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.

激光推进采用连续波激光器作为能源，与等离子体推进机不同，不需要机载电源，因此是一种有望具有极低功率重量比和低功耗的推进系统。由于这些特性，预计将应用于利用地球和行星大气层的轨道间运输任务和推进任务。为了实现这种激光推进，必须使用来自激光的能量关键是如何高效地向工作流体赋予高焓流。今年，我们将利用2004年建立的激光等离子体和电感耦合等离子体的稳定方法来研究引入流对能量转换效率的影响。根据使用声速流法和激光吸收光谱法的测量结果，我们发现以下结果。・回旋流的流量比越小，感应耦合等离子体越多通过减少引入的旋转流的比例，气流中心的焓增加了约30%，从而获得了高达2MJ/kg的焓流。・通过将高能激光应用于感应耦合等离子体。，可扩展等离子体生成条件，提高能量转换效率。此外，本研究获得的电感耦合等离子体生成技术可用于中和离子束源。除了应用于等离子体推进机之外，离子束中和器对于各种等离子体处理技术也是必不可少的，并且业界对离子束中和器的开发的期望和需求越来越大。开发一种清洁且寿命长的中和器是可能的。通过实验，我们发现比传统中和器具有更高的电子产生成本和推进剂利用效率的开发已经得到验证。