パルス型プラズマスラスタにおける磁気スイッチの特性を利用した推進機構の開発

本研究の目的は、パルス型プラズマスラスタの駆動電源にパルス制御技術を用い、パルスの特性によって推進機構及び推進機特性を制御し、推進機性能を向上させる事を目的としている。今年度は、前年度に得られた結果を基に、電磁加速型と電熱加速型の双方に対してアプローチを行った。以下に、それぞれにおける実施した研究内容を示す。1.電熱加速型パルスプラズマ推進機パルス周波数の推進機性能に及ぼす影響を調査した。PTFEを推進剤としたΦ4-20mmのキャビティー形状の熱加速型パルスプラズマ推進機を製作。また貯蓄エネルギーを20Jとし、パラメータを調節可能なパルス電源を用い、サブマイクロから数マイクロ秒のパルス幅で駆動した。各パラメータに対して推進機の基本性能を測定するとともに、放電電流からプラズマ抵抗値を求め、プラズマの発光よりプラズマ温度を導出した。実験結果より、推進機性能のパルスパラメーターへの依存性は低い事が分かった。しかし、プラズマ温度及びプラズマ抵抗値において影響が見られ、これによりエネルギー転送効率の向上のための指針が得られた。2.電磁加速型パルスプラズマ推進機磁気パルス圧縮回路の持つ多段パルス特性の、プラズマの動きへの影響調査を行った。プラズマの発光を、超高速ICCDカメラ(露光時間20ns)を用いて観測した。磁気スイッチが未飽和時には電極間に薄いプラズマの層が確認できた。またこの時の放電電流(リーク電流)は100A以下であるため、ほとんど推力に寄与しないと考えられる。このリーク電流による薄いプラズマは単に、主電流時に電極間に存在するガスの量を増加させ推進剤の供給量の制御を行うだけでなく、均一な分布により主放電を安定させる効果がある事が分かった。推進剤供給制御の難しい固体推進剤において電源による供給制御の可能性が示された。

本研究の目的は、パルス型プラズマスラスタの駆動電源にパルス制御技術を用い、パルスの特性によって推進機構及び推進機特性を制御し、推進機性能を向上させる事を目的としている。今年度は、前年度に得られた結果を基に、電磁加速型と電熱加速型の双方に対してアプローチを行った。以下に、それぞれにおける実施した研究内容を示す。1.電熱加速型パルスプラズマ推進機パルス周波数の推進機性能に及ぼす影響を調査した。PTFEを推進剤としたΦ4-20mmのキャビティー形状の熱加速型パルスプラズマ推進機を製作。また貯蓄エネルギーを20Jとし、パラメータを調節可能なパルス電源を用い、サブマイクロから数マイクロ秒のパルス幅で駆動した。各パラメータに対して推進機の基本性能を測定するとともに、放電電流からプラズマ抵抗値を求め、プラズマの発光よりプラズマ温度を導出した。実験結果より、推進機性能のパルスパラメーターへの依存性は低い事が分かった。しかし、プラズマ温度及びプラズマ抵抗値において影響が見られ、これによりエネルギー転送効率の向上のための指針が得られた。2.電磁加速型パルスプラズマ推進機磁気パルス圧縮回路の持つ多段パルス特性の、プラズマの動きへの影響調査を行った。プラズマの発光を、超高速ICCDカメラ(露光時間20ns)を用いて観測した。磁気スイッチが未飽和時には電極間に薄いプラズマの層が確認できた。またこの時の放電電流(リーク電流)は100A以下であるため、ほとんど推力に寄与しないと考えられる。このリーク電流による薄いプラズマは単に、主電流時に電極間に存在するガスの量を増加させ推進剤の供給量の制御を行うだけでなく、均一な分布により主放電を安定させる効果がある事が分かった。推進剤供給制御の難しい固体推進剤において電源による供給制御の可能性が示された。