大宇宙物流時代に向けた高周波プラズマと誘導加速を組合せた無電極推進機の研究

将来的に計画されている有人の深宇宙探査ミッションや月-地球間の大規模宇宙輸送ミッションにおいては，100 kW級の大電力電気推進の実現が必要とされている．本研究では，100 kW級の大電力電気推進の実現に向けた「高周波プラズマをプラズマ源としながら，時間変動する磁場を外部から印加し誘導電流を誘起し，電磁加速によるプラズマ加速を行う電気推進」を提案し，その推進機の推力性能評価を2 kW級の装置を用いることによって実験的に行った．2kW級装置を用いた実験では，実施計画にあるように，推力スタンドを用いた推力測定と，プローブ法によるプラズマ診断を行った．これら実験に加えて，提案する推進機のプラズマ加速モデルを構築と加速モデルにおける推力と物理パラメータの関係を解析的に求め，実験で得られた推力性能特性との比較を行った．提案した推進機におけるプラズマ加速スキームにおいては，推力項はプラズマ中の周方向スワールと加速コイルが誘起する磁場によってなるが，この推力項は磁場の大きさに正の相関がある．一方で，先行研究で提案されるような反磁性電流と磁場の相互作用を利用した無電極推進機に比べて，大電力化した際に効率向上に有利であることを，電磁流体の方程式に基づきながら明らかにした．本研究によって，提案した推進機のプラズマ加速では，推力電力比を最大にする加速周波数があることを突き止め，さらに，大口径で短軸の低アスペクト比の推進機形状が推力電力比へ大きく寄与することを明らかできた．

将来的に計画されている有人の深宇宙探査ミッションや月-地球間の大規模宇宙輸送ミッションにおいては，100 kW級の大電力電気推進の実現が必要とされている．本研究では，100 kW級の大電力電気推進の実現に向けた「高周波プラズマをプラズマ源としながら，時間変動する磁場を外部から印加し誘導電流を誘起し，電磁加速によるプラズマ加速を行う電気推進」を提案し，その推進機の推力性能評価を2 kW級の装置を用いることによって実験的に行った．2kW級装置を用いた実験では，実施計画にあるように，推力スタンドを用いた推力測定と，プローブ法によるプラズマ診断を行った．これら実験に加えて，提案する推進機のプラズマ加速モデルを構築と加速モデルにおける推力と物理パラメータの関係を解析的に求め，実験で得られた推力性能特性との比較を行った．提案した推進機におけるプラズマ加速スキームにおいては，推力項はプラズマ中の周方向スワールと加速コイルが誘起する磁場によってなるが，この推力項は磁場の大きさに正の相関がある．一方で，先行研究で提案されるような反磁性電流と磁場の相互作用を利用した無電極推進機に比べて，大電力化した際に効率向上に有利であることを，電磁流体の方程式に基づきながら明らかにした．本研究によって，提案した推進機のプラズマ加速では，推力電力比を最大にする加速周波数があることを突き止め，さらに，大口径で短軸の低アスペクト比の推進機形状が推力電力比へ大きく寄与することを明らかできた．