機械動作によらない宇宙機の推力偏向を目的とした磁気ノズルによるプラズマ流方向制御

点击翻译按钮获取中文摘要

将来の長距離・長期間宇宙探査に向けて，信頼性の高い長寿命推進システムの実現は必須となる．現在までに広く使われてきた推進システムでは，推力方向を制御する際に推進機全体，もしくはノズル全体を機械的動作により傾斜させていた．宇宙空間では真空や極端な温度環境，放射線被爆などにより，機械要素に必須となる潤滑について深刻な問題が発生しうる．本研究では，プラズマ推進機の推力方向制御について，複数個のコイルを用いた磁気ノズルによる制御手法を実証する．この技術が確立した場合，現行の機械的動作を代替，もしくは補助する手法として広く利用できる．本年度は実験による実証を目的として，レーザー生成プラズマを用いた実験を行った．複数個のコイルにより生成された磁場中において，炭素棒に高強度レーザーを照射しプラズマを生成した．プラズマ流の挙動を計測するために，電極として複数のタングステンワイヤを並べた多チャンネルイオンコレクタを用いた．イオンコレクタを用いてイオン電流の空間分布を計測することで，磁場構造の違いによるプラズマ流挙動への影響を明らかにした．実験結果としては，プラズマ流が磁場が弱い領域に偏る様子が観測された．これは磁力線が傾いたことにより，プラズマが受けるローレンツ力の方向が変化したためである．磁場構造とプラズマ流制御角の関係を完全に明らかにするには至らなかったものの，複数個のコイルを用いた磁気ノズルによる推力方向制御が可能であることが実験的に実証された．