Hall Thruster

ホールスラスタとは?

ホールスラスタは人工衛星などに搭載されるプラズマ推進機の一種です。 燃料を燃やして得られるエネルギーを利用する化学推進と違い、電気エネルギーを利用して推進力を作り出すことから電気推進とも呼ばれます。 電気推進は推進剤の加速方法により分類されますが、 ホールスラスタはイオンエンジンと同様、静電場によるクーロン力をイオンに与えて加速する静電加速に分類されます。

ホールスラスタの研究開発は1950年代から1960年代にかけてアメリカとロシア(旧ソ連)において始まり、 1971年に打ち上げられたロシアの人工衛星『メテオール』に搭載され宇宙空間で初めてのオペレーションが行われました。 以来研究は活発に続けられ、ロシアでは『SPTシリーズ』等が製品化され、すでに100機以上の運用実績があります。 日本でも全電化衛星(化学エネルギーを一切使わない衛星)などへの適用を目的として競争力のある推進機の開発が続けられています。 2021年打ち上げ予定の技術試験衛星ETS-9では主推進系としてホールスラスタが搭載される予定であり、 国産のホールスラスタが初めて宇宙で作動しようとしています。

作動原理

ホールスラスタは円環状の放電チャネルを持ち、放電チャネルには中心軸上と外周上に配置されたコイルによって、半径方向の磁場が印加されています。 さらに、放電チャネルの奥にある陽極と、推進機の下流外側に配置された陰極によって、軸方向の電場がかけられています。 このように、電場と磁場が直交するExBの構造がホールスラスタの特徴です。 陰極は電子源の役割を兼ねており、電子が陰極から放電チャネルへと供給されます。 電子は電場によって陽極へ向かって加速しようとするものの、磁場によってトラップされ、ExBドリフトと呼ばれる効果によって周方向へと動きます。 電場と磁場の両方に直交する方向へ電子が動いて電流を生じることをホール効果と呼び、この推進機がホールスラスタと呼ばれるゆえんとなっています。

推進剤は放電チャネル奥の陽極近傍から供給されます。 推進剤には多くの場合キセノンというガスが用いられます。 推進剤の分子が放電チャネル出口付近に到達すると、ここで特に強くトラップされている高エネルギーの電子が推進剤分子に衝突し、分子中の電子を叩き出す衝突電離が起こります。 電子の取れた分子は陽イオンとなり、軸方向に印加された電場によって加速・排出されます。 推進機はこのイオンを加速するときの力の反作用によって、推進力を得ます。

SPTとTAL

ホールスラスタにはさらに、構造の違いから2つの方式が存在します。 一つはマグネティックレイヤ型(別名でStationary Plasma Thruster, SPT)と呼ばれ、 現在欧米で開発されるホールスラスタの主流となっているものです。 もう一つはアノードレイヤ型(別名で Thruster with Anode Layer, TAL)と呼ばれ、 後述のRAIJINプロジェクトなどで日本の大学が注力しているものです。 SPTとTALは以下のような構造上の違いを持っています。

1) 放電チャネルにおいて、SPTは誘電体(セラミック)壁面であるのに対し、TALは陰極電位に設定された金属壁である。

2) SPTは通常数十 mm程度の放電チャネル長(陽極先端から放電室出口までの距離)を持つのに対し、TALの放電室長は通常10 mm未満と短い。

ホールスラスタでは、電子や生成されたイオンが放電チャネル壁面に衝突することはエネルギーの損失になります。 TALでは 1)の特徴により、電子の放電室チャネル壁面への損失をきわめて少なくすることが可能であり、 さらに2)の特徴により、短い放電チャネルで一気にイオンを加速するため、壁面に衝突するイオンの量も少なくすることができます。 このため、TALはSPTと比較してエネルギー損失が少なく、高いエネルギー変換効率を達成することができると考えられています。

RAIJINプロジェクト

近年世界中で大電力電気推進システムの開発が活発化しています。 全電化衛星のバスシステムとして利用される5 kW級システムに加えて、 欧米各国ではすでに12.5 kW級、20 kW級、50 kW級システムの開発が行われており、 大電力電気推進システムの知見が積極的に集められています。

日本の大学等におけるホールスラスタ研究者は、独自性のある大電力電気推進システムを開発するべく、 RAIJIN (Robust Anode-layer Intelligent Thruster for Japan IN-space propulsion system)という プロジェクトを発足させました。 このプロジェクトでは将来の全電化衛星や国際協力惑星探査に資する高出力、高効率、長寿命といった特徴を備えた ホールスラスタを、All-Japanの研究協力体制を敷いて開発することを目指しています。 RAIJINプロジェクトでは欧米で主流となっているSPTではなく、日本において長い研究の歴史を持つTALを採用し推進機開発を進めています。

高性能アノードレイヤ型推進機開発

日本における長年のアノードレイヤ型推進機 (TAL)の研究の知見を生かし、日本独自の要素技術を多く搭載したRAIJIN94が開発されました。 RAIJIN94は5 kW級推進機であり、九州大学と東京大学が共同で設計を行ったものです。 作動試験の結果、この推進機は最大推進効率0.64、最大比推力2,200秒を達成しており、 同程度の電力レベルの海外企業製ホールスラスタ (SPT)に比肩する推進性能を達成しました。 残る開発課題である推進機寿命も含め、今後さらに推進機の設計最適化が進めば、 次世代の宇宙ミッション・衛星システム向け電気推進として競争力のあるTALが開発されるものと期待されます。

私たちの研究室ではRAIJIN94のおよそ70%の放電チャネル直径をもつRAIJIN66を製作し、設計最適化を行なっています。 RAIJIN94のものとほぼ相似な放電チャネル形状や磁場形状を持っており、 RAIJIN94の推進機特性を可能な限り再現する設計則が追求されています。 推進機長寿命化のため、後述のマグネティックシールディングという技術をTALに応用しようと試みています。 大学所有の真空設備で推進機の作動が行えるという環境を活かし、 プローブ計測による推進機内部プラズマの詳細な調査を行なうなど、推進機性能とプラズマ物理を関連づけて研究を進めています。

RAIJIN94 ホールスラスタ RAIJIN66 ホールスラスタ

周方向物理と電子輸送現象の解明

推進剤を均一/不均一に投入したときの作動

ホールスラスタは基本的に軸対象な構造を持つ推進機ですが、周方向に伝播するプラズマ振動現象が存在します。 このプラズマ振動が、磁場を横切る方向 (軸方向)の電子の輸送に関わるとして近年注目されています。 ホールスラスタの基本原理は、軸方向電場と半径方向磁場によるExBドリフトで周方向にホール電流を誘起することでした。 同じ原理によって、周方向プラズマ振動によって周方向電場が生まれると、軸方向(つまり陽極方向)へと電子の流れが生まれます。 軸方向に多くの電子が流れてしまうと、結果的にたくさんの電力を消費してしまいます。 周方向のプラズマ振動がどのように生じるか、そしてその結果生じる周方向電場によって電子の軸方向輸送がどのように影響を受けるか。 ホールスラスタの理解と性能向上にはこれらの解明が必須です。

周方向物理と電子輸送現象の解明について、数値シミュレーションと実験の両方から研究を行っています。 周方向のプラズマ振動がどのように生じるか、ということに対しては、数値シミュレーションと線形安定性解析を駆使して調査を行なっています。 また周方向プラズマ分布が電子の軸方向輸送にどう影響するか、ということに対しては、非常にユニークな実験的研究を行なっています。 あえて周方向非一様に推進剤供給などを行うことによって周方向非一様性を人工的に作り、推進機内部プラズマ特性や推進機性能が どのように変化するか、実験と数値解析によって調査しています。

磁場設計最適化と壁面損耗低減

ホールスラスタでは電子の動きを束縛するために磁場を印加しますが、この磁場形状が推進機性能に大きく影響します。 電子は磁場に束縛されると、磁力線を横切る方向の動きは抑制されますが、磁力線に沿う方向には自由に動くことができます。 この性質のため、等電位線が磁力線に近くなるような電位分布が形成され、磁力線に垂直な方向に電場が生じます。 このような物理を利用して、イオンが壁面に衝突して消失してしまうことを防ぐため、ホールスラスタではレンズのような磁場形状が 一般的に用いられます。

最近では、この特性を最大限利用したマグネティックシールディングという技術が提案されています。 この技術は、磁力線を放電チャネルの壁面にぴったりと沿わせることによって、 壁面に衝突するイオンを極端に減らすことができるというものです。 イオン衝突による壁面損耗は、ホールスラスタの寿命を制約する一因だったため、 マグネティックシールディングによって推進機寿命が大幅に改善される可能性があります。

私たちの研究では、マグネティックシールディングをTALへ適用する研究を進めています。 TALでは壁面に衝突するイオンの数を、電流値として直接計測できるという特徴があります。 この特徴を利用し、壁面損失イオンをゼロにするような磁場形状を模索しています。

マグネティックシールディングの原理

プラズマ流の数値シミュレーション

ホールスラスタの数値シミュレーション

ホールスラスタのモデリング技術も成熟してきており、最近では数値シミュレーション先行で推進機の設計を行う Computer Aided Engineering (CAE)が行われるようになってきました。 特に推進機内部プラズマ流の数値シミュレーションは、多くの興味深いプラズマ物理が関連しており、 ホールスラスタの特徴を捉えた正確な解析を行うことのできるシミュレーションコードを各国が競って 開発している状況にあります。

私たちの研究室では、ホールスラスタの性能解析に一般的に用いられる軸対象2次元モデルに加えて、 周方向プラズマ振動とその電子輸送への影響を解析するための軸方向-周方向(Z-θ)2次元モデルも開発しています。 プラズマの流れはイオンと中性粒子を粒子法で、電子を流体で解くハイブリッドモデルを適用して計算しています。 軸対象2次元モデルでは、TALホールスラスタを解析できるようなハイブリッドモデルを開発することが課題となっています。 Z-θ2次元モデルでは、周方向プラズマ振動現象である回転スポークの解析や、人工的に周方向非一様性を与えたときの 解析などを行なっています。

真空チャンバー

直径 2 m x 長さ 3 mの大型真空チャンバーです。

ロータリポンプ : ULVAC PKS-070, 7,000 l/min × 2

メカニカルブスターポンプ : ULVAC PMB-060B, 103,300 l/min

油拡散ポンプ : ULVAC PFL-36, 37,000 l/s

クライオポンプ : ULVAC CRYO-U20H, 10,000 l/s (Ns)

宇宙での温度環境を模擬するための液体窒素冷却式のシュラウドパネルも備わっています。

二重振り子式スラストスタンド

スラストスタンドとは推力 (Thrust)を測定し推進機性能の評価を行う実験機器です。 当研究室では「2重振り子式スラストスタンド」という機器を開発し推力測定を行っています。 このスラストスタンドは下記のような利点を持ちます。

・熱ドリフトの影響を受けない: 一般的なスラストスタンドでは、推進機が発する熱によってスタンドに熱変形が生じ、 計測される推力に誤差が生じてしまう、という熱ドリフトと呼ばれる問題がありました。 2重振り子式では支持振り子の熱変形は内外の2重振り子間で相殺されるため、 熱ドリフトによる影響を受けない正確な推力測定が可能です。

・リアルタイム測定が可能: 電磁力アクチュエータを用いて2重振り子の相対位置を一定に保つゼロ変位制御を行います。 制御に要する時間は10秒以内であり、各条件における推力を即時に測定可能です。

・持ち運びが容易: スタンド系は真空チャンバ系から独立しており、中型以上の真空チャンバであれば運びいれて使用可能です。 実際にJAXA宇宙科学研究所の真空チャンバーにてホールスラスタの推力計測に用いられたことがあります。

プローブ計測システム

当研究室ではプローブ法を用いてホールスラスタの放電チャネル内部や排気プルームのプラズマ診断を行っています。 プローブ法によって得られたデータを用いて、推進機の設計最適化やプラズマモデルの妥当性検証を行っています。

・ファラデープローブ : 推進機から排出されるイオンビームを計測するものです。 プローブをアームに乗せ、推進機の下流で空間的に掃引することでイオンビームの空間分布を測定します。

・ラングミュアプローブ : 推進機内外のプラズマを計測するものです。 プローブをプラズマに挿入し、プローブ表面の電位を掃引させた時の電流値を計測することで電子温度などを計測することができます。

・エミッシブプローブ : エミッシブプローブは推進機近傍のプラズマ電位を計測するのに使用されます。 このプローブは電流によって十分加熱された状態でプラズマ中に挿入されます。 エミッシブプローブは熱電子を放出しているため、プローブの浮遊電位とプラズマ電位は一致します。 そのため瞬時にプラズマ電位を計測することが可能であり、 プラズマ電位の空間分布を高解像度で取得することができます。

Journal Articles

Hall Thruster
Investigation of correlation between thrust and anode temperature during transient operation of RAIJIN-66.
Satpathy, Dibyesh, Shu Kawabata, Hokuto Sekine, Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Journal of Electric Propulsion 2(1):5, 2023.
Wall Ion Loss Reduction by Acceleration Zone Shifting in Anode-Layer Hall Thruster.
Kawashima, Rei, Yushi Hamada, Shu Kawabata, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Journal of Propulsion and Power 38(3):489-493, 2022.
Method of Suppressing Ingestion Particles Flowing Back to a Hall Thruster using a Beam Target during Ground Testing.
Ito, Gen, Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences 65(4):160-171, 2022.
A fast convergence fourth-order Vlasov model for Hall thruster ionization oscillation analyses.
Zhexu, W. A. N. G., Rei Kawashima, and Kimiya Komurasaki: Plasma Science and Technology 24(2):025502, 2021.
Characterization of acceleration zone shifting in an anode-layer-type Hall thruster RAIJIN66.
Hamada, Yushi, Rei Kawashima, Junhwi Bak, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Vacuum 186:110040, 2021.
Plasma structure and electron cross-field transport induced by azimuthal manipulation of the radial magnetic field in a Hall thruster E × B discharge
Junhwi Bak, Rei Kawashima, Giuseppe Romanelli, and Kimiya Komurasaki: Journal of Applied Physics, 131(5):053302, 2022.
Evolution of electron cross-field transport induced by an equilibrium azimuthal electric field in an E × B Hall thruster discharge under an azimuthally inhomogeneous neutral supply
Junhwi Bak, Rei Kawashima, Jacob Simmonds, and Kimiya Komurasaki: Physics of Plasmas, 28(10):102510, 2021.
Two-dimensional hybrid model of gradient drift instability and enhanced electron transport in a Hall thruster
Rei Kawashima and Kimiya Komurasaki: Physics of Plasmas, 28(6):063502, 2021.
Discharge characteristics and increased electron current during azimuthally nonuniform propellant supply in an anode layer Hall thruster
Junhwi Bak, Bastiaan Van Loo, Rei Kawashima, and Kimiya Komurasaki: Journal of Applied Physics, 128:023302, 2020.
Plasma formation and cross-field electron transport induced by azimuthal neutral inhomogeneity in an anode layer Hall thruster
Junhwi Bak, Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Physics of Plasmas, 26(7):073505, 2019.
Inflow angular dependence of the capture coefficient in cryopumps
Gen Ito, Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Vacuum, 160:102-108, 2019.
High-order upwind and non-oscillatory approach for steady state diffusion, advection–diffusion and application to magnetized electrons
Amareshwara Sainadh Chamarthi, Kimiya Komurasaki, and Rei Kawashima: Journal of Computational Physics, 374(1):1120-1151, 2018.
External Discharge Plasma Thruster
Burak Karadag, Shinatora Cho, Ikkoh Funaki, Yushi Hamada, and Kimiya Komurasaki: Journal of Propulsion and Power, 34(4):1094-1096, 2018.
Numerical analysis of azimuthal rotating spokes in a crossed-field discharge plasma
Rei Kawashima, Kentaro Hara, Kimiya Komurasaki: Plasma Sources Science and Technology, 27:035010, 2018.
Two-dimensional Modeling of the Hall Thruster Discharge with Nonuniform Propellant Supply in Azimuth
Rei Kawashima, Junhwi Bak, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Frontier of Applied Plasma Technology, 11(1):7-12, 2018.
Hall Thruster Development for Japanese Space Propulsion Programs
Yushi Hamada, Junhwi Bak, Rei Kawashima, Hiroyuki Koizumi, Kimiya Komurasaki, Naoji Yamamoto, Yusuke Egawa, Ikkoh Funaki, Shigeyasu Iihara, Shinatora Cho, Kenichi Kubota, Hiroki Watanabe, Kenji Fuchigami, Yosuke Tashiro, Yuya Takahata, Tetsuo Kakuma, Yusuke Furukubo, Hirokazu Tahara: Transactions of JSASS, 60(5):320-326, 2017.
A Flux-Splitting Method for Hyperbolic-Equation System of Magnetized Electron Fluids in Quasi-Neutral Plasmas
Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Tony Schönherr: Journal of Computational Physics, 310:202-212, 2016.
A Hyperbolic-Equation System Approach for Magnetized Electron Fluids in Quasi-Neutral Plasmas
Rei Kawashima, Kimiya Komurasaki, and Tony Schönherr: Journal of Computational Physics, 284:59-69, 2015.
Cost Evaluation of In-Space Transportation of a Solar Power Satellite Using OTVs with Hall Thruster Propulsion Systems
Yuki Ito, Masakatsu Nakano, Tony Schönherr, Shinatora Cho, Kimiya Komurasaki, and Hiroyuki Koizumi: Transactions of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., Aerospace Technology Japan, 12(ists29):Po_1_7-Po_1_12, 2014.
Operating Parameters and Oscillation Characteristics of an Anode-Layer Hall Thruster with Argon Propellant
Daiki Fujita, Rei Kawashima, Yuki Ito, Shohei Akagi, Jun Suzuki, Tony Schönherr, Hiroyuki Koizumi, and Kimiya Komurasaki: Vacuum, 110:159-164, 2014.
Kinetic Particle Simulation of Discharge and Wall Erosion of a Hall Thruster
Shinatora Cho, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Physics of Plasmas, 20(6):063501, 2013.
Multilayer Coating Method for Investigating Channel-Wall Erosion in a Hall Thruster
Shinatora Cho, Shigeru Yokota, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Journal of Propulsion and Power, 29(1):278-281, 2013.
Japan's Itinerary Towards High-Power Electric Propulsion
Tony Schönherr, Shinatora Cho, Hiroyuki Koizumi, Kimiya Komurasaki, Naoji Yamamoto, Takeshi Miyasaka, Hitoshi Kuninaka: Proceedings of the MAI, 60, 2012.
Channel Wall Erosion Modeling of a SPT-Type Hall Thruster
Shinatora Cho, Shigeru Yokota, Ryotaro Kaneko, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Transactions of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., Aerospace Technology Japan, 10(ists28):Pb_25-Pb_30, 2012.
Magnetic Topology to Stabilize Ionization Oscillation in Anode-layer-type Hall Thruster
Shigeru Yokota, Daisuke Takahashi, Shinatora Cho, Ryotaro Kaneko, Masaya Hosoda, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Transactions of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., Aerospace Technology Japan, 10(ists28):Pb_31-Pb_35, 2012.
Thrust and Lifetime Performance Evaluation of a 300 W Class SPT and CHT Type Hall Thruster
Shinatora Cho, Kimiya Komurasaki, Hiroyuki Koizumi, Akira Kobayashi, and Yoshihiro Arakawa: Frontier of Applied Plasma Technology, 5(2):61-66, 2012.
Effect of Magnetic Field Configuration on Thrust Performance in Anode Layer Type Hall Thruster
Daisuke Takahashi, Shigeru Yokota, Shinatora Cho, Ryotaro Kaneko, Masaya Hosoda, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Frontier of Applied Plasma Technology, 4(1):16-19, 2011.
Diagnosing on Plasma Plume from Xenon Hall Thruster with CR Model
Juan Yang, Shigeru Yokota, Ryotaro Kaneko, and Kimiya Komurasaki: Physics of Plasmas, 17(10):103504–1–8, 2010.
Development of Lifetime Evaluation Method Using Multilayer Coating Chip
Shinatora Cho, Shigeru Yokota, Kentaro Hara, Daisuke Takahashi, Yoshihiro Arakawa, Kimiya Komurasaki, and Akira Kobayashi: Transactions of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., Aerospace Technology Japan, 8(ists27):Pb_51-Pb_54, 2010.
Development of Real-time Boron Nitride Erosion Monitoring System for Hall Thrusters by Cavity Ring-Down Spectroscopy
Naoji Yamamoto, Azer P. Yalin, Lei Tao, Timothy B. Smith, Alec D. Gallimore, and Yoshihiro Arakawa: Transactions of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., Space Technology Japan, 7(ists26):Pb_1-Pb_6, 2009.
Influence of Azimuthally Nonuniform Propellant Flow Rate on Thrust Vector and Discharge Current Oscillation in a Hall Thruster
Yasuhiro Fukushima, Shigeru Yokota, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Trans. of Japanese Soc. for Aeronautical and Space Sci., Space Technology Japan, 7(ists26):Pb_41-Pb_45, 2009.
Diagnostics of Xe Ion in an Anode-layer Type Hall Thruster Using Laser-Induced Fluorescence
Shigeru Yokota, Markus Lempke, Makoto Matsui, Kentaro Hara, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Trans. of Japanese Soc. for Aeronautical and Space Sci., Space Technology Japan, 7(ists26):Pb_131-Pb_134, 2009.
Development of Hall Thruster Life Time Measurement Method Using Multilayer Coating Chip
Shigeru Yokota, Yasuhiro Fukushima, Ryudo Tsukizaki, Kimiya Komurasaki, Yoshihiro Arakawa, and Akira Kobayashi: Frontier of Applied Plasma Technology, 1:83-84, 2008.
LIF Spectroscopy of a Hall Thruster Plasma Plume
Markus Lempke, Shigeru Yokota, Makoto Matsui, Kentaro Hara, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Frontier of Applied Plasma Technology, 1:37-40, 2008.
Numerical Prediction of Wall Erosion on a Hall Thruster
Hiroyuki Koizumi, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Vacuum, 83(1):67-71, 2008.
Charge Exchange Ion Number Density Distribution in Hall Thruster Plume
Shigeru Yokota, Daichi Sakoh, Makoto Matsui, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Vacuum, 83(1):57–60, 2008.
Development of a Two-Dimensional Dual Pendulum Thrust Stand for Hall thrusters
Naoki Nagao, Shigeru Yokota, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Review of Scientific Instruments, 78(11):115108–1–4, 2007.
Charge Exchange Ions in a Hall Thruster Plume
Daichi Sakoh, Shigeru Yokota, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Advances in Applied Plasma Science, 6:65-68, 2007.
Evaluation Method of Hall Thruster's Lifetime by Using Multilayer Coating
Yasuhiro Fukushima, Shigeru Yokota, Kimiya Komurasaki, Yoshihiro Arakawa, and Akira Kobayashi: Transaction of JWRI, 36(1):113-114, 2007.
Suppression of Discharge Current Oscillations in a Hall Thruster
Naoji Yamamoto, Shigeru Yokota, Keiko Watanabe, Akihiro Sasoh, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Trans. of Japanese Soc. for Aeronautical and Space Sci., 48(161):169-174, 2005.
Measurement of Erosion Rate by Absorption Spectroscopy in a Hall Thruster
Naoji Yamamoto, Shigeru Yokota, Makoto Matsui, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa, Review of Scientific Instruments, 76(8):083111, 2005.
Discharge Current Oscillation in Hall Thrusters
Naoji Yamamoto, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa, Journal of Propulsion and Power, 21(5):870-876, 2005.
Discharge Plasma Fluctuations in Hall Thrusters
Naoji Yamamoto, Takafumi Nakagawa, Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Vacuum, 65(3-4):375-381, 2002.
Optical Measurement of Plasma Oscillations in a Hall Thruster
Kimiya Komurasaki, and Daisuke Kusamoto: Trans. of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., 40(130):203-208, 1999.
Exhaust Beam Profiles of Hall Thrusters
Daisuke Kusamoto, Kenji Mikami, Kimiya Komurasaki, and Alec D. Gallimore: Trans. of Japan Soc. for Aeronautical and Space Sci., 40(130):238-247, 1998.
Performance Calculation of Hall Thruster
Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Acta Astronautica, 38(3):185-192, 1996.
Two-Dimensional Numerical Model of Plasma Flow in a Hall Thruster
Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Journal of Propulsion and Power, 11(6):1317-1323 ,1995.
Hall-Current Ion Thruster Performance
Kimiya Komurasaki, and Yoshihiro Arakawa: Journal of Propulsion and Power, 8(6):1212-1216, 1992.



Journal Articles in Japanese

ホールスラスタ
推進剤が不一様に供給されたホールスラスタ内のプラズマ諸量
朴俊輝,川嶋嶺,水川将暢,小紫公也,小泉宏之: プラズマ応用科学, 25(1):9-14, 2017.
5 kW級ホールスラスタRAIJINの共同開発
小紫公也, 川嶋嶺: 日本航空宇宙学会誌, 65(11):348-353, 2017.
5kW級ホールスラスタRAIJINの性能解析
濱田悠嗣, 朴俊輝, 小紫公也, 江川雄亮, 山本直嗣, 高畑侑弥, 角間 徹生, 古久保裕介, 田原弘一: 日本航空宇宙学会論文集, 65(2):82-86, 2017.
マグネティックシールディング搭載アノードレイヤ型ホールスラスタの放電室磁場形状改良によるプルーム発散抑制
水川将暢, 朴俊輝, 濱田悠嗣, 小紫公也, 川嶋嶺, 小泉宏之: プラズマ応用科学, 24(1):3-8, 2016.
多層コーティング法に用いるBNの損耗率測定および較正係数の決定
細田誠也, 張科寅, 川嶋嶺, 藤田大樹, 伊藤裕樹, Tony Schönherr, 小泉宏之, 小紫公也, 小林明, 荒川義博: プラズマ応用科学, 20(2):126-129, 2012.
多層コーティング法におけるBNスパッタリング特性について
細田誠也, 張科寅, 金子亮太郎, 藤田大樹, 荒川義博, 小紫公也: プラズマ応用科学, 19(2):151-154, 2011.
発光分光法によるホール型推進機の壁面損耗評価
金子亮太郎, 横田茂, 張科寅, 原健太郎, 高橋大祐, 小紫公也, 荒川義博: プラズマ応用科学, 18(1):37-42, 2010.
周方向に非一様な推進剤供給によるホールスラスタの放電安定化
福島靖博,横田茂,小紫公也,荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 58(672):8-14, 2010.
多層コーティング損耗速度計測法の評価
張科寅, 横田茂, 福島靖博, 原健太郎, 荒川義博, 小紫公也, 小林明: プラズマ応用科学, 17(2):154-158, 2009.
多層コーティングチップによる損耗速度計測
張科寅, 横田茂, 福島靖博, 原健太郎, 荒川義博, 小紫公也, 小林明: プラズマ応用科学, 17(1):63-66, 2009.
多層コーティングによるホール型推進機の寿命評価法
横田茂,福島靖博,佐孝大地,小紫公也,荒川義博,小林明: プラズマ応用科学, 15(1):61-64, 2007.
ホールスラスタにおける放電振動の一次元数値解析
上田善太郎, 山本直嗣, 小泉宏之, 小紫公也, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌論文集, 55(638):130-134, 2007.
ホール型推進機プルーム中のキセノン原子数密度測定
横田茂, 松井信, 佐孝大地, 小紫公也, 荒川義博: プラズマ応用科学, 14:35-40, 2006.
ホールスラスタにおける放電振動の一次元数値解析
上田善太郎, 山本直嗣, 荒川義博: プラズマ応用科学, 13:69–74, 2005.
アノードレイヤ型ホールスラスタ内部のシース構造と放電電流振動の数値解析
横田茂, 安井伸輔, 熊倉賢, 小紫公也, 荒川義博: 日本航空宇宙学会論文集, 54(632):413-418, 2006.
ホール型イオン源プルーム中の酸素原子密度計測
山本直嗣, 中川貴史, 荒川義博, 松井信, 小紫公也: プラズマ応用科学, 11:29-34, 2003.
酸素を推進剤に用いたホールスラスタの研究
中川貴史, 山本直嗣, 小紫公也, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 51(598):606-612, 2003.
アノードレイヤ型ホールスラスタの作動特性
山本直嗣, 中川貴史, 小紫公也, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 51(596):492-497, 2003.
作動ガスに酸素を用いたホール加速器のイオンビーム特性
山本直嗣, 中川貴史, 小紫公也, 荒川義博: プラズマ応用科学, 10:30-35, 2002.
ホール加速器における放電振動と推進性能の関係
山本直嗣, 中川貴史, 小紫公也, 荒川義博: プラズマ応用科学, 9:30-35, 2001.
電気推進の基礎
荒川義博: プラズマ・核融合学会誌, 77(8):765-771, 2001.
ホール型推進機の放電振動
山本直嗣, 小紫公也, 荒川義博: プラズマ応用科学, 8:29-36, 2000.
ホール推進機
荒川義博, 小紫公也, 平川美晴: 日本航空宇宙学会誌, 46(530):146-152, 1998.
粒子モデルを用いた電気推進機プラズマのシミュレーション
平川美晴, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 45(523):444–452, 1997.
粒子モデルを用いた電気推進機プラズマのシミュレーション
平川美晴, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 45(523):444–452, 1997.
スーパーエネルギーテクノロジー亜光速ロケットの可能性
荒川義博: エネルギー・資源, 14(3):249-255, 1993.
ホールスラスタの性能とプラズマ加速解析
小紫公也, 荒川義博: 日本航空宇宙学会誌, 40(465):46-153, 1992.
ホールスラスタの一次元プラズマ加速解析
平川美晴, 荒川義博: 東京大学工学部紀要, A-29:28-29, 1991.
ホール型イオンスラスターにおけるビーム加速解析
小紫公也, 荒川義博: 東京大学工学部紀要, A-27:28-29, 1989.