電子圧力勾配による静電加速電気推進機の推力性能向上

利用电子压力梯度提高静电加速电力推进机的推力性能

• 批准号: 16J05603
• 负责人: 市原 大輔
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05603/
• 关键词: 電気推進機; プラズマ; 静電加速; ヘリコンプラズマ

本研究では，発散磁場中におけるイオン静電加速メカニズムの解明とその宇宙推進への応用を目的としている．前年度実施した放電室内部におけるプローブ診断結果に基づき，本年度は陽極近傍からの推進剤供給とこれによる電離促進効果が推力値ならびに推力性能に与える影響を調査した．まず初めに上記効果の実証機を製作しプローブ診断を実施した．ここでは上流部の陽極と下流部の陰極との間にソレノイドコイルを用いて発散磁場を印加し，陽極近傍の磁場強度を局所的に強化することで，陽極近傍でのイオン生成が促進された結果，印加電圧相当のエネルギーまでイオンを加速することができた．この時，発散磁場中には放電室壁面から遠ざかる向きに加速電解が誘起されることからイオンの壁面への衝突が緩和され推進機の損耗低減が期待できる．本成果をJournal of Applied Physicsにて発表した．続いて，推力性能取得のため，分解能0.2mNを有する重力振り子式スラストスタンド新規製作した．推進機への磁場印加には永久磁石と電磁軟鉄とからなる磁気回路を用いることで推進機重量を3kg程度に抑え，スラストスタンドによる推力計測を可能にした．陽極近傍の磁場強度は局所的に増加され，推進機下流部では電磁軟鉄により磁力線を大きく湾曲することで磁気カスプを形成した．本磁気化スプ位置に陰極を設置し，陽極-陰極間の直流放電により陽極近傍から供給されたアルゴン推進剤の電離・静電加速を試みた．2.2kWの電力を投入した結果，推力38mNであった．この時推力効率は22%となり，従来のアルゴン推進剤を用いた静電加速機と同等以上の性能を達成した．

This study で は, 発 magnetic field に お け る イ オ ン electrostatic acceleration メ カ ニ ズ ム の interpret と そ の universe propulsion へ の 応 purpose を と し て い る. Annual be applied before し た discharge interior ministry に お け る プ ロ ー ブ diagnosis に base づ き, this year's は anode nearly alongside か ら の propulsion tonic supply と こ れ に よ る ionization promote working on fruit が thrust numerical な ら び に thrust performance に and え る impact を investigation し た. Youdaoplaceholder0 initial めに results of the initial record, <s:1> actual evidence machine を production, <s:1> プロ ブ ブ diagnosis, を actual application, た. こ こ で は upper department の anode と dirty department の cathode と の between に ソ レ ノ イ ド コ イ ル を with い て 発 を Inca し scattered field, anode nearly alongside の magnetic field strength を bureau に strengthened す る こ と で, anode nearly alongside で の イ オ ン generation が promote さ れ た as a result, the Inca electric 圧 quite の エ ネ ル ギ ー ま で イ オ ン を accelerate す る こ と が で き た. こ の, scattered magnetic field に 発 は discharge chamber wall か ら far ざ か る to き に accelerate electrolytic が induced さ れ る こ と か ら イ オ ン の wall へ の conflict が ease さ れ pusher の low loss reduction が expect で き る. This achievement is published in をJournal of Applied Physicsにて in た. Youdaoplaceholder0 続 て て, thrust performance obtained ため ため, decomposition energy 0.2mNを, する gravity vibration of the mug-type スラストスタ ド ド new regulation was made to achieve た. Inca に pusher へ の magnetic field permanent magnet は と electromagnetic soft iron objects と か ら な る magnetic 気 loop を with い る こ と で pusher を 3 kg weight degree に え suppression, ス ラ ス ト ス タ ン ド に よ る thrust measuring を may に し た. Anode nearly alongside の magnetic field strength は bureau に raised and さ れ, advance machine dirty part で は electromagnetic soft iron objects に よ り lines を big き く bay qu す る こ と で magnetic 気 カ ス プ を form し た. This magnetic 気 change ス し に cathode を プ position setting, between anode and cathode の dc discharge に よ り anode nearly alongside か ら supply さ れ た ア ル ゴ ン promote tonic の ionization, electrostatic acceleration を try み た. 2.2kW of <s:1> power を input た た result, thrust 38mNであった. こ の は thrust sharper rate 22% と な り, 従 to の ア ル ゴ ン propulsion tonic を い た electrostatic acceleration machine と equivalent の performance を reach し た.

项目成果

静電加速スラスターのイオンビーム特性

静电加速推进器离子束特性

• 发表时间: 2016
• 作者: D. Ichihara;A. Uchigashima;A. Iwakawa;A. Sasoh;市原大輔，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，松葉稔弘，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，松葉稔弘，岩川輝，佐宗章弘，山崎拓也，岩崎知二;市原大輔，内賀嶋瞭，岩川輝，佐宗章弘
• 通讯作者: 市原大輔，内賀嶋瞭，岩川輝，佐宗章弘

ヘリコン静電加速スラスター(HEST)の作動特性に対する高周波電力の影響

高频功率对螺旋静电加速推进器（HEST）工作特性的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: D. Ichihara;A. Uchigashima;A. Iwakawa;A. Sasoh;市原大輔，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，岩川輝，佐宗章弘
• 通讯作者: 市原大輔，中川慶哉，岩川輝，佐宗章弘

ヘリコン静電加速機HESTにおけるイオン加速

螺旋静电加速器 HEST 中的离子加速

• 发表时间: 2016
• 作者: D. Ichihara;A. Uchigashima;A. Iwakawa;A. Sasoh;市原大輔，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，松葉稔弘，岩川輝，佐宗章弘;市原大輔，中川慶哉，松葉稔弘，岩川輝，佐宗章弘，山崎拓也，岩崎知二
• 通讯作者: 市原大輔，中川慶哉，松葉稔弘，岩川輝，佐宗章弘，山崎拓也，岩崎知二

Power matching between plasma generation and electrostatic acceleration in helicon electrostatic thruster

• DOI: 10.1016/j.actaastro.2017.06.032
• 发表时间: 2017-10
• 期刊: Acta Astronautica
• 影响因子: 3.5
• 作者: D. Ichihara;Yoshiya Nakagawa;A. Uchigashima;A. Iwakawa;A. Sasoh;Yamazaki Takuya

発散磁場を持つ静電加速スラスターの作動特性に対する磁場強度分布の影響

磁场强度分布对发散磁场静电加速推进器工作特性的影响

• 发表时间: 2017
• 作者: D. Ichihara;A. Uchigashima;A. Iwakawa;A. Sasoh;市原大輔，岩川輝，佐宗章弘
• 通讯作者: 市原大輔，岩川輝，佐宗章弘