呼気中の反応性ガスを推進剤とした大電力無電極推進機の開発

利用呼出气体中的活性气体作为推进剂开发大功率无电极推进机

• 批准号: 16J03045
• 负责人: 石山 崇好
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J03045/
• 关键词: 二段加速型大電力電気推進機; ヘリコンプラズマ; Hallスラスタ; End Hallイオン源; 静電加速推進機; 電気推進機; 磁気ノズル; ヘリコン波プラズマ; 炭酸ガス

本年度は、昨年度より進めていた新型の二段加速型静電加速推進機を納入したが、当初の納入日よりも大幅に遅れたため、実験開始は8月中旬までずれ込んだ。実験はまず推力測定を行った。本機は、直流のみのDCモードと高周波電力を重畳したRFモードで動作する。実験の結果、RFモードでは、DCモードに比べ約20 %推力が上昇した。また、加速電力の調整で推力と燃費が制御できることも確認し、比推力可変型推進機として動作することも明らかとなった。次に、静電プローブ計測を行いプラズマの生成量や加速区間を調べた。計測の結果、RFモードではDCモードよりもプラズマの生成量が10倍高くなっていた。また、DCモードでは生成量が加速電圧に比例して増加していたのに対し、RFモードでは加速電圧に依らず生成量は一定であり、設計通り、プラズマの生成と加速が分離されていることが明らかになった。また、軸方向の空間電位分布を調べると、陽極と陰極の間に大きな電位降下があり、ここでプラズマが静電加速を受けていることが示唆された。次に、加速電極からプラズマへのエネルギーの授受を調べるためにイオンエネルギー分析器を用いた実験を行い、イオン温度とイオンエネルギー分布関数の計測を行った。実験の結果、推進機から排出されるプラズマは加速電力の上昇に応じて、イオンエネルギー分布関数の中心が高エネルギー側にシフトしており、プラズマが電極からエネルギーを受け取っていることが確認された。しかし、エネルギーの利用率はおよそ20 %程度と低く、更なる改良が必要であることも分かった。また、イオン温度も加速電力に比例して上昇していることも確認され、本推進機の動作は、静電加速に加え、イオン加熱による電熱加速型の動作もしていると推察される。今後は、静電加速の効果を強化するために、磁気回路を含めた本体構造の修正を繰り返し、性能向上を目指していく。

今年，我们提供了一个新的两阶段加速静电加速器，该加速器自去年以来一直在努力，但是由于从最初的交货日期开始大大推迟，因此实验开始到8月中旬。该实验首先进行了推力测量。该单元以DC模式（仅是DC）和RF模式（将高频功率叠加）运行。该实验表明，在RF模式下，与直流模式相比，推力增加了约20％。还可以通过调整加速度来控制推力和燃油效率，并且据揭示它可以作为可变的特定推力螺旋桨操作。接下来，进行静电探针测量以检查产生的血浆量和加速间隔。由于测量值，在RF模式下产生的等离子体量比DC模式高10倍。此外，尽管DC模式下的发电量与加速电压成比例增加，但在RF模式下，无论加速电压如何，发电量都是恒定的，并且按照设计的设计，揭示了血浆产生和加速度的分离。此外，在检查轴向空间电势分布时，阳极和阴极之间存在很大的电位下降，这表明血浆正在进行静电加速度。接下来，使用离子能分析仪进行了一个实验，以检验从加速器到等离子体的能量的转移和接收，并测量了离子温度和离子能量分布功能。该实验证实，从推进机排出的血浆将离子能分布函数的中心转移到高能方面，以响应加速功率的增加，并且血浆从电极接收能量。但是，在20％左右的情况下，能源利用率较低，还发现需要进一步改进。还已经证实，离子温度还与加速能力成比例地增加，并且据估计，除静电加速外，由于离子加热，该推进机的运行也正在电加速加速。将来，为了增强静电加速的影响，我们将反复修改主体结构，包括磁回路，以提高性能。

项目成果

Evaluation of plasma flow in a high power electrode-less plasma thruster under a divergent magnetic nozzle

发散磁喷嘴下高功率无电极等离子体推进器的等离子体流评估

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Ishiyama;A. Komuro;K. Takahashi;and A. Ando
• 通讯作者: and A. Ando

2段加速型End Hallスラスタ内のイオン飽和電流分布と電位構造の関係

两级加速型端霍尔推进器中离子饱和电流分布与电位结构的关系

• 发表时间: 2018
• 作者: 石山崇好;小室淳史;高橋和貴;安藤晃
• 通讯作者: 安藤晃

2段加速型End Hallスラスタの基礎特性評価

两级加速型端霍尔推进器基本特性评价

• 发表时间: 2017
• 作者: 石山崇好;小室淳史;高橋和貴;安藤晃
• 通讯作者: 安藤晃