小川 博之

深宇宙探査に適した推進システムとして,太陽風のエネルギーを利用した推進システムがいくつか提案され研究されているが,これらの推進システムの多くについては推力の定量的な評価がなされておらず,発生メカニズムの理解が不十分である.本稿では,これら推進システムのうち最もシンプルなシステムである磁気セイルの推力特性について数値解析を行ない,推力発生メカニズムを明らかにした.この磁気セイルおよび磁気セイルと類似した新しい推進システムの研究状況を合わせて報告し,これら太陽風を利用した推進システムの将来展望を探る.

資料番号: AA0049206080レポート番号: JAXA-SP-05-001E

垂直離着陸型ロケットが降下時にエンジンを再着火して減速・軟着陸する場合、一様流とエンジンの逆噴射流との干渉が、空力特性に大きな影響を与える。これまでに行われた風洞試験による力計測では、計測された機体抗力係数C_dは、逆噴射時、推力の増加に伴い抗力は増加するものの、ある推力範囲においては、ジェット噴射なし(推力0 %)よりも、抵抗値が小さくなる場合があり、条件によっては、逆噴射によって降下速度が増す可能性があることが指摘されている。これらの現象については、逆噴射ジェットと一様流との干渉によって生じる流れ場が、推力の違いによって大きく変化することが予想されるが、その詳細については、未だ明らかとはなっていない。逆噴射ジェットの空間速度場計測に対して、PIV(Particle Image Velocimetry)を用いることで、従来のプローブを用いた点計測とは異なり、瞬時の空間速度場情報を得ることが可能なため、非定常性が強い速度場における高い有効性が期待される。そこで本研究では、この干渉流の空力特性に影響を与えるメカニズムを解明する目的で、PIVシステムによる空間速度分布の計測を試みた。その結果、逆噴射ジェットの形状やよどみ点位置に関する情報を得るとともに、平均及び瞬時速度分布並びに乱流強度に関するデータを取得した。これらの計測結果より、逆噴射ジェットと一様流との干渉による強い非定常性が観測され、さらに、ジェットの有無により、ノズル出口上流部の流れの変化だけでなく、模型後流部での剥離の状態が大きく変化することが明らかとなった。以上の結果より、PIV計測により、逆噴射時の場合、噴射なしの場合より抵抗が小さくなるという現象が生じる原因に関して、流れ場との対応関係が解明された。

For achieving a fully reusable rocket vertical as a future space transportation system, the conceptual designs of vehicle systems are presently being conducted in ISAS/JAXA. In this system design, aerodynamic design considerations are made on a vertical take-off and vertical landing vehicle. One of the considerable issues of a vertical lander is the effect of the interaction between a supersonic nozzle jet and a free-stream when the vehicle is decelerated by the main engine thrust in the landing phase. In order to investigate the influence of such counter-flow interaction in detail, wind tunnel tests were conducted in low speed wind tunnel in ISAS and ISTA/JAXA. The aerodynamic forces and pressure on the base surface were measured by using a scale model of the vehicle. The velocity distribution was measured by a particle image velocimetry (PIV) technique. The aerodynamic characteristics in the vertical landing phase are affected by not only the reduction of the base pressure but also the flow separation around the model side.

A numerical analysis of the high-speed plasma flow and the electromagnetic field around a magnetic dipole was performed to investigate acceleration processes of the Magnetoplasma Sail (MPS). In an attempt to take into account deviations of the flow characteristics from the ideal magnetohydrodynamic (MHD) predictions, the particle-in-cell (PIC) model was used with a reduced dimension of the flow and the electromagnetic field. The induction current and the induced electromagnetic field around the magnetic dipole were computed, and the acceleration force acting on the magnetic dipole was roughly estimated. Important scaling parameters in an interaction between the rarefied high-speed plasma and the weak magnetic field are also discussed.

Magnetic sail and Magnetic plasma sail are propulsion systems that make use of the solar wind. These propulsion systems create a large magnetic field around a spacecraft and the magnetic field captures the energy of the solar wind. These propulsion systems are suited for deep space missions because it is estimated to achieve high thrust and efficiency. But there are some problems about these propulsion systems. The process of force transfering from the solar wind to the spacecraft is not understood in detail, thus the metods of estimating thrust vector and controlling thrust vector are not established. We simulated the interaction between the solar wind and the magnetic field of the spacecraft numerically, and verified the method of estimating thrust vector. Additionally we researched the methods of controlling thrust vector.

「ベピ・コロンボ（BepiColombo）」は、日本（ISAS/JAXA）と欧州宇宙機関（ESA）との国際分担・協力により水星の磁場、磁気圏、内部、表層を初めて多角的・総合的に観測しようとするプロジェクトである。本計画はISAS/JAXAが主担当の磁気圏観測衛星（MMO)とESAが主担当の水星表面観測衛星（MPO）の２機の極周回衛星で構成される。現在、両衛星の搭載機器を評価・選定中である。本計画の科学目標やミッション概要、検討の現状について報告する。

資料番号: AA0046978013レポート番号: JAXA-SP-03-001

資料番号: SA0200020000

M-Vの打ち上げに際し，射点の周囲5箇所における音響計測（音圧レベル）を行っている．これまでに得られている結果を報告する．資料番号: SA0200152000