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Digital Twin Creation of High-Density Ion Thruster with Electron Anomalous Transport Control

具有电子反常输运控制的高密度离子推进器的数字孪生创建

基本信息

批准号：
20H02346
负责人：
川嶋嶺
金额：
$ 9.65万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology (2022-2023)The University of Tokyo (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

（1）勾配ドリフト不安定性と電子異常輸送に関するプラズマシミュレーション磁化プラズマ中の電子異常輸送現象を解析するため、ホールスラスタの軸方向ー周方向を対象とした二次元コードを開発し、様々な推進機を対象に解析を進めた。ホールスラスタにはマグネティックレイヤ型とアノードレイヤ型と呼ばれる異なる方式の推進機が存在するが、特にアノードレイヤ型における電子異常輸送の特性は理解されていなかった。今年度これら二つの方式の実在する推進機を対象にシミュレーションを行ったところ、どちらの方式においても放電チャネルの出口付近からプルーム（下流）領域において勾配ドリフト不安定性と呼ばれるプラズマ振動現象が誘起され、電子異常輸送が生じることが分かった。開発中のシミュレーションコードが幅広い電気推進機のプラズマに対し、電子異常輸送現象の解析が可能であることが示唆された。（2）中和器電子源の放電モデル精緻化本研究課題で開発を目指すイオン推進機デジタルツインの一つのコンポーネントとして、中和器電子源のシミュレーションコードを開発している。今年度は放電プラズマと熱電子放出部材に関するモデル精緻化を進めた。六ホウ化ランタンを用いた熱電子放出部材の蒸発量、プラズマから電子源各部へ流入する熱流束、電子源各部のスパッタリング量などが解析可能となった。（3）水推進剤を用いたホールスラスタのビーム計測とシミュレーション水推進剤を用いたホールスラスタの開発が進められているが、この推進機に対するイオンビーム計測装置の開発を行った。またプラズマシミュレーションコードを水推進剤に対応可能にするため、水に対する化学反応モデルを実装した。水を推進剤に用いたホールスラスタのシミュレーションを行い、放電プラズマが維持される推進機作動条件が存在することを明らかにした。

(1) Analysis of electron anomalous transport phenomena in magnetic field due to coupling instability and electron anomalous transport; analysis of image in axial direction and circumferential direction of magnetic field; analysis of image in two-dimensional space; analysis of image in propulsion; The characteristics of abnormal electron transport in different propulsion modes are understood. This year, the two ways of propulsion are to be carried out in such a way as to cause instability and abnormal electron transport in the vicinity of the outlet of the discharge system. It is possible to analyze the abnormal electron transport phenomenon in the development of electric propulsion system. (2) The development of neutralizer electron source is pointed out in this paper. This year's hot electron emission components are being refined. The heat flux of the electron source and the heat flux of the electron source can be analyzed. (3) The development of water propulsion system in the field of water propulsion system is related to the development of water propulsion system. The chemical reaction of water and nitrogen is possible. The propulsion system is operated in accordance with the conditions of propulsion.