2023 Fiscal Year Research-status Report
Observation of vertically ejected plume generated by impact of hollow projectiles
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23K03483
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| Research Institution | University of Occupational and Environmental Health, Japan |
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Principal Investigator |
門野 敏彦 産業医科大学, 医学部, 教授 (60359198)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | impact / hollow projectile / ejecta pattern / planetary exploration / sampling method |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Impact experiments in space have been conducted in planetary exploration, using hollow or internally structured projectiles. In laboratory experiments using hollow projectiles conducted to investigate the differences in crater and ejecta from the case of solid projectiles, a plume perpendicular to the target surface has been observed, which has not in conventional cratering experiments using solid projectiles. We conducted crater formation experiments using hollow resin projectiles to understand the mechanism through which vertical plumes form in the case of hollow projectiles. We examined the generation of a vertical plume as a function of the impact velocity, vimp. We found that (i) no vertical plume occurs at vimp < 200 m/s, (ii) the cases with or without a vertical plume are mixed at 200 < vimp < 350 m/s, (iii) no vertical plume occurs at 350 < vimp < 800 m/s, and (iv) a vertical plume occurs at 2 < vimp < 3 km/s. We qualitatively discussed the generation mechanism of the vertical plume using the results of recovered projectiles. Depending on vimp, an empty hole in which there is no projectile materials can be opened along the central axis, resulting in the generation of a vertical plume.
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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
初年度は，応募者の所属機関が所有する高頻度で実験可能な口径10 mmの加速装置（ガス銃）を用い，市販の外径10 mm内径9 mmのポリスチレン球を中空衝突体として衝突速度100 m/sから500m/sまでの範囲で衝突実験を行うことができた．所属機関に既存の高速カメラを使った計測を行い，垂直プリュームの有無を確認して，その速度も解析することができた．垂直プリュームが発生する衝突速度範囲と回収衝突体の破片の様子から，垂直プリュームの発生過程についての理解が進んだ．
このように，まず中空衝突体を使った実験で垂直プリュームの発生過程についての知見が得られたことから，おおむね順調に進展していると言うことができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに中空球を使った衝突実験から垂直プリュームの発生過程についての知見が得られた．これをふまえ，今後は加工された中空球や別の形状の衝突体を用いて検証を行う．
現在の衝突実験装置では球と円柱以外の任意の形状の衝突体を加速することができない．このためにはサボを使う方法（衝突体をサボに装着し，サボを加速，衝突前にサボを分離し衝突体のみ標的に衝突させる）が一般的であるが現有の真空チャンバーではサボを使うことができない．今後はサボ使用可能な真空チャンバーによる多様な形状の衝突体を使った衝突実験を行うことを考えている．
また，実験では垂直プリュームの質量の計測ができていない．この点を補うため数値計算の導入も検討したい．様々な形状の衝突体に対する放出物のパターンを調べ，垂直プリュームが発生する条件の精度を上げ垂直プリュームの質量を求める．
実験と数値計算での放出物パターンの比較から，より効率よく標的物質を放出させる形状や衝突条件を見いだし，惑星探査でのサンプラー開発仁応用することを目指す．
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| Causes of Carryover |
初年度は既に購入済の市販の中空球を衝突飛翔体として用いた実験を行い，垂直プリュームの発生過程についての理解がすすんだ．この結果を踏まえ，外形が球でない形状の衝突体による実験が必要となった．球や円柱以外の衝突体を加速するためにはサボによる方法が一般的であるが，現有の真空チャンバーではサボを使うことができない．また，二年目に真空チャンバーを購入する予定であったがサボの使用を想定していなかった．サボ使用可能な真空チャンバーをあらためて購入するには交付決定額では不足していたため，研究の更なる推進のために繰越の制度を利用して初年度と翌年度の助成金と合わせてサボ使用可能な真空チャンバーを購入することとした．
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Research Products
(6 results)
