電磁気力を用いた軌道制御を実現するための宇宙機の能動帯電手法の研究

利用电磁力实现航天器轨道控制的主动充电方法研究

基本信息

批准号：
15J08941
负责人：
星賢人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、地球低軌道のプラズマ環境における宇宙機の帯電を計算するため、マルチグリッド法を用いた新規宇宙機帯電計算用のFull Particle-in-cellコードの開発を行い、その計算検証を行った。新規開発したコードFOPISは、MPIによる領域分割とOpenMPによるスレッド並列化の両方を用いており、3次元静電/電磁解析が可能である。計算の検証については、静電解析モードを用いて、地球静止軌道環境（GEO）から地球低軌道環境（LEO）への背景プラズマ環境遷移における帯電電位計算を行った。その結果、静電計算は概ね正しいが、引き続き計算の検証が必要であることが明らかとなった。FOPISはオープンソースソフトウェアとして開発を続けていく予定であり、今後は静電計算に加えて電磁計算の検証も行う予定である。また本年度後半は、これまでの修士課程/博士後期課程で得られた成果を博士学位論文としてまとめ、3月26日に博士（工学）の学位を授与された。本論文は、近年提案された「宇宙機帯電を用いた宇宙機推進・軌道制御手法」の実現に向けた基礎研究として、能動帯電モデルの構築及び帯電を用いた推進手法に関する検討についてまとめられたもので、特に宇宙機の能動帯電とそれを用いる推進・軌道制御手法について電磁気学、宇宙プラズマ物理学に基づくモデル構築、および、シミュレーションによる検証を行った結果をまとめたものである。

今年，为了在低地球轨道中计算在等离子体环境中的航天器充电，我们开发了一个完整的粒子中粒子代码，用于使用多机格里德方法计算新的航天器充电，并进行了计算验证。新开发的代码FOPI使用MPI使用区域分裂和使用OpenMP进行螺纹并行化，从而允许3D静电/电磁分析。为了验证计算，使用静电分析模式来计算背景等离子体环境从地静止的地静止轨道环境（GEO）到低地上轨道环境（LEO）的带电电势。结果，很明显，尽管静电计算通常是正确的，但仍需要计算验证。 Fopis计划继续将其作为开源软件开发，并且将来计划除了静电计算外还验证电磁计算。此外，在今年下半年，从以前的硕士/文档中获得的结果汇编为博士学位论文，并于3月26日获得了博士学位（工程）学位。本文总结了对推进方法的构建，并使用充电作为对“太空机器推进和轨道控制方法使用充电”的最新建议的基础研究，尤其是，它总结了基于电气磁学和太空物理学的模型构建结果，以及使用空间机器和Propition Contraction和ORB的模拟验证。