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マイクロ波放電式中和器の大電流化およびプラズマ物理現象の解明

微波放电中和器电流的增加和等离子体物理现象的阐明

基本信息

批准号：
20J13041
负责人：
森下貴都
金额：
$ 1.09万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ波放電式イオンエンジンは、「はやぶさ」小惑星探査機において推力8mNであったが「はやぶさ2」では10mNへと高出力化された。一方で「はやぶさ」での中和器劣化に示されるように中和器プラズマの解明が課題である。本研究は、イオンエンジンの適用範囲拡大のためにさらなる高出力化を目標とする。そのための中和器電子電流の増強及び、今後の性能向上と劣化メカニズム解明の知見となる内部のイオン速度場および密度計測を目的とする。初めに内部を光学的に観測可能な可視化中和器を開発した。可視化中和器は「はやぶさ2」実機相当の中和器と比較して電圧値が2％以下の誤差であることが確認された。続いてプルーム上を2次元的にレーザー誘起蛍光法で計測しイオン速度分布関数(IVDF)と密度の空間分布を明らかにした。プルームのイオン電流割合は5%と限定的であったことから、耐久性に関わるイオンエネルギーは放電室内壁近傍のシース内で与えられるものが主であり、下流のプラズマ構造の変化は最上流の内壁のイオン衝撃に大きく影響しないことが示唆された。続いて内部のアンテナ直上では3つのピークを持つIVDFが計測された。イオンの振動と多峰性IVDFの関係性について調査するため、アノード電流振動と放射スペクトルを計測し両計測とも180kHzを基本波が確認された。本結果をイオン振動モデルに適用したところ、計測された多峰性IVDFにR2=0.82で整合した。続いて性能向上した中和器の計測では、プルーム上で2倍、内部で40%の密度増加を確認し、高密度プラズマが性能向上に寄与したと示された。以上を要するに、本研究ではマイクロ波放電型イオンスラスタμ10 の最大推力向上を目的として、中和器のイオン速度場・密度場を初めて網羅的に明らかにした。性能向上モデルにおける差異を解明し、寿命律速要因の解明に重要な定量的知見を初めてもたらした。

The thrust of the small satellite probe is 8mN. The thrust of the satellite probe is 10mN. On the one hand, the neutralizer degradation is indicated by the problem of neutralizer degradation. This study aims to improve the performance of the engine and its application range. The neutralizer electron current increases and deteriorates in the future, and the internal velocity field and density measurement are discussed. The initial optical detection of the interior can be visualized and neutralised. The visual neutralizer has a "reverse" error of less than 2%, which is equivalent to the neutralizer. The velocity distribution factor (IVDF) and the spatial distribution factor of density are measured by the method of induced luminescence. The current separation is 5% limited, the durability is related, the inner wall of the interior is near the inner wall of the interior, the main part is related, the downstream part is related, the structure is changed, the inner wall of the uppermost flow is affected greatly, the durability is related. In the middle of the room, there are three kinds of tests. The relationship between vibration and multi-peak IVDF was investigated. The measurement of vibration and emission was carried out. The fundamental wave of 180kHz was confirmed. The results are applicable to the measurement of multimodal IVDF R2=0.82. The performance of the neutralizer is up to 2 times, the density of the interior is up to 40%, and the performance of the neutralizer is up to 40%. In this study, the maximum thrust of the neutralizer and the velocity field of the neutralizer are discussed. The difference between performance and life is explained, and the speed of life is determined by the quantitative knowledge.

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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Scilight（科学亮点）专题文章

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Application of a microwave cathode to a 200-W Hall thruster with comparison to a hollow cathode

微波阴极在 200 W 霍尔推进器中的应用与空心阴极的比较

DOI：
10.1016/j.actaastro.2020.06.049
发表时间：
2020
期刊：
Acta Astronautica
影响因子：
3.5
作者：
Morishita Takato;Tsukizaki Ryudo;Yamamoto Naoji;Kinefuchi Kiyoshi;Nishiyama Kazutaka
通讯作者：
Nishiyama Kazutaka

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静电消除器和等离子发生器