宇宙機浮遊導体の放電電流計測とプラズマインピーダンスの推定
指導教員：豊田和弘
1． 研究背景及び目的
宇宙環境において高エネルギー粒子に17108101 堀之内希
電実験の測定結果をもとに放電時のプラズマインピーダンスを推定する。

よる宇宙機の帯電、放電が起きており、過去に日本でも、環境観測衛星「みどり 2 号」

3． 実験結果や準天頂衛星「みちびき」といった人工衛

シリコーン各厚さにおける放電実験の結星が不具合を起こしている。人工衛星の果を以下に示す。
表1

開発には膨大な資金を必要とするため、未然に事故を防ぐ必要がある。宇宙機のシリコー

浮遊導体の放電現象についてのパラメー

ン厚さタは明らかにされておらず、今後、放電事放電電圧故の対策に必要になると考える。そのた(kV)

放電実験結果

1mm

3mm

5mm

10mm

-4.9-6.8-9.6-10.9

め、本研究では宇宙機浮遊導体の放電電

シリコーンの各厚さにおけるプラズマイ

圧及び放電電流の計測を行い、放電プランピーダンスの推定結果を以下に示す。

ズマのインピーダンスについて調査する。
2． 研究手法
浮遊導体の放電実験と、放電実験をもとにしたシミュレーション解析を行う。
放電実験では、サンプル作成し、GEO チ
ャンバの中に入れ実験を行う。

図2
図1

実験サンプル

プラズマインピーダンス推定結果

4． まとめサンプルはアルミニウム板とシリコーン

放電実験より、シリコーンが厚いほど放で作成しており、絶縁体のシリコーンを電電圧が大きくなることが分かった。ま挟むことで電気的に浮遊している状態をた、プラズマインピーダンスはシリコー作っている。シリコーンの厚さを変化さンの厚さによって曲線的に増加していくせながら放電した際の電圧と電流波形をと考えられる。

測定する。シミュレーション解析では、放Measurement of discharge current and estimation of plasma
impedance in spacecraft floating conductors
Instructing Professors：Kazuhiro Toyoda
1． Background and purpose of the study

17108101 Nozomi Horinouchi

state. Measure the voltage and current waveforms

In the past, satellites such as the Midori-2

when discharging while varying the thickness ofenvironmental observation satellite and the Quasi-the silicone. In the simulation analysis, the plasma

Zenith Satellite-1 (QZSS) "MICHIBIKI" in Japan

impedance during discharge is estimated based on

have experienced malfunctions due to charging

theand discharging of spacecraft by high-energy

experiment.

measurement

resultsofthedischarge

particles in the space environment. Since thedevelopment of satellites requires a huge amount

3． Experimental resultsof money, it is necessary to prevent accidents from

Table 1 Results of electrical discharge

occurring. The parameters for the discharge

experiments

phenomena of floating conductors in spacecraft

Siliconehave not been clarified and will be necessary forthicknesscountermeasures against discharge accidents. InDischarge

this study, we will investigate the impedance of thevoltage

discharged plasma by measuring the discharge

(kV)

1mm

3mm

5mm

10mm

-4.9-6.8-9.6-10.9

voltage and current in the spacecraft floatingconductor.
2． Research methods
Discharge experiments of floating conductors
and simulation analysis based on the discharge
experiments are conducted. In the discharge
experiment, a sample is prepared and placed in theGEO chamber for the experiment.
Figure 2 Plasma impedance estimation results.
4． Summary
From the discharge experiments, it was foundFigure 1 Experimental sample
The sample is made from an aluminum plate andsilicone, and the insulating silicone is sandwiched
between the two to create an electrically suspended

that the thicker the silicone, the larger the discharge
voltage. It is also expected that the plasma
impedanceincreases

thickness of the silicone.

curvilinearly

withthe第1章

序論 ............................................................................................................................... 4

1.1

宇宙環境における人工衛星の放電事故 ...................................................................... 4

1.1.1

帯電・放電設計標準 .................................................................................................. 4

1.1.2

内部帯電 ...................................................................................................................... 4

1.2

放電現象の研究状況...................................................................................................... 5

1.3

研究概要及び目的 ......................................................................................................... 5

第2章

研究手法 ....................................................................................................................... 6

2.1

放電試験 ......................................................................................................................... 6

2.2

実験サンプル ................................................................................................................. 6

2.2.1
2.3

放電原理 .................................................................................................................. 7

実験手法 ......................................................................................................................... 72.3.1

実験装置 .................................................................................................................. 72.3.2

測定機器 .................................................................................................................. 92.3.3

実験回路 .................................................................................................................. 92.3.4

実験準備 ................................................................................................................ 10

2.3.5

実験方法 ................................................................................................................ 11

2.4

実験ケース ................................................................................................................... 13第3章

放電試験のシミュレーション解析 ......................................................................... 143.1

概要 ............................................................................................................................... 143.2

測定機器 ....................................................................................................................... 143.3

シミュレーション回路................................................................................................ 143.4

解析方法 ....................................................................................................................... 15第4章

放電試験による電圧の閾値と電流波形の取得結果 ............................................. 174.1

放電電圧の閾値の取得................................................................................................ 174.2

放電時における放電画像............................................................................................ 174.3

放電時にける放電電流の波形データ........................................................................ 17

第 5 章 シミュレーション解析によるプラズマインピーダンスの推定結果 ................. 195.1

放電試験とインピーダンスアナライザでの測定結果 ............................................ 19

5.2

シミュレーション解析結果........................................................................................ 19

第6章

考察 ............................................................................................................................. 21

6.1

先行研究のデータおよび計算結果............................................................................ 21

6.2

本研究と先行研究との比較........................................................................................ 21

6.3

プラズマインピーダンスの推定結果........................................................................ 24

6.4

プラズマインピーダンスの曲線近似式 .................................................................... 25

第7章

結論 ............................................................................................................................. 28

参考文献 ..................................................................................................................................... 29

謝辞 ................................................................................................................................ 30
付録 ................................................................................................................................ 31

全文を希望の方は cho@ele.kyutech.ac.jp までご連絡ください