Digital Twin Creation of High-Density Ion Thruster with Electron Anomalous Transport Control

具有电子反常输运控制的高密度离子推进器的数字孪生创建

• 批准号: 20H02346
• 负责人: 川嶋 嶺
• 金额: $ 9.65万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology (2022-2023)The University of Tokyo (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02346/
• 关键词: 電気推進; ホールスラスタ; 放電制御; 数値流体力学; プラズマ; ホローカソード; 水; 電気推進; ホールスラスタ; 放電制御; 数値流体力学; プラズマ; ホローカソード; 水

（1）勾配ドリフト不安定性と電子異常輸送に関するプラズマシミュレーション磁化プラズマ中の電子異常輸送現象を解析するため、ホールスラスタの軸方向ー周方向を対象とした二次元コードを開発し、様々な推進機を対象に解析を進めた。ホールスラスタにはマグネティックレイヤ型とアノードレイヤ型と呼ばれる異なる方式の推進機が存在するが、特にアノードレイヤ型における電子異常輸送の特性は理解されていなかった。今年度これら二つの方式の実在する推進機を対象にシミュレーションを行ったところ、どちらの方式においても放電チャネルの出口付近からプルーム（下流）領域において勾配ドリフト不安定性と呼ばれるプラズマ振動現象が誘起され、電子異常輸送が生じることが分かった。開発中のシミュレーションコードが幅広い電気推進機のプラズマに対し、電子異常輸送現象の解析が可能であることが示唆された。（2）中和器電子源の放電モデル精緻化本研究課題で開発を目指すイオン推進機デジタルツインの一つのコンポーネントとして、中和器電子源のシミュレーションコードを開発している。今年度は放電プラズマと熱電子放出部材に関するモデル精緻化を進めた。六ホウ化ランタンを用いた熱電子放出部材の蒸発量、プラズマから電子源各部へ流入する熱流束、電子源各部のスパッタリング量などが解析可能となった。（3）水推進剤を用いたホールスラスタのビーム計測とシミュレーション水推進剤を用いたホールスラスタの開発が進められているが、この推進機に対するイオンビーム計測装置の開発を行った。またプラズマシミュレーションコードを水推進剤に対応可能にするため、水に対する化学反応モデルを実装した。水を推進剤に用いたホールスラスタのシミュレーションを行い、放電プラズマが維持される推進機作動条件が存在することを明らかにした。

（1）梯度漂移不稳定性和电子异常转运的等离子体模拟，以分析磁化等离子体中电子异常传输现象，开发了二维代码，涵盖了孔推进器的轴向和周向方向，并对各种推进机进行了分析。尽管有不同类型的推进机称为磁层类型和阳极层类型，但尤其是阳极层类型中电子传输的特征，尤其尚未理解。今年，使用这两种方法对实际推进机进行了模拟，发现在这两种方法中，在羽流（下游）区域中，从放电通道的出口附近诱导了称为梯度漂移不稳定性的等离子体振动现象，从而导致异常电子转运。正在开发的模拟代码表明，可以在电推进机的等离子体上进行异常电子传输现象的分析。 （2）详细说明中和电子源的放电模型我们正在开发中和电子源的模拟代码，这是我们旨在在本研究主题中开发的数字双离子推进机的一个组成部分。今年，我们一直在研究与排放血浆和热电子发射组件有关的模型的完善。使用灯笼六边形，热通量从血浆流向电子源的各个部分的热通量，可以分析热通量的蒸发量，并且可以分析电子源各部分的溅射量。 （3）正在进行使用水推进剂和使用水推进剂的孔推进器的模拟开发孔推进器的光束测量，并且已经开发了该推进剂的离子束测量设备。此外，实施了水的化学反应模型，以使等离子模拟代码与水推进剂兼容。进行了使用水作为推进剂的孔推进器的模拟，以表明操作推进剂维持排放血浆的条件。