宇宙環境下における電磁気力を利用した不均一粉体運動の制御機構の開発

空间环境下电磁力粉体非均匀运动控制机构研制

• 批准号: 16J10635
• 负责人: 安達 眞聡
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Waseda 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-16J10635/
• 关键词: 静電気力; 磁気力; 粉体ハンドリング; レゴリス; 月レゴリス; 個別要素法

将来の宇宙探査ミッションを成功させるためには，月・火星・小惑星表面に存在するレゴリス粒子の探査機器への悪影響を軽減し，また，その粒子を資源として利用することが重要であり，その鍵となるのが宇宙環境下で不具合なく利用できる粉体のハンドリング技術である．本年度の研究では，機械的駆動部や空気・液体等を必要とせず，装置が簡素化でき，しかも制御が簡単であるなどと，宇宙環境で使用するにあたり多くの利点を有している磁気力を利用した粉体のハンドリング技術開発に取り組んだ．また，粒子運動を操作するうえで重要な外力のバランスは，地上に関しては十分な研究がなされているものの，低重力・真空といった宇宙特有の環境下においては詳細な研究は行われていない．そこで，開発したシステムを，地上における実験だけでなく，真空環境下での実験や個別要素法を使用した数値シミュレーションにより開発・性能評価を行うことで，宇宙環境下における磁性粒子の動特性解明にも取り組んだ．具体的には，月・火星・小惑星レゴリス粒子を回収するための，コイルガンの仕組みを利用した磁気サンプリングシステムを開発した．磁気サンプリングシステムを使用して，大気・真空環境下において磁性粒子のサンプリング実験を行った結果，コイルに流す電流値とその印加時間が相互的にサンプリング性能に影響を及ぼし，それらの最適な組み合わせがサンプリングを成功させるために重要であることを確認した．また，磁場中に置かれた磁性粒子の磁気的相互作用により粒子同士のチェーンや塊を形成し，その現象はサンプリング性能を向上させることも明らかにした．さらに，数値シミュレーションにより，低重力かつ真空環境下において磁気サンプラーの性能が向上することを予測し，その宇宙環境下における有用性を確認した．

为了成功完成未来的太空探索任务，重要的是要减少月球表面上存在的岩石颗粒的负面影响，火星和小行星对勘探设备的负面影响，并将颗粒用作资源，关键的是粉末处理技术，可以在太空环境中使用任何问题。在今年的研究中，我们致力于开发利用磁力的粉末处理技术，该技术在太空环境中使用时具有许多优势，例如不需要机械驱动器，空气，液体等，可以简化设备并易于控制。此外，尽管在实力的平衡上进行了彻底的研究，这对于操纵粒子运动很重要，但在诸如低重力和真空之类的空间特异性环境中尚未进行。因此，我们还致力于通过开发和评估系统在地面上，而且使用单个元素方法在真空环境和数值模拟下进行实验来阐明空间环境中磁颗粒的动态特性。具体而言，我们已经开发了一种磁性采样系统，该系统利用线圈枪的机制恢复月球，火星和小行星雷果颗粒。使用磁采样系统，我们在大气和真空环境中对磁颗粒进行了采样实验，并确认电流值通过线圈以及磁颗粒的应用时间相互影响，对采样性能产生了影响，并且它们的最佳组合对于成功采样很重要。还发现，放置在磁场中的磁颗粒的磁相互作用形成颗粒之间的链和质量，而这种现象改善了采样性能。此外，数值模拟预测，磁性采样器的性能将在低重力和真空环境中提高，并在空间环境中确认其有用性。

项目成果

German Aerospace Center(Germany)

德国航空航天中心（德国）

進行波電界を利用した月レゴリスの静電分級機構の開発

利用行波电场开发月球风化层静电分级机制

• 发表时间: 2017
• 作者: Hiroyuki Kawamoto;Megumi Kato;Masato Adachi;野崎 紘之，諸岡 裕文，安達 眞聡，川本 広行
• 通讯作者: 野崎 紘之，諸岡 裕文，安達 眞聡，川本 広行

Magnetic Sampler for Regolith Particles on Asteroids

• DOI: 10.1061/(asce)as.1943-5525.0000797
• 发表时间: 2018-03
• 期刊: Journal of Aerospace Engineering
• 影响因子: 2.4
• 作者: Masato Adachi;Ryoichi Obata;H. Kawamoto;S. Wakabayashi;T. Hoshino

Electrostatic Sampler for Large Regolith Particles on Asteroids

• DOI: 10.1061/(asce)as.1943-5525.0000701
• 发表时间: 2017-05
• 期刊: Journal of Aerospace Engineering
• 影响因子: 2.4
• 作者: Masato Adachi;H. Kawamoto

月レゴリスの静電分級

月球风化层的静电分类

• 发表时间: 2016
• 作者: Hiroyuki Kawamoto;Megumi Kato;Masato Adachi;Moe Hirosawa;濱澤 宏季，生田 圭一郎，上遠野 雄太，三室 大和，安達 眞聡，川本 広行;Moe Hirosawa;加藤 恵，小島 拓未，福山 聡太，武田 直己，安達 眞聡，川本 広行;諸岡 裕文，鈴木 良太郎，葉賀 祐一朗，安達 眞聡，川本 広行
• 通讯作者: 諸岡 裕文，鈴木 良太郎，葉賀 祐一朗，安達 眞聡，川本 広行