小型衛星軌道投入に向けたビーム推進機の高推力化・安定飛行技術の確立

小卫星入轨光束推进飞行器大推力稳定飞行技术建立

• 批准号: 16J09910
• 负责人: 高橋 聖幸
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Tohoku 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 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09910/
• 关键词: ビーム推進; 衝撃波伝搬; プラズマ電磁波相互作用; 自己組織化; 電子サイクロトロン共鳴; プラズマ閉じ込め; 非平衡プラズマ物理; 数値モデル化

本研究では，ビーム推進機の安定飛行性能，推進性能を改善する為の新技術確立を目指す．電子サイクロトロン共鳴条件を満たす外部磁場をロケットノズル内部に印加する事で推力改善を図り，更に外部磁場印加分布を制御する事で非対称衝撃波を誘起し，飛行機体姿勢の動的制御を達成する．今年度は，外部磁場印加時の多次元的な電離構造を再現すべく，電子とイオンで成る 2 流体プラズマと入射電磁場の相互作用を記述出来る数値モデルを開発した．局所電界近似をほどこした 2 流体プラズマモデルと 1 次元運動論的粒子計算とを比較したところ，電子サイクロトロン共鳴を生じない条件では，大気圧から 1/100 気圧に渡って粒子計算と流体計算とで電離構造が一致した．1/100 気圧までは電子温度緩和時間がビーム照射プラズマ中の特性時間よりも短い為に局所電界近似が成立するが，更なる低圧では，電子温度緩和時間がプラズマ中の特性時間よりも長くなる為，非局在化するエネルギー輸送を考慮する必要がある．ビーム誘起放電において，局所電界近似がどの圧力まで適用可能かは世界的にも調査されていない為，本研究は非平衡プラズマ物理のモデル化において有用な知見を与えたと言える．一方で，電子サイクロトロン共鳴条件を満たす場合は，共鳴加熱によって生ずる非マクスウェル的高速電子が電離波面伝搬を加速化し，流体モデルと粒子モデルとでコンシステントな結果を得られなかった．非マクスウェル的挙動を組み込む事は今後の課題である．また，多次元圧縮性流体計算を行い，ノズル内部に印加する磁場形状を変化させて姿勢制御に必要な横力と回転モーメントを獲得可能かを調べた．印加磁場分布を制御することで横力と回転モーメントが分離可能である事を見出した．力積の自由度を減らしつつ姿勢制御を行う手法は今まで存在しておらず，ビーム推進の安定飛行において重要な研究であると言える．

This study is aimed at establishing new technologies to improve the stable flight performance and propulsion performance of the propulsion engine. The electron resonance condition is the external magnetic field, the internal thrust is improved, the external magnetic field distribution is controlled, the asymmetric shock wave is induced, and the control of the attitude of the flight body is achieved. This year, the ionization structure of multiple elements in the external magnetic field is reproduced, and the interaction between the electron and the incident electromagnetic field is described. The particle calculation of one-dimensional kinetic theory is based on the condition of electron resonance. The electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100 is consistent with the particle calculation and the fluid calculation and the ionization structure. The electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100 is consistent with the electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100. The electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100 is consistent with the electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100. The electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100 is consistent with the electron temperature relaxation time in the high pressure range of 1/100. It is necessary to consider the transportation of non-governmental organizations. In this paper, we investigate the potential of the non-equilibrium physics in the field of physics. On the other hand, when the electron resonance condition is changed, the resonance heating is generated, and the high speed electron ionization wave front is accelerated, and the fluid particle resonance condition is obtained. The problem is that we are not going to be able to solve it. The calculation of multi-dimensional compressible fluids is carried out by changing the shape of the magnetic field in the interior, controlling the necessary lateral force, and obtaining the possible adjustment. The magnetic field distribution is controlled by the transverse force and the return force. The freedom of force product is reduced and attitude control is not an important research method for stable flight.

项目成果

Asymmetric Shock Wave Generation in a Microwave Rocket Using a Magnetic Field

使用磁场在微波火箭中产生不对称冲击波

• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Masayuki Takahashi;Masayuki Takahashi
• 通讯作者: Masayuki Takahashi

Asymmetric Shock Wave Generation in Microwave Rocket Using Magnetic Field

利用磁场在微波火箭中产生不对称冲击波

• 发表时间: 2016
• 作者: Kanta Hamasaki;Masayuki Takahashi;and Naofumi Ohnishi;高橋聖幸，小紫公也;Masayuki Takahashi
• 通讯作者: Masayuki Takahashi

Development of Plasma Fluid Model in Microwave Rocket Supported by Magnetic Field

磁场支持的微波火箭等离子体流体模型的建立

• 发表时间: 2016
• 作者: Kanta Hamasaki;Masayuki Takahashi;and Naofumi Ohnishi;高橋聖幸，小紫公也;Masayuki Takahashi;Masayuki Takahashi
• 通讯作者: Masayuki Takahashi

Frequency Dependence of Filamentary Plasma Structure in Microwave Breakdown under Air Atmosphere

空气大气下微波击穿中丝状等离子体结构的频率依赖性

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of ISPlasma 2017/IC-PLANTS 2017
• 作者: Kanta Hamasaki;Masayuki Takahashi;and Naofumi Ohnishi
• 通讯作者: and Naofumi Ohnishi

Plasma filamentation and shock wave enhancement in microwave rockets by combining low-frequency microwaves with external magnetic field

• DOI: 10.1063/1.4960805
• 发表时间: 2016-08
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Masayuki Takahashi;N. Ohnishi