誘導結合型プラズマを応用した低圧環境下におけるレーザー推進

使用电感耦合等离子体在低压环境中进行激光推进

基本信息

批准号：
16656263
负责人：
荒川義博
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

連続発振のレーザーをエネルギー源とするレーザー推進は,プラズマ推進機と異なり電源を搭載する必要がないため,電力-重量比を極めて小さくできることに加え,大きな推力密度が期待される推進システムである.このような特徴から,軌道間輸送ミッションや,地球や惑星の大気を利用した推進ミッションなどへの応用が期待される.このレーザー推進の実現のためには,レーザーからのエネルギーを効率よく作動流体に与え,いかに高いエンタルピーの流れを達成できるかが鍵となっている.本年度は,平成十六年度に確立されたレーザープラズマと誘導結合型プラズマの安定化手法を用いて,旋回流の導入がエネルギー変換効率に与える影響について調べた.ソニックフロー法およびレーザー吸収分光法を用いた測定の結果,以下のことがわかった.・旋回流の流量割合が少ないほど,誘導結合型プラズマがより下流に生成され,気流のエンタルピーが高まる.・旋回流の導入割合を少なくすることで,気流中心のエンタルピーが30%程度増加する.この結果,最大2MJ/kgのエンタルピー流を得た.・高エネルギーレーザーを誘導結合型プラズマに応用することで,プラズマ生成条件が拡大しエネルギー変換効率が高められる.また,本研究で得た誘導結合型プラズマ生成技術をイオンビーム源の中和器として応用する実験を行った.イオンビーム中和器は,プラズマ推進機への応用のほか,各種プラズマプロセッシング技術に不可欠なものとして,その開発が産業界から期待と需要が高まっている.無電極放電である誘導結合型プラズマを用いる事により,クリーンかつ高い寿命を誇る中和器の開発が可能となる.実験の結果,従来に比べ電子生成コスト,推進剤利用効率が高い中和器の開発を実証した.

与血浆刺激不同，使用连续振荡激光作为能源的激光推进不需要电源，因此除了能够降低功率重量比率外，它是一种推进系统，预计将具有较大的推力密度。这些功能使其可以使用地球和行星的大气将其应用于轨道内运输任务和推进任务。为了实现这种激光推进，关键是有效地将激光器从激光施加到工作流体并达到高焓流。 This year, we investigated the effect of introducing swirl flow on energy conversion efficiency using the stabilization method of laser plasma and inductively coupled plasma established in 2004. The results of measurements using the sonic flow method and laser absorption spectroscopy revealed the following: The lower the flow rate of swirl flow, the inductively coupled plasma, A map is generated further downstream, increasing the enthalpy of气流。 - 通过降低旋流流的引入速率，气流中心的焓增加了约30％。结果，获得了高达2 MJ/kg的焓流。 - 通过将高能量激光器应用于电感耦合等离子体，血浆产生条件扩大并提高了能量转化效率。我们还进行了一个实验，在该实验中，在本研究中获得的电感耦合等离子生成技术被用作来自离子束源的中和器。除了应用于血浆推进机外，离子束中和的开发也从行业中增加，这是各种血浆处理技术不可或缺的一部分。通过使用无电放电的电感耦合等离子体，可以开发具有清洁寿命高的中和器。该实验证明了与传统的中和效率更高的中和效率相比，具有更高的电子生产成本和推进剂利用效率的发展。