田原 弘一

ホール型イオンエンジン流れ場の簡易１次元計算。(担当部分：数値計算、取りまとめ)

材料加工用電磁プラズマ加速アークジェットのプラズマ特性の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁加速プラズマエンジンの外部磁気ノズルの効果に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

シリンドリカル型ホールイオンエンジンの作動特性の取得。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

荷電粒子衝突による宇宙用高分子材料の劣化現象とその帯電・放電現象に関する研究

ホール型イオンエンジンの性能と噴出流に与える磁場の影響の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

円形断面ホール型イオンエンジンの作動特性と性能に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ベアテザー衛星による電子捕集の特性に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

中空陰極を備えた宇宙飛翔体プラズマ接触器の研究開発。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

宇宙プラズマ環境下における宇宙飛翔体アーキング現象の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

周辺プラズマ環境下における宇宙飛翔体アーキング現象の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

超音速アンモニア・窒素水素混合ガスプラズマジェットの速度測定。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

Spectroscopic and electrostatic probe measurements were made to examine plasma exhaust plume characteristics with or without a titanium plate under nitriding for a 10-kW-class direct-current arc plasma jet generator with a supersonic expansion nozzle under a low-pressure environment. Ammonia and a mixture of nitrogen and hydrogen were used as the working gas. The NH3 and N2+3H2 plasmas in the nozzle and in the downstream plume without substrate plates were in thermodynamic nonequilibrium states. As a result, the H-atom electronic excitation temperature and the N2 molecule-rotational excitation temperature intensively decreased downstream in the nozzle although the NH molecule-rotational excitation temperature did not show an axial decrease. On the other hand, each temperature was kept in a small range in the plume without a substrate plate under 130 Pa except for the NH rotational temperature for NH3 working gas, although with a titanium plate the nonequilibrium plasma tended to have an equilibrium temperature as it approached the plate. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

The closed-electron-drift Hall-effect accelerator is a promising thruster in space. The effects of magnetic field shape and strength on Hall thruster performance were studied using 1-kW-class THT-series Hall thrusters. The discharge current characteristics were sensitive to magnetic field shape and strength. The thrust for the THT-IIIA thruster with more intensive concentration of magnetic field near the acceleration channel exit, i.e., with a smaller magnetic field at the anode was slightly higher than that for the THT-III thruster. The THT-IIIA thruster could be stably operated at a higher magnetic field strength than that for the THT-III thruster. As a result, for the THT-IIIA thruster, a higher thrust efficiency was achieved with a lower discharge current and a higher thrust. Furthermore, Hall thruster flowfield analysis was made to understand inner physical phenomena. Both ionization and acceleration were found to efficiently occur in a thin region with a few mm thick near the acceleration channel exit. The calculated thruster performance roughly agreed with the experimental ones. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

For the purpose of developing a rapid direct nitriding process to produce aluminum nitride layer without melting or vaporizing of aluminum during operation, nitridings of aluminum and aluminum alloy by using supersonic expanding nitrogen plasma jets were carried out. Nitride layer could not be formed on the substrate in the case of nitrogen gas, though the supersonic expanding plasma jets had enough reactivity to form rapidly titanium nitride layer on the surface of the substrate. Many fibers were formed on the substrate in the case of hydrogen/nitrogen mixture gas. However, the fibers could not be confirmed as aluminum nitride and the surface of the substrate came to be rough during operation in this case. Since the same phenomenon occurred in the case of hydrogen/argon mixture working gas, it was thought that the roughness of the substrate during operation was due to hydrogen infiltration into the substrate. In the case of nitriding of aluminum-magnesium alloy, unlike the case of aluminum substrate use, nitride layer was formed on the substrate even on the condition that pure nitrogen was used as working gas. From these results, this process was found to have a high potential for nitriding to produce aluminum nitride. © 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

プラズマジェットの基板近傍プラズマ特性と熱流束特性の関係研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

宇宙プラズマの中を飛翔する宇宙飛翔体から強制的に電子を放出する機器として、ホローカソードの基礎作動特性が取得された。電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いた宇宙プラズマシミュレータの中で、ホローカソードが運転された。ホローカソード単体で作動する場合（ホローカソード周りに模擬宇宙プラズマ無し）に比べて、模擬宇宙プラズマ中で作動させると、放出電子電流が大きく増加し周辺プラズマの寄与が非常に大きいことがわかった。（担当部分：主な実験研究）

宇宙プラズマの中を飛翔する宇宙飛翔体から強制的に電子を収集する機器として、導電性の「ひも」（テザー）が有望視されている。本研究では、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いた宇宙プラズマシミュレータの中で、導電性テザーの作動特性が調べられた。導電性テザーの長さ・直径、さらに印加電圧を広範に変化させ、収集される電流を測定した。その結果、テザーのサイズに収集電流は大きく依存したが、無衝突プラズマ理論から導き出される理論最大電流を越えることはなかった。（担当部分：主な実験研究）

Mo溶射皮膜の耐摩耗性を向上させるために、燃焼火炎ＣＶＤ法による合成ダイヤモンドとの複合化が研究された。複合化条件を変え成形後、摩耗特性試験を行った結果、ダイヤモンド粒子の混入により耐摩耗性が著しく向上することがわかった。（担当部分：主な実験研究）

電磁プラズマエンジンにおける電力配分特性の外部磁場の影響調査。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

低電力ホール型イオンエンジンシステムの開発研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

プラズマ放出による宇宙飛翔体帯電の緩和現象の地上模擬実験。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ホール型イオンエンジンの１次元流れ場の数値計算。(担当部分：数値計算、取りまとめ)

10kW級直流アークジェットエンジンのプラズマ特性の取得。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

大気開放熱プラズマＣＶＤ法によるYSZ膜の生成の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ECRプラズマスパッタリングによるカーボンナイトライド成膜研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

窒化チタン反応性溶射用電磁加速プラズマの状態に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

負帯電材料のプラズマ流による緩和現象の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ホール型イオンエンジンの性能とプラズマ特性の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

Plasma jets have been successfully used as heat sources of thermal plasma spraying process. However, since the plasma jet is accelerated to supersonic under a low pressure environment, the plasma jets can be used as low temperature plasmas with high chemical reactivity due to supersonic adiabatic expansion and frozen flow. From this viewpoint, nitriding of titanium plates using supersonic expanding nitrogen plasma jets under a low pressure environment was carried out in our previous study. As a result, it was proved that the plasma jets had enough reactivity to form a hard and thick titanium nitride layer on the surface of a titanium plate by only a few minutes of plasma jet irradiation at 30 Pa chamber pressure. In this study in order to develop a practical low temperature and high rate nitriding process, nitriding of nitriding steel, carbon steel and stainless steel using this process was carried out and wear resistance of these nitrided samples was investigated. Consequently, surface hardening was obviously promoted on the condition that hydrogen/nitrogen mixture gas were used as working gas in the cases of all substrates. Especially, hard layers with over 1000 Hv in hardness were formed without any surface damages on the surfaces of the samples by only 5 min of operation in the cases of nitriding steel and stainless steel. Besides, according to the results of wear testing, wear resistance of these steels was dramatically improved.

準定常ＭＰＤ推進機の噴出プラズマ流の状態が静電探針法により調べられた。速度ベクトルの方向と大きさ、電子温度、電子数密度の空間分布が測定され検討された。発散ノズルの下流延長線の内側と外側では特性が異なり、内側は中心軸に近づくにつれて温度・密度は極度に大きくなり延長線付近では小さくなるが、外側では延長線に近づくにつれて大きくなった。延長戦の内側は陰極ジェットの影響が強く、外側は通常の熱プラズマの膨張加速に近いと推測される。（担当部分：主な実験研究）

低電力ホール型イオンエンジンの基本作動特性が調べられた。印加される半径方向磁場は放電チャンネル出口付近で最大になるように最適化され、放電チャンネル材料には２次電子放出係数の大きいボロンナイトライドが用いられた。推進剤ガスにキセノンを用い、その質量流量、加速電圧（放電電圧）を広範にとり、放電電流と推力が測定され、比推力、推進効率、推力/電力比など基本推進性能を取得することができた。 （担当部分：主な実験研究）

窒化用アンモニア、窒素水素混合ガスプラズマジェット噴流の診断。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

低電力ホール型イオンエンジンの推力性能とプラズマ状態の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

超音速プラズマジェットによるアルミニウム材の窒化の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

低電力ホール型イオンエンジンの性能とプラズマ特性の取得。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

準定常電磁プラズマエンジンの噴出流の状態に関する研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

宇宙飛翔体の負電位帯電のプラズマ流による緩和現象の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電子サイクロトロン共鳴プラズマによるITOスパッタリング成膜。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

窒化チタン反応性溶射電磁加速プラズマ流の特性の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

ホール型イオンエンジンの作動性能とプラズマ状態の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

宇宙飛翔体帯電のプラズマ流による緩和現象の地上実験。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

カーボンナイトライド成膜用ECRプラズマスパッタリングの診断。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

(担当部分：作動実験、取りまとめ)