電磁気力を用いた軌道制御を実現するための宇宙機の能動帯電手法の研究

利用电磁力实现航天器轨道控制的主动充电方法研究

• 批准号: 15J08941
• 负责人: 星 賢人
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J08941/
• 关键词: 宇宙機帯電; Particle-in-cell; 数値シミュレーション; 帯電セイル; 二次電子放出; 宇宙機帯電シミュレーション; 宇宙機能動帯電; テザー; PICシミュレーション

本年度は、地球低軌道のプラズマ環境における宇宙機の帯電を計算するため、マルチグリッド法を用いた新規宇宙機帯電計算用のFull Particle-in-cellコードの開発を行い、その計算検証を行った。新規開発したコードFOPISは、MPIによる領域分割とOpenMPによるスレッド並列化の両方を用いており、3次元静電/電磁解析が可能である。計算の検証については、静電解析モードを用いて、地球静止軌道環境（GEO）から地球低軌道環境（LEO）への背景プラズマ環境遷移における帯電電位計算を行った。その結果、静電計算は概ね正しいが、引き続き計算の検証が必要であることが明らかとなった。FOPISはオープンソースソフトウェアとして開発を続けていく予定であり、今後は静電計算に加えて電磁計算の検証も行う予定である。また本年度後半は、これまでの修士課程/博士後期課程で得られた成果を博士学位論文としてまとめ、3月26日に博士（工学）の学位を授与された。本論文は、近年提案された「宇宙機帯電を用いた宇宙機推進・軌道制御手法」の実現に向けた基礎研究として、能動帯電モデルの構築及び帯電を用いた推進手法に関する検討についてまとめられたもので、特に宇宙機の能動帯電とそれを用いる推進・軌道制御手法について電磁気学、宇宙プラズマ物理学に基づくモデル構築、および、シミュレーションによる検証を行った結果をまとめたものである。

This year, the development of a Full particle-in-cell for space machine electrical calculation in the low-earth orbit environment was carried out using the new method. The new rules open up the FOPIS, MPI, domain segmentation, OpenMP, parallelization, and 3D electrostatic/electromagnetic analysis. Calculation of environmental migration in geostationary orbit environment (GEO) and low earth orbit environment (LEO) The result of electrostatic calculation is correct, and the calculation is necessary. FOPIS is a software development tool for electrostatic calculation and electromagnetic calculation. In the second half of the year, the doctoral degree thesis was awarded on March 26. This thesis is a proposal of recent years for the realization of basic research, construction and application of propulsion and orbital control methods for spacecraft with electric field, especially for spacecraft with electric field. The results of the investigation were as follows:

项目成果

帯電セイルの推力特性の数値的評価

带电帆推力特性的数值评估

• 发表时间: 2015
• 作者: 星 賢人;小嶋 浩嗣;山川 宏
• 通讯作者: 山川 宏

現実的な電位分布を用いた帯電セイルの推力見積もり

使用实际电位分布估计带电帆的推力

• 发表时间: 2016
• 作者: 星 賢人;小嶋 浩嗣;山川 宏
• 通讯作者: 山川 宏

Particle-in-cellシミュレーションを用いた帯電セイルテザー周辺の電位構造解析

使用细胞内粒子模拟对带电帆系绳周围的潜在结构进行分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 星 賢人;村中 崇信;小嶋 浩嗣;山川 宏
• 通讯作者: 山川 宏

Numerical Analysis of Active Spacecraft Charging in the Geostationary Environment

静止环境下主动航天器充电的数值分析

• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Spacecraft and Rockets
• 影响因子: 1.6
• 作者: Kento Hoshi;Takanobu Muranaka;Hirotsugu Kojima;Hideyuki Usui;Iku Shinohara;Hiroshi Yamakawa
• 通讯作者: Hiroshi Yamakawa

Secondary Electron Effect on Active Spacecraft Charing

主动航天器充电的二次电子效应

• 发表时间: 2016
• 作者: Kento Hoshi;Hirotsugu Kojima;Takanobu Muranaka;Hiroshi Yamakawa
• 通讯作者: Hiroshi Yamakawa