太陽風を利用した宇宙推進システム実現を目的とした研究

旨在实现利用太阳风的空间推进系统的研究

• 批准号: 07J02798
• 负责人: 西田 浩之
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J02798/
• 关键词: 電磁流体力学; 宇宙推進; 太陽風; 推力発生機構; 航空宇宙工学; 惑星探査

磁気プラズマセイルは宇宙機に搭載した超伝導コイルとプラズマ噴射により強い磁場を形成し,その磁場を帆として惑星間空間中の太陽風(高速のプラズマ流)を受けることで推力を得る.プラズマ噴射により形成された(磁場インフレーションされた)磁気圏と太陽風の干渉を理想電磁流体力学に基づいてシミュレーションし,磁気プラズマセイルの推力発生メカニズムについての解析を実施した,噴射プラズマ流のAflven Mach数と磁気プラズマセイルの推力の関係を調べた結果,噴射プラズマ流のAlfven Mach数が1を超えると磁気プラズマセイルは推力を得られなくなることが明らかとなった.この結果は磁気プラズマセイルが推力を得る為には電磁流体波(MHD波)が太陽風から宇宙機にまで伝わる必要があることを示している。すなわち,太陽風から宇宙機への運動量伝達プロセスにおいてMHD波が重要な役割を果たしていることが明らかにした.磁気プラズマセイルの推進性能についての評価を行った.推進性能の評価には,太陽風運動量の推力への返還効率と推力の噴射プラズマの運動量に対する比率,2つのパラメータを導入した.磁気プラズマセイルが推力を得る為には亜音速の噴射プラズマ流を磁場形成に用いる必要があるが,このような条件では高い推進効率が発揮できないことが示された.明らかにした推力発生メカニズムを基に,推進効率を改善する方法について検討を行った.磁場形成に用いる噴射プラズマの噴射方向を太陽方向に限定することで,噴射プラズマ流の運動量をも推力として利用する方法について検討を行った.シミュレーションにより磁気プラズマセイルとしての推力に加えて噴射プラズマ流による推力も推進に利用できることが示されたが,推進効率の改善は数割程度であることも示された.

磁性等离子体帆通过安装在航天器上和血浆注入的超导线圈形成强磁场，并将磁场用作帆，以接收跨层次空间的太阳风（高速等离子流）。基于理想的电磁水动力学模拟了由等离子体注射和太阳风形成的磁层（磁场膨胀）之间的干扰，并就推力产生磁性等离子体帆的机理进行了分析。结果，发现如果弹出等离子体流量的Alfven马赫数超过1，则磁等离子体帆将无法获得推力。该结果表明，为了使磁等离子体帆获得推力，有必要将电磁流体波（MHD波）从太阳风传输到航天器。换句话说，据表明，MHD波在从太阳风到航天器的动量转移过程中起着重要作用。我们评估了磁等离子体帆的推进性能。为了评估推进性能，引入了两个参数：太阳风动量与推力的返回效率以及推力与注入等离子体的动量之比。为了使磁等离子体帆获得推力，必须将亚音速注射等离子体流动用于磁场形成，但是在这些条件下显示了高推进效率。结果表明，这是不可能的。基于揭示的推力产生机制，我们研究了一种提高推进效率的方法。通过限制用于向太阳形成磁场的注射等离子体的注入方向，我们还研究了如何将注入等离子体流动的动量作为推力。模拟表明，除了作为磁等离子体帆的推力外，还可以使用注射等离子体流量的推力来推进，但也表明，推进效率的提高仅为几％。

项目成果

MHD Flow Field and Momentum Transfer Process of Magneto-Plasma Sail

磁等离子帆MHD流场及动量传递过程

• 发表时间: 2009
• 期刊: J. Plasma & Fusion Res. SERIES
• 作者: H. Nishida;I. Funaki;Y. Inatani and K. Kusano
• 通讯作者: Y. Inatani and K. Kusano

磁気セイルにおける推進特性の3次元電磁流体解析

磁帆推进特性的三维磁流体动力学分析

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本航空宇宙学会論文集 55
• 作者: 南澤 孝太;深町 聡一郎;梶本 裕之;川上 直樹;舘 障;南澤孝太;Kouta Minamizawa;南澤孝太;南澤孝太;Kouta Minamizawa;Kouta Minamizawa;南澤 孝太;Kouta Minamizawa;Kouta Minamizawa;南澤 孝太;南澤 孝太;Hiroyuki Nishida;西田 浩之
• 通讯作者: 西田 浩之

太陽風から磁気プラズマセイルへの理想電磁流体的な運動量伝達プロセス

从太阳风到磁等离子体帆的理想磁流体动力动量传递过程

• 发表时间: 2007
• 作者: 南澤 孝太;深町 聡一郎;梶本 裕之;川上 直樹;舘 障;南澤孝太;Kouta Minamizawa;南澤孝太;南澤孝太;Kouta Minamizawa;Kouta Minamizawa;南澤 孝太;Kouta Minamizawa;Kouta Minamizawa;南澤 孝太;南澤 孝太;Hiroyuki Nishida;西田 浩之;西田浩之;西田浩之;Hiroyuki Nishida;西田 浩之
• 通讯作者: 西田 浩之

磁気プラズマセイルにおける電磁流体的流れ場と推力について

磁等离子体帆中的磁流体动力流场和推力

• 发表时间: 2009
• 作者: 西田浩之;船木一幸;草野完也;稲谷芳文
• 通讯作者: 稲谷芳文

MHD Analysis on Propulsive Characteristics of Magneto Plasma Sail

磁等离子帆推进特性的MHD分析

• 发表时间: 2007
• 作者: H. Nishida;I. Funaki;H. Ogawa Y. Inatani
• 通讯作者: H. Ogawa Y. Inatani