大電力マイクロ波発振源を用いた実験研究によるマイクロ波推進器の設計手法の開発

通过使用高功率微波振荡源的实验研究开发微波推进设计方法

• 批准号: 05J11856
• 负责人: 小田 靖久
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11856/
• 关键词: マイクロ波ロケット; ミリ波; ジャイロトロン; 大気圧プラズマ; 衝撃波; エネルギー変換; 推進器; マイクロ波ビーミング推進; プラズマ; 運動量結合係数

地上から大電力マイクロ波ビームを用いて推進エネルギーを供給するマイクロ波ロケットは低コストの宇宙輸送システムとして期待されている。繰り返しパルス形のマイクロ波ビーミング推進では、大電力のパルス状マイクロ波によって気中放電を発生させ、これに伴う衝撃波が作り出す高圧を利用して推進力を発生させる。気中放電によって生じるプラズマの電離波面は、マイクロ波を吸収しながらビーム上を伝播する。そのため、投入エネルギーを有効に利用するためビーム軸と平行な円管を持った推進器モデルが有効であると考えられる。本研究では、プラズマと衝撃波によるマイクロ波ロケットの推力発生メカニズムを明らかにするとともに、その設計手法を確立することを目指している。これまでに、マイクロ波ロケットの推進器モデルを用いて、発生推力の測定とともに、内部で形成される衝撃波の測定を行った。マイクロ波プラズマによって衝撃波が駆動されるメカニズムとして、マイクロ波支持燃焼(Microwave Supported Combustion)モデルを提案した。このモデルは、レーザープラズマによる衝撃波形成のメカニズムとして知られているデトネーションモデルとことなり、マイクロ波ロケット内で観測されるようなマッハ数が2程度の低速の衝撃波にも適用することができる。モデルに基づく計算結果は、これまでに実験で観測された衝撃波の圧力パラメータなどを再現した。この結果を用いることにより、PDE型推力発生サイクルを用いて推力性能を算出した。その結果、プラズマ波面の伝播速度が超音速となる条件で高い運動量結合係数が得られる要因として、プラズマ波面が超音速で伝播する場合には、強い衝撃波が維持されることを明らかにした。

使用大型电源微波梁从地面提供促销能量，预计将是低成本的太空传输系统。重复的脉冲形状光束促进促进会导致大功率脉冲样微波导致空气排放，并使用随附的冲击波产生的高压产生推进。空气排放产生的血浆的离子波表面在梁上传播，同时吸收微波。因此，认为具有平行于梁轴的圆管的推进模型以有效使用输入能被认为是有效的。在这项研究中，我们旨在阐明由于血浆和冲击波而引起的微波火箭的推力机理，并建立设计方法。到目前为止，使用微波火箭推进模型，与出现推力一起进行了内部形成的冲击波。提出了微波支持的燃烧模型作为一种机制，其中电击波是由微波等离子体驱动的。该模型可以应用于激光等离子体的爆炸模型，称为冲击波形成机理，并可以应用于在微波火箭中观察到许多马赫的低速冲击波。基于模型的计算结果再现了迄今为止在实验中观察到的冲击波的压力参数。通过使用此结果，使用PDE型推力生成周期计算推力性能。结果，揭示了当等离子体波以超声速度传播时，保持强冲浪波，是在等离子体波表面的传播速度的情况下获得高运动CO效率的因素 - 速度速度。

项目成果

大電力ジャイロトロンを用いたマイクロ波ロケットの推進性能の大気圧依存性

高功率回旋管微波火箭推进性能的大气压力依赖性

• 发表时间: 2007
• 期刊: プラズマ核融合学会誌 83・3
• 作者: Yasuhisa Oda;et. al.;小田 靖久 他
• 通讯作者: 小田 靖久 他

Pressure History Measurement in a Microwave Beaming Thruste

微波束推力中的压力历史测量

• 发表时间: 2006
• 期刊: Beamed Energy Propulsion : Proceedings of 4th International Symposium of Beaming Energy and Propulsion (印刷中)
• 作者: Yasuhisa Oda;et al.
• 通讯作者: et al.

Application of High Power Millimeter-wave to Space Propulsion

高功率毫米波在空间推进中的应用

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of The Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics
• 作者: Yasuhisa Oda;et al.
• 通讯作者: et al.

A Plasma and Shockwave Observation with Pulse Repetition in a Microwave Boosted Thruster

微波助推器中脉冲重复的等离子体和冲击波观测

• 发表时间: 2006
• 期刊: AIAA Paper 2006
• 作者: Yasuhisa Oda;et al.
• 通讯作者: et al.

Plasma generation at atmospheric pressure using a high power microwave beam and its application to rocket propulsion

使用高功率微波束在大气压下产生等离子体及其在火箭推进中的应用

• 发表时间: 2007
• 期刊: Electric Engineering in Japan 161-2
• 作者: Yasuhisa Oda;et. al.
• 通讯作者: et. al.