DE102020002348A1

DE102020002348A1 - Method and device for controlling an ion drive

Info

Publication number: DE102020002348A1
Application number: DE102020002348.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines lonenantriebes, insbesondere für die Steuerung der lonenantriebe von Raumfahrzeugen, Raketen, Raumstationen oder Satelliten.Ausgehend vom Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung zur Steuerung eines lonenantriebes, die einen geringeren technischen Aufwand erfordern, einen optimalen Einsatz des Beschleunigungsmittels ermöglichen, raumsparend einsetzbar sind sowie durch die zum Einsatz kommende Beschleunigungsvorrichtung eine stufenlos steuerbare angepasste wie auch höhere Beschleunigung des Beschleunigungsmittels erreicht werden kann.Gelöst wird diese Aufgabe, indem die jeweilig zu erzielende Beschleunigung des Gegenstandes durch eine Steuerung dafür erforderlicher Beschleunigungsphasen der lonenbeschleunigung des Beschleunigungsmittel erfolgt, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der zu erzielenden Bewegungsrichtung vorgenommen wird sowie Höhe und zeitlicher Ablauf der Beschleunigungsphasen in Abhängigkeit von den erfassten und/oder rechentechnisch ermittelten Daten über die aktuelle Beschleunigung sowie der Art und Menge des jeweilig zugeführten ionisierten Beschleunigungsmittel bestimmt werden.The invention relates to a method and a device for controlling an ion drive, in particular for controlling the ion drives of spacecraft, rockets, space stations or satellites. Based on the prior art, the object of the invention is to create a method and a method used to carry out the method Devices for controlling an ion drive, which require less technical effort, enable an optimal use of the accelerator, can be used in a space-saving manner and a continuously controllable, adjusted as well as higher acceleration of the accelerator can be achieved through the accelerator used the acceleration of the object to be achieved in each case takes place by a control of the acceleration phases of the ion acceleration of the accelerating means required for this, the control being dependent on the acceleration to be achieved The direction of movement is undertaken and the amount and timing of the acceleration phases are determined as a function of the recorded and / or computationally determined data on the current acceleration and the type and quantity of the ionized accelerator supplied in each case.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines lonenantriebes, insbesondere für die Steuerung der lonenantriebe von Raumfahrzeugen, Raketen, Raumstationen oder Satelliten.The invention relates to a method and a device for controlling an ion drive, in particular for controlling the ion drives of spacecraft, rockets, space stations or satellites.

In der Raumfahrt kommen in einem zunehmenden Maße elektrische Triebwerke zur Anwendung, um z.B. Satelliten oder Raumsonden nach ihrer Trennung von der Trägerrakete anzutreiben. Dabei kommen vor allem Ionentriebwerke und SPT-Plasmatriebwerke zum Einsatz. Bei beiden Typen wird der Schub dadurch erzeugt, indem beschleunigte Ionen ausgestoßen werden. Zwecks Vermeidung einer Aufladung wird der ausgestoßene lonenstrahl neutralisiert. Üblicherweise werden die für die Neutralisation erforderlichen Elektronen aus einer separaten Elektronenquelle bereitgestellt. Die Einbindung der Elektronen in den lonenstrahl erfolgt dabei mittels Plasmakopplung.In space travel, electric thrusters are used to an increasing extent, e.g. to propel satellites or space probes after they have been separated from the launch vehicle. In particular, ion thrusters and SPT plasma thrusters are used. In both types, the thrust is generated by ejecting accelerated ions. In order to avoid charging, the ejected ion beam is neutralized. The electrons required for neutralization are usually provided from a separate electron source. The electrons are incorporated into the ion beam by means of plasma coupling.

So wird nach der WO 2010/057463 A1 ein lonenantrieb für ein Raumfahrzeug beschrieben, der einen Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes für die Ionisation eines Treibstoffs, insbesondere eines Gases, und ein Beschleunigungssystem für die Ladungsträger aufweist. Dabei umfasst der lonenantrieb ein erstes Mittel, mit dem aus den von dem Hochfrequenzgenerator erzeugten Strömen und/oder Spannungen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfeldes die für das Beschleunigungssystem benötigten Hochspannungen ableitbar sind. Das Beschleunigungssystem selbst besteht aus einer Gitteranordnung, an deren Gitter die Hochspannungen angelegt werden. Für die Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebes des lonenantriebs müssen die jeweiligen Komponenten mit einer entsprechenden Spannung versorgt werden. Die Erreichung des Spannungsverhältnisses zwischen den jeweiligen Spannungen des Gittersystems und der Spannung des Hochfrequenzgenerators erfolgt durch eine aus Kondensatoren und Dioden bestehende Hochspannungskaskade. Der beschriebene lonenantrieb soll gegenüber dem Stand der Technik einfacher aufgebaut und kostengünstiger herstellbar sein. Weiterhin soll mit dieser Lösung die Betriebssicherheit erhöht und der Kontrollaufwand minimiert werden. Nachteilig an diesem lonenantrieb ist jedoch, dass die mögliche Beschleunigung der Ionen auf die vorgesehene Gitteranordnung beschränkt bleibt. Der erforderliche Treibstoffbedarf und die erreichbare Beschleunigung der Ionen sind somit auf die konkrete Ausbildung dieses lonenantriebs festgelegt.So after the WO 2010/057463 A1 an ion drive for a spacecraft described, which has a high-frequency generator for generating an electromagnetic alternating field for the ionization of a fuel, in particular a gas, and an acceleration system for the charge carriers. The ion drive comprises a first means with which the high voltages required for the acceleration system can be derived from the currents and / or voltages generated by the high-frequency generator for generating the electromagnetic alternating field. The acceleration system itself consists of a grid arrangement, to whose grid the high voltages are applied. To ensure proper operation of the ion drive, the respective components must be supplied with an appropriate voltage. The voltage ratio between the respective voltages of the grid system and the voltage of the high-frequency generator is achieved by means of a high-voltage cascade consisting of capacitors and diodes. The ion drive described is intended to be of a simpler structure compared to the prior art and to be more cost-effective to manufacture. In addition, this solution is intended to increase operational reliability and minimize the control effort. A disadvantage of this ion drive, however, is that the possible acceleration of the ions remains limited to the grid arrangement provided. The required fuel requirement and the achievable acceleration of the ions are thus determined by the specific design of this ion drive.

Weiterhin bekannt ist nach der DE 10 2018 103 098 A1 eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Gegenstands, der sich insbesondere in der Schwerelosigkeit und/oder im luftleeren Raum befindet. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Beschleunigungsvorrichtung zum Beschleunigen eines Beschleunigungsmittels, eine Impulsaufnahmevorrichtung und eine zwischen der Beschleunigungsvorrichtung und der Impulsaufnahmevorrichtung angeordnete Leiteinrichtung. Dabei dient die Leiteinrichtung zum Leiten des Beschleunigungsmittels um die Bahn des Beschleunigungsmittels zu ändern. Mit der Beschleunigungsvorrichtung kann das Beschleunigungsmittel z.B. auf eine Geschwindigkeit zwischen 5 km/s und 25 km/s beschleunigt werden. Dabei kann die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung zwischen 10 W und 200 W liegen. Als Beschleunigungsmittel kommen makroskopische Massen oder auch Teilchen und/oder Wellen wie z.B. Photonen oder Mikrowellen zur Anwendung. Mittels dieser Lösung wird ein gegenüber dem vorausgegangenen Stand der Technik effizienterer Antrieb eines Gegenstandes ermöglicht. Nachteilig an dieser Antriebsvorrichtung sind jedoch der weiterhin erforderliche hohe technische Aufwand für die Beschleunigungsvorrichtung sowie der hohe Treibstoffbedarf bei einer zudem durch die Antriebsvorrichtung begrenzt erreichbaren Beschleunigung des Beschleunigungsmittels.It is also known after the DE 10 2018 103 098 A1 a drive device for driving an object which is in particular in weightlessness and / or in a vacuum. The drive device comprises an acceleration device for accelerating an accelerating means, a momentum pick-up device and a guide device arranged between the acceleration device and the momentum pick-up device. The guide device serves to guide the accelerator in order to change the path of the accelerator. With the accelerating device, the accelerating means can be accelerated, for example, to a speed between 5 km / s and 25 km / s. The drive power of the drive device can be between 10 W and 200 W. Macroscopic masses or also particles and / or waves such as photons or microwaves are used as accelerators. This solution enables an object to be driven more efficiently than in the prior art. Disadvantages of this drive device, however, are the high technical outlay that is still required for the acceleration device and the high fuel requirement when the acceleration means can also be accelerated to a limited extent by the drive device.

Ebenfalls bekannt ist auch ein von der ESA entwickelter zweistufiger lonenantrieb mit zwei nacheinander angeordneten Gitterpaaren. Dieser als Dual-Stage-4-Grid-lonenantrieb (DS4G-lonenantrieb) bekannt gewordene Antrieb ist viermal so schnell wie die der bis dahin leistungsfähigsten Ionentriebwerke. Zudem werden durch den DS4G-lonenantrieb die bisher einhergehenden Beschädigungen der Elektroden vermieden. So beschleunigt das Triebwerk im Vergleich zum Ionentriebwerk der Mondsonde „SMART-1“ die austretenden Ionen auf die über zehnfache Geschwindigkeit (210 km/s). Das geschaffene 4-Gitter-System ermöglicht die Entkopplung der Prozesse der Ionenextraktion und der lonenbeschleunigung, wodurch im Wesentlichen ein zweistufiges System anstelle der üblichen Drei-Gitter-Triebwerke entsteht. Da bei diesen Triebwerken beide Prozesse gleichzeitig ablaufen müssen führt dieses im praktischen Einsatz zu einer Begrenzung des maximalen Strahlpotentials auf weniger als 5 kV. In der ersten Stufe des 4-Gitter-Konzepts werden die Ionen aus der Entladungskammer mit Hilfe der ersten beiden Gitter extrahiert, wobei wie bereits erwähnt das Potential auf < 5kV begrenzt ist. Mit dieser Begrenzung werden eine übermäßige Krümmung der Plasmahülle und damit ein direktes Auftreffen der extrahierten Ionen auf die Gitter verhindert. Danach werden sie in einer längeren zweiten Stufe zwischen den beiden Gitterpaaren auf viel höhere Geschwindigkeiten mit Beschleunigungspotentialen von bis zu 80 kV beschleunigt. Der größte Teil der Beschleunigung findet somit zwischen dem zweiten und dritten Gitter statt, die weit voneinander getrennt werden können, um das angelegte Potential aufzunehmen, das sehr groß sein kann. Das negative dritte Gitter hat dabei die gleiche Funktion wie das Beschleunigungsgitter im konventionellen Zwei- oder Dreielektrodensystem. Eine wichtige Funktion besteht darin, die Elektronen im externen Plasma abzustoßen und dadurch ein „Rückströmen“ der Elektronen zu verhindern. Das vierte Gitter verhält sich wie das Verzögerungsgitter im Dreifachgittersystem, wodurch der gesamte aggregierte Sputterschaden durch Ladungsaustausch-Ionen reduziert wird. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch die fehlende stufenweise Steuerung innerhalb der nach der Ionenextraktion folgenden Beschleunigungsphase. Somit ist eine Steuerung zwecks Erreichung eines optimalen Einsatzes des Beschleunigungsmittels für die jeweilig erforderliche Beschleunigung sowie auch eine damit verbundene effiziente Erzeugung der dafür erforderlichen Hochspannungen nur eng begrenzt möglich.Also known is a two-stage ion drive developed by ESA with two pairs of grids arranged one after the other. This drive, known as the dual stage 4 grid ion drive (DS4G ion drive), is four times as fast as that of the most powerful ion drives up to that point. In addition, the DS4G ion drive avoids damage to the electrodes that was previously associated with it. Compared to the ion engine of the lunar probe "SMART-1", the engine accelerates the emerging ions to over ten times the speed (210 km / s). The created 4-grid system enables the decoupling of the processes of ion extraction and ion acceleration, which essentially results in a two-stage system instead of the usual three-grid thrusters. Since both processes have to run simultaneously with these engines, this leads to a limitation of the maximum jet potential to less than 5 kV in practical use. In the first stage of the 4-grid concept, the ions are extracted from the discharge chamber with the aid of the first two grids, whereby, as already mentioned, the potential is limited to <5kV. With this limitation an excessive curvature of the plasma envelope and thus a direct impact of the extracted ions on the grids are prevented. Then they are accelerated in a longer second stage between the two grid pairs to much higher speeds with acceleration potentials of up to 80 kV. Most of the acceleration thus takes place between the second and third grids, which can be separated widely by the applied potential which can be very large. The negative third grid has the same function as the acceleration grid in the conventional two or three electrode system. An important function is to repel the electrons in the external plasma and thereby prevent the electrons from “flowing back”. The fourth lattice behaves like the retardation lattice in the triple lattice system, whereby the total aggregated sputtering damage caused by charge exchange ions is reduced. The disadvantage of this arrangement, however, is the lack of step-by-step control within the acceleration phase following the ion extraction. Thus, a control for the purpose of achieving an optimal use of the accelerator for the respective required acceleration and also an associated efficient generation of the high voltages required for this is only possible to a very limited extent.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Verfahrens und einer zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung zur Steuerung eines lonenantriebes, die einen geringeren technischen Aufwand erfordern, einen optimalen Einsatz des Beschleunigungsmittels ermöglichen, raumsparend einsetzbar sind sowie durch die zum Einsatz kommende Beschleunigungsvorrichtung eine stufenlos steuerbare angepasste wie auch höhere Beschleunigung des Beschleunigungsmittels erreicht werden kann.The object of the invention is therefore to create a method and a device used to carry out the method for controlling an ion drive, which require less technical effort, enable optimal use of the accelerator, can be used in a space-saving manner and, thanks to the accelerator device used, continuously variable controllable adapted as well as higher acceleration of the accelerator can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach den beschreibenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 6 gekennzeichnet. Die Durchführung des geschaffenen Verfahrens wird effizient durch Nutzung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen nach Patentanspruch 7 erreicht. Effiziente Weiterbildungen der Vorrichtung beschreiben die Patentansprüche 8 bis 10.This object is achieved by the method according to the descriptive features of patent claim 1. Advantageous further developments of the method are characterized by the features of patent claims 2 to 6. The implementation of the created method is efficiently achieved by using the device according to the features of claim 7. Efficient further developments of the device are described in patent claims 8 to 10.

Die Antriebsvorrichtung dient einer Beschleunigung, einer Fortbewegung mit konstanter Geschwindigkeit wie auch einem Abbremsen (negative Beschleunigung) sowie einer Richtungsänderung.The drive device is used to accelerate, to move forward at constant speed and to brake (negative acceleration) and to change direction.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der dafür genutzten Zeichnung zeigen

1: das Blockschalbild der Antriebssteuerung und
2: die schematische Wiedergabe der Gitteranordnungen.

The invention will be explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment. Show in the drawing used for this

1 : the block diagram of the drive control and
2 : the schematic representation of the grid arrangements.

Mit dem in 1 wiedergegebenen Blockschaltbild werden die funktionell zugeordneten Baugruppen der Antriebssteuerung gezeigt. An zwei der Plasmaquelle zugeordneten Gittern der ersten Gitteranordnung 1 erfolgt die Extraktion der Ionen des Beschleunigungsmittels. Die nachfolgenden Gitter besitzen im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedliche Abstände zueinander. Diese dienen zur Aufnahme der unterschiedlich hohen Spannungspotentiale. Je nach Höhe der anliegenden Spannungspotentiale erfolgt mittels dieser die Beschleunigung der positiv geladenen Ionen des Beschleunigungsmittels. Die Spannungspotentiale werden von der aus Dioden und Kondensatoren gebildeten Spannungskaskade 3 erzeugt. Die Anzahl und Auswahl der nacheinander für die Beschleunigung der Ionen einzubeziehenden Gitter der ersten Gitteranordnung 1 werden vom Mikrocontroller 4 bestimmt. Diese richtet sich nach der Höhe der zu erreichenden Beschleunigung bei gleichzeitiger Erreichung eines optimalen Einsatzes des Beschleunigungsmittels (z.B. Xenon-Gas). Der Mikrocontroller 4 steuert danach die Spannungskaskade 3 an und steuert die jeweils anzulegenden Spannungspotentiale der Spannungskaskade 3 für die jeweiligen Gitter an. Dadurch wird die Beschleunigung gesteuert innerhalb vorgegebener Beschleunigungsphasen durchgeführt, die einen optimal sparsamen Einsatz des Beschleunigungsmittels ermöglichen. Je nach zu erreichender Beschleunigung wird eine unterschiedliche Anzahl der Gitter vom Mikrocontroller 4 angesteuert. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Gitter innerhalb der einzelnen Beschleunigungsphasen entweder nacheinander oder parallel. Entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall werden die Gitteranzahl der Gitteranordnung und die erforderliche Höhe der anzulegenden Spannungspotentiale optimiert ausgewählt. Dieser Auswahlvorgang wird softwaregestützt vom Mikrocontroller 4 nach abgespeicherten Beschleunigungsabläufen und aktuell messtechnisch erfassten Randbedingungen durchgeführt. Dadurch soll der Aufwand für die Vorrichtungen zur Erzeugung der Spannungspotentiale sowie die erforderlichen Isolierungsmaßnahmen zwischen den Gittern bei Einsatz von hohen Spannungen minimiert werden. Ebenso soll der mengenmäßige Einsatz des Beschleunigungsmittels (z.B. Xenon) auf das erforderliche Minimum reduziert werden.With the in 1 The block diagram shown shows the functionally assigned assemblies of the drive control. On two grids of the first grid arrangement assigned to the plasma source 1 the ions of the accelerator are extracted. In the exemplary embodiment shown, the following grids have different distances from one another. These serve to absorb the different high voltage potentials. Depending on the level of the applied voltage potentials, this is used to accelerate the positively charged ions of the accelerator. The voltage potentials are generated by the voltage cascade made up of diodes and capacitors 3 generated. The number and selection of the grids of the first grid arrangement to be included one after the other for the acceleration of the ions 1 are from the microcontroller 4th certainly. This depends on the level of acceleration to be achieved while at the same time achieving optimal use of the accelerator (eg xenon gas). The microcontroller 4th then controls the voltage cascade 3 and controls the voltage potentials of the voltage cascade to be applied 3 for the respective grids. As a result, the acceleration is carried out in a controlled manner within specified acceleration phases, which enable the accelerator to be used in an optimally economical manner. Depending on the acceleration to be achieved, a different number of grids is used by the microcontroller 4th controlled. The grids are controlled within the individual acceleration phases either one after the other or in parallel. The number of grids of the grid arrangement and the required level of the voltage potentials to be applied are selected in an optimized manner in accordance with the respective application. This selection process is supported by software from the microcontroller 4th carried out according to stored acceleration processes and currently metrologically recorded boundary conditions. This is intended to minimize the outlay for the devices for generating the voltage potentials and the required insulation measures between the grids when high voltages are used. Likewise, the quantitative use of the accelerating agent (eg xenon) should be reduced to the required minimum.

Mit der 2 wird eine mögliche Gitteranordnung schematisch dargestellt. Die Gesamtanordnung der Gitter besteht dabei aus nachfolgend angeordneten Gitteranordnungen, die aus der ersten Gitteranordnung 1 und der zweiten Gitteranordnung 2 gebildet werden. Jede der Gitteranordnungen 1, 2 ist für die Steuerung jeweils einer Beschleunigungsphase vorgesehen. Innerhalb der einzelnen Beschleunigungsphasen weisen die einzelnen Gitter unterschiedliche Abstände zueinander auf. Diese stehen für die Anwendungen unterschiedlich hoher Spannungspotentiale innerhalb der jeweiligen Beschleunigungsphasen. Die Auswahl und Ansteuerung der erforderlichen Gitter sowie die jeweilige Höhe und Polarität der Spannungspotentiale wird vom Mikrocontroller 4 vorgenommen. Für zu erreichende unterschiedliche Beschleunigungsphasen werden beispielsweise nur einzelne Gitterpaare unter Spannung gesetzt, wobei andere Gitterpaare spannungsfrei bleiben. Eine Zu- und Abschaltung der Spannungspotentiale für die Gitterpaare erfolgt durch ein oder mehreren diesen zugeordneten Controllern. Dazu sind im jeweiligen Mikrocontroller 4 bzw. im zugeordneten Datenspeicher die Steuerungsdaten der erforderlichen Beschleunigungsabläufe abgespeichert. Die softwaregestützte Entscheidungsfindung für den auszuwählenden Steuerungsablauf wird unter messtechnischer Einbeziehung der aktuellen Randbedingungen wie z.B. der aktuell vorhandenen Beschleunigung und aktuell zugeführter Menge des Beschleunigungsmittels durchgeführt. Neben der messtechnischen Erfassung der Randbedingungen ist auch eine rechentechnische Ermittlung möglich. Nach einer parallelen Erfassung und Errechnung der Werte können diese dann im Mikrocontroller 4 verglichen und nach einer Auswertung zur Korrektur der Steuerung genutzt werden. Mittels einer dafür vorgesehenen Ansteuerung können die Ionen des Beschleunigungsmittels auch in umgekehrter Richtung beschleunigt werden. Dadurch wird ein Bremsvorgang ausgelöst, für den das Triebwerk nicht gedreht werden muss. Für alle vorgesehenen Steuerungsabläufe kann in einer weiterführenden Ausführung der Mikrocontroller 4 mit einer künstlichen Intelligenz ausgestattet werden.With the 2 a possible grid arrangement is shown schematically. The overall arrangement of the grids consists of subsequently arranged grid arrangements that consist of the first grid arrangement 1 and the second grid arrangement 2 are formed. Any of the grid arrangements 1 , 2 is intended to control one acceleration phase at a time. Within the individual acceleration phases, the individual grids have different distances from one another. These represent the applications of different voltage potentials within the respective acceleration phases. The selection and control of the required grid as well as the respective height and polarity of the voltage potentials is made by the Microcontroller 4th performed. For different acceleration phases to be achieved, for example, only individual grid pairs are put under tension, with other grid pairs remaining tension-free. The voltage potentials for the grid pairs are switched on and off by one or more controllers assigned to them. These are in the respective microcontroller 4th or the control data of the required acceleration processes are stored in the assigned data memory. The software-supported decision-making for the control sequence to be selected is carried out taking into account the current boundary conditions, such as the currently available acceleration and the currently supplied amount of the accelerator, in terms of measurement technology. In addition to the metrological recording of the boundary conditions, a computational determination is also possible. After the values have been recorded and calculated in parallel, they can then be used in the microcontroller 4th can be compared and used to correct the control after an evaluation. By means of a control provided for this purpose, the ions of the accelerator can also be accelerated in the opposite direction. This triggers a braking process for which the engine does not have to be turned. The microcontroller 4th be equipped with artificial intelligence.

Für die Beschleunigung von kleinen Gegenständen wie z.B. Drohnen oder Flugmodellen ist eine Nutzung der erfindungsgemäßen Lösung durch Einbringung der Gitteranordnungen in einen miniaturisierten Grundkörper mittels Nano-Technologie vorgesehen. Als zu ionisierendes Beschleunigungsmittel kommt dabei ein Teil des Grundkörpers selbst oder eine den Gittern zugeordnete das ionisierbare Mittel enthaltende Baugruppe zur Anwendung. So kann beispielsweise die Betriebsspannung (z.B. 5V) von elektronischen Schaltungen für die Spannungspotentiale der Gitter genutzt werden. Dabei werden durch die enorme Anzahl der im Nanobereich des Grundkörpers auf kleinster Fläche herstellbaren Gitteranordnungen mit diesen Spannungen im Niedervoltbereich sehr hohe Beschleunigungen ermöglicht.For the acceleration of small objects such as drones or flight models, the solution according to the invention can be used by introducing the grid arrangements into a miniaturized base body by means of nano-technology. A part of the base body itself or an assembly containing the ionizable agent assigned to the grids is used as the accelerator to be ionized. For example, the operating voltage (e.g. 5V) of electronic circuits can be used for the voltage potentials of the grid. The enormous number of grid arrangements that can be produced in the nano range of the base body on a very small area with these voltages in the low voltage range enables very high accelerations.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: erste Gitteranordnungfirst grid arrangement
22: zweite Gitteranordnungsecond grid arrangement
33: SpannungskaskadeVoltage cascade
44th: MikrocontrollerMicrocontroller
55: ErfassungseinrichtungDetection device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2010/057463 A1 [0003]
DE 102018103098 A1 [0004]

Claims

Method for controlling an ion drive for the movement of an object by accelerating the ions of an acceleration means of the ion drive, characterized in that the respective acceleration of the object to be achieved is carried out by a control of the acceleration phases of the ion acceleration of the acceleration means required for this purpose, the control being carried out as a function of the to The direction of movement achieved is carried out and the amount and timing of the acceleration phases are determined as a function of the recorded and / or computationally determined data on the current acceleration and the type and quantity of the ionized accelerator supplied in each case.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that ionized gas is used as the accelerator, the ions of which are accelerated several times along the path of movement within electrical fields of applied electrical voltages.

Procedure according to Claim 1 and 2 , characterized in that the step-wise acceleration of the locomotion takes place by means of electrical fields acting one after the other during the locomotion of the ions, which are generated by voltage potentials which are applied to the grid arrangements and which rise along the path.

Procedure according to the Claims 1 , 2 and 3 , characterized in that the level of the increasing voltage potentials are controlled as a function of the type and amount of the ionized accelerating agent supplied in each case.

Procedure according to the Claims 1 and 3 , characterized in that the electrical polarities of the applied voltage potentials are controlled as a function of the direction of acceleration.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the controlled connection and disconnection of the respective number and sequence of the grids provided with voltage potentials within the grid arrangements (1, 2) takes place as a function of the acceleration to be achieved in each case.

Device for performing the method according to Claim 1 , characterized in that the voltage potentials present along the travel path of the acceleration means are generated by voltage cascades (3) formed from diodes and capacitors connected to the grid arrangements.

Device according to Claim 7 , characterized in that the connection and disconnection of the grids within the grid arrangements (1, 2) and the level of the respective voltage potentials applied to the grid arrangements are controlled by means of a controller (4) connected to the voltage cascades (3).

Device according to the Claims 7 and 8th , characterized in that a detection device (5) is arranged upstream of the controller (4), by means of which the respectively recorded data on the current acceleration as well as the type and the respectively supplied amount of the ionized accelerating agent are specified.

Device according to Claim 7 , characterized in that the controller (4) is connected to measuring devices which record the amount of the ionized accelerating agent supplied and the currently achieved acceleration.