九州大学大学院 総合理工学府 先端エネルギー理工学専攻 / 九州大学 工学部 エネルギー科学科
先進宇宙ロケット工学研究室(山本研究室)
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研究テーマ

レーザー核融合ロケット

レーザー核融合ロケットにおいて、核融合反応で生成した高エネルギーのプラズマは磁気ス ラストチャンバーと呼ばれる磁気ノズルによって熱エネルギーから運動エネルギーに変換されます。 従って、従来の推進機では不可能な、高い排出速度(即ち高い比推力)と大推力および長寿命を 同時に達成可能であり、核融合プラズマを利用した宇宙推進システム(ロケット)は、画期的な 高速推進システムとして非常に有望です。数値解析および実験により、原理を実証しつつ、 その背景にある物理にも着目し研究を続けています。核融合ロケットの研究はプリンストン大学 やリバモア国立研究所などでも行われていますが、ロケット全体の質量軽減に優位である レーザー核融合ロケットの研究は今のところ本研究室が中心となって行っています。
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電気推進

電気推進とは、従来の化学反応を利用したロケット推進と違って、太陽電池などからの 電気エネルギーを利用したプラズマ推進であって、静電力や電磁力を利用できるため、比推力 (推進剤流量あたりの推力)を一桁以上大きくすることが可能であり、大幅な推進剤の低減が望め、 衛星の小型化の促進や大型衛星の高効率化が期待できます。電気推進にはアークジェット、 イオンエンジンなど加速方式によって異なる様々な推進機があります。「はやぶさ」や「Deep space 1」,「GOCE」、「SMART-1」の成功により、電気推進機は実用化時代に突入しました。さらに、 2015年3月に打ち上げられたEutelsat 115 West BとABS-3Aが一ヶ月ほど前倒しでスーパー シンクロナス軌道から静止軌道に到達し、オール電化衛星の優位性が示されました。そのため、 静止軌道への投入においても用いられるようになっていくと予想されております。日本に おいても、古くはETS-Ⅲから電気推進機の開発は進められており、この積み重ねの結果、 オール電化衛星への備えが整いつつあります。また小型衛星に搭載可能な電気推進機の開発も 盛んになってきております。本研究室では、小型衛星用の電気推進機の開発にも力を入れています。
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プラズマ応用&プラズマ診断

宇宙用ロケットエンジンであるレーザー核融合ロケットや電気推進機の内部物理を理解するためには、 内部状態の計測が欠かせません。そのため、内部のプラズマ状態を計測するための診断技術の開発を行っています。 レーザーを用いて原子の密度を計測したり、プラズマ中のイオンや電子の温度や密度、速度を計測しております。 さらにこの技術を用いて、大気圧プラズマである火の玉の現象理解に努めたり、火の玉を用いたPM2.5 の分解の 可能性の検討、また酸素プラズマ源としての活用、さらには人工衛星の耐電防止用の電界放出型電子源の研究も進めています。
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レーザー宇宙プラズマ実験

高強度レーザーを用いたプラズマ基礎研究に取り組んでいます。 キロジュールという高エネルギー出力の レーザーを固体に集光照射すると、 非常に高速なプラズマ流が生成されます。 このプラズマを相互作用させる ことで、超新星残骸における衝撃波、 太陽フレアにおける磁力線再結合、地球のバウ衝撃波等の高エネルギー 現象に似た状態を実験室に作り出すことができます。 このように、天体観測や衛星観測だけでは理解が難しい プラズマ現象を 実験室に再現し、詳細に計測することで、宇宙の高エネルギープラズマ 現象の理解を深めよう と研究を進めています。
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