研究課題
電気推進は化学推進と比べ比推力が高く、将来の全電化衛星・惑星軌道間輸送用等で重要であり、更にプラズマを用いた電気推進ロケット開発は今後の喫緊の課題である。「はやぶさ」を超える長寿命化と大電力化で行う深宇宙探査も含め、この開発は大きな挑戦と言える。プラズマと電極が直接接しない無電極推進法の確立では長寿命となるため、従来の方法での短所がなくなり非常に有望である。ここでは、新提案の無電極加速―ヘリコン高密度プラズマ生成と革新的電磁加速―を行う。即ち、その物理現象解析を先進診断と理論・シミュレーションを駆使して行い、新たな知見と最適化により、プロトタイプモデルの構築を目指す。最終年度にあたり、初年度を中心に整備したヘリコン高密度プラズマ生成と電磁加速・解析用の装置・コードを用いて研究を更に進め結果をまとめた（論文と招待講演を含む学会発表、専門書の出版予定）。1) 高密度ヘリコンプラズマ生成に関しては、LMD装置で加速のためのパラメータサーベイを行った。新方式のガス供給(パイプでの内部供給と超音速ガス供給、圧力測定法開発)の実験を始め、密度やスラスト上昇等の良好な結果を得た。SHD装置では、高い周波数印加等より、世界最小直径化を進め0.5mmプラズマの生成に成功し特性解析を行った。2) 高密度ヘリコンプラズマの無電極電磁加速では、a) 回転磁場加速による電磁場の時空間測定と誘起電流の詳細な評価を続け、b) m = 0半周期加速の外部電流増加と外部パラメータ依存性解析を更に進めた。3) 先進診断では、2次元駆動機構でのプローブ測定、絶対密度測定用のマイクロ波干渉計、レーザー誘起蛍光法、衝突輻射モデルの開発、トモグラフィ分光計測データを集積した。4) 構築したプラズマ-電磁場相互作用を記述するプラズマ流体コード計算で、本提案のm = 0加速現象が再現され、移動磁場による加速も検討した。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 18件、 招待講演 6件) 備考 (2件)
Japanese Journal of Applied Physics
巻: 61 ページ: 056002～056002
10.35848/1347-4065/ac56fb
AIP Advances
巻: 11 ページ: 075226～075226
10.1063/5.0050215
Physics of Plasmas
巻: 28 ページ: 073507～073507
10.1063/5.0035383
Journal of Applied Physics
巻: 130 ページ: 163303～163303
10.1063/5.0065665
Review of Scientific Instruments
巻: 91 ページ: 073507～073507
10.1063/5.0003387
IEEE Transactions on Plasma Science
巻: 48 ページ: 3606～3615
10.1109/TPS.2020.3023732
TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES, AEROSPACE TECHNOLOGY JAPAN
巻: 18 ページ: 317～322
10.2322/tastj.18.317
Journal of Instrumentation
巻: 15 ページ: P11002～P11002
10.1088/1748-0221/15/11/P11002
http://web.tuat.ac.jp/~sinohara/
https://web.tohoku.ac.jp/rhd/
