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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。

Maiko wave discharge type イオンエンジンは, "はやぶさ" small planet exploration machine においてThe thrust force is 8mN, the thrust force is 8mN, and the thrust force is 10mN. One party's neutralizer deterioration problem is explained by the neutralizer neutralizer's neutralizer deterioration problem. The purpose of this study is to apply high-efficiency high-efficiency high-efficiency products in the field. The electron current of the neutralizer is increased and the performance will be improved in the future, and the performance will be improved in the future. At first, it was possible to visualize the neutralizer through internal optical inspection. The visual neutralizer は「はやぶさ2」 is a neutralizer that is comparable to the machine and has an error of 2% or less. The ずいてプルームを2-dimensional にレーザー induced light method and measurement of the velocity distribution number (IVDF) and density of the spatial distribution を明らかにした.プルームのイオンcurrent cut は5%とlimited であったことから, Durability of the discharge chamber wall close to the discharge chamberで与えられるものが主であり, degrading のプラズマstructure の変化はmost The inner wall of the upper stream is flushed and pushed, and the influence of the large に大きく is shown.続いて内のアンテナ正上では3つのピークをholdつIVDFがmeasurementされた. Investigation of the relationship between vibration and multimodality IVDF and current Vibration and radiation are measured and measured, and the fundamental wave of 180kHz is measured and confirmed. This result is applicable to the をイイオンモデルにしたところ, measurement and measurement of multimodal IVDF, and integration of R2=0.82. The measured performance of the neutralizer has improved by 2 times, and the internal measurement has improved by 40%. The density increase has been confirmed, and the performance of the high-density filter has been confirmed and the performance has been improved. The above ををするに、This study is based on the ではマイクロ wave discharge type イオンスラスタμ10 The maximum thrust upward is the target, and the neutralizer is the velocity field and density field. It is important to understand the difference in performance improvement and the factors of life rhythm and to understand the importance of 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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