| 研究課題/領域番号 |
19H02337
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
横田 茂 筑波大学, システム情報系, 准教授 (30545778)
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| 研究分担者 |
嶋村 耕平 筑波大学, システム情報系, 助教 (90736183)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 電気推進 / ホローカソード / ホールスラスタ / カップリング |
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| 研究実績の概要 |
現在，宇宙大量物資輸送用として，燃費が良い電気推進機の大出力化が進められている．それに伴い，その放電に使用される電子源の大電流化も必要である．そこで，研究代表者らは，これまでに100A級の電子源を開発し，その単体試験を実施し，作動安定化指針も明らかにしてきた．一方，電子源と推進機とのカップリング試験では，電子源単体試験でみられた安定な作動を維持できず，安定・不安定な作動モードが頻繁に遷移し，系全体としての作動が不安定になることがわかった．
そこで本研究の目的は，電子源と推進機のカップリング時の不安定放電の原因を追求し，この回避策を見出すことである．これまでの研究から，電子源の作動の安定・不安定は，電子源の供給可能電子量と外部からの要求電子量のバランス次第だとわかっており，本研究では，その「外部」にあたる電子源と推進機との間の排気プラズマ領域における諸量を分析し，この不安定性遷移の原因を探り，解決を図る．これにより，電気推進機の大電力化に道筋をつける．
2020年度は，各モードにおける電子源-推進機間の空間の電場分布および推進剤数密度分布の時間履歴の計測を行う予定であった．当初はレーザー誘起蛍光法によってプラズマ中のイオン速度を計測し，そこから電場を推定する手法をとる予定であったが，より直接的に，プローブ計測によってこれらを測定した．また，排気プルーム中の中性粒子数密度は，高速度撮影から取得する予定であったが，プルーム中の電子温度の時間変化が評価しきれなかったため，吸収分光法による中性粒子数密度計測システムを構築した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2020年度は，当初の計画からの変更を余儀なくされた影響で，当初の予定通りには進まなかった．具体的には，当初の計画では，電子源-推進機間プラズマ中の電場分布と推進剤数密度分布を計測する予定であった．前者はレーザー誘起蛍光法によって計測を行う予定であったが，レーザーの変調時間と現象の遷移時間との兼ね合いから，プローブ測定へと手法を変更した．また，後者は高速度撮影によって明らかにする予定であったが，発光量から電子温度の影響を除去する過程において，その電子温度の時間変化が評価しきれず，レーザー吸収分光法によって直接的に中性粒子数密度を計測する系を構築した．どちらも2020年度中に計測を行うところまでは到達したが，その結果を用いて，2019年度の結果から提案した推論の妥当性を検証するまでには至らなかった．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，まず，これまでに得られた測定データから，また，必要に応じて排気プラズマの数値解析コードを用いて，作動モードが遷移するメカニズムの物理的な背景を割り出す．これによって，作動の安定化への指針を提案する．
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