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。

一种新的航天器推进系统“太阳风等离子体推进”利用航天器产生的人造磁场来阻挡太阳风等离子体流以在深空航行。在这项研究中，我们将在真空室中实现和评估一系列系统，包括模拟太阳风的等离子体流、产生磁场的电磁体以及扩大电磁体产生的磁场的等离子体注入装置增加推力是针对某事。 2005年，我们重点进行了实验，将中心磁场高达2T的电磁铁（线圈）插入磁流体动力电弧喷射装置提供的高密度、高速等离子射流中。随着中心磁场强度的增加，等离子射流穿过线圈时动量的变化（即施加到线圈上的推力）增加。特别是，在中心磁场为2T的情况下，观察到了与地球磁层类似的伴随着冲击波的等离子体流，并且确认了可以通过与地球磁层中类似的磁流体动力干涉来获得大推力。地球磁层。此外，我们继续设计和开发了用于扩大磁场的等离子体注入装置，虽然我们无法与模拟太阳风源同时操作它，但我们能够开发该装置的几乎整个系统。与实验并行进行的实验和理论分析表明，太阳风等离子体推进可以实现比离子推进器等传统电力推进方法大得多的推力功率比。然而，在考虑航天器系统所需的资源后，我们发现太阳风等离子体推进比其他推进系统具有优势，例如更轻的电磁体和磁场膨胀所需的等离子体源的功耗更低，因此建议对太阳风等离子体推进进行优化。需要各种基础技术。

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