2025年 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇大学院工学研究科　航空宇宙工学専攻
准教授　高橋 聖幸
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• ミリ波^（注1）ビーム照射によってチューブの中で加速されるロケット「マイクロ波駆動管内加速器」の推力生成実験に世界で初めて成功しました。
• 螺旋位相板を用いて照射するミリ波のビームを光渦^（注2）のビームに変換し、ミリ波帯の光渦によるプラズマ^（注3）生成に世界で初めて成功しました。
• 光渦ビームにより機体後方での効率的なプラズマ生成を可能にしたことで、地球や月などでのロケット打ち上げ、さらには宇宙エレベーターの昇降機などへの応用が期待されます。

【概要】

ミリ波ビームをロケットに照射して無燃料で打ち上げる「マイクロ波^（注4）ロケット」は、次世代の低コスト宇宙輸送手段として注目されています。しかし、姿勢制御の困難さや、ビームの発散、大気密度の低下、さらにはビームを繰り返し照射した際の推力低下などの課題がありました。

東北大学大学院工学研究科の高橋聖幸准教授と山田峻大大学院生（研究当時）、筑波大学 数理物質系 / プラズマ研究センターの南龍太郎准教授と假家強教授、東京都立大学大学院システムデザイン研究科の嶋村耕平准教授らは、独自に開発した「マイクロ波駆動管内加速器」による推力生成実験を行いました。螺旋位相板を用いてミリ波ビームを光渦ビームへ変換し、機体後方にプラズマを生成することで、チューブ内でロケットを加速させることに世界で初めて成功しました。この結果、姿勢制御の不要化、ビーム発散回避、大気密度低下や繰り返しビーム照射時の推力低下の抑制といった課題を克服できる可能性が示されました。

本技術は、地球からの打ち上げのみならず、月など大気のない環境でのロケット打ち上げや、宇宙エレベーターの昇降機への応用も期待されており、将来の宇宙ミッションに資するものと考えられます。

本研究成果は、2025年7月8日（日本時間）付けで科学誌Scientific Reportsに掲載されました。

【用語解説】

注1. ミリ波
波長1-10 mm（周波数30-300 GHz）の電波。短距離の無線通信、簡易無線、車両搭載レーダー、電波望遠鏡、天文観測装置などに使われている。情報伝送能力が高い、直進性が強く回折しにくい、悪天候や障害物に弱いといった特徴がある。

注2. 光渦
光の波は3次元的に広がりながら進むため、周期内で同じ位相である点を結ぶと波面と呼ぶ面が形成される。位相がそろった電磁波の場合、波面は平行に同じ間隔で並ぶ。これに対して波面がらせん状にねじれた光が光渦（ひかりうず）。進行方向から強度分布を測定するとドーナツ状に見える。

注3. プラズマ
気体に高エネルギーが付与され、分子や原子が電離し、イオンと電子に分かれた状態。電磁場に反応しやすく、レーザー推進などのエネルギー伝達過程で重要な役割を果たす。

注4. マイクロ波
波長 1-10 cm、周波数 3-30 GHz の電磁波。通信用電波としても広く利用されている。ビーム推進分野では、大まかな区分としてレーザー推進とマイクロ波ロケットに分けられており、マイクロ波ロケットの中にミリ波の波長帯を用いたものも含まれている。

【論文情報】

タイトル：Generation of a 28 GHz Annular Power Distribution with High Power Gyrotron and Its Application to Microwave Driven in Tube Accelerator
著者：Masayuki Takahashi*, Toshiki Yamada, Ryutaro Minami, Tsuyoshi Kariya, and Kohei Shimamura
*責任著者：東北大学大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻　准教授　高橋 聖幸
掲載誌：Scientific Reports, Vol. 15, 24274 (2025).
DOI：10.1038/s41598-025-08430-3

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院工学研究科
准教授　高橋 聖幸
TEL: 022-795-3864
Email: masayuki.takahashi.c8*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院工学研究科情報広報室
担当　沼澤 みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）