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

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。

已经提出了一种无电的等离子体加速度方法，该方法允许在血浆和电极之间直接相互作用进行推力生成，以生成和加速。该研究主题将证明旋转磁场（RMF）等离子体加速方法之一的原理，并通过实验得出操作参数，以最大程度地提高这种加速度效应。圆周电流由外部天线在血浆内部驱动，并且血浆由由外部散开磁场的径向分量引起的轴向洛伦兹力加速。如果该提出的加速方法的推进性能达到了实际水平，则它将从根本上解决生命限制和降低性能的问题，这是由于传统的电动推进机中看到的电极磨损而导致的，并为长期太空任务做出了贡献。在采用的第二年，我们研究了RMF加速效应的RMF旋转频率的依赖性。与采用第一年相似，测量了RMF时变成分的时空分布，并比较并评估了RMF中RMF进入血浆的渗透力的评估，并进行了评估，这表明电磁频率的存在是对电磁加速度的最佳电磁频率的存在。在测得的RMF磁场的时空分布中，等离子体中心的磁场分布结构存在相位延迟，我们还需要检查磁场渗透，电磁加速度效应以及每个时间阶段的血浆产生效应。此外，为了增加RMF方法的加速力，RMF应用的电流值增加了。当驾驶以前增加1.5倍的最大电流值时，根据RMF频率条件，空间上的高离子流量和电子密度增加。现在，我们将考虑增加进一步增加应用电流的加速效应。此外，仅获得了使用RMF方法的血浆放电的操作条件，并且将考虑将来自RMF和等离子体产生的电磁加速度结合的新推进器系统。