ミリ波放電を用いたマイクロ波ロケットにおける推力生成過程の解明及び性能向上

利用毫米波放电阐明微波火箭的推力产生过程和性能改进

基本信息

批准号：
17J09280
负责人：
中村友祐
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J09280/
关键词：
ミリ波放電大気プラズマ輻射輸送励起種ミリ波放電プラズマ

项目摘要

前年度行った数値計算を用いた構造模擬の結果、用いたモデルにおいて実験で観測された構造と進展速度を達成するには、換算電界強度に三倍以上の非物理的な補正をかけなければならないことが分かった。このことは、電離を誘起する、従来モデルでは考えられていないメカニズムが存在する可能性を示唆している。さらに前年度の分光実験においては、電離波面における励起温度が7000 K程度と比較的高い温度になっていることが観測され、このような高い励起温度領域が進展に影響を及ぼす可能性が示唆された。本年度は、これら前年度の研究の結果を踏まえて励起中性粒子が電離波面における電離を誘起する可能性に注目し、進展メカニズムの解明を目指した。高エネルギー励起中性粒子は基底状態の中性粒子に比べて低いエネルギーの電子との衝突でも電離することが出来、この励起中性粒子が十分存在すれば電離を誘起することが可能である。しかし、このような励起中性粒子は電子数密度の高いバルク領域において主に生成されるため、電離波面の進展に寄与するにはこれを駆動しているプリカーサ領域まで励起中性粒子を輸送する過程が存在しなければならない。そこで、本研究において光脱励起で生じる光子がバルクからプリカーサに励起中性粒子を輸送することで電離波面を駆動する新しい進展メカニズムを提唱した。この光子による輸送を、拡散近似を用いて定式化し、さらに中性粒子の励起状態についても簡素な仮定を導入して定式化することで、このメカニズムによる電子波面の進展を数値的に模擬した。また、各パラメータに対する進展速度の依存性も調査した。この結果、クエンチングの周波数が10^6 /s程度以下であれば、計算で得られる進展速度が入射ミリ波強度によらず実験値の50％程度となり、先行研究に比べて非常に良い一致をみせた。

使用去年执行的数值计算的结构模拟结果表明，为了实现所使用模型中实验中观察到的结构和开发速度，必须对转换的电场强度进行非物理校正的三倍以上。这表明可能存在诱导传统模型中未考虑电离的机制。此外，在上一年的光谱实验中，观察到电离波前的激发温度在7000 K左右相对较高，这表明如此高的激发温度范围可能会影响进度。今年，我们专注于激发中性颗粒在电离波前诱导电离的可能性，考虑到这些前几年的研究结果，并旨在阐明发展机理。即使与地面中性颗粒较低的电子相撞，高能激发的中性颗粒也可以电离，如果存在充分的这些激发的中性颗粒，则可以诱导电离。但是，由于这种激发的中性颗粒主要是在具有高电子密度的批量区域产生的，因此必须有一个将激发的中性颗粒传输到驱动它们的前体区域以促进电离波前的演化的过程。因此，在这项研究中，我们提出了一种新的开发机制，在该机制中，光辐射产生的光子将激发的中性颗粒从散装转移到前体，从而驱动电离波前。使用扩散近似来制定光子的传输，并通过引入有关中性颗粒激发态的简单假设，在数值上模拟了由于这种机制而引起的电子波前的演变。我们还研究了进程速率对每个参数的依赖性。结果，如果淬火频率低于约10^6/s，则计算的进展速率约为实验值的50％，无论毫米波强度的发生率如何，与以前的研究相比，这表明一致性很好。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Thrust Generation Experiments on Microwave Rocket with a Beam Concentrator for Long Distance Wireless Power Feeding

远距离无线供电集束器微波火箭推力产生实验

DOI：
10.1016/j.actaastro.2018.01.057
发表时间：
2018
期刊：
Acta Astronautica
影响因子：
3.5
作者：
Masafumi Fukunari;Toshikazu Yamaguchi;Yusuke Nakamura;Kimiya Komurasaki;Yasuhisa Oda;Ken Kajiwara;Koji Takahashi;Keishi Sakamoto
通讯作者：
Keishi Sakamoto

Numerical analysis of plasma structure observed in atmospheric millimeter-wave discharge at under-critical intensity

DOI：
10.1063/1.5023269
发表时间：
2018-07
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Y. Nakamura;K. Komurasaki;M. Fukunari;H. Koizumi
通讯作者：
Y. Nakamura;K. Komurasaki;M. Fukunari;H. Koizumi

亜臨界強度のミリ波電界中での放電進展シミュレーション

亚临界强度毫米波电场中的放电过程模拟

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masafumi Fukunari;Toshikazu Yamaguchi;Yusuke Nakamura;Kimiya Komurasaki;Yasuhisa Oda;Ken Kajiwara;Koji Takahashi;Keishi Sakamoto;Yusuke Nakamura;Yusuke Nakamura;中村　友祐;Yusuke Nakamura;中村　友祐;中村　友祐;中村　友祐
通讯作者：
中村　友祐

Modeling of Millimeter-Wave Discharge at Under-Critical Intensity Considering Excitation on Ionization Front

考虑电离前沿激发的亚临界强度毫米波放电建模

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masafumi Fukunari;Toshikazu Yamaguchi;Yusuke Nakamura;Kimiya Komurasaki;Yasuhisa Oda;Ken Kajiwara;Koji Takahashi;Keishi Sakamoto;Yusuke Nakamura;Yusuke Nakamura
通讯作者：
Yusuke Nakamura

Microwave Rocket Development Status at the University of Tokyo

东京大学微波火箭的开发现状