電磁プラズマロケットエンジンの開発及び推進性能測定とプラズマ診断

担当メンバー:
知野 健吾(Kengo Chino)
斉藤 将太(Syota Saito)
瀬川 秋桜子(Akiko Segawa)
谷 和真(Kazuma Tani)

キーワード:
 宇宙推進
 電気推進
 電磁加速
 ローレンツ力
 パルス作動
 定常作動 
 大電力(
100kW以上)
 有人火星探査
 月基地建設物資輸送

研究内容紹介:

電磁力を利用した電気推進ロケットエンジンである電磁プラズマスラスタ(Magneto-
Plasma-Dynamic: MPD)には、パルス作動型と定常作動型がある。パルス作動型電磁プラズマ スラスタは電気推進ロケットエンジンの中では比較的大きな比推力、推力密度を有するため、深宇宙探査、軌道間輸送用のスラスタとして開発が進められてき た。現在、火星有人探査用として更なる推進性能の向上が望まれる中、その方法として外部磁場を印加する方法が注目されている。外部磁場印加型MPDス ラスタの実用化を考えた場合、軸方向磁場の印加用コイルは放電回路と直列に接続することにより電力源を増設することがなくコイル電力を得ることができるの で、重量の節約ができる。しかしこの方法では外部磁場強さが放電電流値に依存し、任意の磁場強さを得ることができず地上実験用には不向きである。そこで本 研究グループでは外部磁場印加用に別電源を設けた。過去の研究において発散ノズル型磁場を印加した場合の性能特性が測定され、推力の増加は得られたが、推 進効率の飛躍的な向上は得られなかった。

本研究では更なる推進性能の向上を目的とし、放電室上流域で推進剤の電離を促進させることを考えた。そのために外部磁場印加用コイルを2つ搭載したスラスタを製作し、これらのコイルを用いてカスプ形状の磁場を印加したスラスタの推力特性を調べている。

  定常作動型電磁プラズマスラスタは、直流アークジェットスラスタの電熱加速と永久磁石による電磁加速の両方を備えたスラスタ、すなわち電熱・電磁ハイブ リッド加速モードを利用したスラスタと考えられる。パルス作動型は大型コンデンサなどによるシステム重量増加のデメリットをもつが、直流アークジェットシ ステムに永久磁石を装備させ、スラスタ構造と作動条件を変えることにより、軽量・コンパクトなシステムが実現可能である。

 本研究では、宇宙航空研究開発機構(Japan Aerospace Exploration Agency: JAXA)との共同研究として、10-30kW級定常作動型電磁プラズマスラスタの開発を目指し、その試作機の設計・製作、基本作動特性を取得する。最適なスラスタ構造と作動条件を提案するとともに、システム化のための問題点を解決していく。