小型イオンエンジンの高性能化

提高小型离子发动机的性能

基本信息

批准号：
11F01379
负责人：
中島秀紀
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01379/
关键词：
中和器電子源イオンエンジンマイクロ波

项目摘要

当研究室においては、従来から、小型イオンエンジンを開発して来た。この小型イオンエンジンでは、マイクロ波による電子サイクロトロン共鳴(ECR)加熱によりプラズマを無電極で生成出来る。このため、エンジンの長寿命化が期待でき、小型衛星の軌道修正、或は、「はやぶさ」に代表される惑星探査に応用可能である。エンジン本体としては、世界最高の性能を誇るものの、エンジンと一体となって運転される中和器(電子源)の開発は遅れ、いまだその性能は十分なものではない。(必要とされる電流、12mAに対し1て、現在まで種々のアイデアを試して来たが、6mAを達成しているに過ぎない。)今後、このタイプのイオンエンジンの実用化・商用化のためには、何としても中和器の性能を向上させる必要がある。今回の研究員候補者は、マイクロ波放電に関する知見を豊富に持っているので、彼と共同研究することにより、中和器の性能向上が大いに期待できる。具体的には、磁場配位を従来の軸方向ミラー磁場から、径方向カスプ磁場配位に変更することで、電子の壁への損失を軽減させ、引き出し電流量を増大させることが可能であると考えられる。更に、このカスプ磁場配位をイオンエンジン本体の方にも適用すると、更にイオンエンジン本体の方も性能が向上することが期待される。例えば、この配位では、生成されるイオンは、速度の半径方向成分が小さいので、引き出しグリッドの損傷が押さえられ、グリッドの長寿命化が期待される。結局、試行錯誤の結果、中和器に対しては、性能は要求されるものを遥かに超えるものが得られ、研究の所期の目的は成功裏に達成できた。また、イオンエンジンも同様に、要求される性能を大幅に超えるものが設計できた。

我们的实验室已经开发了小离子发动机已有很长时间了。在这种小离子发动机中，可以通过微波加热电子回旋共振（ECR）生成等离子体。这允许发动机的寿命更长，并且可以应用于小型卫星轨道校正或行星勘探，例如“ Hayabusa”。尽管发动机本身具有世界上最佳性能，但与发动机结合使用的中源（电子源）的开发却很慢，而且其性能仍然不够。（对于所需的当前，我们已经尝试了12mA的各种想法，但是我们只能达到6mA。）将来，为了将这种类型的离子发动机商业化，必须不惜一切代价提高中和器的性能。这位研究人员的候选人对微波排放有丰富的知识，因此，通过与他合作，我们可以极大地期望提高中和器的性能。具体而言，人们认为，通过将磁场配位从常规轴向镜磁场更改为径向尖尖磁场协调，可以将电子损失减少到墙壁上并增加提取电流的量。此外，如果将此尖磁场配位应用于离子发动机主体，则预计离子发动机主体的性能将进一步提高。例如，在这种协调中，生成的离子具有速度的较小的径向分量，从而抑制了提取网格的损害，并有望延长网格的寿命。最后，反复试验的性能远远超过中源性的性能，并且成功实现了研究的预期目的。同样，离子发动机的设计超出了所需性能。