2015 Fiscal Year Annual Research Report
超短パルス放電と物質の相互作用による新しい加速機構と次世代プラズマ推進機への応用
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15H04203
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
堀澤 秀之 東海大学, 工学部, 教授 (30256169)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 滋 東海大学, 理学部, 教授 (40297205)
橘 武史 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50179719)
船木 一幸 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50311171)
鄭 和翊 東海大学, 理学部, 教授 (70399335)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | パルスプラズマ加速宇宙推進システム / ナノ秒短パルス放電プラズマ発生機 / ナノ秒短パルス放電 / ナノ秒短パルス放電発生電源 / 高繰り返しプラズマ発生機 / 推進性能評価 / パルスプラズマ診断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2015年度は以下の項目について実施した．
【A1(1)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築および性能評価】 ◆目的：既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出．
【B(1)．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ◆目的：ハイブリッドPICコードを用いて上記【A1】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出．
【C1(1)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 ◆目的：本計画においては，1)種光のパルス幅，2)パルスエネルギー，3)繰返し周波数，4)ファイバ増幅器のゲイン，5)ファイバ増幅器の長さ，などの影響について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化・小型化が目標．
【C2(1)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 ◆目的：新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）を実現．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
目標にほぼ沿った形で研究が遂行されている．具体的には以下に示す．
【A1(1)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：システム構築および性能評価】 既存の電源・性能評価装置を利用してシングルパルス放電時において，1)電極形状・サイズの影響（矩形型／同軸型），2)推進剤の影響（固体／気体），3)推進剤流量の影響，4)外部磁場の影響，5)パルス幅・エネルギーの影響，6)レーザーエネルギーの影響，などのそれぞれが推進性能に与える効果について定量的に比較検討し最適な作動条件の抽出を行った．
【B(1)．数値計算による作動条件の最適化：計算モデルの構築・試行計算】 ハイブリッドPICコードを用いて上記【A1】1)～6)を変化させた場合における支配的な物理的機構の抽出を行った．
【C1(1)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の作動試験・性能評価】 現在プロトタイプを性能試験中で，パルス幅100 ps，繰返し周波数1 MHz，平均出力50 Wを実現している．
【C2(1)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の構築・作動試験】 新たな高繰り返し短パルス回路を導入し，推進器ヘッドを結合した状態でパルス幅1 ns, パルスエネルギ10 mJ（ピークパワー0.01 GW, 0.1 MHz）を実現した．
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度（次年度）：各重要要素の高性能化
【A1(2)．シングルパルス放電実験(1)推進性能評価：性能評価および高性能化に向けた最適化】：性能評価実験によって各種作動条件を定量的に比較検討し，最適な作動条件の抽出を行う． 【B(2)．数値計算による作動条件の最適化：物理モデルの抽出】：単純物理モデルの構築および定量的な検証を行う． 【C1(2)．高繰り返しピコ秒レーザー励起プラズマ源の開発：試作機の性能評価・高性能化】：各種作動条件について比較検討を行い，更なる高出力化・高効率化を目指す． 【C2(2)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の作動特性評価】：これらの作動特性を評価する． 【D1(1)．連続パルス作動時の放電特性評価：統合システムの構築】：上記で構築したシステムおよび最適化の結果を踏まえた作動条件において高繰返しパルス作動試験を行う．特に各種作動条件における，動作特性の評価を行い，また，統合システムの構築および作動実験・評価実験を行う．
H29年度（最終年度）：各重要要素の最適化・統合
【B(3)．数値計算による作動条件の最適化：最適作動条件の抽出】：計算値と実験データの比較検討を行うことで，最適作動条件の実現を狙う． 【C2(3)．高繰り返し・高ピークパワー電源の開発：電源の最適化】：各種作動条件を変化させ作動特性を評価する． 【D1(2)．連続パルス作動時の放電特性評価：統合システムの評価】：統合システムの評価実験および最適作動条件の抽出を行う． 【D2．連続パルス放電作動時の推進性能評価：統合システムの最適化】：上記システムにより高繰返しパルス作動試験を行い，推進性能を評価する．更なる高効率化（> 70%）・高比推力化（> 20,000 s）をねらう．
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Research Products
(19 results)
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[Presentation] 短パルスLA-PPTの加速機構2015
Author(s)
加藤大人, 明石直, 大井川佑治, 細川大志, 堀澤秀之
Organizer
第59回宇宙科学技術連合講演会
Place of Presentation
かごしま県民交流センター （鹿児島県・鹿児島市）
Year and Date
2015-10-07 – 2015-10-09
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[Presentation] Short Pulse Characteristics of a Laser-Assisted Pulsed Plasma Thruster2015
Author(s)
Kouta Matsubara, Hiroshi Hosokawa, Nao Akashi, Haruna Hasegawa, Hideyuki Horisawa
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS(International Symposium on Space Technology and Science), 34th IEPC(International Electric Propulsion Conference) & 6th NSAT（Nano-satellite Symposium）
Place of Presentation
Kobe International Conference Center （兵庫県・神戸市）
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] Discharge Characteristics of a Gas-Fed Short-Pulse Plasma Thruster2015
Author(s)
Hiroshi Hosokawa, Nao Akashi, Kouta Matsubara, Haruna Hasegawa, Hideyuki Horisawa
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS(International Symposium on Space Technology and Science), 34th IEPC(International Electric Propulsion Conference) & 6th NSAT（Nano-satellite Symposium）
Place of Presentation
Kobe International Conference Center （兵庫県・神戸市）
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] A Laser-Electrostatic Hybrid Thruster2015
Author(s)
Ryo Edamura, Akihiro Osamura, Kenta Hara, Hideyuki Horisawa
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS(International Symposium on Space Technology and Science), 34th IEPC(International Electric Propulsion Conference) & 6th NSAT（Nano-satellite Symposium）
Place of Presentation
Kobe International Conference Center （兵庫県・神戸市）
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] Magnetic Field Distributions of a Laser Assisted Pulsed Plasma Thruster2015
Author(s)
Kentaro Kato, Nao Akashi, Hiroto Moriya, Yuji Oigawa, Hiroshi Hosokawa, Hideyuki Horisawa
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS(International Symposium on Space Technology and Science), 34th IEPC(International Electric Propulsion Conference) & 6th NSAT（Nano-satellite Symposium）
Place of Presentation
Kobe International Conference Center （兵庫県・神戸市）
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] Nanosecond Laser-Target Interaction for High Speed Plasma Emission2015
Author(s)
Ryosuke Koyama, Nao Akashi, Shigeru Yamaguchi, Ikkoh Funaki, Hideyuki Horisawa
Organizer
Joint Conference of 30th ISTS(International Symposium on Space Technology and Science), 34th IEPC(International Electric Propulsion Conference) & 6th NSAT（Nano-satellite Symposium）
Place of Presentation
Kobe International Conference Center （兵庫県・神戸市）
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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