DE60031839T2

DE60031839T2 - A ION ACCESSOR

Info

Publication number: DE60031839T2
Application number: DE60031839T
Authority: DE
Inventors: Vladimir Ivenovich Moscow BARANOV; Anatoly Ivanovich Moscow VASIN; Anatoly Sazonovich Moscow KOROTEEV; Jean-Francois Poussin; Jean-Marc Stephan; Valery Alexandrovich Moscow PETROSOV
Original assignee: Astrium SAS; KELDYSH RES CT; KELDYSH RESEARCH CENTER
Current assignee: Airbus Defence and Space SAS; KELDYSH RES CT; KELDYSH RESEARCH CENTER
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: EP1021073A1; DE60031839D1; EP1161855B1; AU2438100A; ATE345662T1; IL144343A0; EP1161855A1; WO2000042827A1

Abstract

In a Hall effect plasma accelerator (1) the propellant gas is introduced into an annular accelerating channel (2) in the region of an anode (9), asymmetrically around the channel. Ionisation of propellant gas and acceleration of the resultant ions out of the channel causes a deflection or displacement in the resultant thrust direction (F) thereby creating a steering or turning effect. <IMAGE>

Description

Diese Erfindung betrifft einen Ionenbeschleuniger. Sie entstand in Verbindung mit dem Entwurf eines Halleffekt-Plasmabeschleunigers, auch bekannt als Beschleuniger mit geschlossener Elektronenlaufbahn. Derartige Beschleuniger werden als Schubdüsen an Satelliten oder anderen Raumfahrzeugen verwendet, um beim Justieren ihrer Ausrichtung oder Position oder von beidem zu helfen, wenn sie sich in einer Erdumlaufbahn befinden, oder um sie in eine oder aus einer bestimmten Umlaufbahn zu bewegen. Sie könnten auch zum Vorantreiben eines Raumfahrzeugs während langer Missionen verwendet werden.These The invention relates to an ion accelerator. It was created in conjunction with the design of a Hall Effect Plasma Accelerator, also known as an accelerator with closed electronical path. such Accelerators are called thrusters used on satellites or other spacecraft to adjust to help their alignment or position or both if they be in orbit, or turn it into or out of orbit to move a certain orbit. You could also push ahead a spacecraft during long missions are used.

Ein herkömmlicher Halleffekt-Beschleuniger umfasst einen Beschleunigungskanal, der üblicherweise ringförmig ist und der sich rings um eine zentrale Achse des Beschleunigers erstreckt und der sich auch in axialer Richtung von einem geschlossenen Ende zu einem offenen Ende erstreckt. Eine Anode befindet sich üblicherweise an dem geschlossenen Ende des Kanals, und eine Kathode ist außerhalb des Kanals nahe dessen offenem Ende und auf einer Seite davon positioniert. Ein elektrisches Feld wird durch die Potenzialdifferenz zwischen der Anode und der Kathode erzeugt. Ein Treibmittel, zum Beispiel Xenon-Gas, wird in den Kanal eingebracht. Dies geschieht oft durch Durchlässe, die in der Anode selbst oder in ihrer Nähe ausgebildet sind. Ein Magnetsystem legt ein Magnetfeld in einer radialen Richtung quer durch den Kanal an, das bewirkt, dass Elektronen von der Kathode emittiert werden, um sich rings um den Kanal herum zu bewegen. Einige, aber nicht alle von der Kathode emittierten Elektronen gehen in den Kanal über und werden in Richtung der Anode gezogen. Das radiale Magnetfeld lenkt die Elektronen in einer umlaufenden Richtung ab, so dass sie sich auf einer schraubenförmigen Bahn bewegen, wobei sie Energie sammeln, während sie in Richtung der Anode treiben. In einem Bereich nahe der Anode kollidieren die Elektronen mit Atomen des Treibmittels, wodurch eine Ionisation verursacht wird. Die Anode dient als ein Sammler der Elektronen, die derartige Kollisionen verursachen oder durch diese verursacht werden. Die resultierenden positiv geladenen Ionen werden durch das elektrische Feld in Richtung des offenen Endes des Kanals beschleunigt, von wo aus sie mit großer Geschwindigkeit ausgestoßen werden, wodurch ein Schub erzeugt wird. Weil die Ionen eine viel größere Masse als die Elektronen aufweisen, werden sie nicht so leicht durch das Magnetfeld beeinflusst, und ihre Beschleunigungsrichtung ist deshalb hauptsächlich axial und nicht umlaufend in Bezug auf den Kanal. Das Magnetfeld übt jedoch schon eine gewisse Kraft auf die Ionen aus, und somit einen gewissen Einfluss auf ihre Bewegungsrichtung. Wenn die Ionen das offene Ende des Kanals verlassen, werden sie durch jene Elektronen von der Kathode, die nicht in den Kanal übergehen, neutralisiert.One conventional Hall effect accelerator includes an acceleration channel, usually annular is and is located around a central axis of the accelerator extends and also in the axial direction of a closed End extends to an open end. An anode is usually located at the closed end of the channel, and a cathode is outside of the channel near its open end and positioned on one side thereof. An electric field is due to the potential difference between the anode and the cathode generated. A propellant, for example Xenon gas is introduced into the canal. This often happens passages, which are formed in the anode itself or in its vicinity. A magnet system applies a magnetic field in a radial direction across the channel which causes electrons to be emitted from the cathode, to move around the channel. Some, but not all electrons emitted by the cathode go into the channel and are pulled towards the anode. The radial magnetic field directs the electrons in a circumferential direction, so they themselves on a helical Move web, collecting energy while moving towards the anode float. In a region near the anode, the electrons collide with atoms of the propellant causing ionization becomes. The anode serves as a collector of electrons, such Cause or cause collisions. The resulting positively charged ions are caused by the electric Field accelerated towards the open end of the channel, from where you out with great Speed ejected which creates a thrust. Because the ions are a lot greater mass as the electrons do not become so easily through the Magnetic field influences, and their direction of acceleration is therefore mainly axial and not circumferential with respect to the channel. The magnetic field exercises, however already a certain force on the ions, and thus a certain Influence on their direction of movement. When the ions are the open end leave the channel, they are driven by those electrons from the cathode, that do not pass into the channel, neutralized.

In Bezug auf Halleffekt-Beschleuniger werden die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" der Einfachheit halber verwendet, um Richtungen in Bezug auf die Bewegung der Ionen in dem Kanal zu beschreiben. Zusätzlich wird der Begriff "axial" verwendet, um eine Richtung parallel zu der zentralen Achse zu beschreiben, und "radial" wird verwendet, um eine Richtung rechtwinklig zu der zentralen Achse zu beschreiben.In Regarding Hall Effect Accelerators, the terms "upstream" and "downstream" are used to refer to simplicity half used to directions with respect to the movement of ions to describe in the channel. additionally the term "axial" is used to refer to a To describe direction parallel to the central axis, and "radial" is used to describe a direction perpendicular to the central axis.

Herkömmliche Halleffekt-Beschleuniger sind allgemein ausgebildet, um einen Schubvektor in einer axialen, festen Richtung zu erzeugen. Um ein Raumfahrzeug zu steuern, werden deshalb entweder zwei Schubdüsen verwendet, so dass die durch sie erzeugten relativen Schübe verändert werden können, oder ein Schwenkmechanismus wird verwendet, um eine einzelne Schubdüse relativ zu dem Raumfahrzeug zu schwenken. Die Ver wendung von zwei Schubdüsen ist teuer und erhöht das Gewicht, und der Schwenkmechanismus ist schwer, komplex, teuer, und fehleranfällig.conventional Hall effect accelerators are generally designed to be a thrust vector in an axial, fixed direction. To a spacecraft Therefore, either two thrusters are used, so that the can be changed by them generated relative thrusts, or A pivoting mechanism is used to relatively dispose a single exhaust nozzle to pivot to the spacecraft. The use of two thrusters is expensive and elevated the weight, and the swivel mechanism is heavy, complex, expensive, and error prone.

Die WO 9737126A offenbart eine Halleffekt-Schubdüse, bei der ein Ionenstrom, der den Schub erzeugt, durch Justage eines Magnetfeldes abgelenkt werden kann, um so das Fahrzeug, an dem die Schubdüse angebracht ist, zu steuern.The WO 9737126A discloses a Hall effect thruster in which an ion current that generates the thrust can be deflected by adjusting a magnetic field so as to control the vehicle to which the exhaust nozzle is attached.

In der EP 0 778 415 ist vorgeschlagen worden, eine Schubdüse durch Variieren der Verteilung des Magnetfeldes zu steuern, um eine umlaufende Inhomogenität des Magnetfeldes um das offene Ende des Kanals zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, dass dieser Ansatz gut funktioniert. Es gibt jedoch einige Schwierigkeiten. Die Asymmetrie der Magnetfeldverteilung führt zu einer Abnahme der Effizienz, einer kleinen, aber signifikanten Zunahme des Betriebsstroms und einer gewissen Erosion der Kanalwände. Außerdem können die Betriebsparameter der Schubdüse weniger stabil werden, und Schwingungen können resultieren. Um das Problem der Erosion zu behandeln, können die Wände des Kanals an dessen offenem, stromabwärts gelegenen Ende nach außen aufgeweitet werden, aber dies kann die Effizienz des Betriebs der Schubdüse weiter verringern. Es ist gezeigt worden, dass diese magnetische Technik den Schubvektor um einen Winkel von ungefähr drei Grad von seiner axialen Richtung ablenken kann. Jenseits dieses Betrags jedoch können sich die Schubdüseneigenschaften signifikant verschlechtern.In the EP 0 778 415 It has been proposed to control a thruster by varying the distribution of the magnetic field to produce a circumferential inhomogeneity of the magnetic field around the open end of the channel. It has been shown that this approach works well. However, there are some difficulties. The asymmetry of the magnetic field distribution leads to a decrease in efficiency, a small but significant increase in the operating current and some erosion of the channel walls. In addition, the operating parameters of the exhaust nozzle may become less stable and vibrations may result. To address the problem of erosion, the walls of the channel may be flared outwardly at its open, downstream end, but this may further reduce the efficiency of the operation of the exhaust nozzle. It has been shown that this magnetic technique can divert the thrust vector by an angle of about three degrees from its axial direction. Beyond this amount, however, the pusher characteristics may deteriorate significantly.

Während des Testens bestimmter Halleffekt-Beschleuniger wurde bemerkt, dass es sogar mit einem symmetrischen Magnetfeld eine Abweichung des Schubvektors von der axialen Richtung gab. Es wurde zunächst angenommen, dass dies eine Winkelversetzung ist, und es wurde gedacht, dass die wahrscheinlichste Erklärung dafür eine Asymmetrie der Kathode in Bezug auf die zentrale Achse ist. Dies erwies sich jedoch als nicht richtig, und schließlich wurde gefunden, dass die Abweichung des Schubvektors von der axialen Richtung durch eine ungleichmäßige Verteilung des Treibmittels im Inneren um den Kanal hervorgerufen wurde. Auf diese Weise würde die Summe der Kräfte, die durch das elektrische Feld auf Ionen auf einer Seite des Beschleunigers mit einer relativ hohen Menge an Treibmittel ausgeübt wird, größer sein als die Summe der Kräfte auf der gegenüberliegenden Seite. Dies führte zu einer Idee des absichtlichen Erzeugens einer Asymmetrie in den Stärken der Kräfte, um einen Steuerungseffekt zu erzeugen; entweder auf einer dynamischen Grundlage während des Betriebs oder zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsvorgängen; oder als ein dauerhaftes Merkmal des Motors, um andere Ungenauigkeiten der Herstellung zu kompensieren.While testing certain Hall effect accelerators, it was noted that even with a symmetric magnetic field there was a deviation of the shear vector from the axial direction. It It was first assumed that this is an angular displacement, and it was thought that the most likely explanation for this is an asymmetry of the cathode with respect to the central axis. However, this proved to be incorrect and, finally, it was found that the deviation of the thrust vector from the axial direction was caused by an uneven distribution of the propellant inside the channel. In this way, the sum of the forces exerted by the electric field on ions on one side of the accelerator with a relatively high amount of propellant would be greater than the sum of the forces on the opposite side. This led to an idea of intentionally creating an asymmetry in the strengths of the forces to create a control effect; either on a dynamic basis during operation or between successive operations; or as a permanent feature of the engine to compensate for other manufacturing inaccuracies.

So wird erfindungsgemäß ein Ionenbeschleuniger bereitgestellt, der umfasst: ein Mittel zum Einbringen eines Treibmittels in einen Ionisationsbereich; ein Mittel zum Ionisieren des Treibmittels; und ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, um so Kräfte auf die Ionen auszuüben und sie in einer gewünschten Richtung zu beschleunigen; und ein Justagemittel zum Variieren einer Verteilung der Kräfte, wobei die Verteilung lateral in Bezug auf die Beschleunigungsrichtung ist, wodurch eine resultierende Reaktionskraft, die auf den Beschleuniger ausgeübt wird, versetzt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Justagemittel ein Mittel zum Steuern der Verteilung von Treibmittel in dem Ionisationsbereich umfasst.So becomes according to the invention an ion accelerator provided, comprising: a means for introducing a propellant in an ionization region; a means for ionizing the propellant; and means for generating an electric field so as to apply forces to exercise the ions and you in a desired To accelerate direction; and an adjusting means for varying a Distribution of forces, the distribution being lateral with respect to the direction of acceleration is, resulting in a resulting reaction force acting on the accelerator exercised is, is transferred; characterized in that the adjustment means a means for controlling the distribution of propellant in the ionization region.

Indem auf diese Weise die resultierende Reaktionskraft auf die Schubdüse abgelenkt wird, wird angenommen, dass es möglich sein kann, einen noch größeren Steuerungseffekt (bis zu 6 Grad von einer zentralen Achse) zu erzeugen, als unter Verwendung des bekannten magnetischen Verfahrens erhalten werden kann, und mit geringerer Reduktion der Effizienz. Es kann auch erwartet werden, dass die Probleme von Instabilität und Schwingungen verringert werden können.By doing In this way, the resulting reaction force is deflected to the exhaust nozzle it is believed that it is possible can be, an even greater control effect (up to 6 degrees from a central axis), than under Using the known magnetic method can be obtained can, and with less reduction in efficiency. It can also be expected that will reduce the problems of instability and vibration can be.

Die Kraft, die ausgeübt wird, um jedes Ion zu beschleunigen, führt zu einer entsprechenden gleichen und entgegengesetzt gerichteten Reaktionskraft an dem Beschleuniger. Die Summe dieser Kräfte ist äquivalent zu einer imaginären einzelnen Kraft, die an einen bestimmten Punkt in einer bestimmten Richtung wirkt. Diese imaginäre Kraft wird als die "resultierende" Kraft bezeichnet. Der Effekt der Erfindung ist, dass durch Verändern der Verteilung des Treibmittels diese resultierende Kraft irgendwie versetzt oder abgelenkt wird. Es wird angenommen, dass dies hauptsächlich eine laterale Ablenkung sein wird (das heißt ihre Richtung bleibt konstant, aber ihr Angriffspunkt, das heißt das Zentrum der Kraft wird verändert). Jedoch kann die Wechselwirkung zwischen den Ionen derart sein, dass sie eine Winkelablenkung bewirkt. Der Prozess ist in dieser Hinsicht noch nicht ganz verstanden, und der Begriff "versetzen", wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll so verstanden werden, dass er entweder eine laterale Bewegung eines Kraftzentrums, eine Winkelablenkung der resultierenden Kraft oder eine Kombination von beidem umfasst.The Force that exercised is to accelerate each ion, leading to a corresponding same and oppositely directed reaction force on the accelerator. The sum of these forces is equivalent to an imaginary one individual force pointing to a specific point in a particular direction acts. This imaginary Force is called the "resulting" force. The effect of the invention is that by altering the distribution of the propellant this resulting force is somehow offset or distracted. It is believed that this is mainly a lateral deflection will be (that is their direction remains constant, but their point of attack, that is, the center the power is changed). However, the interaction between the ions may be such that it causes an angular deflection. The process is still in this regard not quite understood, and the term "displace" when used in this description, should be understood to mean either a lateral movement a center of force, an angular deflection of the resulting force or a combination of both.

Das "Justagemittel" kann nach einer Anzahl von verschiedenen möglichen Prinzipien arbeiten. Eine Möglichkeit ist es, die Verteilung des Treibmittels in dem Ionisationsbereich zu steuern, um so eine umlaufende ungleichmäßige Verteilung der Ionen zu erzeugen. Dies kann erreicht werden, indem separate Einlässe für das Treibmittel verwendet werden, vorzugsweise drei oder mehr, die um eine zentrale Achse des Beschleunigers verteilt sind, und indem diesen Einlässen unter der Steuerung geeigneter Ventile mit verschiedenen Raten Treibmittel zugeführt wird. Andere Möglichkeiten umfassen die Verwendung eines beweglichen Einlasses oder mehrerer beweglicher Einlässe oder die Verwendung von Blenden, Umlenkern oder Düsen, um das Treibmittel auf eine steuerbare Weise abzulenken, um so Bereiche des Ionisationsbereichs zu erzeugen, in denen es verschiedene Konzentrationen an Treibmittel zur Ionisation gibt. Es wird verstanden werden, dass in einem Bereich, in dem es eine höhere Konzentration an Treibmittel gibt, mehr Ionen erzeugt werden und deshalb die Gesamtkraft, die auf sie ausgeübt wird, größer sein wird als in einem Bereich, in dem es eine geringere Konzentration gibt. Die Verteilung des Treibmittels kann entweder gesteuert werden, indem die Art und Weise gesteuert wird, auf welche es in verschiedene Teile des Ionisationsbereichs eingebracht wird, oder indem es nach dem Einbringen umverteilt wird. Die bevorzugte Möglichkeit ist, die Rate, mit der das Treibmittel eingebracht wird, zu steuern. Wenn die Verteilung des Treibmittels nach dem Einbringen in den Ionisationsbereich gesteuert werden soll, kann die Steuerung entweder vor oder nach der Ionisation wirksam werden. Wenn sie nach der Ionisation gesteuert werden soll, könnte ein elektrisches Feld, das sich in Bezug auf die Beschleunigungsrichtung lateral erstreckt, für den Zweck einer derartigen Steuerung verwendet werden. Dies könnte möglicherweise ausgeführt werden, indem verschiedene positive Potenziale an verschiedene umlaufend beabstandete Anoden angelegt werden.The "Justagemittel" can after a Number of different possible ones Principles work. A possibility it is the distribution of propellant in the ionization region to control, so as to produce a circumferential nonuniform distribution of the ions. This can be achieved by using separate inlets for the propellant be, preferably three or more, about a central axis of the accelerator, and by taking these inlets under the control of suitable valves with different rates of blowing agent supplied becomes. Other options include the use of one or more movable inlets movable inlets or the use of orifices, deflectors or nozzles to to divert the propellant in a controllable manner, so areas of the ionization area where there are different concentrations of propellant for ionization. It will be understood that in an area where there is a higher concentration of propellant There are more ions are generated and therefore the total force, the exercised on them will be, bigger is considered to be in an area where there is a lower concentration gives. The distribution of propellant can be controlled either by controlling the way it differentiates Parts of the ionization is introduced, or by adding redistributed to the introduction. The preferred option is to use the rate the blowing agent is introduced to control. If the distribution the propellant after introduction into the ionization controlled The controller can either be before or after ionization be effective. If you want to control it after ionization, could an electric field that is in relation to the direction of acceleration extends laterally, for the purpose of such control can be used. This could possibly be accomplished be different by circulating different positive potentials to different ones spaced anodes are applied.

Ein zweites mögliches Betriebsprinzip des Justagemittels ist es, verschiedene Treibmittel oder Treibmittel, die in verschiedenen Verhältnissen gemischt sind, verschiedenen Teilen des Ionisationsbereichs zuzuführen. Typische geeignete Treibmittel sind Xenon, Krypton und Argon.A second possible operating principle of the adjustment means is to use different propellants or propellants mixed in different proportions to different parts of the ionization bed riches. Typical suitable blowing agents are xenon, krypton and argon.

Eine dritte Möglichkeit ist es, die relativen elektrischen Feldstärken an in Bezug auf die Beschleunigungsrichtung lateral beabstandeten Positionen zu steuern. Dieses letztere Prinzip kann leicht in Kombination mit dem ersten erwähnten Prinzip angewendet werden, indem eine Anodenstruktur verwendet wird, die auch als Treibmitteleinlass dient. Eine derartige Struktur kann durch eine Anzahl von separaten Teilen gebildet sein, die um eine Achse des Beschleunigers herum angeordnet sind, wobei das Treibmittel steuerbar jedem einzelnen Teil zugeführt wird und das Potenzial der verschiedenen Anodenteile einzeln gesteuert wird. Alternativ können mehr als eine Kathode (vorzugsweise mindestens drei) um eine Achse des Beschleunigers herum beabstandet sein.A third possibility it is the relative electric field strengths with respect to the direction of acceleration to control laterally spaced positions. This latter principle can be easily applied in combination with the first mentioned principle, by using an anode structure which also serves as a propellant inlet serves. Such a structure may be characterized by a number of separate ones Parts formed around an axis of the accelerator are arranged, wherein the propellant controllable each individual Part is supplied and individually controlled the potential of the various anode parts becomes. Alternatively you can more than one cathode (preferably at least three) about an axis spaced apart from the accelerator.

Obwohl die Erfindung als von besonderem Wert erachtet wird, wenn sie auf Halleffekt-Beschleuniger angewendet wird, kann sie auch auf andere Ionenbeschleuniger anwendbar sein, bei denen es einen Bedarf gibt, die Ionenfahne zu versetzen. Obwohl die Erfindung beim Betrachten des Designs einer Schubdüse erdacht wurde, bei der die Ablenkung der Kraft einen Schwenkeffekt erzeugen wird, könnte sie möglicherweise auch in Beschleunigern Anwendung finden, die zum Ionenreinigen, Ionenmahlen, der Deposition von Beschichtungen oder bei der Vakuumbearbeitung zum Verändern von Oberflächeneigenschaften von Metallen oder anderen Materialien verwendet werden und wo es aus einem bestimmten Grund einen Bedarf gibt, die laterale Position oder Richtung des Zentrums einer Ionenfahne zu steuern. Der Bezug auf "Treibmittel" und "Reaktionskraft", wenn er in dieser Beschreibung verwendet wird, sollte deshalb nicht so interpretiert werden, dass er unterstellt, dass der Beschleuniger verwendet wird, um eine Weltraumschubdüse anzutreiben.Even though the invention is considered of particular value when in Hall effect accelerator is applied, it can also be applied to others Be applicable to ion accelerators where there is a need to move the ionic flag. Although the invention when viewed the design of a thruster was devised, in which the deflection of the force has a panning effect she could produce possibly also be used in accelerators that are used for ion cleaning, Ion milling, the deposition of coatings or in vacuum processing to change of surface properties of metals or other materials and where it is used For some reason there is a need, the lateral position or to control the direction of the center of an ionic flag. The reference on "propellant" and "reaction force" when in this Description should therefore not be interpreted as such be that he assumes that the accelerator is used around a space thruster drive.

Das Treibmittel, das typischerweise Xenon-Gas ist, wird vorzugsweise durch eine oder in dem Bereich einer Anode eingebracht. Ein axiales elektrisches Feld kann, wie es herkömmlich ist, zwischen der Anode, die sich normalerweise in einem Beschleunigungskanal befindet, und einer Kathode oder mehreren Kathoden, die sich außerhalb des Kanals nahe seinem offenen Ende befindet bzw. befinden, angelegt werden. Die Anode kann aus zwei oder mehr separaten Einheiten oder Kammern gebildet sein, in die das Treibmittel zugeführt wird, wobei jede Kammer eine zugeordnete Steuerung aufweist, welche die Zufuhrrate des Treibmittels und/oder die Art der Treibmittelmischung reguliert, die sie empfängt. Treibmittel kann durch einen einzelnen Auslass oder durch mehrere Auslässe, der bzw. die in jeder Kammer vorgesehen ist bzw. sind, in den Ionisationsbereich zugeführt werden.The Propellant, which is typically xenon gas, is preferred introduced through or in the region of an anode. An axial electric Field can, as is conventional is, between the anode, which is normally in an acceleration channel and one or more cathodes located outside of the channel near its open end become. The anode can be made up of two or more separate units or Chambers are formed, in which the propellant is supplied, each chamber having an associated control comprising the Feed rate of the blowing agent and / or the type of blowing agent mixture that she receives. propellant can through a single outlet or through multiple outlets, the or which is or are provided in each chamber, in the ionization region supplied become.

Wenn die Erfindung bei der Konstruktion einer Halleffekt-Schubdüse angewendet wird, wird vorgeschlagen, dass ein ähnlicher Effekt wie der in der Patentschrift 0 778 415 beschriebene verwendet werden könnte, durch den ein Magnetfeld am stromabwärts gelegenen Ende des Kanals um einen Winkel α (vorzugsweise nicht mehr als 5° oder 10°) zu einer zu der zentralen Achse rechtwinkligen Ebene gekippt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Ionen anfänglich konvergieren, wenn sie aus dem Kanal austreten. Auf diese Weise kann jeglicher Verschleiß gegen den Rand der Kanalwand an dessen stromabwärts gelegenen Ende verringert werden, ohne dass es nötig ist, dass der Rand mit einer aufgeweiteten Form hergestellt ist, welche die Effizienz verringern würde. Die Ablenkung (an der Außenseite des konvergierenden Kegels von Ionen) sollte vorzugsweise mindestens 1° oder 2° und vorzugsweise mehr als 3° betragen. Bei einer Ausführungsform beträgt die Ablenkung 5° bis 10°. Bei einer bevorzugten Anordnung ist das Magnetfeld normalerweise zirkular symmetrisch um die zentrale Achse, es kann aber variiert werden, um so nicht-symmetrisch zu werden (falls gewünscht), um so den Steuerungseffekt der Erfindung zu ergänzen.If the invention applied in the construction of a Hall effect exhaust nozzle It is suggested that a similar effect to that in Patent 0 778 415 could be used a magnetic field at the downstream lying end of the channel by an angle α (preferably not more than 5 ° or 10 °) too a plane perpendicular to the central axis is tilted, thereby causing the ions to initially converge when they exit the channel. In this way, any wear against reduces the edge of the channel wall at its downstream end be without it being necessary is that the edge is made with a widened shape, which would reduce the efficiency. The distraction (at the outside of the converging cone of ions) should preferably be at least 1 ° or 2 ° and preferably more than 3 °. In one embodiment is the distraction 5 ° to 10 °. at In a preferred arrangement, the magnetic field is normally circular symmetrical about the central axis, but it can be varied so as to become non-symmetric (if desired), so as to have the control effect to supplement the invention.

Bei einer Halleffekt-Schubdüse, welche die Erfindung verwendet, kann eine Anzahl von einzeln steuerbaren Magnetfeldquellen verwendet werden, um das Magnetfeld zu variieren, um so die Richtung der resultierenden Reaktionskraft zu steuern.at a hall effect thruster, which uses the invention may be a number of individually controllable Magnetic field sources are used to vary the magnetic field, so as to control the direction of the resulting reaction force.

Bei einer Halleffekt-Schubdüse wird der Ionisationsbereich normalerweise aufgrund der hohen Temperaturen, die erzeugt werden, durch ein keramisches Material begrenzt. Er weist vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt in der rechtwinkligen Ebene auf, obwohl andere, nicht-kreisrunde Konfigurationen möglich sind. Dort, wo es eine Anzahl von Spulen oder Permanentmagneten gibt, die um die Außenseite des Ionisationsbereichs herum angeordnet sind, kann es zum Beispiel ein Vorteil sein, ihn in Bereichen neben diesen Spulen oder Permanentmagneten weiter zu machen.at a Hall Effect thruster the ionization range is normally due to the high temperatures, which are generated limited by a ceramic material. He preferably has a circular cross-section in the rectangular plane although other, non-circular configurations are possible. Where there are a number of coils or permanent magnets, those around the outside of the ionization region may be, for example be an advantage to him in areas next to these coils or permanent magnets to continue.

Obwohl es erwartet wird, dass die Erfindung ihren hauptsächlichen Wert beim Erzeugen eines Steuerungseffekts während des Betriebs oder zwischen aufeinanderfolgenden Betriebsvorgängen einer Schubdüse findet, kann sie auch einfach dazu verwendet werden, Ungenauigkeiten der Herstellung von Asymmetrien, die nach der Herstellung auftreten könnten und die ein unerwünschtes Versetzen des resultierenden Schubvektors von der axialen Richtung erzeugen würden, zu korrigieren. Auf diese Weise wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Ionenbeschleuniger bereitgestellt, der umfasst: ein Mittel zum Einbringen eines Treibmittels in einen Ionisationsbereich 4, ein Mittel zum Ionisieren des Treibmittels und ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes, um so Kräfte auf die Ionen auszuüben und sie in einer gewünschten Richtung zu beschleunigen, gekennzeichnet durch ein Mittel 43, 44, 45 zum Justieren und/oder Erzeugen einer asymmetrischen Verteilung von Treibmittel in dem Ionisationsbereich, um so jegliche Abweichung einer resultierenden Kraft F von einer Achse 3 des Beschleunigers zu verringern.Although the invention is expected to find its primary value in producing a control effect during operation or between successive operations of a thruster, it may also be readily used to eliminate inaccuracies in the production of asymmetries that might occur after manufacture and which are undesirable Offset the resulting thrust vector from the axial direction would correct. In this way, according to a second aspect of the invention there is provided an ion accelerator comprising: means for introducing a propellant into an ionization region 4 , a means for ionizing the propellant and a means for generating an elec in order to exert forces on the ions and accelerate them in a desired direction, characterized by a medium 43 . 44 . 45 for adjusting and / or generating an asymmetric distribution of propellant in the ionization region so as to detect any deviation of a resultant force F from an axis 3 reduce the accelerator.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:A embodiment The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings Drawings in which:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schubdüse zeigt (wobei eine Kathode nicht gezeigt ist); 1 a top view of a thruster according to the invention shows (with a cathode is not shown);

2 eine Schnittansicht der Schubdüse durch die Ebene A-A von 1 zeigt; und 2 a sectional view of the exhaust nozzle through the plane AA of 1 shows; and

3 eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems für die Schubdüse von 1 und 2 zeigt. 3 a schematic view of a control system for the exhaust nozzle of 1 and 2 shows.

Eine erfindungsgemäß aufgebaute Schubdüse 1 umfasst einen ringförmigen Beschleunigungskanal 2 mit einer zentralen Achse 3, der sich in einer axialen Richtung von einem geschlossenen, stromaufwärts gelegenen Ende 4 (das einen Ionisationsbereich definiert) zu einem offenen, stromabwärts gelegenen Ende 5 erstreckt. Der Kanal 2 ist aus einem geeigneten feuerfesten Material, wie zum Beispiel Bornitrid, hergestellt. Er weist eine innere Wand 6, eine äußere Wand 7 und einen Boden 8 auf, der den Kanal 2 abschließt, um das geschlossene Ende 4 zu bilden. Neben dem geschlossenen Ende 4 befindet sich eine Anode 9. Die Anode 9 ist aus einem geeigneten feuerfesten Metall, wie zum Beispiel Molybdän, hergestellt. Zusätzlich dazu, dass sie Quelle eines positiven Potenzials ist, wird sie auch als Mittel verwendet, um Treibmittel in den Kanal 2 einzubringen. Neben dem offenen Ende 5 außerhalb des Kanals 2 befindet sich eine Kathode 10. Die Kathode 10 weist typischerweise eine hohle Konfiguration auf, die einen geeigneten Thermoemitter enthält.An inventively constructed exhaust nozzle 1 includes an annular acceleration channel 2 with a central axis 3 extending in an axial direction from a closed, upstream end 4 (which defines an ionization region) to an open, downstream end 5 extends. The channel 2 is made of a suitable refractory material, such as boron nitride. He has an inner wall 6 , an outer wall 7 and a floor 8th on top of the channel 2 completes to the closed end 4 to build. Next to the closed end 4 there is an anode 9 , The anode 9 is made of a suitable refractory metal, such as molybdenum. In addition to being a source of positive potential, it is also used as a means to propellant into the channel 2 contribute. Next to the open end 5 outside the canal 2 there is a cathode 10 , The cathode 10 typically has a hollow configuration containing a suitable thermal emitter.

Ein magnetisch permeables Weichmetalljoch 11 legt ein Magnetfeld 12 in einer radialen Richtung quer durch den Kanal an, wobei dessen maximale Stärke nahe dem offenen Ende 5 liegt. Das magnetische Joch 11 umfasst ein inneres Rohr 13, das sich radial einwärts der inneren Wand 6 befindet, drei äußere Stäbe 14, 15 und 16, die sich radial auswärts der äuße ren Wand 7 befinden, und eine Grundplatte 17. Die Stäbe 14, 15, 16 können in einer alternativen Bauart durch gekrümmte aufrechte Wände ersetzt werden, die parallel zu gebogenen Abschnitten des Kanals 2 laufen.A magnetically permeable soft metal yoke 11 puts a magnetic field 12 in a radial direction across the channel, its maximum thickness near the open end 5 lies. The magnetic yoke 11 includes an inner tube 13 extending radially inward of the inner wall 6 located, three outer bars 14 . 15 and 16 extending radially outward of the outer wall 7 located, and a base plate 17 , The bars 14 . 15 . 16 can be replaced in an alternative design by curved upright walls, which are parallel to curved sections of the channel 2 to run.

Das innere Rohr 13 endet mit einem sich radial erstreckenden Flansch oder Polstück 18, das einen magnetischen Südpol bildet, und die Stäbe 14, 15, 16 enden mit Flanschen oder Polstücken 19, die magnetische Nordpole bilden. Eine Spule 20 ist auf das Rohr 13 gewickelt, so dass Strom von stromabwärts gesehen im Uhrzeigersinn hindurchfließt, und Spulen 21, 22, 23 sind um die Stäbe 14, 15, 16 gewickelt, so dass Strom von stromabwärts gesehen gegen den Uhrzeigersinn hindurchfließt.The inner tube 13 ends with a radially extending flange or pole piece 18 forming a south magnetic pole, and the bars 14 . 15 . 16 ends with flanges or pole pieces 19 forming north magnetic poles. A coil 20 is on the pipe 13 wound so that current flows through from the downstream in a clockwise direction, and coils 21 . 22 . 23 are around the bars 14 . 15 . 16 wrapped so that current flows counterclockwise seen from downstream.

Die äußeren Stäbe 14, 15, 16 und Spulen 21, 22, 23 sind identisch in dem Sinn, dass sie Magnetfelder mit derselben Größe und Richtung erzeugen, wenn die Spulen 21, 22, 23 mit dem gleichen Strom versorgt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind Lücken 24 zwischen benachbarten Polstücken 19 vorgesehen, um so zu ermöglichen, dass an jedes Polstück 19 eine unabhängige Magnetisierung angelegt wird. Auf diese Weise können verschiedene Magnetfelder an verschiedene 120 Grad-Sektoren des Kanals 2 angelegt werden.The outer bars 14 . 15 . 16 and coils 21 . 22 . 23 are identical in the sense that they produce magnetic fields of the same size and direction when the coils 21 . 22 . 23 be supplied with the same power. In the illustrated embodiment of the invention are gaps 24 between adjacent pole pieces 19 provided so as to allow for each pole piece 19 an independent magnetization is applied. In this way, different magnetic fields can be applied to different 120 degree sectors of the channel 2 be created.

Eine rohrförmige innere magnetische Abschirmung 25 (2) befindet sich zwischen der inneren Wand 6 des Kanals 2 und der inneren Spule 20, und eine rohrförmige äußere magnetische Abschirmung 26 befindet sich zwischen der äußeren Wand 7 des Kanals 2 und den äußeren Spulen 21, 22, 23. Die Abschirmungen 25 und 26 sind an der Grundplatte 17 befestigt. Sie dienen dazu, im Bereich der Anode 9 das Magnetfeld in dem Kanal zu verringern.A tubular inner magnetic shield 25 ( 2 ) is located between the inner wall 6 of the canal 2 and the inner coil 20 , and a tubular outer magnetic shield 26 is located between the outer wall 7 of the canal 2 and the outer coils 21 . 22 . 23 , The shields 25 and 26 are at the base plate 17 attached. They serve in the area of the anode 9 to reduce the magnetic field in the channel.

Das magnetische Joch 11, welches das Rohr 13, die Stäbe 14, 15, 16, die Grundplatte 17, die Polstücke 18, 19 und die Abschirmungen 25 und 26 umfasst, ist aus einem magnetisch weichen Material hergestellt. Bei der dargestellten Konstruktion ist es als aus einem einzelnen Materialstück hergestellt gezeigt, aber in der Praxis würde es aus mehreren zusammengefügten Teilen gebildet sein.The magnetic yoke 11 which is the pipe 13 , The bars 14 . 15 . 16 , the base plate 17 , the pole pieces 18 . 19 and the shields 25 and 26 is made of a magnetically soft material. In the illustrated construction, it is shown as being made from a single piece of material, but in practice it would be formed from several joined parts.

Die Anode 9 weist eine kreisrunde Konfiguration auf und liegt entlang der Unterseite des Kanals 2. Sie weist eine Doppelfunktion des Bereitstellens einer positiven Potenzialquelle und als ein Verteilerkanal oder Verteiler auf, um Treibmittel in den Kanal 2 einzuführen. Die Anode 9 hat die Form eines hohlen rechteckigen Rohrabschnitts, der durch Endwände 30 in drei nebeneinander liegende 120°-Kammern 27, 28 und 29 aufgeteilt ist, wobei jede Kammer in Bezug auf ein entsprechendes Polstück 19 umlaufend ausgerichtet ist. Obwohl die Anode 9 ein einzelnes einheitliches Stück sein kann, das die drei Kammern umfasst, ist es bevorzugt, dass die Kammern separate bogenförmige Stücke sind, die zusammengebaut sind, um die vollständige Anode 9 zu schaffen.The anode 9 has a circular configuration and lies along the bottom of the channel 2 , It has a dual function of providing a positive potential source and as a distribution channel or manifold to propellant into the channel 2 introduce. The anode 9 has the shape of a hollow rectangular tube section, through end walls 30 in three adjacent 120 ° chambers 27 . 28 and 29 divided, each chamber with respect to a corresponding pole piece 19 is aligned circumferentially. Although the anode 9 may be a single unitary piece comprising the three chambers, it is preferred that the chambers are separate arcuate pieces assembled to the complete anode 9 to accomplish.

Jede Kammer weist eine einzelne Einlassröhre 31 und einen einzelnen Auslass 27A, 28A und 29A in der Form eines Schlitzes auf, der sich entlang dessen gebogener Länge erstreckt. Treibmittel wird von den Röhren 31 in die Kammern und um Blenden 9B herum eingeführt, die sich in den Kammern befinden, um das Treibmittel gleichmäßig an alle Teile der Auslassschlitze 27A, 28A oder 29A zu verteilen. Ein elektrischer Anschluss 32 liefert ein positives Potenzial an die Anodenkammern 27, 28 und 29.Each chamber has a single inlet tube 31 and a single outlet 27A . 28A and 29A in the form of a slot extending along its curved length. Propellant is removed from the tubes 31 into the chambers and around blinds 9B introduced around the chambers, to distribute the propellant evenly to all parts of the outlet slots 27A . 28A or 29A to distribute. An electrical connection 32 provides a positive potential to the anode compartments 27 . 28 and 29 ,

Die Kathode 10 ist nahe dem stromabwärts gelegenen Ende des Kanals 2 angebracht und wird durch eine Röhre 33 mit Xenon-Gas und über einen elektrischen Anschluss 34 mit einer negativen Potenzialquelle versorgt.The cathode 10 is near the downstream end of the canal 2 attached and is through a tube 33 with xenon gas and an electrical connection 34 supplied with a negative potential source.

2 zeigt Magnetfeldlinien 12, die erzeugt werden, wenn ein Strom durch die innere Spule 20 und die äußeren Spulen 21, 22, 23 fließt. Wenn die äußeren Spulen 21, 22, 23 gleichen Strom befördern, ist das Magnetfeld symmetrisch um die zentrale Achse 3. Aus 2 kann man sehen, dass es in axialer Richtung einen Offset zwischen dem inneren Polstück 18 und den äußeren Polstücken 19 gibt. Dieser Offset führt dazu, dass das Magnetfeld in einer ringförmigen Zone 35 nahe dem stromabwärts gelegenen Ende des Kanals, wo im Betrieb die Ionen beschleunigt werden, um einen Winkel α zu einer zu der zentralen Achse 3 rechtwinkligen Ebene gekippt wird. 2 shows magnetic field lines 12 that are generated when a current passes through the inner coil 20 and the outer coils 21 . 22 . 23 flows. If the outer coils 21 . 22 . 23 carry the same current, the magnetic field is symmetrical about the central axis 3 , Out 2 You can see that there is an offset in the axial direction between the inner pole piece 18 and the outer pole pieces 19 gives. This offset causes the magnetic field in an annular zone 35 near the downstream end of the channel, where in operation the ions are accelerated by an angle α to one to the central axis 3 tilted at right-angled plane.

3 zeigt in schematischer Form ein Steuerungssystem. Ein von einem Lagesensor (nicht gezeigt) abgeleitetes digitales Signal auf einer Leitung 36 wird in einem Fehlerdetektor 37 mit einem ähnlichen Signal auf einer Leitung 38 verglichen, das eine gewünschte Lage der zentralen Achse 3 angibt. Die Ausgabe des Fehlerdetektors 37 definiert die erforderliche Winkeljustage in Größe und Richtung und wird Prozessoren 39, 40, 41 zugeführt, die jeweils steuern: die Zufuhr von Treibmittel zu den Anodenkammern 27, 28, 29; die Spannungen, die an die Anodenkammern angelegt werden; und die Ströme durch die Spulen 21, 22, 23. 3 shows in schematic form a control system. A digital signal derived from a position sensor (not shown) on a line 36 is in an error detector 37 with a similar signal on a wire 38 compared to a desired location of the central axis 3 indicates. The output of the fault detector 37 Defines the required angle adjustment in size and direction and becomes processors 39 . 40 . 41 each controlling: the supply of blowing agent to the anode chambers 27 . 28 . 29 ; the voltages applied to the anode chambers; and the currents through the coils 21 . 22 . 23 ,

Treibmittel wird durch eine Treibmittelzufuhr 42 einem Satz von digital betriebenen Ventilen 43, 44, 45 zugeführt, die unabhängig die Menge an Treibmittel, die in die Röhren 31 eintritt, steuern, wie es durch die Ausgabe des Prozessors 39 bestimmt ist. Dieser Prozessor berechnet den Öffnungsgrad jedes Ventils, der nötig ist, um eine Schubablenkung in der durch die Ausgabe des Fehlerdetektors 37 angegebenen Richtung zu erreichen. Die Treibmittelzufuhr 42 führt auf einer Leitung 33 auch der Kathode 10 Treibmittel zu.Propellant is supplied by a propellant 42 a set of digitally operated valves 43 . 44 . 45 which independently supplies the amount of propellant that enters the tubes 31 enters, controls how it is through the output of the processor 39 is determined. This processor calculates the degree of opening of each valve, which is necessary to provide a thrust deflection in the output by the fault detector 37 to reach the indicated direction. The propellant supply 42 leads on a lead 33 also the cathode 10 Blowing agent too.

Eine Spannungsversorgung 46 ist durch eine Leitung 34 an die Kathode 10 und über eine Leitung 34 an drei Spannungsregler 47, 48, 49 angeschlossen, an die sie in Bezug auf die Kathode 10 eine Hochspannung anlegt. Die Spannungsregler steuern unabhängig die Spannungen, die an die Leitungen 32 angelegt werden, wie durch die Ausgabe des Prozessors 40 bestimmt, der auf eine zu der des Prozessors 39 analoge Weise arbeitet.A power supply 46 is through a lead 34 to the cathode 10 and over a line 34 to three voltage regulators 47 . 48 . 49 connected to them in relation to the cathode 10 a high voltage applies. The voltage regulators independently control the voltages applied to the lines 32 be created as by the output of the processor 40 Definitely one on the processor 39 analog way works.

Leistung, die auf einer Leitung 50 zugeführt wird, wird an die Spulen 20 und an die Spulen 21, 22, 23 verteilt, wobei der den Spulen 21, 22, 23 zugeführte Strom durch den Prozessor 41 auf eine dem Betrieb der Prozessoren 39 und 40 analoge Weise gesteuert wird.Performance on a line 50 is fed to the coils 20 and to the coils 21 . 22 . 23 distributed, whereby the the coils 21 . 22 . 23 supplied power through the processor 41 on a the operation of the processors 39 and 40 controlled analog way.

Die Arbeitsweise der Schubdüse 1 ist wie folgt. Elektronen werden von der Kathode 10 emittiert und in zwei Ströme aufgeteilt. Ein Strom von Elektronen ist wirksam, um Ionen zu neutralisieren, wenn sie aus der Schubdüse ausgestoßen werden, um so zu vermeiden, dass eine resultierende negative Ladung an der Schubdüse verbleibt. Der andere Strom wird in den Kanal 2 in Richtung der Anode 9 gezogen. Die radiale Komponente des Magnetfelds in dem Kanal 2 bewirkt, dass diese Elektronen sich umlaufend bewegen, während sie in Richtung der Anode 9 treiben. In dem geschlossenen, stromaufwärts gelegenen Ende 4 des Kanals 2 gibt es wegen des magnetischen Abschirmungseffekts der Abschirmungen 25 und 26 nur ein minimales Magnetfeld, und die Elektronen, die während ihrer schraubenförmigen Bewegung entlang dem Kanal Energie aufgenommen haben, bewirken eine Ionisation des durch die Anode 9 zugeführten Treibmittels.The operation of the exhaust nozzle 1 is as follows. Electrons are from the cathode 10 emitted and split into two streams. A stream of electrons is effective to neutralize ions as they are expelled from the exhaust nozzle so as to avoid leaving a resulting negative charge on the exhaust nozzle. The other stream is in the channel 2 in the direction of the anode 9 drawn. The radial component of the magnetic field in the channel 2 causes these electrons to move circumferentially as they move toward the anode 9 float. In the closed, upstream end 4 of the canal 2 is due to the magnetic shielding effect of the shields 25 and 26 only a minimal magnetic field, and the electrons that have taken up energy during their helical movement along the channel, cause an ionization of the through the anode 9 supplied propellant.

Die resultierenden Ionen, die positiv geladen sind, werden in einer stromabwärts weisenden Richtung durch ein elektrisches Feld, das durch eine Potenzialdifferenz von ungefähr 300 Volt erzeugt wird, zwischen der Anode 9 und der Kathode 10 beschleunigt.The resulting ions, which are positively charged, become in a downstream direction through an electric field generated by a potential difference of about 300 volts between the anode 9 and the cathode 10 accelerated.

Die Magnetfeldlinien in der Beschleunigungszone 35 sind um einen Winkel α zu der zu der zentralen Achse 3 rechtwinkligen Ebene geneigt. Dies bewirkt, dass die Ionen den Kanal anfänglich in Richtungen verlassen, die einen konvergierenden Kegel 47 definieren, und so die Erosion der Ränder des Kanals 2 an seinem stromabwärts gelegenen Ende begrenzen. Der Winkel α beträgt bei der dargestellten Ausführungsform ungefähr 5 bis 10 Grad (in der Zeichnung übertrieben gezeigt), aber ein nützlicher Effekt kann für Werte von α zwischen so geringen Werten wie 2,5 bis 3 Grad erhalten werden. Eine Erosion des Randes der inneren Wand 6 wird durch die Tatsache verringert, dass er nicht so weit in die stromaufwärts weisende Richtung reicht wie der entsprechende, gegenüberliegende Rand der äußeren Wand 7.The magnetic field lines in the acceleration zone 35 are at an angle α to that to the central axis 3 inclined at right-angled plane. This causes the ions to initially leave the channel in directions that are a converging cone 47 define, and so the erosion of the edges of the channel 2 at its downstream end. The angle α in the illustrated embodiment is about 5 to 10 degrees (exaggerated in the drawing), but a useful effect can be obtained for values of α between values as low as 2.5 to 3 degrees. An erosion of the edge of the inner wall 6 is reduced by the fact that it does not reach as far in the upstream direction as the corresponding opposite edge of the outer wall 7 ,

Wenn das Steuersignal auf der Leitung 36 angibt, dass die zentrale Achse 3 mit dem gewünschten Schubzentrum fluchtet, arbeiten die Prozessoren 39, 40, 41 so, dass sie bewirken, dass die Röhren 31 im Wesentlichen gleiche Treibmittelströmungsraten führen, die Anodensektoren 9 im Wesentlichen gleiche Spannungen führen und die Spulen 21 im Wesentlichen gleiche Ströme führen. Dies wird dazu führen, dass die Ionenfahne eine Achse aufweist, die in Richtung und Position mit der zentralen Achse 3 zusammenfällt. Die Prozessoren können während eines anfänglichen Abgleichvorgangs auf einen Referenzzustand gesetzt werden, bei dem es leichte Abweichungen in diesen Flussraten, Spannungen und Strömen gibt, um Herstellungsungenauigkeiten zu kompensieren.When the control signal on the line 36 indicates that the central axis 3 aligned with the desired thrust center, the processors work 39 . 40 . 41 so that they cause the tubes 31 lead substantially equal propellant flow rates, the anode sectors 9 essentially the same voltages and the coils 21 lead substantially the same currents. This will cause the ionic lobe to have an axis in the direction and position with the central axis 3 coincides. The processors may be set to a reference state during an initial trim operation where there are slight variations in these flow rates, voltages, and currents to compensate for manufacturing inaccuracies.

Wenn die Ausgabe des Fehlerdetektors 37 angibt, dass ein Steuermanöver erforderlich ist, wird die Zufuhr von Treibmittel durch die Röhren 31 und somit in jede der Anodenkammern 27, 28 und 29 durch den Prozessor 39 variiert, um so eine im Wesentlichen ungleichmäßige Verteilung von Treibmittel umlaufend um den Kanal herum zu schaffen. Dies lenkt den Schubvektor lateral von der zentralen Achse 3 ab, um einen Schwenkeffekt in der gewünschten Richtung zu schaffen. Gleichzeitig bewirkt der Prozessor 40, dass verschiedene Potenziale durch die Regler 47, 48, 49 an die Anodenkammern 27, 28, 29 angelegt werden, mit einem ähnlichen Effekt; und der Prozessor 41 bewirkt, dass die durch die Spulen 21, 22, 23 erzeugten Magnetfelder variiert werden, um so den resultierenden Schubvektor relativ zu der zentralen Achse 3, aber ohne laterale Versetzung, zu kippen.If the output of the fault detector 37 indicates that a control maneuver is required, the supply of propellant through the tubes 31 and thus into each of the anode compartments 27 . 28 and 29 through the processor 39 varies so as to provide a substantially non-uniform distribution of propellant circumferentially around the channel. This directs the thrust vector laterally from the central axis 3 to create a sway effect in the desired direction. At the same time the processor causes 40 that different potentials through the regulator 47 . 48 . 49 to the anode chambers 27 . 28 . 29 be created, with a similar effect; and the processor 41 causes that through the coils 21 . 22 . 23 generated magnetic fields are varied so as to produce the resulting thrust vector relative to the central axis 3 but without lateral displacement, to tilt.

Unter Bezugnahme auf 2 wird verstanden werden, dass zum Beispiel eine Zunahme der Treibmittelströmung oder der an die Anodenkammer 27 angelegten Spannung in Bezug auf jede der Kammern 28 und 29 zu einer Versetzung einer resultierenden Reaktionskraft F aus einer Ausrichtung mit der zentralen Achse 3 in eine wie bei F₁ gezeigte Position führen wird, wodurch bewirkt wird, dass ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Punkt, wie zum Beispiel den Punkt P, auf der Achse der Schubdüse ausgeübt wird; und umgekehrt wie durch F₂ angegeben. Ebenso wird eine Zunahme des Stroms durch die Spule 21 relativ zu den Spulen 22 und 23 eine Winkelablenkung der Ionen nach rechts bewirken, wie in 2 zu sehen, wodurch die Reaktionskraft wie bei F₃ gezeigt nach links abgelenkt wird.With reference to 2 will be understood that, for example, an increase in propellant flow or to the anode compartment 27 applied voltage with respect to each of the chambers 28 and 29 to a displacement of a resultant reaction force F from alignment with the central axis 3 will result in a position as shown at F ₁ , causing a counterclockwise torque to be exerted about a point, such as point P, on the axis of the exhaust nozzle; and vice versa as indicated by F ₂ . Likewise, there will be an increase in the current through the coil 21 relative to the coils 22 and 23 cause an angular deflection of the ions to the right, as in 2 to see, whereby the reaction force is deflected to the left as shown in F ₃ .

Die Prozessoren 39, 40, 41 können so programmiert sein, dass sie ihre Ausgabesignale gemäß einem vorbestimmten Algorithmus berechnen, oder sie können alternativ eine Nachschlagetabelle oder dergleichen verwenden, die eine Aufzeichnung von empirisch gefundenen Steuersignalwerten enthält, um den erforderlichen Effekt in Ansprechen auf verschiedene Fehlersignale zu geben.The processors 39 . 40 . 41 may be programmed to compute their output signals according to a predetermined algorithm, or alternatively they may use a look-up table or the like containing a record of empirically found control signal values to give the required effect in response to various error signals.

Es ist einzusehen, dass die spezielle Ausführungsform der Erfindung, die in den Zeichnungen gezeigt ist, nur beispielhaft beschrieben worden ist und dass die Erfindung in keiner Weise auf spezielle Merkmale dieses Beispiels beschränkt ist. Anstatt dass die Erfindung auf sogenannte stationäre Plasmaschubdüsen angewendet wird, welche Kanalwände aufweisen, die dielektrisches Material umfassen, ist die Erfindung zum Beispiel auch auf die sogenannten Anodenschicht-Schubdüsen anwendbar, welche Metallkanalwände aufweisen. Obwohl das Vorhergehende eine Schubdüse mit drei unabhängig steuerbaren Zuführungen von Treibmittel in den Beschleunigungskanal beschreibt, kann es mehr oder weniger als drei geben. Die Schubdüse kann nur mit einer Lenkung durch Variieren der Verteilung von Treibmittel in dem Kanal versehen sein. Die magnetische Lenkung kann weggelassen sein. Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung können ein oder mehr Auslässe vorgesehen sein, die umlaufend um die zentrale Achse herum beweglich sind, das heißt relativ zu dem Boden des Beschleunigungskanals. Bei einer derartigen Ausführungsform würde nur ein Auslass benötigt werden, um für Schub in jede radiale Richtung zu sorgen, obwohl mehr als einer verwendet werden könnte.It It will be appreciated that the specific embodiment of the invention, the in the drawings, has been described by way of example only and that the invention in no way relies on special features limited in this example is. Instead of the invention being applied to so-called stationary plasma thrusters becomes which channel walls comprising dielectric material is the invention for example, also applicable to the so-called anode layer thrusters, which Metal channel walls exhibit. Although the previous one is a thrust nozzle with three independently controllable additions of blowing agent in the acceleration channel describes it can give more or less than three. The exhaust nozzle can only with a steering by varying the distribution of propellant in the channel be. The magnetic steering may be omitted. With one more another embodiment of the invention can be or more outlets be provided, which is circumferentially movable around the central axis are, that is relative to the bottom of the acceleration channel. In such a Embodiment would only an outlet needed be in order for Thrust in any radial direction, though more than one could be used.

Claims

An ion accelerator comprising a means for introducing a propellant into an ionization region ( 4 ); a means for ionizing the propellant; means for generating an electric field to apply forces to the ions and accelerate them in a desired direction; and an adjustment means ( 39 . 43 . 44 . 45 . 40 . 47 . 48 . 49 ) for varying a distribution of the forces, the distribution being lateral with respect to the acceleration direction, thereby offsetting a resultant reaction force (F) applied to the accelerator; characterized in that the adjustment means is a means ( 39 . 43 . 44 . 45 ) for controlling the distribution of the blowing agent in the ionization region ( 4 ).

Accelerator according to Claim 1, characterized in that the adjusting means comprise a means ( 43 . 44 . 45 ) for controlling the rate at which the propellant is injected into different parts of the ionization region ( 4 ) is introduced.

Accelerator according to claim 2, comprising two or more propellant inlets ( 27A . 28A . 29A ), the different parts of the ionisation area ( 4 ) assigned.

Accelerator according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting means comprise a means ( 47 . 48 . 49 ) to control the rela tive strengths of the electric field with respect to the direction of acceleration ( 3 ) includes laterally spaced positions.

Accelerator according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the adjusting means comprise means for controlling the relative composition of the propellant with respect to the direction of acceleration includes laterally spaced positions.

Accelerator according to one of the preceding claims, characterized by an acceleration channel ( 2 ), an anode ( 9 ) in the channel ( 2 ), a cathode ( 10 ) downstream of the anode ( 9 ) and a means ( 20 . 21 ) for applying a magnetic field in a region ( 35 ) near the open end.

Accelerator according to Claim 6, characterized in that the means ( 20 . 21 ) for applying the magnetic field, a means associated therewith ( 41 ) for variably controlling the field to determine asymmetry of the field about an axis ( 3 ) of the channel ( 2 ) to deflect the resulting reaction force (F).

Accelerator according to one of the preceding claims, comprising a means ( 37 ) for generating a control signal, which means is arranged to apply the signal to the adjustment means, so as to offset the reaction force (F) during the operation of the accelerator or between successive operations.