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ダブルレイヤーを用いた超小型衛星用プラズマ推進器の開発

微小卫星双层等离子体推进系统的研制

基本信息

批准号：
18J12934
负责人：
牛尾康一
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J12934/
关键词：
電気推進小型イオン源マイクロ波放電数値計算プラズマ

项目摘要

近年打ち上げ数が急増している重さが100 kg以下の超小型衛星用の推進器の性能向上に関して、数値解析および実験を行った。本推進器では、マイクロ波で中性ガスをプラズマ化した後、推進器内外の電位差を用いて排出し、その反作用として推力を得る。そのため、マイクロ波でいかに効率よくプラズマを生成するかが非常に重要となる。しかし、推進器の小ささゆえに、内部計測が困難なため、数値解析コードを用いてマイクロ波から電子へのエネルギー授与過程解明を目指して研究を行った。本研究では、マイクロ波を解析するFinite-difference time-domain method(FDTD法)と電子を解析するParticle-in-cell method(PIC法)を組み合わせた数値解析コードを用いて解析を行った。その結果、マイクロ波放電用のアンテナと呼ばれる部品に導入されたマイクロ波は、推進器内部のをほとんど伝搬することなく、アンテナ近傍1 mm程度で急速に減衰していることが明らかとなった。これは、放電室がマイクロ波波長よりも十分小さいためだと考えられる。これまで、電子の加熱には電子サイクロトロン共鳴（ECR）と呼ばれる現象が寄与していると考えられていたが、今回の解析結果ではアンテナから1 mm以内の極近傍で全加熱の75～90%が起こっており、ECRの寄与は小さいことが明らかとなり、電子加熱はアンテナ近傍の強電場による加熱の効果が支配的であることを明らかにした。実験においては推力計測用のスラストスタンドと呼ばれる装置を作成し、推進器によって発生する推力を実測した。その結果、これまでの調査から見積もられていた推力の1/5程度しか発生していないことが明らかになった。

In recent years, the number of thrusters for ultra-small satellites has increased rapidly to less than 100 kg, and the performance of thrusters for ultra-small satellites has been improved. The thruster has the advantages that the potential difference between the inside and the outside of the thruster can be discharged and the reaction force can be obtained. It's very important to have a good time. The internal measurement of thrusters is difficult, and numerical analysis of thrusters is difficult. In this study, the Finite-difference time-domain method(FDTD method) and particle-in-cell method(PIC method) for electron analysis are combined. As a result, the components of the propeller are introduced into the propeller, and the internal components of the propeller are rapidly attenuated to the extent of 1 mm. The wavelength is very small. The phenomenon of electron resonance (ECR) and electron heating is caused by the analysis of the results. The results of the analysis are as follows: 75~90% of the total heating within 1 mm is caused by the strong electric field in the vicinity of the electron heating. The thrust measurement device for thrust measurement is designed to measure thrust generated by thrusters. As a result, the investigation was conducted to the extent of 1/5 of the thrust force.

项目成果

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DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

数値解析を用いた小型プラズマスラスタにおけるイオン加速機構の調査

小型等离子体推进器离子加速机理的数值分析研究

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
李仁杰;西村寿彦;大鐘武雄;小川恭孝;萩原淳一郎;古市剛久・柳井清治・奥野充・五味高志・鳥井真之・小山内信智・檜垣大助・早川智也・水垣滋・村上泰啓・林真一郎;Yousefian Ali,山本直嗣;高浦　育・内山雄介;N. Uchida;齋藤さやか・関谷直也・木村匠・中村真也;亀井知己;徳永夏樹・内山雄介;牛尾康一,Yousefian Ali,森田太智,山本直嗣,中島秀紀
通讯作者：
牛尾康一,Yousefian Ali,森田太智,山本直嗣,中島秀紀

Thrust Measurement of Miniature Microwave Discharge Plasma Thruster

微型微波放电等离子推进器的推力测量