加熱と加速の複合実験を行った。印加した高周波の入力電力の増減によりプラズマ流の流れエネルギーを直接制御できることを世界で初めて実験的に示すことに成功した。
さらに、磁気ノズル配位中ではプラズマ中にイオンを加速する方向に電場が発生することを実験的に確かめ、噴出するイオンの速度分布関数を直接観測した。測定されたイオンの速度分布関数は単純な磁場によるエネルギー変換効果だけでは説明が付かず、電場による効果も重要であることが示唆された。
以上、本研究で目的とした高速プラズマ流中のイオン加熱と推進力への変換システムを確立するために必要不可欠な多くの研究結果を得ることができ、高性能宇宙推進機開発にとって重要な成果を得た。
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