無電極プラズマ宇宙推進機の性能向上に成功 ~大電力・長寿命電気推進による宇宙輸送技術の実現へ前進~

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2022-11-10 東北大学,科学技術振興機構

ポイント
  • 大電力・無電極の磁気ノズルプラズマ推進機の推進効率を約30パーセントまで向上
  • イオンエンジンやホールスラスタ続く次世代の大電力電気推進機の実現に期待

種々の宇宙ミッション実現には宇宙機へのエンジン搭載が必要になります。高周波プラズマ源と磁気ノズルによるプラズマ加速を経て宇宙空間へ燃料を噴射し推力を発生する無電極プラズマ推進機は、次世代の大電力宇宙推進機として期待されています。一方、推進効率の向上と物理課題の解明が大きな課題となっています。

東北大学 大学院工学研究科および非平衡プラズマ学際研究センター プラズマフロンティア科学部門の高橋 和貴 准教授(JST 創発研究者)は、プラズマ発生部にカスプと呼ばれるプラズマ閉じ込め磁場構造を印加することで壁面へのエネルギー損失を抑制できることを見いだし、高周波電力から推進エネルギーへの変換効率が以前の20パーセントから約30パーセントに向上したことを室内実験で明らかにしました。さらに、理論モデルによって実験結果を説明できることを示しました。

本研究成果は、2022年11月10日(現地時間)にネイチャーパブリッシンググループの英国科学雑誌「Scientific Reports」(電子版)に掲載されます。今後、作動環境の影響(スペースチャンバーのサイズや残留ガスの影響)の検証や、エンジニアモデル・プロトタイプの開発、関連する物理現象の理解を国際共同研究も含めて進める予定です。

本研究の一部は、科学技術振興機構(JST) 創発的研究支援事業(JPMJFR212A)および科学研究費助成事業(19H00663、21K18611)の支援により行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Thirty percent conversion efficiency from radiofrequency power to thrust energy in a magnetic nozzle plasma thruster”
DOI:10.1038/s41598-022-22789-7
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
高橋 和貴(タカハシ カズノリ)
東北大学 大学院工学研究科 准教授/JST 創発研究者

<JST事業に関すること>
中神 雄一(ナカガミ ユウイチ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 創発的研究支援事業推進室

<報道担当>
東北大学 大学院工学研究科 情報広報室(担当:沼澤 みどり)
科学技術振興機構 広報課

 

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