3次元計算機実験による宇宙飛翔体近傍のプラズマ電磁環境に関する研究

利用3D计算机实验研究航天器附近等离子体电磁环境

基本信息

批准号：
07780418
负责人：
臼井英之
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、3次元計算機実験により飛翔体・建造物近傍のプラズマ及び電磁界応答の定量的解析を行なうことであり、これにより、実際の宇宙空間での建造物構築の際に非常に有益になる工学的及び理学的な知見を得ることができる。宇宙飛翔体の具体例としては、1次元に長い導体物システムとみなせるシャトル・テザ-衛星システムとブラックアウト、すなわち、地上との通信途絶が問題になる大気圏再突入宇宙機を考え、いずれも3次元計算機実験により宇宙プラズマとの相互作用について解析を行なった。以下に、研究成果をまとめる。(1)計算機実験で使用する3次元電磁粒子コードの改良を行い、宇宙飛翔体に相当する物体をモデル空間に導体物として取り込む工夫を施した。(2)宇宙飛翔体のモデルの一つとしてテザ-衛星系を用い、2次元及び3次元空間を用いてその計算機実験を行なった。(3)高電位衛星近傍での電子シース形成の時空間発展を3次元的に追うことができ、磁場に垂直方向では密度の高いシース形成が確認された。(4)テザ-系近傍での電磁界擾乱について調べ、テザ-内の過渡電流によるホイッスラ-波動パケットの励起、衛星近傍での電子-イオンの相対速度差によるビーム不安定性について定量的な解析を行なった。(5)大気圏再突入宇宙機をモデルとした計算機実験を行ない、ブラックアウト(通信途絶)の再現に成功した。(6)ブラックアウト時における機体近傍の電磁環境について定量解析を行ない、ブラックアウトの特性について定量解析を行なった。

这项研究的目的是通过 3D 计算机实验定量分析飞行物体和建筑物附近的等离子体和电磁场响应，以获得有用的工程和科学知识。作为航天器的具体例子，我们考虑航天飞机系链卫星系统，它可以被视为一维长导电物体系统，以及大气再入航天器，其中停电，即与地面失去通信，是一种严重的问题。我们使用三维计算机实验分析了与空间等离子体的相互作用。研究结果总结如下。 (1)改进了计算机实验中使用的三维电磁粒子代码，设计了一种将相当于航天器的物体作为导电物体纳入模型空间的方法。 (2)以系留卫星系统作为航天器模型之一，利用二维和三维空间进行了计算机实验。 (3)可三维跟踪高电位卫星附近电子鞘层形成的时空演化，并在垂直于磁场的方向证实了致密的鞘层形成。（4）研究系链系统附近的电磁场扰动，定量分析系链中瞬态电流对哨声波包的激发以及卫星附近电子和离子之间的相对速度差异引起的束流不稳定性。（5）我们利用再入大气层航天器的模型进行了计算机实验，成功地再现了停电（通信中断）。 (6)对停电期间飞机附近的电磁环境进行定量分析，对停电特征进行定量分析。