Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2024, выпуск 11 » Статья стр. 1897
<<<>>>
Совершенствование схемы ионного двигателя I. Зависимость параметров эффективности от величины индукции магнитного поля
Федянин Н.К.1, Селиванов М.Ю.1, Кравченко Д.А.1, Сабитова А.В.1
1Государственный научный центр РФ "Исследовательский центр им. М.В. Келдыша", Москва, Россия
Email: nikita.fedyanin@gmail.com
Поступила в редакцию: 7 марта 2024 г.
В окончательной редакции: 2 июля 2024 г.
Принята к печати: 17 июля 2024 г.
Выставление онлайн: 29 октября 2024 г.
PDF версия
Для оптимизации работы газоразрядной камеры ионного двигателя были разработаны и изготовлены четыре конфигурации магнитной системы с одинаковой топологией магнитного поля, но различной величиной его индукции. Описаны условия и результаты огневых испытаний двигателя при использовании разработанных конфигураций. На основе экспериментальных данных проанализированы зависимости параметров эффективности ионного двигателя от величины индукции магнитного поля. Повышению величины индукции в газоразрядной камере соответствует повышение напряжения разряда, а также снижение однородности распределения плотности тока пучка ионов и цены иона. Ключевые слова: электроракетный двигатель, газоразрядная камера, ионно-оптическая система, пучок ионов, цена иона, газовая эффективность.
  1. R.J. Jahn. Physics of Electric Propulsion (Mc-Graw Hill Book Company, NY., St. Louis, San-Francisco, Toronto, London, Sydney, 1968)
  2. M. Sangregorio, K. Xie, N. Wang, N. Guo, Z. Zhang. Chinese J. Aeronautics, 31 (8), 1635 (2018). DOI: 10.1016/j.cja.2018.06.005
  3. D.R. Lev, I.G. Mikellides, D. Pedrini, D.M. Goebel, B.A. Jorns, M.S. McDonald. Rev. Modern Plasma Phys., 3 (1), Art. Num. 6 (2019). DOI: 10.1007/s41614-019-0026-0
  4. D.M. Goebel, I. Katz. Fundamentals of Electric Propulsion (John Wiley \& Sons, Inc., 2008), DOI: 10.1002/9780470436448
  5. A. Sengupta. J. Appl. Phys., 105 (9), 093303 (2009). DOI: 10.1063/1.3106087
  6. T. Ogunjobi, J.A. Menart. Computational Study of Ring-Cusp Magnet Configurations that Provide Maximum Electron Confinement. 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2006-4489, 2006. DOI: 10.2514/6.2006-4489
  7. R.E. Wirz, D.M. Goebel. Ion Thruster Discharge Performance per Magnetic Field Topography. 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2006-4487, 2006. DOI: 10.2514/6.2006-4487
  8. S. Mahalingam, J.A. Menart. Computational Model Tracking Primary Electrons, Secondary Electrons and Ions in the Discharge Chamber of an Ion Engine. 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2005-4253, 2005. DOI: 10.2514/6.2005-4253
  9. R.E. Wirz. Discharge Plasma Processes of Ring-Cusp Ion Thrusters. Dissertation, 2005
  10. S. Mahalingam, J.A. Menart. Physical Parametric Studies in an Ion Engine Discharge Chamber Using a PIC-MCC Simulation. 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2008-4733, 2008. DOI: 10.2514/6.2008-4733
  11. D.A. Kravchenko, A.A. Shagayda, M.Y. Selivanov, A.S. Shashkov, D.Y. Tomilin, I.A. Khmelevskoi, A.S. Lovtsov. J. Propulsion Power, 38 (12), 1 (2022). DOI: 10.2514/1.B38405
  12. B. Bias, B. Penkal, M. Jonell, J.A. Menart, S. Mahalingam. Off Design Simulation Results of Several Operating Conditions of the NEXT Discharge Chamber. 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2011-5660, 2011. DOI: 10.2514/6.2011-5660
  13. W. Bennett, T. Ogunjobi, J.A. Menart. Computational Study of the Effects of Cathode Placement, Electron Energy, and Magnetic Field Strength on the Confinement of Electrons. 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2007-5248, 2007. DOI: 10.2514/6.2007-5248
  14. D.M. Goebel, J.E. Polk, A. Sengupta. Discharge Chamber Performance of the NEXIS Ion Thruster. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2004-3813, 2004. DOI: 10.2514/6.2004-3813
  15. J.R. Beattie, J.N. Matossian. Inert-gas Ion Thruster Technology. NASA Contract Report, NAS 3-23860, 1992
  16. A. Sengupta. Experimental Investigation of Discharge Plasma Magnetic Confinement in the NSTAR Ion Thruster. 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2005-4069, 2005. DOI: 10.2514/6.2005-4069
  17. S. Deshpande, S. Mahalingam, J.A. Menart. Computational Study of Primary Electrons in the Cusp Region of an Ion Engine's Discharge Chamber. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2004-4109, 2004. DOI: 10.2514/6.2004-4109
  18. S. Mahalingam, J.A. Menart. J. Propulsion Power, 23 (1), 69 (2007). DOI: 10.2514/1.18366
  19. S. Mahalingam, J.A. Menart. Primary Electron Modeling in the Discharge Chamber of an Ion Engine. 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2002-4262, 2002. DOI: 10.2514/6.2002-4262
  20. R.E. Wirz, D.M. Goebel. Plasma Sources Sci. Technol., 17 (3), 035010 (2008). DOI: 10.1088/0963-0252/17/3/035010
  21. D.M. Goebel, J.E. Polk, I. Sandler, I.G. Mikellides, J.R. Brophy, W.G. Tighe, K. Chien. Evaluation of 25-cm XIPS Thruster Life for Deep Space Mission Applications. 36th International Electric Propulsion Conf., 2009-152, 2009
  22. J.R. Anderson, J.S. Snyder, J.L. Van Noord, G.C. Soulas. Thermal Development Test of the NEXT PM1 Ion Engine. 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2007-5217, 2007. DOI: 10.2514/6.2007-5217
  23. J.E. Polk, D.M. Goebel, J.S. Snyder, A.C. Schneider, L.K. Johnson, A. Sengupta. Rev. Scientif. Instrum., 83 (7), 073306 (2012). DOI: 10.1063/1.4728415
  24. А.С. Ловцов, Д.А. Кравченко, Д.А. Томилин, А.А. Шагайда. Физика плазмы, 48 (9), 792 (2022). DOI: 10.31857/S0367292122600339
  25. B. Dankongkakul, R.E. Wirz. Plasma Sources Sci. Technol., 27 (12), 125001 (2018). DOI: 10.1088/1361-6595/aae63c
  26. S.A. Samples, R.E. Wirz. Development Status of the Miniature Xenon Ion Thruster. 36th International Electric Propulsion Conf., 2019-143, 2019
  27. S.A. Samples, R.E. Wirz. Plasma Research Express, 2 (2), 025008 (2020). DOI: 10.1088/2516-1067/ab906d
  28. J.R. Beattie, J.N. Matossian. R.R. Robson. J. Propulsion Power, 6 (2), 145 (1990). DOI: 10.2514/3.23236
  29. K. Chien, S.L. Hart, W.G. Tighe, M.K. De Pano, T.A. Bond, R. Spears. Development Status of the Miniature Xenon Ion Thruster. 29th International Electric Propulsion Conf., 2005-315, 2005
  30. J. Foster, G. Soulas, M. Patterson. Plume and Discharge Plasma Measurements of an NSTAR-type ion thruster. 36th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2000-3812, 2000. DOI: 10.2514/6.2000-3812
  31. D.A. Herman. The Use of Electrostatic Probes to Characterize the Discharge Plasma Structure and Identify Discharge Cathode Erosion Mechanisms in Ring-Cusp Ion Thrusters. Dissertation, 2005
  32. A. Sengupta, D.M. Goebel, A. Owens. Neutral Density Measurements in an NSTAR Ion Thruster. 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2006-4491, 2006. DOI: 10.2514/6.2006-4491
  33. R.E. Wirz, D.M. Goebel. Plasma Sources Sci. Technol., 17 (3), 035010 (2008). DOI: 10.1088/0963-0252/17/3/035010
  34. T.M. Randolph, J.E. Polk. An Overview of the Nuclear Electric Xenon Ion System (NEXIS) Activity. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2004-3450, 2004. DOI: 10.2514/6.2004-3450
  35. A.W. Hoskins, F.C. Wilson, M.J. Patterson, G.C. Soulas, J. Polaha, L. Talerico, J. Sovey. Development of a Prototype Model Ion Thruster for the NEXT System. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2004-4111, 2004. DOI: 10.2514/6.2004-4111
  36. S. Mahalingam, Y. Choi, J. Loverich, P.H. Stoltz, B. Bias, J.A. Menart. Fully Coupled Electric Field/PIC-MCC Simulation Results of the Plasma in the Discharge Chamber of an Ion Engine. 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2011-6071, 2011. DOI: 10.2514/6.2011-6071
  37. H. Yoshida, H. Kawauchi, S. Takama, T. Maeda, T. Higuchi, K. Akai, Y. Hayakawa, K. Miyazaki, S. Kitamura, H. Nagano. Performance Characteristics of a 35-cm Diameter Xenon Ion Thruster. 32nd Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 1996-2714, 1996. DOI: 10.2514/6.1996-2714
  38. Y. Hayakawa, H. Yoshida, S. Kitamura, K. Kajiwara, Y. Ohkawa. Status of the 150-mN Ion Engine Research at JAXA. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conf. and Exhibit, 2004-3969, 2004. DOI: 10.2514/6.2004-3969
  39. S. Kitamura, Y. Ohkawa, Y. Hayakawa, H. Yoshida, K. Miyazaki. Overview and Research Status of the JAXA 150-mN Ion Engine. 57th International Astronautical Congress, IAC-06-C4.4.1, 2006. DOI: 10.2514/6.iac-06-c4.4.01
  40. S. Kitamura, Y. Ohkawa, Y. Hayakawa, H. Yoshida, K. Miyazaki. Acta Astronautica, 61 (1-6), 360 (2007). DOI: 10.1016/j.actaastro.2007.01.010
  41. M.Y. Selivanov, A.S. Lovtsov. IT-200PM Ring-Cusp Ion Thruster. 36th International Electric Propulsion Conf., 2019-339, 2019
  42. M. Coletti, N. Wallace, S.B. Gabriel, D. Frollani, H. Simpson. Ring Cusp Ion Engine Development in the UK. 30th International Electric Propulsion Conf., 2015-130, 2015
  43. В.В. Кошлаков, К.В. Готовцев, Л.Э. Захаренков, А.В. Каревский, Е.Н. Кирюшин, А.С. Ловцов, Ю.А. Ошев, А.В. Семенкин, А.Е. Солодухин, С.Ю. Федотов, С.Ю. Федюнин, А.Г. Цветков. Космическая техника и технологии, 1 (36), 80 (2022). [V.V. Koshlakov, K.V. Gotovtsev, L.E. Zakharenkov, A.V. Karevskiy, E.N. Kiryushin, A.S. Lovtsov, Yu.A. Oshev, A.V. Semenkin, A.E. Solodukhin, S.Yu. Fedotov, S.Yu. Fedyunin, A.G. Tsvetkov. Space Engineering Technol., 1 (36), 80 (2022). DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2022-1-80-95]

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme