研究課題
基盤研究(C)
当該研究者らは長年に渡り宇宙用電気推進の研究開発に従事し、宇宙機器開発および宇宙運用の経験を深く積んでいる。はやぶさ小惑星探査機の深宇宙動力航行を世界に先駆けて実現させ、イオンエンジンの技術的完成を導いた。電気推進から噴射されるプラズマビームと地球高層大気の相互作用の研究を進める過程で、この現象を能動的に利用して中性大気観測に応用展開できる可能性を見いだした。イオンエンジンより放射されたイオンは地磁場に拘束され運動した後、高層中性大気と電荷交換衝突の結果、電荷を失った高速中性粒子となって地球近傍から脱出する。これを観測器で捕らえ、発生場所・時刻・エネルギー損失を特定すれば磁力線に沿った広範囲の高層中性大気情報を瞬時に得ることができる。励起源としてのイオンエンジンの軌道周回に伴い、短い時間で地球規模的データ収集も可能である。発案の現実性を定量的に評価するために、数値シミュレーションを実施した。これによると、大気成分各々に特に反応しやすいイオン種が存在することが分かった。高度100kmから700kmの高層大気成分中の大多数を占める原子状酸素には、クリプトンイオンが最も感度が高く、また他の粒子には反応しないので、原子状酸素を選択的に観測することができる。この特性を利用して、宇宙観測のためのシステム構成の検討を行った。実験室シミュレーションとして、イオンと気体との衝突実験装置を作製し、イオンエンジンからキセノンイオンを発射し、これを酸素と窒素の混合気体に照射して、酸素分圧の測定に成功した。さらに原子状酸素源を製作に、これにクリプトンイオンを照射して、数密度に比例した信号を得ることができた。これにより観測システムの実現を、数値シミュレーションと実験室シミュレーションの双方で実証することができた。研究成果の論文発表および特許取得を行った。
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