| 研究分担者 |
谷川 隆夫 東海大学, 総合科学技術研究所, 教授 (70207174)
羽田 亨 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (30218490)
船木 一幸 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
西田 浩之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60545945)
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| 研究概要 |
本研究の目的は無電極でプラズマ生成・加速する、高効率・長寿命の高密度ヘリコンプラズマロケットエンジン開発と工学的体系化であり、以下の最終年度結果を得た。先進成果は査読論文10編、会議講演48件（内招待講演5件）と精力的に公表した。
1) 提唱加速理論をまとめた：回転磁場(RMF)、回転電場(REF)、ポンデロモーティブ/イオンサイクロトロン加速(PA/ICR) 、ヘリコン単独熱加速、 m = 0加速。2) TG波と共にヘリコン波減衰の重要性を見出した。全粒子計算で空間擬2次元コードを開発した。3) REF加速では3流体コード開発で2次元計算が可能となった。2次元電界浸透モデルで1次元との違いを求めた。4) PA/ICRでは静電的と誘導的電場浸透法でモデル計算と比較した。
5) ねじり振子型に加えターゲット型スタンド開発を行った。アルゴンプラズマで直径10 cmとテーパーの10-17 cmで最大比推力が夫々840秒と2,000秒を達成した。キセノンプラズマでは最大比推力1,500秒、最大推力電力比16 mN/kWとなった。直径2 cmの小口径ヘリウム（水素）プラズマではマッハプローブ測定で1,100（3,000）秒を観測した。ヘリコン源で世界最小径を更新（0.3と0.5 cm) した。6) コンパクトでかつ本提唱加速法のため200 mT以上の強磁場永久磁石型スラスタを開発した。7) 永久磁石と電磁石の併用でプラズマ特性を向上させた。RMF 実験でイオン流速の増加（最大15 %）が加速アンテナ電流位相に依存した。8) レーザー誘起蛍光法開発でイオン・中性粒子速度分布関数の2次元空間分布測定を可能とした。高分解能分光器や高速度カメラで電子・中性粒子径方向分布を逆変換で導出し、分光強度比による電子密度・温度推定法を開発した。9) PA/ICR 用平板アンテナ一対で計算予測に近い領域でイオン温度上昇と軸方向加速が見られた。
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