カスプ磁場型磁気ノズルスラスタのスケーリング則確立

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電気推進機の寿命制限問題に対するアプローチとして，プラズマと電極が直接接触しないカスプ磁場型磁気ノズルスラスタが提案されている．本研究課題では，推進効率40%以上の実用可能なカスプ磁場型磁気ノズルスラスタの設計条件を示すことを目的とする．本年度では，カスプ磁場型磁気ノズルスラスタの推進効率向上メカニズムを解明するため，プラズマの電荷分離を捉えることが可能なシミュレーションコードの開発，および放電管外へ排気されたプラズマも含めたスラスタ全体を計算可能なシミュレーションコードの開発を行った．初めに，プラズマの電荷分離を捉えることが可能なシミュレーションコードの開発を行った．プラズマの電荷分離は放電管外に存在する磁気ノズル部で生じており，推進効率向上メカニズムの解明のためには電荷分離を捉えることが必須である．一方で，放電管内ではプラズマ密度が高いことから，電荷分離を捉える必要がなく，電子とイオンの数密度を等しいとする準中性条件を使用しても，十分実プラズマを再現可能である．そのため，コードの妥当性を検証するため，放電管内で準中性条件を使用した計算結果と，放電管内で準中性条件を使用せず電荷分離を捉えた計算結果を比較した．その結果，両者の密度分布は定性的に一致し，シミュレーションコードの妥当性が確認された．次に，放電管外へ排気されたプラズマも含めたスラスタ全体を計算可能なシミュレーションコードの開発を行った．これまでシミュレーションしていなかった磁気ノズル部も計算領域に含まれるため，スラスタの電磁推力が計算可能となる．過去に得られた実験結果と同様の磁場形状・アンテナ位置でシミュレーションを行ったところ，スラスタの推力は実験結果とシミュレーションで定性的に一致した．