EP0982976A1 - Propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques - Google Patents

Propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques Download PDF

Info

Publication number
EP0982976A1
EP0982976A1 EP99401981A EP99401981A EP0982976A1 EP 0982976 A1 EP0982976 A1 EP 0982976A1 EP 99401981 A EP99401981 A EP 99401981A EP 99401981 A EP99401981 A EP 99401981A EP 0982976 A1 EP0982976 A1 EP 0982976A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
external
internal
plasma thruster
thruster according
pole piece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP99401981A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0982976B1 (fr
Inventor
Dominique Valentian
Jean-Pierre Bugeat
Eric Klinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA filed Critical Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Publication of EP0982976A1 publication Critical patent/EP0982976A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0982976B1 publication Critical patent/EP0982976B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
    • F03H1/0062—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field
    • F03H1/0075—Electrostatic ion thrusters grid-less with an applied magnetic field with an annular channel; Hall-effect thrusters with closed electron drift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006—Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0031—Thermal management, heating or cooling parts of the thruster
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54—Plasma accelerators

Definitions

  • the subject of the present invention is a plasma drift thruster closed electron suitable for high thermal loads, including a main annular ionization and acceleration channel delimited by pieces of insulating material and open at its downstream end, at least one hollow cathode disposed outside the main annular channel on the side from the downstream part thereof, an annular anode concentric with the channel main annular and arranged at a distance from the open downstream end, a pipe and a distributor to supply ionizable gas to the anode ring, and a magnetic circuit for creating a magnetic field in the main annular canal.
  • a propellant of this type comprises a cathode 2, a distributor gas 1 forming an anode, an annular acceleration channel ( discharge) 3 delimited by internal walls 3a and external 3b, and a circuit magnetic comprising an external pole 6, an internal pole 7, a core central 12, a magnetic jacket 8, an internal coil 9 and a external coil 10.
  • the annular acceleration channel 3 is located between a screen internal magnetic 4 and an external magnetic screen 5, which allow increase the radial magnetic field gradient in channel 3.
  • the channel 3 is connected to the external pole piece 6 by a metal piece cylindrical 17.
  • channel 3 is surrounded not only by magnetic screens 4, 5 but also by screens thermal radiation 13 towards the axis and the central coil as well as outwards.
  • the only effective possibility of cooling by radiation is located at the downstream end of channel 3, open towards space. This results in a higher channel temperature than if the channel 3 had the possibility of radiating through its external lateral face.
  • FIG. 14 is a view in elevation and in axial half-section of such a structure.
  • the plasma thruster depicted in Figure 14 includes a channel main ring of ionization and acceleration 24 delimited by parts 22 of insulating material and open at its downstream end 25a, at least one hollow cathode 40 and an annular anode 25 concentric with the channel main 24.
  • Des means 31 to 33, 34 to 38 for creating a magnetic field in the main channel 24 are suitable for producing in this main channel 24 an essentially radial magnetic field which has a gradient with maximum induction at the downstream end 25a of channel 24.
  • These means of creating a magnetic field include essentially an external coil 31, surrounded by a shield magnetic, two external 34 and internal 35 pole pieces, a first axial coil 33, a second axial coil 32 surrounded by a shield magnetic and a magnetic yoke 36.
  • the stilling chamber 23 which can radiate freely towards space, helps to cool channel 24.
  • the external coil toric 31 is opposed to the cooling of the channel 24 in the most thermally charged.
  • the first internal coil 33 must provide a very high number of ampere-turns for its volume allocated by the magnetic screen associated with the second axial coil 32. It this results in a relatively high temperature.
  • Closed electron drift plasma thrusters currently known which can also be referred to as propellants with stationary plasma, are mainly used for North-South control geostationary satellites.
  • closed electron drift plasma thrusters cannot have a power level high enough to allow primary propulsion missions such as an orbit transfer geostationary or a planetary mission, since the relationship between the surface and the dissipated power is lower for a large propellant, which means that the temperature of a large plasma thruster of the type known increases exaggeratedly, or that the mass of this large known plasma thruster becomes excessive if the heat flux is kept constant.
  • the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks and to optimize the operation and evacuation of heat flow in closed electron drift plasma thrusters so that allow more powerful plasma thrusters important than that of closed drift plasma thrusters of currently known electrons.
  • the invention thus aims to propose a new configuration of closed electron drift propellant whose thermal design and structural is improved compared to plasma thrusters already known.
  • the presence of a plurality of external magnetic cores connecting the first and second external pole pieces allows to leave pass much of the radiation from the inner wall of the ceramic channel.
  • the conical shape of the second pole piece external increases the volume available for the coils external and increase the solid angle of radiation.
  • the conical shape of the second internal pole piece also increases the volume allocated to the first internal coil while ensuring channeling of the magnetic flux ensuring a shielding function for the second internal coil.
  • the plasma thruster comprises a plurality of first radial arms connecting the axial magnetic core to the upstream part of the second conical inner pole piece and a plurality second radial arms extending the first radial arms and connected to said plurality of external magnetic cores as well as to the upstream part of the second conical outer pole piece.
  • the number of the first radial arms and that of the second arms radial is equal to that of external magnetic cores.
  • a small air gap can be left between the first radial arms and the second radial arms, so as to complete the effect of the second internal coil.
  • the plasma thruster includes a structural base of good material conductor of heat which constitutes a mechanical support of the propellant, separate from the axial magnetic core, from the first and second external pole pieces and first and second pole pieces internal, and which ensures the conduction cooling of the first internal coil, second internal coil and external coils.
  • the structural base is covered on its side faces of an emissive coating.
  • the main annular channel present in a axial plane a frustoconical section at its upstream part and cylindrical at its downstream part and the annular anode present in a plane axial a profiled section in the shape of a truncated cone.
  • the pieces delimiting the canal annular ring define a monobloc annular channel and are connected to the base by a single support provided with expansion slots, said parts being made integral with the single support by screwing.
  • the main channel annular has a downstream end delimited by two shaped parts ring made of insulating ceramic and each connected to the base by an individual support, and the upstream part of the main channel annular is materialized by the walls of the anode which is insulated electrically supports by vacuum. Individual supports are coaxial.
  • the ratio between the axial length of parts in insulating ceramic and the width of the channel is between 0.25 and 0.5 and the distance between the walls of the anode and the supports of the pieces in insulating ceramic is between 0.8 mm and 5 mm.
  • the anode is fixed relative to the base using a small column massive and flexible blades.
  • Milling can be made in the base to receive the second radial arms, the gas supply pipe ionizable provided with an insulator, a line of polarization of the anode and supply wires for external coils and first and second internal coils.
  • the circuit magnetic can essentially perform the function of channeling the magnetic flux while the solid base in good conductive material heat, for example an anodized light alloy on its lateral face, or in carbon-carbon composite material coated on its face downstream of a copper deposit, ensures both cooling by conduction of the coils then the evacuation of heat losses by radiation and the structural strength function of the propellant.
  • good conductive material heat for example an anodized light alloy on its lateral face, or in carbon-carbon composite material coated on its face downstream of a copper deposit
  • Plasma thruster includes sheets of material super-insulation arranged upstream of the main annular channel and sheets of super-insulating material interposed between the annular channel main and first internal coil.
  • the tip of the cone of the second internal conical pole piece upstream is directed downstream.
  • the tip of the cone of the second internal conical pole piece is directed upstream.
  • the plasma thruster includes a common support to support the first internal coil, the second internal conical pole piece and the second internal coil fixed by brazing or diffusion welding on this common support, and this common support is assembled by screwing on the base with the interposition of a thermally conductive sheet.
  • the first internal coil is cooled by a heat pipe connected to the internal part of the common support and located in a recess in the magnetic core.
  • the first internal coil is cooled by a plurality of heat pipes connected to the upstream part of the common support and passing through holes in the second pole piece internal.
  • the second conical outer pole piece is openwork.
  • the first and second external pole pieces are connected mechanically by a non-magnetic structural part openwork.
  • the external magnetic cores external coils are inclined at an angle ⁇ relative to the axis of the propellant so that the axis of these magnetic cores external is substantially perpendicular to the bisector of the angle formed by the generators of the cones of the first and second parts external polar.
  • the annular anode comprises a dispenser with internal baffles and having a flat plate downstream delimiting with the walls of the main channel two diaphragms annulars, a back plate fitted on the walls of the main channel to limit gas leaks upstream and from cylindrical walls fitted with ionizable gas injection holes in the main channel.
  • the closed electron drift plasma thruster of Figures 1 and 2 includes a main annular ionization and acceleration channel 124 delimited by insulating walls 122.
  • the channel 124 is open to its downstream end 125a and has a section in an axial plane frustoconical at its upstream part and cylindrical at its downstream part.
  • a hollow cathode 140 is arranged outside the channel main 124 and advantageously presents with the axis X'X of the propellant an angle ⁇ between 15 and 45 °.
  • An annular anode 125 has a cross-section in an axial plane shaped like a truncated cone open downstream.
  • the anode 125 may have slits increasing the surface of contact with plasma. Holes 120 for injecting an ionizable gas from a distributor 127 of ionizable gas are formed in the wall of the anode 125.
  • the distributor 127 is supplied with ionizable gas by a line 126.
  • the discharge between the anode 125 and the cathode 140 is controlled by a magnetic field distribution determined by a circuit magnetic.
  • the magnetic circuit comprises a first, essentially radial, external pole piece 134.
  • This external pole piece 134 may be planar or may have a low conicity defining an angle e 1 of between + 15 ° and -15 ° relative to the outlet plane S (FIG. 1).
  • the external pole piece 134 is connected by a plurality of magnetic cores 137 surrounded by external coils 131 to a second external pole piece 311 of conical shape more marked than the possible slight conical shape of the first external pole piece 134.
  • the half angle e 2 of the cone of the external pole piece 311 can be between 25 and 60 °.
  • the external pole piece 311 is advantageously perforated in line with the passages of the external coils 131 in order to reduce the radial size and between the coils in order to improve the cooling by radiation of the ceramic constituting the walls 122 of the channel 124.
  • a first internal pole piece 135 which is essentially radial may be planar or may have a low taper defining a angle it between -15 ° and + 15 ° relative to the exit plane S.
  • the first internal pole piece 135 is extended by a central axial magnetic core 138 surrounded by a first internal coil 133.
  • the axial magnetic core 138 is itself extended to the upstream part of the propellant by a plurality of radial arms 352 connected to a second internal conical pole piece 351 having a half-angle i 2 of 15 to 45 ° with the axis X'X of the propellant.
  • the tip of the cone of the second internal pole piece 351 is directed downstream.
  • downstream means an area close to the exit plane S and the open end 125a of the channel 124 while the term upstream designates a zone remote from the exit plane S going in the direction of the closed part of the annular channel 124 equipped with the anode 125 and the distributor 127 for supplying ionizable gas.
  • a second internal magnetic coil 132 is placed in the upstream part of the second internal pole piece 351, outside of this one.
  • the magnetic field of the second internal coil 132 is channeled by radial arms 136 placed in the extension of the arms radials 352, as well as by the external pole piece 311 and the pole piece internal 351.
  • a small air gap for example of the order of 1 to 4 mm, can be formed between the radial arms 352 and the radial arms 136 for complete the effect of the second internal coil 132.
  • the axial magnetic core 138 is connected to the magnetic cores 137 by the plurality of magnetic arms 136 placed in the extension of the radial arms 352.
  • the radial arms 352, and the arms radial 136 are equal in number to that of the external coils 131 arranged on the external magnetic cores 137.
  • the coils 133, 131, 132 are directly cooled by conduction on a base structural 175 in heat conductive material, this 175 base also serving as a mechanical support for the propellant.
  • Base 175 is advantageously provided on its lateral faces with an emissive coating improving the radiation of heat losses to space.
  • the base 175 can be made of light alloy, anodized on its lateral face so as to increase its emissivity.
  • the base 175 can also be made of composite material carbon-carbon coated on its downstream face with a metallic deposit such as copper so as to maximize the emissivity of the side faces and to minimize the absorptivity of the downstream face subjected to radiation from the ceramic from the canal.
  • the magnetic circuit includes four external coils 131, two of which are visible in FIG. 2.
  • a number of external coils could be used 131 different from four.
  • the external coils 131 and their magnetic cores 137 create a magnetic field channeled in part by the downstream 134 and upstream 311 external pole pieces.
  • the rest of the field magnetic is taken up by the arms 136 grouped around the nucleus axial magnetic 138 itself provided with the downstream internal pole piece 135, of the first axial coil 133, of the second conical pole piece upstream 351 and the second coil 132.
  • the magnetic flux supplied by the coil 132 is channeled by the pole piece 351, the core 138, the radial arms 136 and the pole piece 311, so this coil 132 does not need shielding particular magnetic.
  • the coil 133, the pole piece 351 and the coil 132 can be made integral with the common support 332 by brazing or welding by diffusion.
  • the support 332 can itself be assembled by screws on the base 175.
  • a conductive sheet is interposed between the base 175 and the support 332 to reduce the thermal contact resistance.
  • the inner bore of the pole piece 351 is adjusted to the core axial magnetic 138 so as to allow the assembly of the assembly of the two internal coils 133, 132 and of the pole piece 351 on the kernel 138.
  • the structure 122 in ceramic material delimiting the annular channel 124 is held opposite of the outer pole piece by a metal support.
  • the structure 122 of ceramic material delimiting the channel 124 is fixed to the rear (i.e. upstream) of the thruster by a metal support 162, so that the latter does not obstruct the radiation from the downstream part of part 122 which is free to radiate towards space.
  • Some boron nitride ceramics are difficult to braze on metals. This problem can be eliminated by adopting a mechanical fixing.
  • a thread with a semi-circular profile can be provided both in room 122 of ceramic material and in the support 162. It is then possible to slide a metallic wire 163 between the two pieces 122, 162 so as to secure these. Such a arrangement allows the ceramic part 122 to be placed on the support 162 previously mounted on the elements of the magnetic circuit.
  • the metal support 162 can be provided with a rib 165 and notches 164 defining lamellae which compensate metal-ceramic differential expansion while ensuring tightening elastic.
  • Figure 11 shows yet another alternative embodiment of the channel 124.
  • the piece of material ceramic 122 is subdivided into two separate rings 122a, 122b mounted on separate supports 162a, 162b.
  • the ratio between the length of the ceramic pieces 122a, 122b in shape of rings and the width of channel 124 can be typically understood between 0.25 and 0.5.
  • the rest of channel 124 is materialized by the walls of the anode 125.
  • the electrical insulation between the anode 125 and the two supports 162a, 162b is provided by the vacuum.
  • the distance between the walls of the anode 125 and the supports 162a, 162b constitutes a reduced clearance included between 0.8 and 5 mm.
  • the anode 125 illustrated in FIG. 11 is supported by insulators such as 151 fixed on the massive base 175 which constitutes a natural electrostatic screen for insulators such as 151.
  • insulators 151 are extended by flexible blades 115a which protect from differential expansion efforts.
  • external coils 131 the number of which can for example be between 3 and 8, provided with magnetic cores 137 arranged between the external pole pieces 134, 311, allows let much of the radiation from the outer wall pass of the annular channel 124.
  • the conical shape of the second pole piece external 311 increases the volume available for the coils 131 and increase the solid angle of radiation.
  • the room tapered outer fleece 311 is also advantageously perforated to increase the view factor of the ceramic pieces 122, so that we obtain a very compact and very ventilated magnetic circuit which allows radiation from the entire lateral face of channel 124.
  • the base 175 plays a role essential structural.
  • This massive 175 base has a frequency high resonance. The same must apply to the pole pieces.
  • the upstream external pole piece 311 is perforated, its resonant frequency becomes relatively low.
  • the essentially planar shape of the downstream external pole piece 134 also gives a frequency of low resonance.
  • a non-magnetic connection piece 341 (FIG. 9), of form essentially conical between the two pole pieces 311 and 134.
  • the part 341 must itself be strongly openwork, but this does not affect its resonant frequency because the lattice-like elements that make it up, basically work in traction and compression.
  • FIG. 10 we improves the relationship between the geometry of the pole pieces 134, 311 and the volume allocated to the external coils by tilting the axis of the latter.
  • the axis of the external coils 131 forms an angle ⁇ with the axis X'X of the propellant, so that the axis of an external coil 131 is substantially perpendicular to the bisector of the angle u formed by the generators of the cones of the two pole pieces 134, 311, a coil external 131 may have a larger volume, and the bulk of base 175 can be reduced.
  • the coils 133, 132 and pole piece 351 it is entirely possible to combine the implementation of inclined external coils 131 and a pole piece tapered external tapered 311.
  • the base 175 plays an essential role in conduction cooling, common support 332, coils 133, 132 and pole piece 351, which is itself advantageously provided with notches as shown in FIG. 2.
  • Cooling of coil 133 can however be improved by the implementation of a or more heat pipes.
  • a heat pipe 433 arranged in a recess 381 of the axial magnetic core 138, but without contact with the latter.
  • Heat pipe 433 can be welded or brazed on the internal face of the internal support 332 of the coil 133, so as to make this support 332 insulated.
  • FIG 3 there is shown a coil 133 cooled by several heat pipes 433a, 433b connected to the upstream part of the support of the coil 133, and passing through openings in the room upstream internal polar 351.
  • sheets of super-insulating material forming a screen 130 are arranged in upstream of annular channel 124 and sheets of super-insulating material 301 forming a screen are also interposed between channel 124 and the first internal coil 133.
  • the super-insulating screens 130, 301 eliminate thus most of the flux radiated through channel 124 towards the coils internal 133, 132 and 175 base.
  • the parts 122 delimiting the channel 124 are free to radiate towards space by the angle solid between pole pieces 134 and 311.
  • a screen electrostatic 302 is arranged upstream of the anode 125 to ensure the compliance with Paschen's law (vacuum insulation) while contributing to hold in place the sheets of super-insulating material 130. Furthermore, the external face of the external support 162a can receive a coating emissive to improve the cooling of the ceramic parts 122a, 122b.
  • Figure 12 shows an example of a particular embodiment a plasma thruster according to the invention, in which the tip of the cone of the second upstream internal pole piece 351 is directed upstream.
  • This arrangement is more particularly suited to propellants of large diameter, but can also be used with a channel acceleration 124 delimited by a monobloc piece 122 of material ceramic, as shown in figure 12, that with a channel acceleration 124 delimited by two separate parts 122a, 122b in ceramic material, as already described with reference to FIG. 11.
  • the various elements functionally equivalent to the elements already described with reference to the figures already described, in particular the figures 1 and 2 have the same reference numbers and will not be described in new.
  • recesses or millings 751 are provided in the base 175 to receive the second radial arms 136, a line 145 of polarization of the anode 125 and supply wires 313, 323, 333 of the external coils 131 and first and second internal coils 133, 132 ( Figures 7 and 12).
  • a recess can also be provided in the base 175 to receive the ionizable gas supply line 126 provided with an insulator 300 (shown for example in Figure 4).
  • the external coils 131 as well as the first and second internal coils 133, 132 are made from a wire shielded with mineral insulation.
  • the wires of the different turns of the coils 131, 132, 133 are joined by a solder metal with high conductivity thermal.
  • the external coils 131, as well as the first and second internal coils 133, 132 are connected in series and electrically connected to cathode 140 and to a negative pole of the power supply of the anode-cathode discharge.
  • annular buffer chamber 23 which has a dimension in the radial direction at least equal to that of main annular channel 24 and extends upstream thereof beyond the zone in which the annular anode 25 is placed.
  • a more compact arrangement is obtained by implementing a main annular channel 124 which has a cross-section in an axial plane frustoconical in its upstream part and cylindrical in its downstream part.
  • the annular anode 125 then has in an axial plane a section shaped like a truncated cone.
  • FIG. 4 There is shown in Figure 4 a possible embodiment for the annular anode 125.
  • a series of circular slots 117 made in the massive part 116 of the anode 125 ensures a protection against contamination.
  • the ionizable gas is introduced by a rigid pipe 126 in a distribution chamber 127 which communicates with the circular slots 117 by injection holes 120.
  • An insulator 300 is interposed between the line 126 and the anode 125 which is connected by an electrical link 145 to the positive pole of the power supply anode-cathode discharge.
  • FIG. 4 A possible solution has been shown in Figure 4.
  • the anode 125 is supported at the same time by a massive baluster 114 with circular section and by at least two balusters 115 thinned into flexible blades, which achieves a satisfactory compromise from the point of view of dilations differentials.
  • FIG. 5 represents another possible embodiment for an anode 125 arranged in the frustoconical part of a channel acceleration 124.
  • the annular anode 125 comprises a distributor 127 provided with internal baffles 271 and comprising a plate downstream plane 272 delimiting with the walls of the main channel 124 two annular diaphragms 273.
  • a back plate 274 is fitted on the walls 122 of main channel 124 to limit gas leaks to upstream. Cylindrical walls provided with holes 120 allow injection ionizable gas in the main channel 124.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Le propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons met en oeuvre un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération (124), ce circuit magnétique comprenant : une première pièce polaire externe essentiellement radiale (134), une deuxième pièce polaire externe conique (311), une première pièce polaire interne essentiellement radiale (135), une deuxième pièce polaire interne conique (351), une pluralité de noyaux magnétiques externes (137) entourés de bobines externes (131) pour relier entre elles les première et deuxième pièces polaires externes (134, 311), un noyau magnétique axial (138) entouré d'une première bobine interne (133) et relié à la première pièce polaire interne (135), et une deuxième bobine interne (132) placée en amont des bobines externes (131). Le propulseur comprend en outre une pluralité de bras radiaux (352, 136) inclus dans le circuit magnétique ainsi qu'une embase structurale (175) distincte du circuit magnétique pour assurer entre autres le refroidissement des bobines (131, 132, 133). <IMAGE>

Description

Domaine de l'invention
La présente invention a pour objet un propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques, comprenant un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération délimité par des pièces en matériau isolant et ouvert à son extrémité aval, au moins une cathode creuse disposée à l'extérieur du canal annulaire principal du côté de la partie aval de celui-ci, une anode annulaire concentrique au canal annulaire principal et disposée à distance de l'extrémité aval ouverte, une canalisation et un distributeur pour alimenter en gaz ionisable l'anode annulaire, et un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans le canal annulaire principal.
Art antérieur
On connaít déjà par exemple par le document EP-A- 0 541 309 des propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons dont la structure est représentée en coupe sur la figure 13.
Un propulseur de ce type comprend une cathode 2, un distributeur de gaz 1 formant anode, un canal d'accélération annulaire (chambre de décharge) 3 délimité par des parois interne 3a et externe 3b, et un circuit magnétique comprenant un pôle externe 6, un pôle interne 7, un noyau central 12, une chemise magnétique 8, une bobine interne 9 et une bobine externe 10.
Le canal d'accélération annulaire 3 est situé entre un écran magnétique interne 4 et un écran magnétique externe 5, qui permettent d'augmenter le gradient de champ magnétique radial dans le canal 3. Le canal 3 est relié à la pièce polaire externe 6 par une pièce métallique cylindrique 17.
Du point de vue thermique, le canal 3 est entouré non seulement par les écrans magnétiques 4, 5 mais également par des écrans thermiques anti-rayonnement 13 vers l'axe et la bobine centrale ainsi que vers l'extérieur. La seule possibilité effective de refroidissement par rayonnement est située à l'extrémité aval du canal 3, ouverte vers l'espace. Il en résulte une température de canal plus élevée que si le canal 3 avait la possibilité de rayonner par sa face latérale externe.
On connaít encore par le document WO 94/02738 une structure de propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons 20, dans laquelle un canal d'accélération 24 est relié en amont à une chambre tampon de tranquillisation 23, comme illustré sur la figure 14 qui est une vue en élévation et en demi-coupe axiale d'une telle structure.
Le propulseur à plasma décrit sur la figure 14 comprend un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération 24 délimité par des pièces 22 en matériau isolant et ouvert à son extrémité aval 25a, au moins une cathode creuse 40 et une anode annulaire 25 concentrique au canal principal 24. Des moyens 26 d'alimentation en gaz ionisable débouchent en amont de l'anode 25 à travers un distributeur annulaire 27. Des moyens 31 à 33, 34 à 38 de création d'un champ magnétique dans le canal principal 24 sont adaptés pour produire dans ce canal principal 24 un champ magnétique essentiellement radial qui présente un gradient avec une induction maximale à l'extrémité aval 25a du canal 24. Ces moyens de création d'un champ magnétique comprennent essentiellement une bobine externe 31, entourée d'un blindage magnétique, deux pièces polaires externe 34 et interne 35, une première bobine axiale 33, une deuxième bobine axiale 32 entourée d'un blindage magnétique et une culasse magnétique 36.
La chambre de tranquillisation 23 qui peut rayonner librement vers l'espace, contribue à refroidir le canal 24. Cependant la bobine externe torique 31 s'oppose au refroidissement du canal 24 dans la partie la plus chargée thermiquement. En outre, la première bobine interne 33 doit fournir un nombre d'ampères-tours très élevé pour le volume qui lui est alloué par l'écran magnétique associé à la deuxième bobine axiale 32. Il en résulte ainsi une température relativement élevée.
Les propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons actuellement connus, qui peuvent aussi être désignés sous l'appellation de propulseurs à plasma stationnaire, sont utilisés essentiellement pour le contrôle Nord-Sud des satellites géostationnaires.
Les caractéristiques structurelles des propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons actuellement connus, ne permettent pas d'optimiser en fonctionnement l'évacuation du flux thermique. Il s'ensuit que les propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons ne peuvent pas présenter un niveau de puissance suffisamment élevé pour permettre des missions de propulsion primaire tel qu'un transfert en orbite géostationnaire ou une mission planétaire, dès lors que le rapport entre la surface et la puissance dissipée est plus faible pour un gros propulseur, ce qui signifie que la température d'un gros propulseur à plasma du type connu augmente de façon exagérée, ou encore que la masse de ce gros propulseur à plasma connu devient excessive si le flux thermique est maintenu constant.
Objet et description succincte de l'invention
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre d'optimiser le fonctionnement et l'évacuation du flux thermique dans des propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons de manière à permettre de réaliser des propulseurs à plasma de puissance plus importante que celle des propulseurs à plasma à dérive fermée d'électrons actuellement connus.
L'invention vise ainsi à proposer une nouvelle configuration de propulseur à dérive fermée d'électrons dont la conception thermique et structurale est améliorée par rapport aux propulseurs à plasma déjà connus.
Ces buts sont atteints grâce à un propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques, comprenant un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération délimité par des pièces en matériau isolant et ouvert à son extrémité aval, au moins une cathode creuse disposée à l'extérieur du canal annulaire principal du côté de la partie aval de celui-ci, une anode annulaire concentrique au canal annulaire principal et disposée à distance de l'extrémité aval ouverte, une canalisation et un distributeur pour alimenter en gaz ionisable l'anode annulaire, et un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans le canal annulaire principal,
caractérisé en ce que le circuit magnétique comprend :
  • une première pièce polaire externe essentiellement radiale,
  • une deuxième pièce polaire externe conique,
  • une première pièce polaire interne essentiellement radiale,
  • une deuxième pièce polaire interne conique,
  • une pluralité de noyaux magnétiques externes entourés de bobines externes pour relier entre elles les première et deuxième pièces polaires externes,
  • un noyau magnétique axial entouré d'une première bobine interne et relié à la première pièce polaire interne, et
  • une deuxième bobine interne placée en amont des bobines externes.
La présence d'une pluralité de noyaux magnétiques externes reliant les première et deuxième pièces polaires externes permet de laisser passer une grande partie du rayonnement issu de la paroi interne du canal en céramique. La forme conique de la deuxième pièce polaire externe permet d'augmenter le volume disponible pour les bobines externes et d'augmenter l'angle solide de rayonnement. La forme conique de la deuxième pièce polaire interne permet également d'accroítre le volume alloué à la première bobine interne tout en assurant une canalisation du flux magnétique assurant une fonction de blindage pour la deuxième bobine interne.
De façon avantageuse, le propulseur à plasma comprend une pluralité de premiers bras radiaux reliant le noyau magnétique axial à la partie amont de la deuxième pièce polaire interne conique et une pluralité de deuxièmes bras radiaux prolongeant les premiers bras radiaux et raccordés à ladite pluralité de noyaux magnétiques externes ainsi qu'à la partie amont de la deuxième pièce polaire externe conique.
Le nombre des premiers bras radiaux et celui des deuxièmes bras radiaux est égal à celui des noyaux magnétiques externes.
Un faible entrefer peut être ménagé entre les premiers bras radiaux et les deuxièmes bras radiaux, de manière à compléter l'effet de la deuxième bobine interne.
Selon un aspect remarquable de la présente invention, le propulseur à plasma comprend une embase structurale en matériau bon conducteur de la chaleur qui constitue un support mécanique du propulseur, distinct du noyau magnétique axial, des première et deuxième pièces polaires externes et des première et deuxième pièces polaires internes, et qui assure le refroidissement par conduction de la première bobine interne, de la deuxième bobine interne et des bobines externes.
Avantageusement, l'embase structurale est recouverte sur ses faces latérales d'un revêtement émissif.
Avantageusement, le canal annulaire principal présente dans un plan axial une section de forme tronconique à sa partie amont et cylindrique à sa partie aval et l'anode annulaire présente dans un plan axial une section profilée en forme de tronc de cône.
Selon une caractéristique particulière, les pièces délimitant le canal annulaire principal définissent un canal annulaire monobloc et sont reliées à l'embase par un support unique muni de fentes de dilatation, lesdites pièces étant rendues solidaires du support unique par vissage.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le canal principal annulaire présente une extrémité aval délimitée par deux pièces en forme d'anneau constituées de céramique isolante et reliées chacune à l'embase par un support individuel, et la partie amont du canal principal annulaire est matérialisée par les parois de l'anode qui est isolée électriquement des supports par le vide. Les supports individuels sont coaxiaux.
A titre d'exemple, le rapport entre la longueur axiale de pièces en céramique isolante et la largeur du canal est compris entre 0,25 et 0,5 et la distance entre les parois de l'anode et les supports des pièces en céramique isolante est comprise entre 0,8 mm et 5 mm.
L'anode est fixée par rapport à l'embase à l'aide d'une colonnette massive et de lames flexibles.
Des fraisages peuvent être ménagés dans l'embase pour recevoir les deuxièmes bras radiaux, la canalisation d'alimentation en gaz ionisable munie d'un isolateur, une ligne de polarisation de l'anode et des fils d'alimentation des bobines externes et des première et deuxième bobines internes.
Grâce à la présence d'une embase structurale, le circuit magnétique peut exercer essentiellement la fonction de canalisation du flux magnétique tandis que l'embase massive en matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple en alliage léger anodisé sur sa face latérale, ou encore en matériau composite carbone-carbone revêtu sur sa face aval d'un dépôt de cuivre, assure à la fois le refroidissement par conduction des bobines puis l'évacuation des pertes thermiques par rayonnement et la fonction de tenue structurelle du propulseur.
Le propulseur à plasma comprend des feuilles de matériau superisolant disposées en amont du canal annulaire principal et des feuilles de matériau superisolant interposées entre le canal annulaire principal et la première bobine interne.
Selon une première configuration possible, la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne amont conique est dirigée vers l'aval.
Selon une autre configuration possible, la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne amont conique est dirigée vers l'amont.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le propulseur à plasma comprend un support commun pour supporter la première bobine interne, la deuxième pièce polaire interne conique et la deuxième bobine interne fixées par brasage ou soudure par diffusion sur ce support commun, et ce support commun est assemblé par vissage sur l'embase avec interposition d'une feuille conductrice thermiquement.
Selon un mode particulier de réalisation, pour améliorer le refroidissement de la première bobine interne qui est la plus chargée thermiquement, la première bobine interne est refroidie par un caloduc relié à la partie interne du support commun et situé dans un évidement du noyau magnétique.
A titre de variante, la première bobine interne est refroidie par une pluralité de caloducs reliés à la partie amont du support commun et passant à travers des orifices ménagés dans la deuxième pièce polaire interne.
De préférence, la deuxième pièce polaire externe conique est ajourée.
Les première et deuxième pièces polaires externes sont reliées mécaniquement par une pièce structurale de liaison amagnétique ajourée .
Selon une variante de réalisation, les noyaux magnétiques externes des bobines externes sont inclinés d'un angle β par rapport à l'axe du propulseur de telle manière que l'axe de ces noyaux magnétiques externes soit sensiblement perpendiculaire à la bissectrice de l'angle formé par les génératrices des cônes des première et deuxième pièces polaires externes.
Selon une caractéristique particulière, l'anode annulaire comprend un distributeur muni de chicanes internes et comportant une plaque plane aval délimitant avec les parois du canal principal deux diaphragmes annulaires, une plaque arrière ajustée sur les parois du canal principal pour limiter les fuites de gaz vers l'amont et des parois cylindriques munies de trous d'injection de gaz ionisable dans le canal principal.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale, d'un premier mode particulier de réalisation d'un propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons selon l'invention,
  • la figure 2 est une vue en perspective, avec coupe partielle, du propulseur à plasma de la figure 1,
  • la figure 3 est une vue en perspective de la partie centrale d'un propulseur à plasma selon l'invention, équipé de caloducs,
  • la figure 4 est une vue en perspective avec coupe axiale, d'une anode pouvant être incorporée dans un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 5 est une vue partielle en perspective avec demi-coupe axiale, d'une autre anode de structure simplifiée pouvant être incorporée dans un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 6 est une vue en élévation avec demi-coupe d'un support de canal annulaire selon un mode particulier de réalisation d'un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 7 est une vue éclatée de la partie centrale d'un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 8 est une section montrant un caloduc associé à une première bobine interne d'un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 9 est une vue en perspective montrant un renfort structural entre les pièces polaires externes du circuit magnétique d'un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 10 est une vue schématique partielle montrant un mode particulier de réalisation d'un propulseur à plasma équipé de bobines externes inclinées, selon une variante de réalisation de l'invention,
  • la figure 11 est une vue partielle en demi-coupe axiale montrant une anode formant une partie du corps d'un canal d'accélération selon un mode particulier de réalisation d'un propulseur à plasma selon l'invention,
  • la figure 12 est une vue en demi-coupe axiale d'un autre mode particulier de réalisation d'un propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons selon l'invention,
  • la figure 13 est une vue en demi-coupe axiale d'un premier exemple de propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons selon l'art antérieur, et
  • la figure 14 est une vue en élévation et en demi-coupe axiale d'un deuxième exemple de propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons selon l'art antérieur.
Description détaillée de modes particuliers de réalisation de l'invention.
On se reportera tout d'abord aux figures 1 et 2 montrant un premier exemple de propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons conforme à la présente invention.
Le propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons des figures 1 et 2 comprend un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération 124 délimité par des parois isolantes 122. Le canal 124 est ouvert à son extrémité aval 125a et présente dans un plan axial une section de forme tronconique à sa partie amont et cylindrique à sa partie aval.
Une cathode creuse 140 est disposée à l'extérieur du canal principal 124 et présente avantageusement avec l'axe X'X du propulseur un angle α compris entre 15 et 45°.
Une anode annulaire 125 présente dans un plan axial une section profilée en forme de tronc de cône ouvert vers l'aval.
L'anode 125 peut présenter des fentes augmentant la surface de contact avec le plasma. Des trous 120 d'injection d'un gaz ionisable provenant d'un distributeur 127 de gaz ionisable sont formés dans la paroi de l'anode 125. Le distributeur 127 est alimenté en gaz ionisable par une canalisation 126.
Des exemples particuliers d'anode 125 seront décrits plus loin en référence aux figures 4 et 5.
La décharge entre l'anode 125 et la cathode 140 est contrôlée par une distribution de champ magnétique déterminée par un circuit magnétique.
Le circuit magnétique comprend une première pièce polaire externe 134 essentiellement radiale. Cette pièce polaire externe 134 peut être plane ou peut présenter une faible conicité définissant un angle e1 compris entre +15° et -15° par rapport au plan de sortie S (figure 1).
La pièce polaire externe 134 est reliée par une pluralité de noyaux magnétiques 137 entourés de bobines externes 131 à une deuxième pièce polaire externe 311 de forme conique plus marquée que l'éventuelle légère forme conique de la première pièce polaire externe 134. Le demi-angle e2 du cône de la pièce polaire externe 311 peut être compris entre 25 et 60°. La pièce polaire externe 311 est avantageusement ajourée au droit des passages des bobines externes 131 afin de diminuer l'encombrement radial et entre les bobines afin d'améliorer le refroidissement par rayonnement de la céramique constituant les parois 122 du canal 124.
Une première pièce polaire interne 135 essentiellement radiale peut être plane ou peut présenter une faible conicité définissant un angle il compris entre -15° et +15° par rapport au plan de sortie S.
La première pièce polaire interne 135 est prolongée par un noyau magnétique axial central 138 entouré d'une première bobine interne 133. Le noyau magnétique axial 138 est lui-même prolongé à la partie amont du propulseur par une pluralité de bras radiaux 352 reliés à une deuxième pièce polaire interne amont conique 351 présentant un demi-angle i2 de 15 à 45 ° avec l'axe X'X du propulseur. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne 351 est dirigée vers l'aval. Dans l'ensemble de la présente description, le terme aval signifie une zone voisine du plan de sortie S et de l'extrémité ouverte 125a du canal 124 tandis que le terme amont désigne une zone éloignée du plan de sortie S en allant dans la direction de la partie fermée du canal annulaire 124 équipée de l'anode 125 et du distributeur 127 d'alimentation en gaz ionisable.
Une deuxième bobine magnétique interne 132 est placée dans la partie amont de la deuxième pièce polaire interne 351, à l'extérieur de celle-ci. Le champ magnétique de la deuxième bobine interne 132 est canalisé par des bras radiaux 136 placés dans le prolongement des bras radiaux 352, ainsi que par la pièce polaire externe 311 et la pièce polaire interne 351. Un faible entrefer, par exemple de l'ordre de 1 à 4 mm peut être ménagé entre les bras radiaux 352 et les bras radiaux 136 pour compléter l'effet de la deuxième bobine interne 132.
Le noyau magnétique axial 138 est relié aux noyaux magnétiques externes 137 par la pluralité de bras magnétiques 136 placés dans le prolongement des bras radiaux 352. Les bras radiaux 352, et les bras radiaux 136 sont en nombre égal à celui des bobines externes 131 disposées sur les noyaux magnétiques externes 137.
Selon un aspect important de la présente invention, les bobines 133, 131, 132 sont directement refroidies par conduction sur une embase structurale 175 en matériau conducteur de la chaleur, cette embase 175 servant aussi de support mécanique pour le propulseur. L'embase 175 est avantageusement munie sur ses faces latérales d'un revêtement émissif permettant d'améliorer le rayonnement des pertes thermiques vers l'espace.
L'embase 175 peut être réalisée en alliage léger, anodisé sur sa face latérale de manière à augmenter son émissivité.
L'embase 175 peut aussi être réalisée en matériau composite carbone-carbone revêtu sur sa face aval d'un dépôt métallique tel que du cuivre de manière à maximiser l'émissivité des faces latérales et à minimiser l'absorptivité de la face aval soumise au rayonnement de la céramique du canal.
La présence d'une embase massive 175 assurant les rôles de support structural et de refroidissement par conduction des bobines 131, 133, 132, permet d'alléger au maximum le circuit magnétique proprement dit.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, le circuit magnétique comprend quatre bobines externes 131, dont deux sont visibles sur la figure 2. Toutefois, on pourrait mettre en oeuvre un nombre de bobines externes 131 différent de quatre.
Les bobines externes 131 et leurs noyaux magnétiques 137 permettent de créer un champ magnétique canalisé en partie par les pièces polaires externes aval 134 et amont 311. Le reste du champ magnétique est repris par les bras 136 regroupés autour du noyau magnétique axial 138 lui-même muni de la pièce polaire interne aval 135, de la première bobine axiale 133, de la deuxième pièce polaire conique amont 351 et de la deuxième bobine 132.
Le flux magnétique fourni par la bobine 132 est canalisé par la pièce polaire 351, le noyau 138, les bras radiaux 136 et la pièce polaire 311, de sorte que cette bobine 132 n'a pas besoin de blindage magnétique particulier.
Si l'on considère la figure 7, on voit que la bobine 133, la pièce polaire 351 et la bobine 132 forment avec un support commun 332 un ensemble monobloc sur les plans mécanique et thermique, cet ensemble monobloc étant énergiquement refroidi par conduction sur l'embase 175.
La bobine 133, la pièce polaire 351 et la bobine 132 peuvent être rendues solidaires du support commun 332 par brasage ou soudure par diffusion. Le support 332 peut lui-même être assemblé par vis sur l'embase 175. Une feuille conductrice est intercalée entre l'embase 175 et le support 332 pour diminuer la résistance thermique de contact. L'alésage intérieur de la pièce polaire 351 est ajusté sur le noyau magnétique axial 138 de manière à permettre le montage de l'ensemble des deux bobines internes 133, 132 et de la pièce polaire 351 sur le noyau 138.
Dans les propulseurs à plasma traditionnels, la structure 122 en matériau céramique délimitant le canal annulaire 124 est maintenue vis-à-vis de la pièce polaire extérieure par un support métallique.
Selon la présente invention, telle qu'illustrée par exemple sur les figures 1, 2 et 6, la structure 122 en matériau céramique délimitant le canal 124 est fixée sur l'arrière (c'est-à-dire l'amont) du propulseur par un support métallique 162, afin que ce dernier ne fasse pas obstacle au rayonnement de la partie aval de la pièce 122 qui est libre de rayonner vers l'espace.
Certaines céramiques à base de nitrure de bore sont difficiles à braser sur les métaux. Ce problème peut être éliminé si l'on adopte une fixation mécanique.
A titre d'exemple, on peut ménager un filetage à profil semi-circulaire à la fois dans la pièce 122 en matériau céramique et dans le support 162. Il est alors possible de glisser un fil métallique 163 entre les deux pièces 122, 162 de manière à solidariser celles-ci. Une telle disposition permet de mettre en place la pièce 122 en céramique sur le support 162 préalablement monté sur les éléments du circuit magnétique.
Le support métallique 162 peut être muni d'une nervure 165 et d'échancrures 164 définissant des lamelles qui permettent de compenser la dilatation différentielle métal-céramique tout en assurant un serrage élastique.
A titre de variante, on peut aussi utiliser un montage vissé de la céramique 122 dans le support 162, le talon de fixation de ce dernier étant alors inversé, c'est-à-dire tourné vers l'intérieur du support cylindrique 162, et ajouré pour laisser passer le fil 145 de polarisation de l'anode ainsi que la canalisation 126 d'alimentation du distributeur 127 en gaz ionisable.
La figure 11 montre encore une autre variante de réalisation du canal 124.
Pour un propulseur de forte poussée, c'est-à-dire de grand diamètre, il devient difficile de réaliser une pièce en céramique monobloc pour définir le canal annulaire 124. Dans ce cas, la pièce en matériau céramique 122 est subdivisée en deux anneaux distincts 122a, 122b montés sur des supports distincts 162a, 162b.
Le rapport entre la longueur des pièces céramiques 122a, 122b en forme d'anneaux et la largeur du canal 124 peut être typiquement compris entre 0,25 et 0,5. Le reste du canal 124 est matérialisé par les parois de l'anode 125. L'isolation électrique entre l'anode 125 et les deux supports 162a, 162b est assurée par le vide. La distance entre les parois de l'anode 125 et les supports 162a, 162b constitue un jeu réduit compris entre 0,8 et 5 mm.
L'anode 125 illustrée sur la figure 11 est supportée par des isolateurs tels que 151 fixés sur l'embase massive 175 qui constitue un écran électrostatique naturel pour les isolateurs tels que 151. Les isolateurs 151 sont prolongés par des lames flexibles 115a qui les protègent des efforts de dilatation différentielle.
Dans le cas d'un propulseur à plasma de grand diamètre, il peut par ailleurs être avantageux de mettre en oeuvre une pièce polaire interne amont 351 dont la pointe du cône est tournée vers l'amont plutôt que vers l'aval. Le diamètre important de la bobine 133 dans sa partie aval permet de compenser le fait que la bobine présente en amont une section réduite par rapport à une forme trapézoïdale à large base, ce qui peut faciliter l'intégration de supports d'anneaux 162a, 162b associés à des anneaux séparés 122a, 122b.
On notera cependant que, pour des propulseurs à plasma dont le diamètre n'est pas excessif, la réalisation de la pièce polaire interne amont 351 sous la forme d'un cône dont la pointe est tournée vers l'aval permet d'augmenter la surface de contact de la bobine 133, de section trapézoïdale, avec l'embase 175 (figure 1) tout en réservant un volume important pour la bobine interne aval 133 sans pour autant intervenir sur la position des extrémités 111, 112 des pièces polaires 351, 135 qui conditionnent la répartition du champ magnétique.
La mise en oeuvre de bobines externes 131, dont le nombre peut par exemple être compris entre 3 et 8, munies de noyaux magnétiques 137 disposés entre les pièces polaires externes 134, 311, permet de laisser passer une grande partie du rayonnement issu de la paroi externe du canal annulaire 124. La forme conique de la deuxième pièce polaire externe 311 permet d'augmenter le volume disponible pour les bobines externes 131 et d'augmenter l'angle solide de rayonnement. La pièce polaire externe conique 311 est par ailleurs avantageusement ajourée pour augmenter le facteur de vue des pièces en céramique 122, de sorte que l'on obtient un circuit magnétique très compact et très aéré qui permet le rayonnement de l'ensemble de la face latérale du canal 124.
Comme cela a déjà été indiqué, l'embase 175 joue un rôle structurel essentiel. Cette embase massive 175 présente une fréquence de résonance élevée. Il doit en être de même des pièces polaires. Or, si la pièce polaire externe amont 311 est ajourée, sa fréquence de résonance devient relativement basse. De même, la forme essentiellement plane de la pièce polaire externe aval 134 donne aussi une fréquence de résonance peu élevée. Pour remédier à ce problème, il est possible d'interposer une pièce de liaison amagnétique 341 (figure 9), de forme essentiellement conique entre les deux pièces polaires 311 et 134. Pour permettre le rayonnement, la pièce 341 doit elle-même être fortement ajourée, mais cela ne nuit pas à sa fréquence de résonance car les éléments en forme de treillis qui la composent, travaillent essentiellement en traction-compression.
Selon une variante de réalisation, illustrée sur la figure 10, on améliore le rapport entre la géométrie des pièces polaires 134, 311 et le volume alloué aux bobines externes en inclinant l'axe de ces dernières. Ainsi, si l'axe des bobines externes 131 forme un angle β avec l'axe X'X du propulseur, de telle sorte que l'axe d'une bobine externe 131 soit sensiblement perpendiculaire à la bissectrice de l'angle u formé par les génératrices des cônes des deux pièces polaires 134, 311, une bobine externe 131 peut présenter un volume plus important, et l'encombrement de l'embase 175 peut être réduit. Comme représenté sur la figure 10, sur laquelle sont omis pour des raisons de clarté le canal 124, les bobines 133, 132 et la pièce polaire 351, il est tout à fait possible de combiner la mise en oeuvre de bobines externes 131 inclinées et d'une pièce polaire conique externe 311 ajourée.
Comme déjà indiqué plus haut, l'embase 175 joue un rôle essentiel dans le refroidissement par conduction, du support commun 332, des bobines 133, 132 et de la pièce polaire 351, qui est elle-même avantageusement munie d'échancrures comme représenté sur la figure 2.
Le refroidissement de la bobine 133, la plus chargée thermiquement, peut cependant être amélioré par la mise en oeuvre d'un ou plusieurs caloducs. Ainsi, sur la figure 8, on a représenté un caloduc 433 agencé dans un évidement 381 du noyau magnétique axial 138, mais sans contact avec ce dernier. Le caloduc 433 peut être soudé ou brasé sur la face interne du support interne 332 de la bobine 133, de manière à rendre ce support 332 isotherme.
Sur la figure 3, on a représenté une bobine 133 refroidie par plusieurs caloducs 433a, 433b reliés à la partie amont du support de la bobine 133, et passant à travers des orifices ménagés dans la pièce polaire interne amont 351.
Si l'on se reporte à nouveau aux figures 1 et 2, on voit que des feuilles de matériau superisolant formant écran 130 sont disposées en amont du canal annulaire 124 et des feuilles de matériau superisolant 301 formant écran sont également interposées entre le canal 124 et la première bobine interne 133. Les écrans superisolants 130, 301 éliminent ainsi l'essentiel du flux rayonné par le canal 124 en direction des bobines internes 133, 132 et de l'embase 175. En revanche, les pièces 122 délimitant le canal 124 sont libres de rayonner vers l'espace par l'angle solide entre les pièces polaires 134 et 311.
Dans le cas du mode de réalisation de la figure 11, un écran électrostatique 302 est disposé à l'amont de l'anode 125 pour assurer le respect de la loi de Paschen (isolation par le vide) tout en contribuant à maintenir en place les feuilles de matériau superisolant 130. Par ailleurs, la face externe du support externe 162a peut recevoir un revêtement émissif pour améliorer le refroidissement de la céramique des pièces 122a, 122b.
La figure 12 montre un exemple de mode de réalisation particulier d'un propulseur à plasma selon l'invention, dans lequel la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne amont 351 est dirigée vers l'amont. Cette disposition est plus particulièrement adaptée aux propulseurs de grand diamètre, mais peut être mise en oeuvre aussi bien avec un canal d'accélération 124 délimité par une pièce 122 monobloc en matériau céramique, comme représenté sur la figure 12, qu'avec un canal d'accélération 124 délimité par deux pièces 122a, 122b distinctes en matériau céramique, comme déjà décrit en référence à la figure 11. Sur la figure 12, les divers éléments fonctionnellement équivalents aux éléments déjà décrits en référence aux figures déjà décrites, notamment les figures 1 et 2, portent les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau.
Comme on peut le voir sur la figure 12, des évidements ou fraisages 751 sont ménagés dans l'embase 175 pour recevoir les deuxièmes bras radiaux 136, une ligne 145 de polarisation de l'anode 125 et des fils d'alimentation 313, 323, 333 des bobines externes 131 et des première et deuxième bobines internes 133, 132 (figures 7 et 12). Un évidement peut également être ménagé dans l'embase 175 pour recevoir la canalisation 126 d'alimentation en gaz ionisable munie d'un isolateur 300 (représentée par exemple sur la figure 4).
Avantageusement, les bobines externes 131 ainsi que les première et deuxième bobines internes 133, 132 sont réalisées à partir d'un fil blindé à isolant minéral. Les fils des différentes spires des bobines 131, 132, 133 sont solidarisés par un métal de brasure à forte conductivité thermique.
Les bobines externes 131, ainsi que les première et deuxième bobines internes 133, 132 sont montées en série et reliées électriquement à la cathode 140 et à un pôle négatif de l'alimentation électrique de la décharge anode-cathode.
Dans les réalisations de l'art antérieur, telles que celle représentée sur la figure 14, il est mis en oeuvre une chambre tampon annulaire 23 qui présente dans le sens radial une dimension au moins égale à celle du canal annulaire principal 24 et s'étend en amont de celui-ci au-delà de la zone dans laquelle est placée l'anode annulaire 25.
Dans un mode de réalisation de l'invention tel que celui de la figure 1, on obtient une disposition plus compacte en mettant en oeuvre un canal annulaire principal 124 qui présente dans un plan axial une section de forme tronconique à sa partie amont et cylindrique à sa partie aval. L'anode annulaire 125 présente alors dans un plan axial une section profilée en forme de tronc de cône.
Il a été constaté que l'on pouvait obtenir l'effet d'une chambre de tranquillisation dans le canal principal 124 en augmentant la densité locale de gaz, c'est-à-dire en diminuant la section de passage des gaz vers l'amont au lieu de l'augmenter.
On a représenté sur la figure 4 un exemple de réalisation possible pour l'anode annulaire 125. Une série de fentes circulaires 117 réalisées dans la partie massive 116 de l'anode 125 permet d'assurer une protection contre la contamination. Le gaz ionisable est introduit par une canalisation rigide 126 dans une chambre de distribution 127 qui communique avec les fentes circulaires 117 par des trous d'injection 120. Un isolateur 300 est interposé entre la canalisation 126 et l'anode 125 qui est reliée par une liaison électrique 145 au pôle positif de l'alimentation électrique de la décharge anode-cathode.
Il convient par ailleurs de pouvoir remédier aux problèmes de dilatation différentielle entre l'anode 125 et les pièces 122 en matériau céramique délimitant le canal 124.
Dans le cas d'une anode massive fixée par trois colonnettes circulaires, il n'est pas possible de trouver un compromis acceptable entre une fréquence propre de vibration élevée, obtenue avec des colonnettes courtes, et des contraintes thermomécaniques acceptables, qui exigent des colonnettes longues.
Une solution possible a été représentée sur la figure 4. L'anode 125 est supportée à la fois par une colonnette massive 114 à section circulaire et par au moins deux colonnettes 115 amincies en lames flexibles, ce qui réalise un compromis satisfaisant du point de vue des dilatations différentielles.
La figure 5 représente un autre mode de réalisation possible pour une anode 125 disposée dans la partie tronconique d'un canal d'accélération 124. Dans ce cas, l'anode annulaire 125 comprend un distributeur 127 muni de chicanes internes 271 et comportant une plaque plane aval 272 délimitant avec les parois du canal principal 124 deux diaphragmes annulaires 273. Une plaque arrière 274 est ajustée sur les parois 122 du canal principal 124 pour limiter les fuites de gaz vers l'amont. Des parois cylindriques munies de trous 120 permettent l'injection de gaz ionisable dans le canal principal 124.

Claims (28)

  1. Propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques, comprenant un canal annulaire principal d'ionisation et d'accélération (124) délimité par des pièces (122) en matériau isolant et ouvert à son extrémité aval (125a), au moins une cathode creuse (140) disposée à l'extérieur du canal annulaire principal (124) du côté de la partie aval de celui-ci, une anode annulaire (125) concentrique au canal annulaire principal (124) et disposée à distance de l'extrémité aval ouverte (125a), une canalisation (126) et un distributeur (127) pour alimenter en gaz ionisable l'anode annulaire (125), et un circuit magnétique de création d'un champ magnétique dans le canal annulaire principal (124),
    caractérisé en ce que le circuit magnétique comprend :
    une première pièce polaire externe essentiellement radiale (134),
    une deuxième pièce polaire externe conique (311),
    une première pièce polaire interne essentiellement radiale (135),
    une deuxième pièce polaire interne conique (351),
    une pluralité de noyaux magnétiques externes (137) entourés de bobines externes (131) pour relier entre elles les première et deuxième pièces polaires externes (134, 311),
    un noyau magnétique axial (138) entouré d'une première bobine interne (133) et relié à la première pièce polaire interne (135), et
    une deuxième bobine interne (132) placée en amont des bobines externes (131).
  2. Propulseur à plasma selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de premiers bras radiaux (352) reliant le noyau magnétique axial (138) à la partie amont de la deuxième pièce polaire interne conique (351) et une pluralité de deuxièmes bras radiaux (136) prolongeant les premiers bras radiaux (352) et raccordés à ladite pluralité de noyaux magnétiques externes ainsi qu'à la partie amont de la deuxième pièce polaire externe conique (311).
  3. Propulseur à plasma selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre des premiers bras radiaux (352) et celui des deuxièmes bras radiaux (136) est égal à celui des noyaux magnétiques externes (137).
  4. Propulseur à plasma selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'un faible entrefer est ménagé entre les premiers bras radiaux (352) et les deuxièmes bras radiaux (136).
  5. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal annulaire principal (124) présente dans un plan axial une section de forme tronconique à sa partie amont et cylindrique à sa partie aval et en ce que l'anode annulaire (125) présente dans un plan axial une section profilée en forme de tronc de cône.
  6. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une embase structurale (175) en matériau bon conducteur de la chaleur qui constitue un support mécanique du propulseur, distinct du noyau magnétique axial (138), des première et deuxième pièces polaires externes (134, 311) et des première et deuxième pièces polaires internes (135, 351), et qui assure le refroidissement par conduction de la première bobine interne (133), de la deuxième bobine interne (132) et des bobines externes (131).
  7. Propulseur à plasma selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'embase structurale (175) est recouverte sur ses faces latérales d'un revêtement émissif.
  8. Propulseur à plasma selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que les pièces (122) délimitant le canal annulaire principal (124) définissent un canal annulaire monobloc, sont reliées à l'embase (175) par un support unique (162) muni de fentes de dilatation (164) et sont rendues solidaires du support unique par vissage.
  9. Propulseur à plasma selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le canal principal annulaire (124) présente une extrémité aval délimitée par deux pièces (122a, 122b) en forme d'anneau constituées de céramique isolante et reliées chacune à l'embase (175) par un support individuel (162a, 162b), et en ce que la partie amont du canal principal annulaire (124) est matérialisée par les parois de l'anode (125) qui est isolée électriquement des supports (162) par le vide.
  10. Propulseur à plasma selon la revendication 9, caractérisé en que le rapport entre la longueur axiale des pièces (122) en céramique isolante et la largeur du canal (124) est compris entre 0,25 et 0,5 et en ce que la distance entre les parois de l'anode (125) et les supports (162) des pièces (122) en céramique isolante est comprise entre 0,8 mm et 5 mm.
  11. Propulseur à plasma selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en que l'anode (125) est fixée par rapport à l'embase (175) à l'aide d'une colonnette massive (114, 151) et de lames flexibles (115).
  12. Propulseur à plasma selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en que des fraisages (751) sont ménagés dans l'embase (175) pour recevoir les deuxièmes bras radiaux (136), la canalisation (126) d'alimentation en gaz ionisable munie d'un isolateur (300), une ligne (145) de polarisation de l'anode (125) et des fils d'alimentation des bobines externes (131) et des première et deuxième bobines internes (133, 132).
  13. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend des feuilles de matériau superisolant (130) disposées en amont du canal annulaire principal (124) et des feuilles de matériau superisolant (301) interposées entre le canal annulaire principal (124) et la première bobine interne (133).
  14. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne amont conique (351) est dirigée vers l'aval.
  15. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la pointe du cône de la deuxième pièce polaire interne amont conique (351) est dirigée vers l'amont.
  16. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un support commun (332) pour supporter la première bobine interne (133), la deuxième pièce polaire interne conique (351) et la deuxième bobine interne (132) fixées par brasage ou soudure par diffusion sur ce support commun (332), et en ce que ce support commun (332) est assemblé sur l'embase (175) au moyen de vis avec interposition d'une feuille conductrice thermiquement.
  17. Propulseur à plasma selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première bobine interne (133) est refroidie par un caloduc (433) relié à la partie interne du support commun (332) et situé dans un évidement (381) du noyau magnétique (38).
  18. Propulseur à plasma selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première bobine interne (133) est refroidie par une pluralité de caloducs (433a, 433b) reliés à la partie amont du support commun (332) et passant à travers des orifices ménagés dans la deuxième pièce polaire interne (351).
  19. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la deuxième pièce polaire externe conique (311) est ajourée.
  20. Propulseur à plasma selon la revendication 19, caractérisé en ce que les première et deuxième pièces polaires externes (134, 311) sont reliées mécaniquement par une pièce structurale de liaison amagnétique ajourée (341).
  21. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que les noyaux magnétiques externes (137) des bobines externes (131) sont inclinés d'un angle β par rapport à l'axe du propulseur de telle manière que l'axe de ces noyaux magnétiques externes (137) soit sensiblement perpendiculaire à la bissectrice de l'angle formé par les génératrices des cônes des première et deuxième pièces polaires externes (34, 311).
  22. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'anode annulaire (125) comprend un distributeur (127) muni de chicanes internes (271) et comportant une plaque plane aval (272) délimitant avec les parois du canal principal (124) deux diaphragmes annulaires (273), une plaque arrière (274) ajustée sur les parois du canal principal (124) pour limiter les fuites de gaz vers l'amont et des parois cylindriques munies de trous (120) d'injection de gaz ionisable dans le canal principal (124).
  23. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que l'embase (175) est réalisée en alliage léger anodisé sur sa face latérale.
  24. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que l'embase (175) est réalisée en matériau composite carbone-carbone revêtu sur sa face aval d'un dépôt de cuivre.
  25. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que les bobines externes (131) ainsi que les première et deuxième bobines internes (133, 132) sont réalisées à partir d'un fil blindé à isolant minéral et en ce que les fils des différentes spires des bobines (131, 133, 132) sont solidarisés par un métal de brasure à forte conductivité thermique.
  26. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que les bobines externes (131) ainsi que les première et deuxième bobines internes (133, 132) sont montées en série et reliées électriquement à la cathode (140) et un pôle négatif de l'alimentation électrique de la décharge anode-cathode.
  27. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que la deuxième pièce polaire externe conique (311) présente un demi-angle de cône compris entre 25 et 60°.
  28. Propulseur à plasma selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, caractérisé en ce que la deuxième pièce polaire interne conique (351) présente avec l'axe du propulseur un demi-angle compris entre 15 et 45°.
EP99401981A 1998-08-25 1999-08-04 Propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques Expired - Lifetime EP0982976B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9810674A FR2782884B1 (fr) 1998-08-25 1998-08-25 Propulseur a plasma a derive fermee d'electrons adapte a de fortes charges thermiques
FR9810674 1998-08-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0982976A1 true EP0982976A1 (fr) 2000-03-01
EP0982976B1 EP0982976B1 (fr) 2004-02-25

Family

ID=9529859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP99401981A Expired - Lifetime EP0982976B1 (fr) 1998-08-25 1999-08-04 Propulseur à plasma à dérive fermée d'électrons adapté à de fortes charges thermiques

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6281622B1 (fr)
EP (1) EP0982976B1 (fr)
JP (1) JP4347461B2 (fr)
CA (1) CA2280479C (fr)
DE (1) DE69914987T2 (fr)
FR (1) FR2782884B1 (fr)
IL (1) IL131182A (fr)
RU (1) RU2219371C2 (fr)
UA (1) UA57770C2 (fr)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10014033A1 (de) * 2000-03-22 2001-10-04 Thomson Tubes Electroniques Gm Plasma-Beschleuniger-Anordnung
US7500350B1 (en) 2005-01-28 2009-03-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Elimination of lifetime limiting mechanism of hall thrusters
US7624566B1 (en) 2005-01-18 2009-12-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Magnetic circuit for hall effect plasma accelerator
EP2211056A1 (fr) 2009-01-27 2010-07-28 Snecma Propulseur à dérive fermée d'électrons
FR2950114A1 (fr) * 2009-09-17 2011-03-18 Snecma Moteur a effet hall avec refroidissement de la ceramique interne

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6448721B2 (en) * 2000-04-14 2002-09-10 General Plasma Technologies Llc Cylindrical geometry hall thruster
FR2842261A1 (fr) * 2002-07-09 2004-01-16 Centre Nat Etd Spatiales Propulseur plasmique a effet hall
US7461502B2 (en) 2003-03-20 2008-12-09 Elwing Llc Spacecraft thruster
JP2006147449A (ja) * 2004-11-24 2006-06-08 Japan Aerospace Exploration Agency 高周波放電プラズマ生成型二段式ホール効果プラズマ加速器
JP4816004B2 (ja) * 2005-10-28 2011-11-16 三菱電機株式会社 ホールスラスタ及び宇宙航行体
JP4816179B2 (ja) * 2006-03-20 2011-11-16 三菱電機株式会社 ホールスラスタ
FR2919755B1 (fr) * 2007-08-02 2017-05-05 Centre Nat De La Rech Scient (C N R S ) Dispositif d'ejection d'electrons a effet hall
DE102007062150A1 (de) * 2007-09-14 2009-04-02 Thales Electron Devices Gmbh Vorrichtung zur Ableitung von Verlustwärme sowie Ionenbeschleunigeranordnung und Wanderfeldröhrenanordnung mit einer Wärmeleitanordnung
JP5295423B2 (ja) * 2010-03-01 2013-09-18 三菱電機株式会社 ホールスラスタ及び宇宙航行体及び推進方法
RU2447625C2 (ru) * 2010-03-22 2012-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Опытное конструкторское бюро "Факел" Плазменный ускоритель с замкнутым дрейфом электронов
FR2976029B1 (fr) 2011-05-30 2016-03-11 Snecma Propulseur a effet hall
FR2979956B1 (fr) 2011-09-09 2013-09-27 Snecma Systeme de propulsion electrique a propulseurs a plasma stationnaire
US8575565B2 (en) * 2011-10-10 2013-11-05 Guardian Industries Corp. Ion source apparatus and methods of using the same
RU2504683C1 (ru) * 2012-06-22 2014-01-20 Михаил Никитович Алексенко Способ управления вектором тяги реактивного двигателя летательного аппарата
RU2527798C2 (ru) * 2012-11-28 2014-09-10 Михаил Никитович Алексенко Устройство управления вектором тяги реактивного двигателя
RU2523427C1 (ru) * 2012-12-28 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Способ формирования компактного плазмоида
RU2524571C1 (ru) * 2013-01-22 2014-07-27 Объединенный Институт Ядерных Исследований Индукционный циклический ускоритель электронов
RU2527898C1 (ru) * 2013-04-17 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" Стационарный плазменный двигатель малой мощности
US10273944B1 (en) 2013-11-08 2019-04-30 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Propellant distributor for a thruster
RU2568825C2 (ru) * 2014-03-24 2015-11-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") Электрореактивная двигательная установка
US9642239B2 (en) 2015-04-17 2017-05-02 Fermi Research Alliance, Llc Conduction cooling systems for linear accelerator cavities
RU2620442C2 (ru) * 2015-05-29 2017-05-25 Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" Источник ионов
CN105163475A (zh) * 2015-08-03 2015-12-16 兰州空间技术物理研究所 一种离子推力器放电室双向气体供给装置
US20180255632A1 (en) * 2015-12-10 2018-09-06 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole field ionization neutron generator
RU167315U1 (ru) * 2016-10-11 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" (МИРЭА) Стационарный плазменный двигатель малой мощности
CN107795445B (zh) * 2017-09-01 2019-08-23 兰州空间技术物理研究所 一种环形磁钢环切场离子推力器结构和主支撑环
US10932355B2 (en) 2017-09-26 2021-02-23 Jefferson Science Associates, Llc High-current conduction cooled superconducting radio-frequency cryomodule
CN109779863B (zh) * 2019-01-31 2020-06-23 哈尔滨工业大学 一种霍尔推力器安装支架
RU2724375C1 (ru) * 2019-12-24 2020-06-23 Николай Борисович Болотин Ионный ракетный двигатель и способ его работы
RU2735043C1 (ru) * 2020-05-20 2020-10-27 Николай Борисович Болотин Плазменно-ионный ракетный двигатель
CN112017840B (zh) * 2020-08-11 2021-12-07 北京控制工程研究所 一种低功率霍尔推力器用磁屏及固定结构
WO2023038611A1 (fr) * 2021-09-13 2023-03-16 Частное Акционерное Общество "Фэд" Moteur ionique-plasmique stationnaire
CN114352831A (zh) * 2021-12-21 2022-04-15 上海空间推进研究所 气体分配器
WO2023244857A1 (fr) * 2022-06-17 2023-12-21 The Regents Of The University Of Michigan Propulseur à effet hall

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0541309A1 (fr) * 1991-11-04 1993-05-12 Fakel Enterprise Accélérateur de plasma avec parcours fermé d'électrons
FR2693770A1 (fr) * 1992-07-15 1994-01-21 Europ Propulsion Moteur à plasma à dérive fermée d'électrons.
EP0781921A1 (fr) * 1995-12-29 1997-07-02 Societe Europeenne De Propulsion Source d'ions à dérive fermée d'électrons
US5763989A (en) * 1995-03-16 1998-06-09 Front Range Fakel, Inc. Closed drift ion source with improved magnetic field

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6158209A (en) * 1997-05-23 2000-12-12 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation-S.N.E.C.M.A. Device for concentrating ion beams for hydromagnetic propulsion means and hydromagnetic propulsion means equipped with same
US6208080B1 (en) * 1998-06-05 2001-03-27 Primex Aerospace Company Magnetic flux shaping in ion accelerators with closed electron drift

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0541309A1 (fr) * 1991-11-04 1993-05-12 Fakel Enterprise Accélérateur de plasma avec parcours fermé d'électrons
FR2693770A1 (fr) * 1992-07-15 1994-01-21 Europ Propulsion Moteur à plasma à dérive fermée d'électrons.
US5763989A (en) * 1995-03-16 1998-06-09 Front Range Fakel, Inc. Closed drift ion source with improved magnetic field
EP0781921A1 (fr) * 1995-12-29 1997-07-02 Societe Europeenne De Propulsion Source d'ions à dérive fermée d'électrons

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10014033A1 (de) * 2000-03-22 2001-10-04 Thomson Tubes Electroniques Gm Plasma-Beschleuniger-Anordnung
DE10014033C2 (de) * 2000-03-22 2002-01-24 Thomson Tubes Electroniques Gm Plasma-Beschleuniger-Anordnung
US7624566B1 (en) 2005-01-18 2009-12-01 The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration Magnetic circuit for hall effect plasma accelerator
US7500350B1 (en) 2005-01-28 2009-03-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Elimination of lifetime limiting mechanism of hall thrusters
EP2211056A1 (fr) 2009-01-27 2010-07-28 Snecma Propulseur à dérive fermée d'électrons
RU2509918C2 (ru) * 2009-01-27 2014-03-20 Снекма Двигатель с замкнутым дрейфом электронов
FR2950114A1 (fr) * 2009-09-17 2011-03-18 Snecma Moteur a effet hall avec refroidissement de la ceramique interne
US8701384B2 (en) 2009-09-17 2014-04-22 Snecma Hall effect thruster with cooling of the internal ceramic

Also Published As

Publication number Publication date
DE69914987D1 (de) 2004-04-01
UA57770C2 (uk) 2003-07-15
CA2280479C (fr) 2007-10-23
DE69914987T2 (de) 2004-12-16
FR2782884B1 (fr) 2000-11-24
JP4347461B2 (ja) 2009-10-21
IL131182A (en) 2003-06-24
IL131182A0 (en) 2001-01-28
JP2000073937A (ja) 2000-03-07
FR2782884A1 (fr) 2000-03-03
US6281622B1 (en) 2001-08-28
RU2219371C2 (ru) 2003-12-20
EP0982976B1 (fr) 2004-02-25
CA2280479A1 (fr) 2000-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0982976B1 (fr) Propulseur à plasma à dérive fermée d&#39;électrons adapté à de fortes charges thermiques
EP0650557B1 (fr) Moteur a plasma a derive fermee d&#39;electrons
EP2433002B1 (fr) Propulseur a plasma a effet hall
EP0781921B1 (fr) Source d&#39;ions à dérive fermée d&#39;électrons
EP0662195B1 (fr) Moteur a plasma de longueur reduite a derive fermee d&#39;electrons
EP2211056B1 (fr) Propulseur à dérive fermée d&#39;électrons
EP0914560B1 (fr) PROPULSEUR A PLASMA avec DISPOSITIF DE CONCENTRATION DE FAISCEAU D&#39;IONS
EP2179435B1 (fr) Dispositif d&#39;ejection d&#39;ions a effet hall
EP0995345B1 (fr) Dispositif d&#39;excitation d&#39;un gaz par plasma d&#39;onde de surface
EP1520104B1 (fr) Propulseur plasmique a effet hall
FR2764730A1 (fr) Canon electronique pour tube electronique multifaisceau et tube electronique multifaisceau equipe de ce canon
EP3250822B1 (fr) Propulseur à effet hall et engin spatial comprenant un tel propulseur
EP0048690B1 (fr) Tube à gaz à décharge pour émission laser de puissance à très haute stabilité
EP1292963A1 (fr) Cathode a rendement thermique optimise
WO2009083534A1 (fr) Refroidissement d&#39;un tube générateur de rayons x
FR2790595A1 (fr) Circuit de ligne a retard en helice
FR2467480A1 (fr) Appareil a hyperfrequences du type magnetron
FR2775118A1 (fr) Grille pour tube electronique a faisceau axial a performances ameliorees
FR2669771A1 (fr) Cathode amelioree pour tubes hyperfrequence.
EP0020218A1 (fr) Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur
FR2826542A1 (fr) Dispositif pour la production d&#39;ions de charges positives variables et a resonnance cyclotronique
FR2721790A3 (fr) Torche à plasma modulaire.
FR2810790A1 (fr) Cathode pour tube a rayons cathodiques a encombrement reduit

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE GB IT

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20000627

AKX Designation fees paid

Free format text: DE GB IT

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE GB IT

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20040401

Kind code of ref document: P

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20040617

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20041126

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

Free format text: REGISTERED BETWEEN 20120517 AND 20120523

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Representative=s name: KLUNKER, SCHMITT-NILSON, HIRSCH, DE

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Representative=s name: SCHMITT-NILSON SCHRAUD WAIBEL WOHLFROM PATENTA, DE

Effective date: 20121005

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Representative=s name: KLUNKER, SCHMITT-NILSON, HIRSCH, DE

Effective date: 20121005

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Owner name: SNECMA, FR

Free format text: FORMER OWNER: SOCIETE NATIONALE D'ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MOTEURS D'AVIATION "S.N.E.C.M.A.", PARIS, FR

Effective date: 20121005

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

Representative=s name: SCHMITT-NILSON SCHRAUD WAIBEL WOHLFROM PATENTA, DE

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20180719

Year of fee payment: 20

Ref country code: IT

Payment date: 20180719

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20180720

Year of fee payment: 20

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R071

Ref document number: 69914987

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: PE20

Expiry date: 20190803

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

Effective date: 20190803