狭領域プラズマ計測手法の確立と超小型RFプラズマスラスタへの応用

窄域等离子体测量方法的建立及其在超小型射频等离子体推进器中的应用

• 批准号: 21K04485
• 负责人: 大塩 裕哉
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Ryukoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04485/
• 关键词: プラズマ計測; 光学計測; 電気推進; 高周波プラズマ; 超小型衛星

超小型人工衛星は中小規模の企業や大学などでも開発可能であり、宇宙開発のハードルを大きく下げることが期待されている．近年，燃費性能の高い超小型プラズマ推進機(スラスタ)の開発と宇宙実証が進められる一方で，超小型人工衛星の多目的化に伴い更なる高い性能が要求されている．プラズマスラスタの研究開発にはプラズマ現象の理解が不可欠である．しかし，超小型スラスタの数 mm程度の狭領域のプラズマの空間分布の取得は困難であり研究の足かせとなっている．本研究では，狭領域プラズマの空間分布計測のための光学的手法を確立と，確立した計測法を超小型高周波(RF)プラズマスラスタへ適応し，スラスタ内と近傍のプラズマ特性を明らかにし，性能最適化のための指針を示すことを目指す．本年度は、輝線強度の2次元分布から微小領域のプラズマ分布を計測可能なシステムの改良を行い、より低密度領域の計測が可能になったことで昨年度のスラスタ出口近傍10mm×5mmの領域から10mm×10mmへと領域拡大に成功した。計測範囲の下流端において、既存のプラズマ計測法であるプローブ法との比較を行い本計測法の妥当性を示した。加えて、3.4mm径のスラスタ内部の計測に成功し、放電室内にプラズマ生成領域または、プラズマ分布の不均一領域が規則的に生じることや、ガス流量によりプラズマ生成領域が変化すること、中性粒子とイオンの発光分布の差異などの微小領域での高周波放電特有の現象を確認した。

超小型卫星可以由中小型公司和大学开发，预计将大大降低太空发展的障碍。近年来，尽管具有较高燃油效率和空间演示的超紧凑等离子体推进机（推进器）的发展一直在进步，但由于超紧凑型卫星变得更加多功能，因此需要更高的性能。了解血浆现象对于血浆横梁的研究和开发至关重要。但是，很难在几毫米的超压缩推进器的狭窄区域中获得血浆的空间分布，这是研究的障碍。在这项研究中，我们旨在建立一种测量窄范围等离子体的空间分布的光学方法，并将既定测量方法适应超紧凑的高频（RF）等离子体rasters，阐明推进器内部和附近的等离子体特性，并为性能优化提供指南。今年，我们改善了可以从亮度线强度的二维分布中测量小区域的等离子分布的系统，并使得测量较低的密度区域成为可能，并且我们成功地将该区域从去年推进器插座附近的10mm x 5mm区域扩展到10mm x 10mm。在测量范围的下游端，将测量方法与现有的血浆测量方法进行了比较，并证明了该测量方法的有效性。此外，我们成功测量了3.4毫米直径推进器的内部，并确认了小区域中高频放电所独有的现象，例如血浆产生区域或血浆分布的非均匀分布区域，在排放室内定期发生，由于气体流量而导致的血浆产生区域变化以及中立分布的差异，以及中立分布的差异。

项目成果

超小型RFプラズマスラスタの放電管内外のプラズマ特性

超小型射频等离子体推进器放电管内外等离子体特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 大塩裕哉，清岡優翔;大津広敬
• 通讯作者: 大津広敬

Plasma Distribution Measurement of a Miniature RF Plasma Thruster by Narrow-band Imaging

通过窄带成像测量微型射频等离子体推进器的等离子体分布

• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Evolving Space Activities
• 作者: Yuya OSHIO;Rin HIWATASHI;Hiroyuki NISHIDA;Hirotaka OTSU
• 通讯作者: Hirotaka OTSU

超小型 RFプラズマスラスタの動作特性に関する研究

超小型射频等离子体推进器工作特性研究

• 发表时间: 2021
• 作者: T. D. Nguyen;M. Kashitani;M. Taguchi;K. Kusunose;Yuya OSHIO,Rin HIWATASHI,Hiroyuki NISHIDA and Hirotaka OTSU;大塩 裕哉 吉田 翔一 樋渡 倫
• 通讯作者: 大塩 裕哉 吉田 翔一 樋渡 倫

Plasma Distribution Measurement of Miniature RF Plasma Thruster

微型射频等离子体推进器的等离子体分布测量

• 发表时间: 2022
• 作者: T. D. Nguyen;M. Kashitani;M. Taguchi;K. Kusunose;Yuya OSHIO,Rin HIWATASHI,Hiroyuki NISHIDA and Hirotaka OTSU
• 通讯作者: Yuya OSHIO,Rin HIWATASHI,Hiroyuki NISHIDA and Hirotaka OTSU