3次元計算機実験による宇宙飛翔体近傍のプラズマ電磁環境に関する研究

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本研究の目的は、3次元計算機実験により飛翔体・建造物近傍のプラズマ及び電磁界応答の定量的解析を行なうことであり、これにより、実際の宇宙空間での建造物構築の際に非常に有益になる工学的及び理学的な知見を得ることができる。宇宙飛翔体の具体例としては、1次元に長い導体物システムとみなせるシャトル・テザ-衛星システムとブラックアウト、すなわち、地上との通信途絶が問題になる大気圏再突入宇宙機を考え、いずれも3次元計算機実験により宇宙プラズマとの相互作用について解析を行なった。以下に、研究成果をまとめる。(1)計算機実験で使用する3次元電磁粒子コードの改良を行い、宇宙飛翔体に相当する物体をモデル空間に導体物として取り込む工夫を施した。(2)宇宙飛翔体のモデルの一つとしてテザ-衛星系を用い、2次元及び3次元空間を用いてその計算機実験を行なった。(3)高電位衛星近傍での電子シース形成の時空間発展を3次元的に追うことができ、磁場に垂直方向では密度の高いシース形成が確認された。(4)テザ-系近傍での電磁界擾乱について調べ、テザ-内の過渡電流によるホイッスラ-波動パケットの励起、衛星近傍での電子-イオンの相対速度差によるビーム不安定性について定量的な解析を行なった。(5)大気圏再突入宇宙機をモデルとした計算機実験を行ない、ブラックアウト(通信途絶)の再現に成功した。(6)ブラックアウト時における機体近傍の電磁環境について定量解析を行ない、ブラックアウトの特性について定量解析を行なった。