論文の公開元へ宇宙プラズマ中における電界センサー特性に関する計算機シミュレーション
概要
将来の宇宙利用や開発に向けて、地球磁気圏環境の精確な計測および定量的な理解は必要不可欠である。我が国ではこれまでに磁気圏探査衛星GEOTAILをはじめとする様々な科学衛星によりプラズマ現象の観測が精力的に行われてきた。プラズマ波動の解析に用いられる主な機器の一つに電界センサーがある。プラズマ波動の電界強度、位相データを得るためには、電界センサーで得たデータを、センサーや内部回路の特性に基づいて較正を行う必要がある。しかし、導体であるセンサーは電離気体であるプラズマと相互作用を起こし、真空中の場合とは異なる特性を示す。そのため、現在の較正方法ではデータの正が正しく行われておらず、観測結果の解釈に悪影響を及ぼすことが懸念されてきた。また、近年では小型衛星に搭載可能な電界センサーの需要が高まっている。小型衛星では、重量削減や姿勢制御の方式の都合により、センサ一長を短くすることが一般的であるが、センサーが短くなり観測対象の波長と同程度になると、アンテナの特性は複雑になることが予想されている。そのため、宇宙プラズマ環境におけるセンサー特性の定量的な理解が待たれている。
この問題を解決するために、これまで宇宙プラズマ中のダイポールアンテナ特性に関する理論的研究が多くの研究者により行われてきた。しかし、理論的アプローチではアンテナの電流分布や周囲のプラズマの分布に特有のシース構造に近似が用いられており、実際の電流分布やプラズマ運動論効果は考慮されていない。加えて将来の衛星ミッション搭載用のアンテナの開発・設計などの光学的な応用のためには、より現実に近いアンテナ形状や衛星本体の影響も考慮した解析を行う必要がある。しかしそれには、扱うパラメータが多く計算が複雑になるため、従来の理論的な取り扱いではほとんど不可能に近い。
申請者達の研究グループでは、これまでにアンテナ特性解析にプラズマ運動論的効果を取り入れるために、従来より宇宙プラズマ現象の解析に用いられてきた三次元電磁粒子計算機実験手法を応用してきた。この手法を更に発展させることにより、センサーや衛星本体の実際的なモデリングを用い、かつプラズマの種々のパラメータを自由に変化させ、宇宙プラズマ中におけるセンサー特性を現実的な計算時間で定量的に把握することを本研究の目的とする。
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