パルスプラズマジェットを利用した太陽風プラズマ宇宙推進の実験研究

脉冲等离子体射流太阳风等离子体空间推进实验研究

• 批准号: 15760594
• 负责人: 船木 一幸
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760594/
• 关键词: 宇宙推進; 電気推進; 磁気セイル

太陽風プラズマ流を宇宙機の作る人工的な磁場でせき止めて深宇宙を航行するのが、新しい宇宙機推進システム「太陽風プラズマ推進」である。本研究では、太陽風を模擬したプラズマ流と、磁場を作る電磁石、そして電磁石のつくる磁場を広く展開して推力を増すためのプラズマ噴射装置、といった一連のシステムを真空チャンバー中に実現して評価する事を目的としている。平成17年度は、電磁流体アークジェット装置から供給される高密度高速プラズマジェット中に中心磁場2Tまでの電磁石(コイル)を挿入した実験を重点的に行なった。中心磁場強度と共にコイルを通過する際のプラズマジェットの運動量変化(すなわちコイルにかかる推力)が大きくなる。特に中心磁場が2Tのケースでは地球磁気圏と同様の衝撃波を伴うプラズマ流が観側され、地球磁気圏と相似になる電磁流体的な干渉にて大きな推力が得られることが確認された。また、磁場を拡げるためのプラズマ噴射装置の設計開発を進め、模擬太陽風源との同時運用には至らなかったが、これにより装置のほぼ全系を開発することができた。太陽風プラズマ推進は、従来のイオンスラスタなどの電気推進に比べて非常に大きな推力電力比を実現できる事が、実験および、実験と並行して進めた理論解析から明らかになっている。しかし、宇宙機システムとして必要なリソースの検討を行ったところ、電磁石の軽量化や磁場インフレーションに必要なプラズマ源の低電力化など、太陽風プラズマ推進が他の推進システムに対して優位であるためには、各種要素技術の最適化が必要であることが示唆された。

新的航天器推进系统“太阳风等离子体推进”是一种通过使用飞船创建的人工磁场阻断太阳风等离子体流的方式来航行深空的方式。这项研究旨在在真空室内实现和评估一系列系统，包括模拟太阳风的等离子体流，一种产生磁场的电磁场以及一个宽阔部署电磁场产生的磁场以增加推力的磁场。在2005年，我们专注于实验，其中将具有高达2T的中央磁场的电磁场（线圈）插入了由电磁流体弧形射流设备提供的高密度高密度等离子体射流中。随着中央磁场的强度，在通过线圈通过线圈时，动量变化（即，施加到线圈上的推力）增加。特别是，在中央磁场为2T的情况下，观察到具有类似地球磁层的冲击波的等离子体流动，并证实可以通过类似于地球磁层的电磁干扰获得了较大的推力。此外，该公司正在设计和开发等离子注入设备以扩展磁场，尽管不可能与模拟的太阳能风源同时操作它，但几乎所有设备都可以开发。与实验并行进行的理论分析表明，太阳风等离子体推进可以比传统的电力推进器（例如离子推进器）获得更大的推力功率比。但是，当我们研究航天器系统所需的资源时，建议为了使太阳风血浆推进优于其他推进系统，例如减少电磁体的重量并降低磁场膨胀所需的等离子体源的功能，需要各种元素技术。

项目成果

Development of Magnetoplasmadynamic Solar Wind Simulator for MagSail Experiment

用于MagSail实验的磁等离子动力太阳风模拟器的开发

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 30th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-201(CD-ROM)
• 作者: Y.Shimizu;K.Toki;I.Funaki;H.Kojima;H.Yamakawa
• 通讯作者: H.Yamakawa

Performance Evaluation of a Magneto Plasma Sail

磁等离子帆的性能评估

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of 7th International School/Symposium for Space Simulations 1
• 作者: R.Asahi;I.Funaki;K.Fujita;H.Yamakawa
• 通讯作者: H.Yamakawa

南翼, 船木一幸, 山川宏, 小川博之, 中山宜典: "深宇宙探査におけるプラズマセイルの有用性の研究"第47回宇宙科学技術連合講演会講演集. 47. 606-611 (2003)

Tsubasa Minami、Kazuyuki Funaki、Hiroshi Yamakawa、Hiroyuki Okawa、Yoshinori Nakayama：“等离子体帆在深空探索中的实用性研究”第 47 届空间科学技术联盟会议记录 47. 606-611 (2003)。

磁気セイルの実験室シミュレーション

磁帆的实验室模拟

• 发表时间: 2006
• 期刊: ISAS Research Note No.807
• 作者: 小嶋秀典;船木一幸;清水幸夫;山川宏
• 通讯作者: 山川宏

Numerical Simulation of a Self-Field MPD Thruster

自场 MPD 推进器的数值模拟

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the 29th International Electric Propulsion Conference IEPC-2005-89(CD-ROM)
• 作者: K.Kubota;I.Funaki;Y.Okuno
• 通讯作者: Y.Okuno