2003 Fiscal Year Annual Research Report
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15360453
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Japan Aerospace Exploration Agency |
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Principal Investigator |
小川 博之 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙航行システム研究系, 助教授 (60311172)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤田 和央 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 総合技術研究本部・空気力学研究グループ, 主任研究員 (90281584)
船木 一幸 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙輸送工学研究系, 助教授 (50311171)
山川 宏 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙航行システム研究系, 助教授 (50260013)
中山 宜典 防衛大学校, システム工学群, 講師
野中 聡 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙航行システム研究系, 助手 (40332150)
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| Keywords | Magneto Plasma Sail / Magnetic Sail / Solar Wind / Propulsion / MHD / Particle Simulation / DSMC / Astrodynamics |
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| Research Abstract |
磁気インフレーションの理想電磁流体力学解析を行い、噴射プラズマによる磁場拡大現象を確認し、投入電力に対する磁場拡大の効率を求めた。プラズマを噴射した場合の磁束密度はプラズマベータ値の関数で、磁束密度が半径の1.5〜2乗に反比例して減少することがわかった。
太陽風と磁場相互作用の理想電磁流体力学解析を行い、発生する推力と推力方向が磁気モーメントの太陽風に対する傾き角度によってどれほど変化するかを見積もった。磁気モーメントを太陽風に対して傾けることにより、推力の大きさ及び推力の方向を変えることが出来ることがわかった。ただし可変量は、磁気モーメントを傾けるだけでは、わずかしかとれないこともわかった。
全粒子コードを開発し、太陽風と磁場相互作用の粒子法による解析を行った。ダイポール磁場と希薄電化電離プラズマとの相互作用を解析し、ダイポール周りに発生する誘導電流・誘導磁場の構造と、ダイポールに作用する電磁気力が推力となることを検証した。
電磁プラズマセイルによるミッション・軌道計画を検討した。現状予想される電磁プラズマセイルの諸元を仮定して、外惑星探査への応用を検討した。推力方向の可変度が大きいほど到達可能距離が長くなり、可変度によっては太陽系脱出も可能であることがわかった。
反太陽方向に加速される探査機のダイナミクスを解析した。また、目標惑星が遠日点に位置すると仮定して、太陽風をガウス分布する確率事象として捉え、低推力軌道に拡張されたスペーシング則の理論を応用することにより、終端誤差要求を満足する磁気プラズマセイルの推力制御方法、終端付近で必要となる化学推進によるΔV量の評価を行った。
電磁プラズマセイルの物理現象の素過程を検証するための地上実験をおこなった。太陽風を模擬したプラズマ流と磁場の干渉によるイオン軌道の変化を調べ、磁場によるプラズマ流の流れの変化を確認した。
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[Publications] 船木一幸, 山川宏, 藤田和央, 野中聡: "磁気プラズマセイルによる深宇宙探査"日本物理学会誌. 58. 266-269 (2003)
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[Publications] I.Funaki, R.Asahi, K.Fujita, H.Yamakawa, H.Ogawa, S.Nonaka, H.Otsu, S.Sawai, H.Kuninaka: "Thrust Production Mechanism of a Magnetoplasma Sail"AIAA Paper 2003-4292. (2003)
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[Publications] I.Funaki, H.Yamakawa, K.Fujita, H.Ogawa, S.Nonaka, S.Sawai, H.Kuninaka, H.Otsu: "Study of a Plasma Sail for Future Deep Space Missions"Proceedings of 28^<th> International Electric Propulsion Conference : Paper IEPC 2003-89. (2003)
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[Publications] H.Yamakawa: "A Guidance Strategy for the Radially Accelerated Trajectory"Proc.Of AAS/AIAA Astrodynamics Spacialists Conference : Paper AAS 03-521. (2003)
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[Publications] H.Yamakawa, I.Funaki, Y.Nakayama, K.Fujita, H.Ogawa, S.Nonaka, H.Kuninaka, S.Sawai, H.Nishida, R.Asahi, H.Otsu, H.Nakashima: "Magneto Plasma Sail : An Engineering Satellite Concept and its Application for Outer Planet Missions"ESA-XX Publication. (in press). (2003)
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[Publications] 山川宏, 小川博之, 藤田和央, 野中聡, 澤井秀次郎, 國中均, 船木一幸, 大津広敬, 中山宜典: "磁気プラズマセイルによる外惑星探査"日本航空宇宙学会論文集. 52(in press). (2004)
