高密度ヘリコンプラズマ源を用いた先進的無電極プラズマ加速法の研究開発

利用高密度螺旋等离子体源的先进无电极等离子体加速方法的研究与开发

基本信息

批准号：
18J12036
负责人：
古川武留
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J12036/
关键词：
プラズマ推進プラズマ科学宇宙理工学

项目摘要

プラズマと生成・加速用電極との直接相互作用なく推力生成が可能な、無電極プラズマ加速法が提案されている。本研究課題ではその一つの回転磁場（Rotating Magnetic Field: RMF）プラズマ加速法の原理実証、およびこの加速効果を最大化させる運転パラメータ導出を実験的に行うものである。外部アンテナによりプラズマ内部に周方向電流を駆動し、外部発散磁場の径方向成分に起因する軸方向ローレンツ力によりプラズマを加速させる。この提案加速法の推進性能が実用化レベルを達成すれば、従来電気推進機に見られる電極損耗による寿命制限、性能低減の問題を根本から解決し、長期的宇宙ミッション遂行にも貢献可能と考える。採用第2年目では、RMF加速効果のRMF回転周波数の依存性調査を行った。採用1年目同様にRMF時間変動成分の時空間分布を計測し、RMFのプラズマ中への浸透評価と合わせて、電磁加速力を比較・評価し、電磁加速に最適なRMF周波数の存在を示唆した。計測したRMF磁場の時空間分布において、プラズマ中心部の磁場分布構造に位相遅れがみられ、各時間フェーズごとに磁場浸透，電磁加速効果およびプラズマ生成効果の検討必要性の知見も得られた。また、RMF法の加速力増強に向けてRMF印加電流値増大を図った。従来最大電流値を1.5倍に増加させて駆動したところ、RMF周波数条件によるが、高いイオン流速および電子密度の空間的増加がえられた。更なる印加電流の増大による加速加速効果の増大を今後検討していく。さらに、RMF法単体によるプラズマ放電が可能な運転条件も得られ、RMF由来の電磁加速とプラズマ生成の両立した新規スラスタシステムも検討していく。

已经提出了无电极等离子体加速方法，其能够在等离子体与生成/加速电极之间没有直接相互作用的情况下产生推力。在本研究项目中，我们将通过实验演示旋转磁场（RMF）等离子体加速方法的原理，并推导操作参数以最大化加速效果。通过外部天线在等离子体内部驱动周向电流，并且外部发散磁场的径向分量引起的轴向洛伦兹力对等离子体进行加速。如果所提出的加速方法的推进性能达到实用水平，我们相信它将从根本上解决传统电力推进机器中因电极磨损而导致的寿命有限和性能下降的问题，并有助于执行长期任务。术语太空任务。在采用的第二年，我们研究了 RMF 加速效应对 RMF 旋转频率的依赖性。与入职第一年一样，我们测量了RMF时变分量的时空分布，并结合RMF对等离子体穿透力的评估，对电磁加速力进行了比较和评估，表明存在最优RMF电磁加速的频率。在实测RMF磁场的时空分布中，在等离子体中心的磁场分布结构中观察到了相位滞后，同时发现有必要研究磁场穿透、电磁加速效应和等离子体生成效应对于每个时间阶段。此外，我们尝试增加RMF施加电流值，以增强RMF方法的加速力。当传统最大电流值增加1.5倍时，根据RMF频率条件，可以获得高离子流速和电子密度的空间增加。今后，我们将研究通过进一步增加施加电流来提高加速效果。此外，我们已经获得了仅使用RMF方法即可实现等离子体放电的操作条件，我们还将研究一种与RMF衍生的电磁加速和等离子体生成兼容的新型推进器系统。