Investigation of Thrust Generation Mechanism of Magneto-plasma-sail

磁等离子体帆推力产生机理研究

基本信息

  • 批准号:
    15360453
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2003
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2003 至 2005
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

1.The thrust characteristics of the Magnetic Sail are quantitatively obtained by numerical simulations of MHD equations, which successfully revealed the momentum transferring process from the solar wind to the coil of the Magnetic Sail.2.Interaction of the solar wind with the magnetic sail is numerically simulated by the full particle method. Fundamental features of the flow field and the induced electromagnetic field around the small magnetic sail are clarified. Force acting upon the magnetic sail is estimated.3.Electromagnetic interaction between the solar wind and sub-scale magnetic sails was numerically analyzed to assess reaction forces on the magnetic sail. The hybrid particle-in-cell method was used. An approximate formula to compute the drag coefficient in a wide range of magnetic sail dimension has been developed.4.In order to simulate the interaction between the solar wind and the artificially deployed magnetic field produced around a magnetic sail spacecraft, a laboratory simulator was designed and constructed inside the space chamber.5.We find that for a spacecraft with a radius of 300m and a magnetic field of 0.02T, the Magneto Plasma Sail can achieve a thrust of 25N and a thrust to power ratio of 540mN/kW, which are much larger than those of ion thrusters.6.The magnetic field inflation by the plasma injection is simulated in three-dimensional space using magnetohydrodynamics. The simulation results show that the ratio of the strength of inflated magnetic field to that of "original' (the initial magnetic field) depends neither on the ratio of the injected plasma dynamic pressure to the magnetic pressure nor on the dipole magnetic moment.
1.通过对磁流体动力学方程的数值模拟,定量地得到了磁帆的推力特性,成功地揭示了太阳风向磁帆线圈的动量传递过程。2.采用全粒子法对太阳风与磁帆的相互作用进行了数值模拟。阐明了小磁帆周围流场和感应电磁场的基本特征。对太阳风与亚尺度磁帆的电磁相互作用进行了数值分析,得到了磁帆的反作用力。采用混合粒子细胞法。为了模拟太阳风与磁帆航天器周围人工磁场的相互作用,设计并建造了一个实验室模拟器。磁等离子体帆的推力可达25 N,推力功率比可达540 mN/kW,远大于离子推力器。6.利用磁流体力学对等离子体注入产生的磁场膨胀进行了三维空间模拟。模拟结果表明,膨胀磁场强度与“原始"磁场强度之比既不依赖于注入等离子体动压与磁压之比,也不依赖于偶极磁矩。

项目成果

期刊论文数量(70)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Orbital Dynamics of Magnetoplasma Sail
磁等离子体帆的轨道动力学
Guidance Strategy for Radially Accelerated Trajectories
径向加速轨迹的制导策略
Jikiseiru no Suishintokuseikaiseki (in Japanese)
Jikiseiru no Suishintokuseikaiseki(日语)
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Nishida;H.;et al.
  • 通讯作者:
    et al.
Planetary Exploration by Magneto Plasma Sail (in Japanese)
磁力等离子帆行星探索(日语)
Two-dimensional Magnetohydrodynamic Simulation of a Magnetic Sail
磁帆的二维磁流体动力学模拟
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    堀新;奥彩子;吉澤弥生;山中 章;OGAWA Hiroyuki;馬場 基;加藤友康;海野圭介
  • 通讯作者:
    海野圭介
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    山下祐一;OGAWA Hiroyuki
  • 通讯作者:
    OGAWA Hiroyuki
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    堀新;奥彩子;吉澤弥生;山中 章;OGAWA Hiroyuki;馬場 基;加藤友康
  • 通讯作者:
    加藤友康
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    山下祐一;OGAWA Hiroyuki;末柄豊;呉世宗
  • 通讯作者:
    呉世宗
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    堀新;奥彩子;吉澤弥生;山中 章;OGAWA Hiroyuki;馬場 基;加藤友康;海野圭介;仲原穣;河野貴美子
  • 通讯作者:
    河野貴美子

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知道了