放電室内電界分布の計算結果を考慮した大気吸入型イオンエンジンの実験的研究

摘要

近年，人工衛星を従来の高度より低い高度で運用する試みがなされている．これにより，高解像度の画像が取得できること，電波の送受信がしやすくなり電力や時間が軽減されることなどが期待されている．しかし，低高度では人工衛星に対する大気抵抗が大きくなり，高度を維持するために推進器が必要となる．そのため人工衛星に推進剤を搭載する必要があるが，その搭載量が衛星の運用時間を決定してしまうという問題がある．近年提言された大気吸入型イオンエンジン(ABIE)は高層大気を推進剤の代わりとして利用して推力を得る新しい推進装置である1)．ABIE は高層大気中の主成分である原子状酸素を取り込hで電離し，生じたイオンを加速して放出することで推進力を得るイオンエンジンであり，人工衛星に搭載することで推進剤の搭載量がミッションの期間の長さを決定してしまうという問題を解決できる．しかしながら，ABIE の実現可能性の検討はまだ始まったばかりであり，今後克服しなければならない課題は多い．特にイオンエンジンの運用にはプラズマ生成時の放電室内分子密度が1018～1019m-3 である必要があるが，本研究のABIE 運用想定高度である高度200km 程度においてはその密度が不足しており，ABIE 運用のためには低密度でもプラズマを維持できるようにプラズマ生成効率を上げることが必要となる．しかし宇宙環境を地上で正確に再現することは困難であり，実証実験は難しい．そこで本研究ではシミュレーションによる数値解析により，電極・磁石形状の検討を行った．