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 aims at solving the problem of electrostatic acceleration in the scattering magnetic field and the application of cosmic propulsion. The results of the previous year's internal diagnosis of the anode were based on the investigation of the impact of ionization on thrust performance near the anode. The first part of the article is about the diagnosis of the disease. In this way, the anode and cathode in the upstream part of the anode and the downstream part of the cathode are separated from each other by a magnetic field. The magnetic field strength near the anode is strengthened. As a result, the generation of the cathode near the anode is promoted. As a result, the voltage is accelerated. At this time, accelerated electrolysis is induced from the far and near sides of the discharge chamber wall in the dissipating magnetic field. The conflict between the two sides of the wall is alleviated, and the loss of the propeller is expected to be reduced. This work was published in Journal of Applied Physics. In addition, thrust performance was achieved, and the decomposition energy was 0.2mN. Propulsion machine magnetic field incised permanent magnet electromagnetic soft iron used in the magnetic circuit, propulsion machine weight of about 3kg, thrust measurement possible. The magnetic field strength near the anode increases due to the increase of magnetic field strength. This magnetic field is located at the cathode, and the DC current between anode and cathode is supplied near the anode. The ionization and electrostatic acceleration of propulsion are tested. 2.2 kW of power is input. As a result, the thrust force is 38mN. The thrust efficiency of the electrostatic accelerator is 22%. The thrust efficiency of the electrostatic accelerator is 22%.

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