長寿命宇宙探査機の実現に向けた高効率無電極プラズマ推進システムの確立

今年度は, 誘導型無電極プラズマ推進の推進性能向上を目的として, 加速コイルに流す電流波形に着目した数値的な実験を行い, その影響を確かめることに成功した.本研究で対象とする誘導的な無電極プラズマ加速手法では, プラズマの周囲に物理的に接触することなく巻いたコイルに交流電流を流すことで, プラズマ中に電流を誘導させ, 外部磁場との間に働く電磁力でプラズマ中の荷電粒子を周期的に加速することを目指している. 本研究員は, 推進機内部のプラズマ挙動及び電磁波伝搬とその相互作用を再現するコードを開発し, 加速コイルに流れる交流電流の時間変化に従って, 荷電粒子が電磁的な加減速を実際に繰り返すことを数値的に再現することに昨年度成功した. しかし, 荷電粒子が加速される時間は, 最大でも加速コイルに流れる電流 1 周期のうち半分程度であり, 減速される時間も存在するため, 推進効率は大きくない. 今年度は, 電流が変化する周期中に荷電粒子が排出方向に加速される時間が長く, かつ短い時間で急激に電流が変化することで大きな減速とならないように電流の波形を任意に設計することで, 加速時間が占める割合を 8 割程度まで大きくできることを示した. これによって, 時間変動する電流を用いながらも, 定常駆動に近い運用が可能であることが数値的に確かめられた.電流波形が加速時間に及ぼす影響を確かめる本解析によって, 実証実験を行う際, 運用条件を数値的に絞ることが可能となった.

今年度は, 誘導型無電極プラズマ推進の推進性能向上を目的として, 加速コイルに流す電流波形に着目した数値的な実験を行い, その影響を確かめることに成功した.本研究で対象とする誘導的な無電極プラズマ加速手法では, プラズマの周囲に物理的に接触することなく巻いたコイルに交流電流を流すことで, プラズマ中に電流を誘導させ, 外部磁場との間に働く電磁力でプラズマ中の荷電粒子を周期的に加速することを目指している. 本研究員は, 推進機内部のプラズマ挙動及び電磁波伝搬とその相互作用を再現するコードを開発し, 加速コイルに流れる交流電流の時間変化に従って, 荷電粒子が電磁的な加減速を実際に繰り返すことを数値的に再現することに昨年度成功した. しかし, 荷電粒子が加速される時間は, 最大でも加速コイルに流れる電流 1 周期のうち半分程度であり, 減速される時間も存在するため, 推進効率は大きくない. 今年度は, 電流が変化する周期中に荷電粒子が排出方向に加速される時間が長く, かつ短い時間で急激に電流が変化することで大きな減速とならないように電流の波形を任意に設計することで, 加速時間が占める割合を 8 割程度まで大きくできることを示した. これによって, 時間変動する電流を用いながらも, 定常駆動に近い運用が可能であることが数値的に確かめられた.電流波形が加速時間に及ぼす影響を確かめる本解析によって, 実証実験を行う際, 運用条件を数値的に絞ることが可能となった.