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，为了计算近地轨道等离子体环境下的航天器电荷，我们开发了一种新的采用多网格方法进行航天器电荷计算的完整粒子在单元代码，并对其计算进行了验证。新开发的代码 FOPIS 使用 MPI 的域划分和 OpenMP 的线程并行化，并且能够进行 3D 静电/电磁分析。为了验证计算结果，我们使用静电分析模式计算了背景等离子体环境从地球静止轨道环境（GEO）到低地球轨道环境（LEO）转变时的带电势。结果表明，静电计算基本上是正确的，但需要继续验证计算。我们计划继续开发FOPIS作为开源软件，未来我们计划除了静电计算之外还验证电磁计算。今年下半年，他将迄今为止在硕士和博士项目中取得的成果总结在博士论文中，并于3月26日获得博士学位（工程学）。本文总结了主动充电模型的构建和利用充电的推进方法的研究，作为实现最近提出的“利用航天器充电的航天器推进和轨道控制方法”的基础研究，这是模型构建成果的汇编。基于电磁学和空间等离子体物理学，并通过模拟进行验证，特别是关于航天器的主动充电和使用它的推进/轨道控制方法。