宇宙推進用ホール型プラズマ加速器の性能特性とイオンビーム計測

摘要

ホール型プラズマ加速器はFig．1に示すように円環状の加速チャンネル内に径方向の磁場と軸方向の電場を印加した構造であり，下流の陰極より放出された電子はチャンネル内に入射し，磁場との相互作用（E * Bドリフトにより周方向に回転する）によりチャンネル内に閉じ込められ，効率よくプラズマを生成する。生成されたプラズマ中の正イオンは陽極と陰極の間の電位差により下流に向かって静電的に加速される。 電磁流体力学的には，誘起された周方向ホール電流と径方向磁場の相互作用によるローレンシカで生成プラズマが軸方向に加速されると見なせる。 宇宙推進用のホール加速器（以後，ホールスラスタと呼ぶ（スラスタは宇宙用推進機を意味する））は比較的コンパクトであり，直流アークジェットスラスタよりも高い比推力（1500秒（比推力：単位は秒であり，推力を推進剤単位重畳で割った値，すなわち推進剤噴出速度を標準重力加速度（9．8m/s~2）で割った値で，約10倍すれば噴出速度となる））と推進効率（50％（推進効率：投入電気エネルギーが推進エネルギーに変換される割合である（熱効率とは異なる，またイオンスラスタよりも高い推力密度（約1mN／cm~2）を実現しており，この20年ほどの間にロシアでは数十機の衛星にSPT（Stationary Plasma Thruster）100と呼ばれるホールスラスタが搭載·運用されてきたl）。 近年は欧米諸国でも地球近傍ミッションへの適用を目的として開発，商業化が進められている。