DE69934122T2

DE69934122T2 - Plasmaschubantrieb mit geschlossener Elektronenbahn und einstellbarem Schubvektor

Info

Publication number: DE69934122T2
Application number: DE69934122T
Authority: DE
Inventors: Dominique Valentian; Eric Klinger; Michel Lyszyk
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2019-12-30
Also published as: UA58559C2; FR2788084A1; JP4377016B2; US6279314B1; FR2788084B1; JP2000205115A; EP1101938A1; DE69934122D1; EP1101938B1; RU2227845C2

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Plasmatriebwerk mit geschlossener Elektronendrift mit einstellbarem Schubvektor, das wenigstens einen ringförmigen Hauptkanal zur Ionisierung und Beschleunigung, welcher mit einer Anode und mit Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas ausgestattet ist, einen Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal sowie eine Hohlkathode umfaßt, die Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas zugeordnet ist.
Stand der Technik
Die Einstellung oder Ausrichtung des Schubvektors von Ionentriebwerken oder von Triebwerken mit geschlossener Elektronendrift ermöglicht die Durchführung von Operationen zur Lagekontrolle, indem der Schubvektor aus dem Schwerpunkt des Satelliten entfernt wird oder aber die Störmomente dadurch beseitigt werden, daß der Schubvektor derart ausgerichtet wird, daß er den durch die Wärmeverformungen und die Erschöpfung der Ergole bewirkten Verschiebungen des Schwerpunkts des Satelliten folgt.
Diese Notwendigkeit war seit den siebziger Jahren erkannt worden. Da die Mechanismen zur Kontrolle des Schubvektors naturgemäß ziemlich komplex sind, wurden zahlreiche Versuche unternommen, um diese mechanische Schubkontrolle durch eine elektrostatische oder elektromagnetische Kontrolle zu ersetzen.
Im Falle von Ionentriebwerken mit Beschuß konnte die elektrostatische Auslenkung als am geeignetsten erscheinen. Die geläufigste Technik beruhte darauf, jedes Loch des Beschleunigungsgitters in vier Sektoren aufzuteilen, deren Potential unabhängig kontrolliert werden kann, wobei der Auslenkwinkel 3° erreichen kann. Jedoch kam es mit dieser Art der Technik zu keinerlei industriellen Ausführung.
Ionentriebwerke mit Beschuß verwenden somit im allgemeinen eine mechanische Vorrichtung zur Schubausrichtung.
Es können beispielsweise die Triebwerke XIPS 13 der Firma Hughes auf dem Satelliten HS 601 HP sowie die Triebwerke RIT 10 und UK 10 auf dem Versuchssatelliten ARTEMIS genannt werden.
Was die Triebwerke mit geschlossener Elektronendrift anbelangt, erschien die elektromagnetische Auslenkung als die geeignetste. Denn das elektrische Feld in einem Plasmatriebwerk wird durch das radiale Magnetfeld im Luftspalt bestimmt. Verändert man das radiale Magnetfeld azimutal, wird auch das elektrische Feld verändert. Die Verformung der Äquipotentiale bewirkt dann eine Winkelauslenkung des Schubvektors.
Diese Lösung wird beispielsweise in dem Dokument US-A-5 359 258 vorgestellt.
In einem solchen Fall wird der äußere Polschuh in vier Sektoren unterteilt, wobei jeder Sektor auf einem Magnetkern mit einer koaxialen Spule angebracht ist. Die differentielle Versorgung der Spulen ermöglicht, die azimutale Verteilung des Magnetfeldes zu verändern.
Diese Anordnung ist jedoch niemals an einem betriebsbereiten oder in Betrieb befindlichen Triebwerk eingesetzt worden.
Auch aus dem Dokument EP 0 800 196 A1 ist ein System zur Schubausrichtung bekannt, wonach vier Spulen, die auf vier kreisbogenförmigen Magnetkernen angebracht sind, ermöglichen, das radiale Magnetfeld azimutal zu verändern.
Wenn die verschiedenen Techniken zur elektromagnetischen Kontrolle des Schubvektors eines Triebwerks mit geschlossener Elektronendrift ermöglichen, Auslenkungswinkel von bis zu 3° zu erzielen, weisen sie eine Reihe von Nachteilen auf, die durch die Physik selbst dieser Triebwerke bedingt sind. Insbesondere die Tatsache, daß das elektrische Feld lokal vergrößert wird, verändert die Position des Verschleiß- oder Abnutzungsbereichs. Die Verschleißmarke wird somit – anstatt axialsymmetrisch zu sein – auf einer Seite ausgeprägter sein (die Bewegung des Schwerpunkts eines Satelliten ist ausschlaggebend). In dem Maße wie der Sollwert für die Ausrichtung des Strahls verändert werden muß, wird die Schnittstelle zwischen dem Plasma und der verschlissenen Wand des Kanals nicht symmetrisch sein. Hieraus wird sich ein ausgeprägterer Verschleiß auf der Seite, die zuvor einem gemäßigten Verschleiß ausgesetzt war, aber vor allem eine Verschiebung der Verschleißschwelle ergeben, wodurch der Betrieb erheblich gestört werden kann.
Es ist auch anzumerken, daß ein Lebensdauerversuch mit einer elektromagnetischen Kontrollvorrichtung schwer zu spezifizieren ist. Da die Lebensdauer von dem Gesetz zur Steuerung des Schubvektors abhängig sein kann, wird es gewissermaßen unmöglich, zu belegen, daß das bei dem Lebensdauerversuch verwendete Gesetz zur Steuerung des Schubvektors strenger als ein im tatsächlichen Betrieb vorgefundenes zufälliges Gesetz ist.
Ein weiterer Nachteil ist mit dem erheblichen Leistungsabfall verbunden, wenn der Ionenstrahl (der Schubvektor) ausgelenkt wird.
Denn bei einem axialsymmetrischen Triebwerk stellt sich nichts der Driftbewegung der Elektronen in dem ringförmigen Kanal unter der Wirkung der gekreuzten elektrischen und magnetischen Felder entgegen (daher der Name „Triebwerke mit geschlossener Elektronendrift").
Wenn man die Wände des Kanals gegenüber den Polschuhen versetzt, stellt man eine Verringerung der Leistung fest, die auf die Erhöhung der Zusammenstöße zwischen Elektronen und Wänden zurückzuführen ist.
Der gleiche Effekt stellt sich ein, wenn das Magnetfeld lokal vergrößert wird. Er wird durch einen asymmetrischen Verschleiß verschlimmert.
Ein einfaches Mittel zur Kontrolle des Schubvektors kann darin bestehen, mehrere Triebwerke zu verwenden, deren Schub individuell kontrolliert wird.
Es ist dann sehr einfach, die Richtung und die Größe des resultierenden Schubvektors festzulegen, und die Lebensdauer wird von dem Gesetz zur Schubausrichtung unabhängig. Ein solches Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß es sehr kostspielig ist, da wenigstens drei Triebwerke und drei Stromversorgungen erforderlich sind.
Gegenstand und kurze Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine Kontrolle des Schubvektors mit Hilfe eines Systems zu ermöglichen, das die Masse der an Bord befindlichen Gesamtanordnung sowie deren Kosten nicht übermäßig erhöht und infolgedessen keine vollständige Anordnung von Mehrfachtriebwerken umfaßt und das gleichzeitig ermöglicht, eine leichte und wirkungsvolle Steuerung der Ausrichtung des Schubvektors mit hinreichend großen Auslenkwinkeln sicherzustellen, ohne daß nicht kontrollierbare Asymmetrien erzeugt werden.
Erreicht werden diese Ziele dank eines Plasmatriebwerks mit geschlossener Elektronendrift mit einstellbarem Schubvektor, das wenigstens einen ringförmigen Hauptkanal zur Ionisierung und Beschleunigung, der mit einer Anode und mit Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas ausgestattet ist, einen Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal sowie eine Hohlkathode, die Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas zugeordnet ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung umfaßt, die nicht parallele Achsen besitzen, welche auf der Seite des stromabwärtigen Ausgangs der ringförmigen Hauptkanäle zusammenlaufen, daß der Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes folgendes umfaßt: einen ersten stromabwärtigen äußeren Polschuh, der allen ringförmigen Kanälen gemein ist, einen zweiten äußeren Polschuh, der allen ringförmigen Kanälen gemein ist und stromaufwärts des ersten stromabwärtigen äußeren Polschuhs angeordnet ist, eine Vielzahl von inneren Polschuhen, deren Anzahl gleich der Anzahl der ringförmigen Hauptkanäle ist und die auf ersten Kernen angebracht sind, welche um die Achsen der ringförmigen Hauptkanäle angeordnet sind, eine Vielzahl von ersten Spulen, die jeweils um die Vielzahl von ersten Kernen angeordnet sind, eine Vielzahl von zweiten Spulen, die auf zweiten Kernen angebracht sind, die in zwischen den ringförmigen Hauptkanälen gebildeten Freiräumen angeordnet sind, wobei die zweiten Kerne der zweiten Spulen untereinander in ihrem stromaufwärtigen Teil über ferromagnetische Stäbe verbunden sind und in ihrem stromabwärtigen Teil mit dem ersten stromabwärtigen äußeren Polschuh verbunden sind, und daß es Mittel zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas jedes ringförmigen Hauptkanals und Mittel zur Kontrolle des Stromes zur Entladung und Beschleunigung der Ionen in den ringförmigen Hauptkanälen umfaßt.
Die Achsen der ringförmigen Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung laufen auf der geometrischen Achse des Triebwerks zusammen und können mit der geometrischen Achse des Triebwerks Winkel zwischen 5° und 20° bilden.
Jeder ringförmige Hauptkanal zur Ionisierung und Beschleunigung umfaßt eine Anode, die einem Verteiler zugeordnet ist, welcher mittels einer Rohrleitung, die über einen Isolator mit einem Durchflußmengenregler verbunden ist, mit ionisierbarem Gas versorgt wird.
Die Hohlkathode wird über eine Rohrleitung gespeist, die über einen Isolator mit einem Druckabfallorgan verbunden ist.
Die Durchflußmengenregler und das Druckabfallorgan werden über eine gemeinsame Rohrleitung gespeist, die über ein Elektroventil kontrolliert wird.
Das Triebwerk umfaßt einen Stromversorgungskreis, um die Entladung zwischen der Hohlkathode und den Anoden herzustellen, und die Entladungsschwingungen der ringförmigen Hauptkanäle werden durch Filter entkoppelt, die zwischen der Kathode und den Anoden angeordnet sind.
Um die Entladeströme der Anoden zu kontrollieren, umfaßt das Triebwerk Regelkreise, die Stromsensoren und einen Stromregler umfassen, welcher auf die Durchflußmengenregler einwirkt und einen Gesamtentladestrom-Sollwert und wenigstens einen Schubvektorauslenkungs-Sollwert für eine Kontrolle entlang wenigstens einer Achse empfängt, wobei der Strom der Entladung und der Beschleunigung der Ionen über eine Magnetfeldverteilung kontrolliert wird, die durch den Magnetkreis bestimmt wird, in welchem die Vielzahl von ersten Spulen und die Vielzahl von zweiten Spulen in Reihe zwischen der Kathode und dem negativen Anschluß des Stromversorgungskreises angeordnet sind.
Die Durchflußmengenregler können von Thermokapillaren, die durch Kreise zur Regelung der Entladeströme kontrolliert werden, oder aber von Mikroelektroventilen zur Dosierung mit thermischem, piezoelektrischem oder magnetostriktivem Aktuator gebildet sein.
Die Stromsensoren können eine galvanische Isolierung aufweisen, um den Strom einer jeden der Anoden bei einem Potential von mehreren Hundert Volt zu messen.
Vorteilhafterweise liegt der Durchflußmengenbereich in jedem ringförmigen Hauptkanal zwischen 50 % und 120 % der Nenndurchflußmenge.
Die Anzahl der zweiten Spulen kann zwischen 4 und 10 betragen.
Bei verschiedenen möglichen Ausführungsformen kann das Triebwerk zwei ringförmige Hauptkanäle oder drei ringförmige Hauptkanäle, die im Dreieck um die Achse des Triebwerks verteilt sind, oder aber vier ringförmige Hauptkanäle umfassen, die im Quadrat um die Achse des Triebwerks verteilt sind.
Bei einer besonderen Ausführungsform ist die Anzahl der zweiten Spulen ein Vielfaches der Anzahl von ringförmigen Hauptkanälen, sind die Spulen jeder einem jeden Kanal zugeordneten Untergruppe von zweiten Spulen in Reihe geschaltet und sind die verschiedenen Untergruppen von zweiten Spulen parallel geschaltet, wobei die Impedanzen der in Reihe geschalteten Spulen gleich sind.
Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform ist die Anzahl der zweiten Spulen ein Vielfaches der Anzahl von ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung und werden die Spulen einer jeden den verschiedenen Kanälen zugeordneten Untergruppe von zweiten Spulen über einen Stromfeinregler versorgt.
Bei einer besonderen Ausführungsform umfaßt das Triebwerk einen digitalen Kreis zur Regelung der Ausrichtung des Schubvektors, wobei die Sollwerte für den Gesamtschub und die Auslenkung des Schubvektors in digitaler Form angegeben werden und wobei im Fall einer Unverträglichkeit zwischen den beiden Sollwerten der Sollwert für die Auslenkung des Schubvektors vor dem Gesamtschub-Sollwert Priorität hat.
Vorteilhafterweise umfaßt das Triebwerk einen gemeinsamen Sockel, der die Funktion eines Abstrahlblechs und einer Aufnahme für die elektrischen und fluidischen Verbindungen übernimmt.
Bei einer Ausführungsform empfangen die Mittel zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas zwei Schubvektorauslenkungs-Sollwerte für eine Kontrolle entlang zweier Achsen.
Bei einer besonderen Ausführungsform umfaßt das Triebwerk zwei ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung, die ermöglichen, eine Kontrolle entlang einer ersten Achse mit Hilfe der Mittel zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas durchzuführen, und umfaßt es ferner mechanische Mittel zum Anlenken des Sockels des Triebwerks um eine weitere Achse.
In diesem Fall ist der Sockel des Triebwerks um die zweite Achse mit einem maximalen Winkel von 50° angelenkt.
Gemäß einem besonderen Aspekt ist der Sockel des Triebwerks um die genannte zweite Achse an zwei Wälzlagern angelenkt, die über wenigstens eine an einer festen Plattform angebrachte flexible Membran vorgespannt und direkt an dem Sockel befestigt sind, wobei der Schwerpunkt der beweglichen Anordnung in der Nähe der Rotationsachse gelegen ist und der Rotationswinkel über einen Elektromotor und ein Untersetzungsgetriebe kontrolliert wird, die die Winkelverriegelung sicherstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von besonderen, als Beispiele gegebenen Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen hervorgehen, in diesen zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht, die ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit zwei ringförmigen Hauptkanälen zeigt,
2 eine Vorderansicht stromabwärts, die das Plasmatriebwerk der 1 zeigt,
3 eine Perspektivansicht mit Teilschnitt, einer besonderen Ausführungsform des Plasmatriebwerks der 1 und 2,
4 ein Schaltbild der elektrischen und fluidischen Verbindungen eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit drei ringförmigen Hauptkanälen,
5 eine schematische Seitenansicht, die ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit drei ringförmigen, im Dreieck verteilten Hauptkanälen, mit sieben äußeren Spulen zeigt,
6 eine Vorderansicht stromabwärts, welche das Plasmatriebwerk der 5 zeigt,
6A ein Schema, das die Neigung der Kanäle des Triebwerks der 5 und 6 zeigt,
7 eine schematische Seitenansicht, welche ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit drei ringförmigen, im Dreieck verteilten Hauptkanälen und mit zehn äußeren Spulen zeigt,
8 eine Vorderansicht stromabwärts, die das Plasmatriebwerk der 7 zeigt,
9 eine schematische Seitenansicht, welche ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit vier ringförmigen, im Quadrat verteilten Hauptkanälen und mit neun äußeren Spulen zeigt,
10 eine Vorderansicht stromabwärts, die das Plasmatriebwerk der 9 zeigt,
10A ein Schema, das die Neigung der Kanäle des Triebwerks der 9 und 10 zeigt,
11 eine schematische Seitenansicht, welche ein noch weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit zwei ringförmigen Hauptkanälen und sechs äußeren Spulen zeigt, das ferner mit einer mechanischen Richtachse ausgestattet ist,
12 eine Vorderansicht stromabwärts, welche das Plasmatriebwerk der 11 zeigt,
13 eine Seitenansicht entlang des Pfeils F der 12, die Ausführungsdetails der mechanischen Richtachse zeigt,
14 eine perspektivische Ansicht mit Axialschnitt, einer Anode, die in jeden der ringförmigen Hauptkanäle des erfindungsgemäßen Triebwerks eingebaut werden kann,
15 eine Ansicht im axialen Halbschnitt, die eine mögliche Ausführungsform eines ringförmigen Hauptkanals eines erfindungsgemäßen Triebwerks zeigt, und
16 eine Seitenansicht, die ein Plasmatriebwerk des Standes der Technik mit einem einzigen ringförmigen Hauptkanal und mechanischen Ausrichtmitteln zeigt.
Detaillierte Beschreibung besonderer Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Beispiele von Plasmatriebwerken mit geschlossener Elektronendrift, die mit mehreren ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung ausgestattet sind, tragen die gleichen Elemente der verschiedenen ringförmigen Hauptkanäle oder die den verschiednen Kanälen zugeordnet sind, die gleichen Bezugszeichen, jedoch gefolgt von dem Buchstaben A, B, C oder D, je nachdem, ob es sich um einen ersten, einen zweiten, einen dritten oder einen vierten ringförmigen Kanal eines gleichen Triebwerks handelt.
Die 1 bis 3 zeigen ein Plasmatriebwerk mit zwei ringförmigen Hauptkanälen 124A, 124B, die Seite an Seite angeordnet sind und eine im wesentlichen rechteckige Anordnung definieren. Die Achsen 241A, 241B der beiden Kanäle 124A, 124B sind um einen Winkel 242 gegenüber der geometrischen Achse 752 des Triebwerks geneigt. Eine einzige Hohlkathode 140 ist den beiden Hauptkanälen 124A, 124B zugeordnet.
Ein herkömmliches Plasmatriebwerk mit einem einzigen ringförmigen Hauptkanal, wie das, welches in 16 dargestellt ist, umfaßt grundsätzlich vier äußere Spulen 31, die einem äußeren Polschuh 34 zugeordnet sind.
Im Falle eines erfindungsgemäßen Plasmatriebwerks mit zwei Hauptkanälen 124A, 124B ist es möglich, die zwei benachbarten äußeren Spulen 131, die in der Nähe des Mittelteils zwischen den zwei Kanälen 124A, 124B gelegen sind, zusammenzulegen. Auf diese Weise ist es möglich, lediglich sechs äußere Spulen 131 zu verwenden, die mit einem gemeinsamen äußeren Polschuh 134, der eine weit geöffnete V-Form aufweist, verbunden sind (1 und 2).
Innere Polschuhe 135A, 135B sind auf ersten Kernen 138A, 138B angebracht, die um die Achsen 241A, 241B der ringförmigen Hauptkanäle 124A, 124B angeordnet sind, und sind folglich in gleicher Anzahl wie die ringförmigen Kanäle 124A, 124B vorhanden. Innere Spulen oder erste Spulen 133A, 133B, die um die ersten Kerne 138A, 138B angeordnet sind, sind ebenfalls in gleicher Anzahl wie die ringförmigen Kanäle 124A, 124B vorhanden (3).
Die äußeren Spulen 131, oder zweiten Spulen, sind auf zweiten Kernen 137 angebracht, die in zwischen den ringförmigen Hauptkanälen 124A, 124B ausgebildeten Freiräumen angeordnet sind. Die Kerne 137 der Spulen 131 sind in ihrem stromabwärtigen Teil mit dem stromabwärtigen äußeren Polschuh 134 verbunden. Ein anderer stromaufwärtiger äußerer Polschuh 311 mit Abschnitten 311A, 311B, die um die ringförmigen Kanäle 124A, 124B angeordnet sind, ist stromaufwärts des ersten stromabwärtigen äußeren Polschuhs 134 angeordnet (3 und 15).
Die Kanäle 124A, 124B und die Elemente des Magnetkreises sind fest mit einem Sockel 175, vorzugsweise aus einer Leichtmetall-Legierung, verbunden, der die Funktion eines Abstrahlblechs übernimmt. Die elektrischen und fluidischen Verbindungen sind in Vertiefungen oder Aufnahmen untergebracht, die in diesem Sockel ausgebildet sind.
Der Magnetkreis kann beispielsweise auf ähnliche Art und Weise wie im Falle des Patents US 5 359 258 ausgebildet sein oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein, wie in der am 25. August 1998 angemeldeten französischen Patentanmeldung 98 10674 beschrieben und in den 3 und 15 dargestellt.
Betrachtet man insbesondere die 3, 14 und 15, so ist ersichtlich, daß jeder ringförmige Kanal wie beispielsweise 124A durch isolierende Wände 122A begrenzt ist, an seinem stromabwärtigen Ende offen ist und an seinem stromaufwärtigen Teil einen kegelstumpfförmigen Querschnitt und an seinem stromabwärtigen Teil einen zylindrischen Querschnitt aufweist. Eine ringförmige Anode 125A weist einen kegelstumpfförmig profilierten, stromabwärts geöffneten Querschnitt auf. Die Anode 125A kann Schlitze 117A aufweisen, die im massiven Teil 116A der Anode 125A ausgebildet sind, um die Kontaktfläche mit dem Plasma zu vergrößern. Löcher 120A zum Einspritzen eines ionisierbaren Gases, das aus einem Verteiler 127A für ionisierbares Gas stammt, sind in der Wand der Anode 125A ausgebildet. Der Verteiler 127A wird über eine Rohrleitung 126A mit ionisierbarem Gas versorgt. Die Anode 125A kann gegenüber den Teilen 122A aus keramischem Werkstoff, welche den Kanal 124A begrenzen, beispielsweise über einen massiven kleinen Pfosten 114A mit kreisförmigem Querschnitt und über wenigstens zwei schlanke kleine Pfosten 115A aus flexiblen Zungen abgestützt sein. Zwischen der Rohrleitung 126A und der Anode 125A, die über ein elektrische Verbindung 145A mit dem Pluspol der Stromversorgung der Anode-Kathode-Entladung verbunden ist, ist ein Isolator 300A eingefügt.
Der innere Polschuh 135A ist durch einen mittleren, axialen Magnetkern 138A verlängert, der seinerseits an dem stromaufwärtigen Teil des Triebwerks durch eine Vielzahl von radialen Armen 352A, die mit einem zweiten inneren, stromaufwärtigen, kegelförmigen Polschuh 351A verbunden sind, verlängert ist. Eine zweite innere Magnetspule 132A kann im stromaufwärtigen Teil des zweiten inneren Polschuhs 351A außerhalb dessen angeordnet sein. Das Magnetfeld der inneren Spule 132A wird durch radiale Arme 136, die in der Verlängerung der radialen Arme 352A gelegen sind, sowie durch den äußeren Polschuh 311A und den inneren Polschuh 351A kanalisiert. Ein geringer Luftspalt 361 kann zwischen den radialen Armen 352A und den radialen Armen 136 ausgebildet sein.
Folien aus Mehrfachisoliermaterial, die eine Abschirmung 130A bilden, sind stromaufwärts des ringförmigen Kanals 124A angeordnet, und es sind auch eine Abschirmung bildende Folien aus Mehrfachisoliermaterial 301A zwischen dem Kanal 124A und der inneren Spule 133A eingefügt. Die Abschirmungen 130A, 301A beseitigen den wesentlichen Anteil des durch den Kanal 124A zu den Spulen 133A, 132A und dem Sockel 175 abgestrahlten Flusses.
Im Rahmen des Plasmatriebwerks mit mehreren Kanälen 124A, 124B gemäß der Erfindung ist es möglich, eine einzige Kathode 140 zu verwenden, um die zwei Kanäle 124A, 124B zu versorgen. Denn die Kathode 140 erzeugt eine Plasmawolke, die ihre Positionierung gegenüber einem der Strahlen relativ unempfindlich macht, und da zudem die Achsen 241A, 241B der Kanäle 124A, 124B konvergent sind, führt dies zu einer Zunahme der Plasmastrahlen, welche die Impedanz zwischen den Strahlen beträchtlich verringert. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, eine redundante Kathode hinzuzufügen, wenn sich dies als notwendig erweist, vor allem wenn die Anzahl der Kanäle größer oder gleich vier ist.
Das Triebwerk mit zwei Kanälen 124A, 124B der 1 bis 3 ermöglicht eine Kontrolle des Schubvektors entlang einer Achse.
Triebwerksausführungen mit drei Kanälen 124A bis 124C, wie sie in den 5 bis 8 dargestellt sind, ermöglichen eine Kontrolle des Schubvektors entlang zweier Achsen.
Bei der Ausführungsform der 5 und 6 laufen die Achsen 241A, 241B, 241C der drei im Dreieck angeordneten ringförmigen Hauptkanäle 124A, 124B, 124C in Richtung der Achse 752 des Triebwerks zusammen. Jeder Kanal 124A bis 124C ist von vier äußeren Spulen 131 in einer „diamantförmigen" Anordnung umgeben. Einige Spulen 131 wirken mit zwei benachbarten Kanälen zusammen, so daß sich die Gesamtzahl der äußeren Spulen 131 anstatt auf 12 auf 7 beläuft.
Die Zahl der Amperewindungen der äußeren Spulen 131 ist in Abhängigkeit des Umfangs von zu speisenden Polschuhen angepaßt. Diese Amperewindungszahl ist für die vier am zentralsten gelegenen Spulen identisch, während die drei äußeren, in der Nähe der Spitzen des durch die Kanäle 124A bis 124C definierten Dreiecks gelegenen Spulen 131 die zwei Drittel der Windungszahl der zentralen äußeren Spulen 131 aufweisen.
Die anderen Hauptelemente des Triebwerks mit drei Kanälen 124A, 124B, 124C gleichen denjenigen des Triebwerks mit zwei Kanälen 124A, 124B, insbesondere hinsichtlich des gemeinsamen Sockels aus einer Leichtmetall-Legierung 175, der gemeinsamen Kathode 140, der Magnetkerne 138A bis 138C der inneren Spulen 133A bis 133C und der Magnetkerne 137 der äußeren Spulen 131, die durch ein Netz ferromagnetischer Stäbe 136 untereinander verbunden sind.
Die 7 und 8 zeigen ein Triebwerk mit drei ringförmigen Hauptkanälen 124A, 124B, 124C, das sich von der Ausführungsform der 5 und 6 nur durch die Anzahl und die Anordnung der äußeren Spulen 131 unterscheidet.
Im Falle der Ausführungsform der 7 und 8 gibt es zehn äußere Spulen 131. Diese sind derart verteilt, daß jeder ringförmige Hauptkanal 124A, 124B, 124C von fünf Spulen, die ein unregelmäßiges Fünfeck bilden, umgeben ist. Dieses Merkmal der Unregelmäßigkeit ist durch den Konvergenzwinkel der Kanäle bedingt, der in der Größenordnung von 10° liegt. Ein regelmäßiges Fünfeck könnte erhalten werden, wenn der Konvergenzwinkel der Kanäle größer wäre, in der Größenordnung von 37° läge. Einige der äußeren Spulen 131 spielen eine Rolle gleichzeitig für zwei oder drei Kanäle 124A bis 124C, so daß sich die Gesamtzahl der äußeren Spulen 131 anstatt auf 15 auf 10 beläuft. Der gemeinsame Polschuh 134 mittelt das Feld.
Die Anordnung der 7 und 8 ist für große Triebwerke interessant, bei denen es vorzuziehen ist, die äußeren Spulen 131 zu splitten, um den äußeren Polschuh 134 leichter zu machen. Der äußere Polschuh 134 und der Sockel 175 weisen die Form eines unregelmäßigen Sechsecks mit sechs äußeren Spulen 131 auf, die in der Nähe der Spitzen des Sechsecks angeordnet sind, und mit vier äußeren Spulen 131, die sternförmig zwischen den drei Kanälen 124A bis 124C verteilt sind.
Die 9 und 10 zeigen ein Triebwerk mit vier ringförmigen Hauptkanälen 124A, 124B, 124C, 124D, die im wesentlichen im Quadrat angeordnet und neun äußeren Spulen 131 zugeordnet sind. Jeder Kanal 124A bis 124D ist von vier äußeren Spulen 131 umgeben. Äußere Spulen 131 spielen eine Rolle gegenüber mehreren Kanälen. Lediglich die Spulen 131, die in der Nähe der Ecken des Polschuhs 134 und des im wesentlichen quadratischen Sockels 175 liegen, spielen eine Rolle gegenüber nur einem einzigen Kanal 124A bis 124D. Auf diese Weise kann die Anzahl der äußeren Spulen 131 von 16 auf 9 verringert werden.
Um eine bestimmte Auslenkung zu erzielen, muß der Winkel 242 der Achsen 241A bis 241D gegenüber der Achse 752 vergrößert werden, wobei dieser Winkel 242 doppelt so groß wird wie derjenige, welcher im Falle eines Triebwerks mit zwei Kanälen vorgesehen ist.
Nimmt man Bezug auf die 11 bis 13, so sieht man ein erfindungsgemäßes Triebwerk mit zwei Kanälen 124A, 124B, das dem Triebwerk der 1 bis 3 im wesentlichen gleicht. Im Falle der 11 bis 13 ist das Triebwerk jedoch zusätzlich mit Mitteln zur mechanischen einachsigen Ausrichtung ausgestattet.
Die zwei ringförmigen Hauptkanäle 124A, 124B und ihre sechs zugeordneten äußeren Spulen 131 gewährleisten ein flexibles und leichtes Steuern der Ausrichtung des Schubvektors entlang einer ersten Achse mit einem Winkel, der zwischen 5° und 20° liegen kann. Die Mittel zur mechanischen einachsigen Ausrichtung ermöglichen, die Ausrichtung des Schubvektors entlang einer zweiten Achse mit einem großen Winkel 783, beispielsweise in der Größenordnung von 50° zu steuern.
Man wird feststellen, daß ein mechanisches einachsiges Ausrichtungssystem wesentlich einfacher, leichter und robuster als ein mechanisches zweiachsiges Ausrichtungssystem ist. Insbesondere im Falle eines einachsigen Systems kann der Schwerpunkt 751 des Triebwerks auf der Rotationsachse 782 der Ausrichtungsvorrichtung liegen, was nun den Einsatz einer Blockiervorrichtung überflüssig macht. Die Winkelverriegelung kann nämlich direkt mit Hilfe eines Mechanismus zur irreversiblen Rotationssteuerung, der beispielsweise einen Elektromotor 177 und ein Untersetzungsgetriebe 179 umfaßt, erzielt werden. Die Rotationsachse 782 des Trägers 175 des Triebwerks mit mechanischer Ausrichtung kann durch zwei Wälzlager mit schrägem Kontakt 178 realisiert sein, die geeignet sind, den dynamischen Beanspruchungen während des Startens des Triebwerks standzuhalten. Wenigstens eines der Wälzlager mit schrägem Kontakt 178 kann an einer elastischen Membran 781 angebracht sein, die ermöglicht, eine konstante und von den die Verkeilungen verhindernden Wärmegradienten unabhängige Vorspannung sicherzustellen, wie beispielsweise in dem europäischen Patent 0 325 073 beschrieben. Die elastische Membran 781 ist ihrerseits an einem festen Sockel 176 angebracht. Die elektrischen Verbindungen werden durch flexible Kabel und die Versorgung mit ionisierbarem Gas über elastische Rohrleitungen sichergestellt.
Das Triebwerk mit zwei Kanälen 124A, 124B mit mechanischer einachsiger Ausrichtung ist besonders nützlich, wenn es darum geht, den Schubvektor entsprechend einem großen Winkel auf einer Achse und entsprechend einem kleineren Winkel auf der anderen Achse auszurichten.
Dies ist insbesondere bei Telekommunikationssatelliten der Fall, die den Plasmaantrieb für das Ende eines Transfers zwischen einer geostationären Transferumlaufbahn (GTO) und einer geostationären Endumlaufbahn (GEO), anschließend für eine Nord-Süd-Kontrolle sowie für Missionen einsetzen, die ein Schubvektorgesetz in der Orbitalebene, dann außerhalb der Orbitalebene verlangen (Neigungskorrektur für den GTO-GEO-Transfer oder für einige Planetenmissionen).
Im allgemeinen wird die Kontrolle des Schubvektors erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß mehrere ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung 124A bis 124D, die in einem gemeinsamen Magnetkreis 134 eingeschlossen und mit einer einzigen Hohlkathode 140 und einer einzigen Stromversorgung 190 verbunden sind (4), getrennt mit Antriebsfluid versorgt werden.
Bei einem festgelegten radialen Magnetfeld (das durch den in die gemeinsame Hohlkathode 140 fließenden Strom bestimmt wird) gibt es eine gewisse Mengendurchfluß-, also Entladestrom-Spanne, bei einem Motor mit geschlossener Elektronendrift, der im nicht fokussierten Modus (auch als „Stift-Modus" oder, im Englischen, als „spike mode" bezeichnet) arbeitet. Da der Schub im wesentlichen proportional zum Entladestrom sowie zum Mengendurchfluß in einem kleinen Bereich um den Nennbetriebspunkt herum ist, wird es einfach, den individuellen Schub eines jeden Kanals 124A bis 124D durch Verändern des Mengendurchflusses zu kontrollieren. Dies wird einfach mit Hilfe von individuellen Durchflußmengenreglern 185A bis 185D erzielt, die beispielsweise eine Thermokapillare umfassen, welche durch einen Entladestrom-Regelkreis kontrolliert wird. Es kann auch ein Mikroelektroventil zur Dosierung (mit thermischem oder piezoelektrischem oder magnetostriktivem Aktuator) eingesetzt werden.
Bei den herkömmlichen stationären Plasmatriebwerken befindet sich ein Stromsensor an der Stromrückleitung (mit einem Potential nahe der Masse, da gleich dem Kathoden-Potential vermindert um den Spannungsabfall in den Spulen).
Im vorliegenden Fall muß zudem der Strom jeder Anode gemessen werden. Da das Anodenpotential bei 300 V liegt, ist es vorzuziehen, diese Messung durch einen Stromsensor mit galvanischer Isolierung 193A bis 193D durchzuführen. Beispielsweise kann der Stromunterschied zwischen zwei Drähten gemessen werden, indem ein Halleffekt-Sensor auf der Achse von zwei entgegengesetzt gewickelten Zylinderspulen angeordnet wird, wobei jede Zylinderspule von dem Strom einer Anode durchflossen wird.
4 zeigt das elektrische Schaltbild eines Triebwerks mit drei Kanälen 124A bis 124C (also mit drei Anoden 125A bis 125C). Jede Anode 125A bis 125C ist über ein von einem LC-Glied (911A bis 911C) gebildetes Filter mit der gemeinsamen Versorgung verbunden. Dies ermöglicht, die Schwingungsfrequenzen zwischen jedem Kanal, die aufgrund der verschiedenen Mengendurchflüsse leicht unterschiedlich sein können, zu entkoppeln.
Gegenüber einer Stromversorgung, die ein einziges Triebwerk speist, besteht die einzige Schwierigkeit in dem Hinzufügen von Steuerungen zusätzlicher Mengendurchflußregler und differentieller Stromsensoren mit galvanischer Isolierung (92, 921, 922).
Das Schema der 4 ist natürlich auf eine Ausführungsform mit vier Kanälen 124A bis 124D, wie diejenige der 9 und 10 anwendbar. In diesem Fall wird lediglich ein zusätzlicher Zweig hinzugefügt, dessen Elemente mit dem Buchstaben D versehen sind.
In jedem Zweig, der einem Kanal 124A bis 124D entspricht, umfaßt eine Kammer eine Anode 125A bis 125D sowie einen Verteiler 127A bis 127D, der mittels einer Rohrleitung 118A bis 118D, eines Isolators (300A bis 300D) und eines Durchflußmengenreglers (185A bis 185D), der über einen Abschnitt einer durch ein Elektroventil 187 kontrollierten gemeinsamen Versorgungsrohrleitung 126 angeschlossen ist, mit ionisierbarem Gas versorgt wird. Die gemeinsame Rohrleitung 126 speist auch die Hohlkathode 140 mittels eines Druckabfallorgans 186 und eines Isolators 300. Die Entladung erfolgt zwischen der Hohlkathode 140 und den Anoden 125A bis 125D mit Hilfe eines Stromversorgungskreises 191. Die Entladungsschwingungen der verschiedenen Kanäle werden durch Filter 911A bis 911D, die zwischen den verschiedenen Anoden 125A bis 125D und der Kathode 140 angeordnet sind, entkoppelt. Der Entladestrom einer jeden Anode wird über einen Regelkreis kontrolliert, der einen Stromsensor 193A bis 193D, vorzugsweise mit galvanischer Isolierung, aufweist, wobei ein Regler 192 einen Sollwert 922 der Schubvektorauslenkung für eine Einachsen-Kontrolle oder zwei Sollwerte 922 der Schubvektorauslenkung für eine Zweiachsen-Kontrolle sowie einen Gesamtentladestrom-Sollwert 921 empfängt. Der Entladestrom und die Beschleunigung der Ionen werden durch die Magnetfeldverteilung kontrolliert, die durch den stromabwärtigen äußeren Polschuh 134, welcher allen Kanälen gemein ist, durch den stromaufwärtigen äußeren Polschuh 311, welcher allen Kanälen gemein ist, durch die auf den Kernen 137 angebrachten äußeren Spulen 131 sowie durch die inneren Polschuhe 135A bis 135D, die auf den mit Spulen 133A bis 133D ausgestatteten Kernen 138A bis 138D angebracht sind, bestimmt wird. Die Enden aller Polschuhe haben Profile von Kernen, die zu den Achsen 241A bis 241D der Kanäle 124A bis 124D koaxial sind. Die inneren Spulen 133A bis 133D und äußeren Spulen 131 sind zwischen der Kathode und dem negativen Anschluß des Stromversorgungskreises 191 in Reihe geschaltet, während die verschiedene Kerne über die ferromagnetischen Stäbe 136 mit dem stromaufwärtigen Ende verbunden sind. Die Regelungskreise ermöglichen, in jedem Kanal 124A bis 124D einen Durchflußmengenbereich zu definieren, der typischerweise zwischen 50 % und 120 % der Nenndurchflußmenge liegt.
Es sind verschiedene Ausführungsvarianten der Regelungskreise möglich.
So ist nach einer besonderen Variante die Anzahl der äußeren Spulen 131 ein Vielfaches der Anzahl der ringförmigen Hauptkanäle 124A bis 124D, sind die Spulen jeder Untergruppe von Spulen 131, die jedem Kanal 124A bis 124D zugeordnet ist, in Reihe geschaltet und sind die verschiedenen Untergruppen von Spulen 131 parallel geschaltet, wobei die Impedanzen der in Reihe geschalteten Spulen gleich sind.
Bei einer weiteren Variante ist die Anzahl der äußeren Spulen 131 ein Vielfaches der Anzahl der ringförmigen Kanäle 124A bis 124D und werden die Spulen einer jeder der Untergruppen von Spulen 131, die den verschiedenen Kanälen zugeordnet sind, über einen Stromfeinregler gespeist.
Bei einer weiteren Variante ist ein digitaler Kreis zur Regelung der Ausrichtung des Schubvektors vorgesehen, wobei die Gesamtschub-Sollwerte und die Sollwerte der Auslenkung des Schubvektors in digitaler Form angegeben werden, und hat im Falle einer Unverträglichkeit zwischen den zwei Sollwerten der Sollwert der Auslenkung des Schubvektors vor dem Gesamtschub-Sollwert Priorität.
Man wird feststellen, daß das erfindungsgemäße Mehrkanal-Triebwerk in der Lage ist, die gleiche Schubkontroll-Kapazität wie ein einzelnes Triebwerk zu liefern, das auf einer Tragplatte angebracht ist, die einen Ausschlag von 3° zuläßt.
Im Falle eines einzelnen Triebwerks, das beispielsweise auf einen Konstellationssatelliten angewandt wird, liegt der Abstand zwischen dem Triebwerk und dem Schwerpunkt des Satelliten in der Größenordnung von 1 m. Das durch einen Schub F mit einem Auslenkungswinkel von θ Grad induzierte Drehmoment ist gleich C = F.sinθ.
also bei θ = 3° C = 0,0523 F
Im Falle eines erfindungsgemäßen Triebwerks mit zwei um 140 mm beabstandeten Kanälen, mit einem Einheitsstrahldurchmesser von 100 mm und einem Nenneinheitsschub F1 = F/2, wird – wenn die Achsen der einzelnen Kanäle einen Divergenzwinkel mit einem Halbwinkel α von 10° aufweisen – die durch die individuelle Schubänderung jedes Kanals zugelassene Drehmomentänderung wie folgt aussehen: C = (0,07 + sin10°) (ΔF1 – ΔF2) C = 0,21136 (ΔF1 – ΔF2)
Wenn die Absolutwerte der Änderungen gleich sind, erhält man durch Ausführung eines Steuerungsgesetzes: ΔF1 = 0,215 F 1
Die Schubänderung, die somit in der Größenordnung von 20 % liegt, ist einfach steuerbar.
Was die an Bord eines Satelliten, wie eines Telekommunikationssatelliten von 150 kg, befindliche zusätzliche Masse von ionisierbarem Gas anbelangt, so kann angemerkt werden, daß im Falle von Ausführungen des Standes der Technik mit zwei Ausrichtungsplatten die zusätzliche an Bord befindliche Masse mehr als 12 kg beträgt. Im Falle eines erfindungsgemäßen Triebwerks mit einer einzigen Tragplatte aber mehreren Kanälen, ist es erforderlich, eine zusätzliche Masse von ionisierbarem Gas, wie Xenon, in der Größenordnung von 2 kg an Bord zu nehmen, die deutlich unter der zusätzlichen Masse liegt, die sich durch die Vorrichtungen des Standes der Technik mit zwei Ausrichtungsplatten ergibt.

Claims

Plasmatriebwerk mit geschlossener Elektronendrift mit einstellbarem Schubvektor, umfassend wenigstens einen ringförmigen Hauptkanal zur Ionisierung und Beschleunigung, der mit einer Anode und mit Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas ausgestattet ist, einen Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes in dem ringförmigen Hauptkanal und eine Hohlkathode (140), die Mitteln zur Versorgung mit ionisierbarem Gas zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) umfaßt, die nicht parallele Achsen (241A-241D) aufweisen, welche auf der Seite des stromabwärtigen Ausgangs der ringförmigen Hauptkanäle (124A-124D) zusammenlaufen, daß der Magnetkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes folgendes umfaßt: einen ersten stromabwärtigen äußeren Polschuh (134), der allen ringförmigen Kanälen (124A-124D) gemein ist, einen zweiten äußeren Polschuh (311), der allen ringförmigen Kanälen (124A-124D) gemein ist und stromaufwärts des ersten stromabwärtigen äußeren Polschuhs (134) angeordnet ist, eine Vielzahl von inneren Polschuhen (135A-135D), deren Anzahl gleich der Anzahl der ringförmigen Hauptkanäle (124A-124D) ist und die auf ersten Kernen (138A-138D) angebracht sind, welche um die Achsen (241A-241D) der ringförmigen Hauptkanäle (214A-124D) angeordnet sind, eine Vielzahl von ersten Spulen (133A-133D), die jeweils um die Vielzahl von ersten Kerne (138A-138D) angeordnet sind, eine Vielzahl von zweiten Spulen (131), die auf zweiten Kernen (137) angebracht sind, welche in zwischen den ringförmigen Hauptkanälen (124A-124D) gebildeten Freiräumen angeordnet sind, wobei die zweiten Kerne (137) der zweiten Spulen (131) untereinander in ihrem stromaufwärtigen Teil über ferromagnetische Stäbe (136) verbunden sind und in ihrem stromabwärtigen Teil mit dem ersten stromabwärtigen äußeren Polschuh (134) verbunden sind, und daß es Mittel (192) zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas jedes ringförmigen Hauptkanals (124A-124D) sowie Mittel (191) zur Kontrolle des Stromes zur Entladung und Beschleunigung der Ionen in den ringförmigen Hauptkanälen (124A-124D) umfaßt.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (241A-241D) der ringförmigen Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) auf der geometrischen Achse (752) des Triebwerks zusammenlaufen.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (241A-241D) der ringförmigen Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) mit der geometrischen Achse (752) des Triebwerks Winkel zwischen 5° und 20° bilden.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ringförmige Hauptkanal zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) eine Anode (125A-125D) umfaßt, die einem Verteiler (127A-127D) zugeordnet ist, welcher mittels einer Rohrleitung (118A-118D), die über einen Isolator (300A-300D) mit einem Durchflußmengenregler (185A-185D) verbunden ist, mit ionisierbarem Gas versorgt wird.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathode (140) über eine Rohrleitung gespeist wird, die über einen Isolator (300) mit einem Druckabfallorgan (186) verbunden ist.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengenregler (185A-185D) und das Druckabfallorgan (186) über eine gemeinsame Rohrleitung (126) gespeist werden, die über ein Elektroventil (187) kontrolliert wird.
Plasmatriebwerk nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Stromversorgungskreis (191) umfaßt, um die Entladung zwischen der Hohlkathode (140) und den Anoden (125A-125D) herzustellen, und daß die Entladungsschwingungen der ringförmigen Hauptkanäle (124A-124D) durch Filter (911A-911D) entkoppelt werden, die zwischen der Kathode (140) und den Anoden (125A-125D) angeordnet sind.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Kontrolle der Entladeströme der Anoden (125A-125D) Regelkreise umfaßt, die Stromsensoren (193A-193D) und einen Stromregler (192) umfassen, der auf die Durchflußmengenregler (185A-185D) einwirkt und einen Gesamtentladestrom-Sollwert (921) und wenigstens einen Schubvektorauslenkungs-Sollwert (922) für eine Kontrolle entlang wenigstens einer Achse empfängt, wobei der Strom zur Entladung und zur Beschleunigung der Ionen über eine Magnetfeldverteilung kontrolliert wird, die durch den Magnetkreis bestimmt wird, in welchem die Vielzahl von ersten Spulen (133A-133D) und die Vielzahl von zweiten Spulen (131) in Reihe zwischen der Kathode (140) und dem negativen Anschluß des Stromversorgungskreises (191) angeordnet sind.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengenregler (185A-185D) von Thermokapillaren gebildet sind, die über die Kreise zur Regelung der Entladeströme kontrolliert werden.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmengenregler (185A-185D) aus Mikroelektroventilen zur Dosierung mit thermischem, piezoelektrischem oder magnetostriktivem Aktuator bestehen.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsensoren (193A-193D) eine galvanische Isolierung besitzen, um den Strom von jeder der Anoden (125A-125D) bei einem Potential von mehreren Hundert Volt zu messen.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmengenbereich in jedem ringförmigen Hauptkanal (124A-124D) zwischen 50 % und 120 % der Nenndurchflußmenge liegt.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Spulen (131) zwischen 4 und 10 beträgt.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es einen gemeinsamen Sockel (175) umfaßt, der die Funktion eines Abstrahlblechs und einer Aufnahme für die elektrischen und fluidischen Verbindungen übernimmt.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A, 124B) umfaßt.
Plasmatriebwerk nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A, 124B) umfaßt, die ermöglichen, eine Kontrolle entlang einer ersten Achse mit Hilfe der Mittel (192) zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas durchzuführen, und daß es außerdem mechanische Mittel zum Anlenken des Sockels (175) des Triebwerks um eine weitere Achse umfaßt.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (175) des Triebwerks um die zweite Achse (782) mit einem maximalen Winkel (783) von 50° angelenkt ist.
Plasmatriebwerk nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (175) des Triebwerks um die zweite Achse (782) an zwei Wälzlagern (178) angelenkt ist, die durch wenigstens eine auf einer festen Plattform (176) anbrachte flexible Membran (781) vorgespannt und direkt an dem Sockel (175) befestigt sind, wobei der Schwerpunkt (751) der beweglichen Anordnung in der Nähe der Rotationsachse (782) gelegen ist und der Rotationswinkel (783) über einen Elektromotor (177) und ein Untersetzungsgetriebe (179) kontrolliert wird, die die Winkelverriegelung sicherstellen.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es drei ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124C) umfaßt, die im Dreieck um die Achse (752) des Triebwerks verteilt sind.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es vier ringförmige Hauptkanäle zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) umfaßt, die im Quadrat um die Achse (752) des Triebwerks verteilt sind.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Spulen (131) ein Vielfaches der Anzahl von ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) ist, daß die Spulen jeder einem jeden Kanal (124A-124D) zugeordneten Untergruppe von zweiten Spulen (131) in Reihe geschaltet sind, und daß die verschiedenen Untergruppen von zweiten Spulen (131) parallel geschaltet sind, wobei die Impedanzen der in Reihe geschalteten Spulen gleich sind.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Spulen (131) ein Vielfaches der Anzahl von ringförmigen Hauptkanälen zur Ionisierung und Beschleunigung (124A-124D) ist, und daß die Spulen einer jeden den verschiedenen Kanälen (124A-124D) zugeordneten Untergruppe von zweiten Spulen (131) über einen Stromfeinregler versorgt werden.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es einen digitalen Kreis zur Regelung der Ausrichtung des Schubvektors umfaßt, wobei die Sollwerte für den Gesamtschub und die Auslenkung des Schubvektors in digitaler Form angegeben werden und wobei im Fall einer Unverträglichkeit zwischen den beiden Sollwerten der Sollwert für die Auslenkung des Schubvektors vor dem Gesamtschub-Sollwert Priorität hat.
Plasmatriebwerk nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (192) zur Regulierung der Durchflußmenge der Versorgung mit ionisierbarem Gas zwei Schubvektorauslenkungs-Sollwerte (922) für eine Kontrolle entlang zweier Achsen empfangen.