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磁気セイル推力解析のための簡易モデルの検討

机译:磁帆推力分析的简单模型检验

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摘要

磁気セイルは深宇宙探査において高速な惑星間航行を目rn指した宇宙推進システムである.磁気セイルの概念は1991rn年にZubrinとAndrewsによって提案された.第1図のrnように宇宙輝から磁場を発生させ,超音速のプラズマ流でrnある太陽風と相互作用により人工的な磁気圏を形成し,反rn太陽風方向の推力を得る.%The magnetic sail is a spacecraft propulsion system using the interaction between the magnetic field and the solar wind. In this paper, to evaluate the propulsive force generated by a Pure Magnetic Sail spacecraft, a new numerical analysis model including the ion's finite Larmor-radius effect is proposed. In this analysis model, the trajectories of ion particles are solved based on the Flux-Tube model and electrons are treated as a plasma fluid under the assumption of quasi-neutrality and steady state. As for the electromagnetic field, the induction equation is employed to obtain a steady electromagnetic field. Using the Flux-Tube model, a 500-km-size magnetosphere was found to produce a thrust level of 1500 N when a magnetic moment of the magnetic sail is set to 3.9 × 10~(16) Wbm. This thrust level agrees well with the result obtained by magnetohydrodynamics model (1600 N) and that by Hybrid particle-in-cell model including ion kinetic effects (1560N). Also, the computational cost of the Flux-Tube model is reduced to about 1/10 of that of Hybrid-PIC model.
机译:磁帆是一种空间推进系统,旨在进行深空探索中的高速行星际导航。磁帆的概念由祖布林和安德鲁斯(1991)提出。如图1中的rn所示,由宇宙辐射产生磁场,并且通过与作为超音速等离子体流的太阳风rn相互作用而形成了一个人造磁层,并获得了对反rn太阳风方向的推力。 %磁帆是一种利用磁场和太阳风之间相互作用的航天器推进系统。在本文中,为了评估纯磁帆航天器产生的推进力,该新型数值分析模型包括离子的有限拉莫尔半径在该分析模型中,基于Flux-Tube模型求解离子粒子的轨迹,并在准中性和稳态的假设下将电子作为等离子流体处理。利用Flux-Tube模型,当磁帆的磁矩设为3.9×10〜()时,使用Flux-Tube模型,发现500 km大小的磁层产生的推力为1500 N. 16)Wbm。该推力水平与磁流体动力学模型(1600 N)和包含离子动力学效应的混合单元颗粒模型(1560N)获得的结果非常吻合。 Flux-Tube模型减少到Hybrid-PIC模型的1/10。

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