ビーミング推進機における電磁波ビームの爆風波へのエネルギー変換過程の解明

射束推进机中电磁束向冲击波能量转换过程的阐明

基本信息

批准号：
10J05484
负责人：
山口敏和
金额：
$ 1.34万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

今後の宇宙開発の発展に不可欠となる大量物資輸送の低コスト化を目指し,外部からの電磁波ビーム照射により供給されるエネルギーを推力に変換するビーミング推進機「マイクロ波ロケット」を提案している.これを高性能化させるためのエネルギー変換物理解明が本研究課題である.エネルギー源からの出力形態である「電磁波ビーム」と,推力を直接的に機体に与える「爆風波」との間のエネルギー変換過程を解明することは,ビーミング推進機における入出力関係を明らかにすることに相当する.(1)「ミリ波ビームの電力密度空間分布に依存したプラズマ・衝撃波伝播構造の変化と,そのときのマイクロ波ロケットの推力変化」という前年度に得た結果を踏まえ,「フィラメント構造を形成する大気圧ミリ波プラズマの数値計算」コードを開発し,物理モデルについて検討した.入射電磁波の空間分布および電離モデルを改良し,進展形状と速度について実験結果に沿う一定の成果を得た.(2)最終年度における設計実証として,現在実施可能なビーミング推進機の最高性能をマイクロ波ロケットによって示すことを試みた.すなわち「1MW級ジャイロトロン一基によるkg級推進機の打ち上げ実証」である.ビーム伝送距離3mにおけるkg級推進機打ち上げ実験系をセットアップしたが,飛翔には至らなかった.原因を次の二点に絞り込んだ.飛行実証における時間スケール(50発照射時)では,パルス間の換気時間が不十分なときに放電開始位置が変動する現象が支配的となり,前年度に得た推力30N(0.2m伝送,5発照射)を定常的に維持できなかった.また,ビーム伝送後の再集光部においてビーム強度分布が偏ったため流体の加熱率を下げ,単パルスでの力積低下を招いた.一方で,並行して開発を進めてきた自発的作動によるリード弁式吸気機構は,50発照射時の力積回復効果を確認した.

为了降低运输大量商品的成本，这对于未来的太空发展过程至关重要，我们提出了一个光束刺激“微波火箭”，该刺激将外部电磁梁照射提供的能量转化为推力。该研究主题是了解改善此功能的能量转换过程。为了阐明“电磁波梁”之间的能量转换过程，该过程是能源的输出形式和直接赋予机身推力的“爆炸波”的输出形式，相当于阐明梁刺激中的输入/输出关系。根据上一年获得的结果，“血浆和冲击波传播结构的变化取决于当时毫米波梁的空间分布以及微波火箭的推力变化”，我们为大气压力毫米波的数值计算制定了代码，以形成细丝结构”并检查了物理模型。我们改善了入射电磁波的空间分布和电离模型，以及发育形状和速度。我们与实验结果一致取得了某些结果。（2）作为最后一年的设计演示，我们试图使用微波火箭演示当前可能的光束推进机的性能最高。换句话说，我们决定使用一台1MW旋转子启动一台实验性的KG级推进机。我们建立了一个实验系统，用于启动一台KG级推进机，其光束传输距离为3m，但没有达到飞行。该原因范围缩小到以下两个点：飞行演示中的时间尺度（5）当0脉冲辐照周期不足，放电启动位置占主导地位，并且在上一年获得的30n（0.2m透射，5脉冲辐照）的推力无法持续保持。此外，光束传输后的重新剖分部分中的光束强度分布有偏差，从而导致流体的加热速率降低，从而导致单个脉冲的力降低。同时，已并行开发的铅阀型进气型机制的自发操作证实了在50脉冲照射下恢复力的效果。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Energy conversion in a glass-laser-induced blast wave in air

DOI：
10.1063/1.3525561
发表时间：
2010-12
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Bin Wang;K. Komurasaki;Toshikazu Yamaguchi;K. Shimamura;Y. Arakawa
通讯作者：
Bin Wang;K. Komurasaki;Toshikazu Yamaguchi;K. Shimamura;Y. Arakawa

A One-Dimensional Propagation of Shock Wave Supported by Atmospheric Millimeter-Wave Plasma

大气毫米波等离子体支持的冲击波的一维传播

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
J Infrared Milli Terahz Waves
影响因子：
0
作者：
Oda Y;Komurasaki K;Sakamoto K;et al.
通讯作者：
et al.

Microwave Rocket with Long-Range Beam Transmission Technology

具有远距离光束传输技术的微波火箭

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Fukunari;M.;Amault;A.;Komatsu;R.;Komurasaki;K.;Katsurayama;H.;Oda;Y.;Kajiwara;K.;Takahashi;K.;Sakamoto;K.;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和
通讯作者：
山口敏和

Millimeter-wave Beam Conversion with Quasi-optical Mirrors for Microwave Rocket Launch Demonstration

用于微波火箭发射演示的准光学镜毫米波光束转换

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi T;Komurasaki K;Oda Y;Kajiwawara K;Takahashi K;Sakamoto K
通讯作者：
Sakamoto K

大気吸入式電磁デトネーションエンジン「マイクロ波ロケット」の作動原理と大量物資輸送機としての展望

吸气式电磁爆震发动机“微波火箭”的工作原理及其作为大批量货物运输车辆的前景

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yamaguchi;T.;Fukunari;M.;Amault;A.;Komatsu;R.;Komurasaki;K.;Katsurayama;H.;Oda;Y.;Kajiwara;K.;Takahashi;K.;Sakamoto;K.;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和;山口敏和
通讯作者：
山口敏和