マイクロ波ロケットの推力発生過程の解析及び打ち上げ用実験機の開発

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現在、世界最大級マイクロ波出力を誇る日本原子力研究開発機構のジャイロトロン発振器（170 GHz、1MW出力）1基の性能を最大限に引き出す推進機設計を念頭に、「kg級推進機を10 mの高度まで打上げる実証実験」を目標として研究を進めている.今年度は小型軽量なマイクロ波受電システムの開発を目的とし、提案しているマイクロ波ワイヤレス伝送システムのマイクロ波伝搬特性を調査した．具体的には実験室のスケールで実際にマイクロ波伝送システムを構築し400 mW出力の低電力マイクロ波発振器を用いて受電後のマイクロ波電力密度プロファイルを詳細に計測することで受電電力の評価を行った．試験では自由空間をほとんど発散することなく伝送させるため、マイクロ波を放物ミラーによりビーム径150 mmのガウシアンビームに変換してテーパ型マイクロ波受電器に入射した．テーパ型マイクロ波受電器は、入射したビームを径65 mmのデトネーション管に導けるよう、ビーム収束に最適な形状を、ビーム伝搬の数値計算により設計した．本設計では、マイクロ波の波長がテーパ管の小口径に比べ1/20と十分に短いこと利用した幾何光学近似を用いることで、計算時間の大幅な短縮させ効率的な最適化を実現した．また空気抵抗の低減と軽量化を考慮し軽量かつコンパクトな構造となっている．テーパ型マイクロ波受電器で受電した電力密度プロファイルは、ビーム径、ビームの傾き角、偏光方向が計算と良い一致を示し、90%の高い電力受電性能を示した．