| 研究課題/領域番号 |
15H04203
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 教授 (30256169)
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| 研究分担者 |
山口 滋 東海大学, 理学部, 教授 (40297205)
橘 武史 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50179719)
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
鄭 和翊 東海大学, 理学部, 教授 (70399335)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | パルスプラズマ加速宇宙推進システム / ナノ秒短パルス放電プラズマ発生機 / ナノ秒短パルス放電 / ナノ秒短パルス放電発生電源 / 高繰り返しプラズマ発生機 / 推進性能評価 / パルスプラズマ診断 |
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| 研究実績の概要 |
2015年度は以下の項目について実施した．
【A1(1)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築および性能評価】 ◆目的：既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出．
【B(1)．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ◆目的：ハイブリッドPICコードを用いて上記【A1】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出．
【C1(1)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 ◆目的：本計画においては，1)種光のパルス幅，2)パルスエネルギー，3)繰返し周波数，4)ファイバ増幅器のゲイン，5)ファイバ増幅器の長さ，などの影響について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化・小型化が目標．
【C2(1)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 ◆目的：新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）を実現．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
目標にほぼ沿った形で研究が遂行されている．具体的には以下に示す．
【A1(1)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築および性能評価】 既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出を行った．
【B(1)．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ハイブリッドPICコードを用いて上記【A1】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出を行った．
【C1(1)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 現在プロトタイプを性能試験中で，パルス幅100 ps，繰返し周波数1 MHz，平均出力50 Wを実現している．
【C2(1)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）を実現した．
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| 今後の研究の推進方策 |
H28年度（次年度）：各重要要素の高性能化
【A1(2)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：性能評価および高性能化に向けた最適化】：性能評価実験によって各種作動条件を定量的に比較検討し，最適な作動条件の抽出を行う． 【B(2)．数値計算による作動条件の最適化：物理モデルの抽出】：単純物理モデルの構築および定量的な検証を行う． 【C1(2)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の性能評価・高性能化】：各種作動条件について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化を目指す． 【C2(2)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の作動特性評価】：これらの作動特性を評価する． 【D1(1)．連続パルス作動時の放電特性評価：統合システムの構築】：上記で構築したシステムおよび最適化の結果を踏まえた作動条件において高繰返しパルス作動試験を行う．特に各種作動条件における，動作特性の評価を行い，また，統合システムの構築および作動実験・評価実験を行う．
H29年度（最終年度）：各重要要素の最適化・統合
【B(3)．数値計算による作動条件の最適化：最適作動条件の抽出】：計算値と実験データの比較検討を行うことで，最適作動条件の実現を狙う． 【C2(3)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の最適化】：各種作動条件を変化させ作動特性を評価する． 【D1(2)．連続パルス作動時の放電特性評価：統合システムの評価】：統合システムの評価実験および最適作動条件の抽出を行う． 【D2．連続パルス放電作動時の推進性能評価：統合システムの最適化】：上記システムにより高繰返しパルス作動試験を行い，推進性能を評価する．更なる高効率化（> 70%）・高比推力化（> 20,000 s）をねらう．
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