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高温超伝導コイルを利用した磁気セイル宇宙機に関する研究

利用高温超导线圈的磁帆航天器研究

基本信息

批准号：
13J04712
负责人：
長崎陽
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、次世代宇宙推進システムである磁気セイルの推進性能（推力質量比）向上を目的として、同宇宙機用高温超伝導コイルシステムの研究開発を進めている。特に、磁気セイルの推力は、搭載するコイルの磁気モーメント（電流×ターン数×コイルが囲む面積）に比例するため、高温超伝導コイルの高磁気モーメント化（電流×コイルターン数×コイルが囲む面積の増大化）に取り組んでいる。本年は、システム全体の熱安定性を制約条件として高温超伝導コイルおよび関連システムを最適化し、磁気プラズマセイル用高温超伝導コイルシステムの磁気モーメント質量比最大化に取り組んだ。非線形な特性を持つ超伝導抵抗は、通電電流および自己磁場、温度に依存するため、超伝導体に流れる電流密度分布の算出は自己無撞着に解き進める必要がある。本研究では、京都大学のスーパコンピュータシステムKDKを用いてコイルターンごとにMPI領域分割した数千ターンの超伝導コイルにおいて電磁界および熱解析を行い、磁気プラズマセイルにおいて最適なコイルシステムを決定した。システム全体としての熱バランス（コイル冷却、コイル内発熱・熱伝導、コイルへの熱侵入）や電源出力変動等による影響を考慮して、超伝導コイルの強度、温度、熱安定性を制約条件とし、コイルシステムの磁気モーメント質量比が最大となるようにシステムの最適設計を行った。パラメータとして様々な運転温度・コイル形状（円形コイル・マルチポール型コイル・レーストラック型コイル）を仮定した。最適化の結果、コイル運転温度20 Kにおいて、コイル高さが大きく、レーストラック型と呼ばれるコイルにおいて磁気モーメント質量比が最大となり、先行研究による成果に比べて磁気モーメント質量比約3倍の向上が可能であることを明らかにした。

This study aims to develop the propulsion performance (thrust-to-mass ratio) of the magnetic field in the next generation space propulsion system, and to develop the research on the high temperature superconductivity system for space vehicles. In particular, the thrust of the magnetic field is proportional to the magnetic field of the carrier (current × number of particles × area of particles), and the high magnetic field of the high temperature superconductor (current × number of particles × area of particles increases) is proportional to the magnetic field of the carrier. This year, the thermal stability of the whole system is restricted by the optimization of the magnetic conductivity and the mass ratio of the magnetic conductivity. Non-linear characteristics, such as conductivity resistance, electrified current, magnetic field, temperature dependence, conductivity current density distribution, calculation of non-collision resistance, are necessary. In this study, we determined the optimal KDK system for Kyoto University's electromagnetic and thermal analysis. To consider the influence of thermal factors (such as cooling, internal heat generation, thermal conduction, thermal intrusion), power output variation, etc., to restrict the strength, temperature and thermal stability of the superconducting tube, and to optimize the design of the magnetic field and mass ratio of the superconducting tube. The temperature and shape of the ring are determined by the temperature and shape of the ring. The optimization results show that the mass ratio of the magnetic field to the mass ratio of the magnetic field is about 3 times higher than that of the magnetic field to the mass ratio of the magnetic field.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

磁気プラズマセイル搭載用高温超伝導コイルシステムの最適化

磁等离子体帆安装高温超导线圈系统优化

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Nagasaki;T. Nakamura;I. Funaki;Y. Ashida;and H. Yamakawa;Yoh Nagasaki;Yoh Nagasaki;長崎陽，船木一幸，中村武恒，山川宏
通讯作者：
長崎陽，船木一幸，中村武恒，山川宏

Experimental and numerical investigation of screening currents induced in conduction-cooled Bi-2223/Ag coil for space applications

空间应用传导冷却 Bi-2223/Ag 线圈中感应屏蔽电流的实验和数值研究

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Nagasaki;T. Nakamura;I. Funaki;Y. Ashida and H. Yamakawa
通讯作者：
Y. Ashida and H. Yamakawa

磁気セイル搭載用ソリッド型および展開式超伝導コイルについて

关于用于安装磁帆的固体可展开超导线圈

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sakaguchi;S.;Nakagawa;S.;Yoshikawa;R.;Kuwahara;C.;Hagiwara;H.;Asai;K.-I.;Kawakami;K.;Yamamoto;Y.;Ogawa;M. and Miyazawa;T.;長崎陽
通讯作者：
長崎陽

NASA Ames Research Center(米国)

NASA 艾姆斯研究中心（美国）