EP3344873B1 - Gitter-ionenantrieb mit integriertem festtreibstoff - Google Patents
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Claims (14)
- Ionen-Antrieb (100) mit- einer Kammer (10),- einem einen Festtreibstoff (PS) enthaltenden Tank (20), wobei der Tank eine mit wenigstens einem Loch (22) versehene leitende Hülle (21) aufweist,- einer Gesamtheit von Mitteln (30, 30', 40) zum Bilden eines Ionen-Elektronen-Plasmas in der Kammer (10), wobei die Gesamtheit dazu ausgelegt ist, den Festtreibstoff im Tank (20) zu sublimieren, um einen Treibstoff im Gaszustand zu bilden, dann von dem durch das wenigstens eine Loch (22) aus dem Tank (20) kommenden Treibstoff im Gaszustand ausgehend das Plasma in der Kammer (10) zu bilden,- einem Mittel (50) zum Extrahieren und Beschleunigen von wenigstens den Ionen des Plasmas aus der Kammer (10) heraus, wobei das Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50)• entweder eine in der Kammer (10) gelegene Elektrode (52), die mit einem an einem Ende (E) der Kammer (10) gelegenen Gitter (51) assoziiert ist, wobei die Elektrode (52) eine größere Oberfläche als die Oberfläche des Gitters (51) aufweist,• oder eine Gesamtheit aus wenigstens zwei an einem Ende (E) der Kammer (10) gelegenen Gittern (52', 51)aufweist,- einer Gleichspannungsquelle (30") oder einer mit einem Kondensator (30) in Reihe angeordneten Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30), die dazu ausgelegt ist, ein Signal zu erzeugen, dessen Hochfrequenz zwischen der Plasmafrequenz der Ionen und der Plasmafrequenz der Elektronen liegt, wobei die Gleichspannungsquelle (30") oder die Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle über einen ihrer Ausgänge mit dem Mittel (50) zum Extrahieren und Beschleunigen von wenigstens den Ionen des Plasmas aus der Kammer (10) heraus verbunden ist, und zwar genauer gesagtwobei das mit der Elektrode (52) assoziierte Gitter (51) oder, je nach Fall, das andere Gitter (51) der Gesamtheit von wenigstens zwei Gittern (52', 51) entweder auf ein Bezugspotential (55) gelegt ist oder mit dem anderen der Ausgänge der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) verbunden ist, wobei das Mittel (50) zum Extrahieren und Beschleunigen und die Gleichspannungsquelle (30") oder die Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle ermöglichen, am Ausgang der Kammer (10) einen Strahl (70, 70') zu bilden, der wenigstens Ionen aufweist,• entweder mit der Elektrode (52)• oder mit einem (52') der Gitter der Gesamtheit aus wenigstens zwei Gittern (51, 52'),
dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (20) in der Kammer (10) angeordnet ist. - Antrieb (100) gemäß Anspruch 1, bei dem• die mit dem Mittel (50) zum Extrahieren und Beschleunigen verbundene Spannungsquelle eine Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) ist,• die Gesamtheit von Mitteln (30, 40) zum Bilden des Ionen-Elektronen-Plasmas wenigstens eine Spule (40) aufweist, die durch diese Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) über ein Mittel (60) zum Steuern des Signals, das von der Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) einerseits zur wenigstens einen Spule (40) hin und andererseits zum Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) zum Bilden eines Strahls (70) aus Ionen und Elektronen am Ausgang der Kammer 10) hin abgegeben wird, versorgt wird.
- Antrieb (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Gesamtheit von Mitteln (30, 40, 30') zum Bilden des Ionen-Elektronen-Plasmas• wenigstens eine durch eine von der mit dem Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) verbundenen Gleichspannungsquelle (30") oder Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) verschiedenen Hochfrequenz-Wechselspanungsquelle (30') versorgte Spule (40) oder• wenigstens eine durch eine Mikrowellen-Wechselspannungsquelle (30') versorgte Mikrowellenantenne (40)aufweist.
- Antrieb (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, bei dem die mit dem Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) verbundene Spannungsquelle eine Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) zum Bilden eines Strahls (70) aus Ionen und Elektronen am Ausgang der Kammer (10) ist.
- Antrieb (100) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 4, bei dem die Elektroneutralität des Strahls (70) aus Ionen und Elektronen dann, wenn das Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) eine Gesamtheit von wenigstens zwei an einem Ende (E) der Kammer (10) gelegenen Gittern (52', 51) ist, wenigstens teilweise durch Regelung der Dauer des Anlegens der von der mit dem Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) verbundenen Hochfrequenz-Wechselspannungsquelle (30) abgegebenen positiven und/oder negativen Potentiale erhalten wird.
- Antrieb (100) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 4, bei dem die Elektroneutralität des Strahls (70) aus Ionen und Elektronen dann, wenn das Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) eine Gesamtheit von wenigstens zwei an einem Ende (E) der Kammer (10) gelegenen Gittern (52', 51) ist, wenigstens teilweise durch Regelung der Amplitude der von der mit dem Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) verbundenen Hochlrequenz-Wechselspannungsquelle (30) abgegebenen positiven und/oder negativen Potentiale erhalten wird.
- Antrieb (100) gemäß Anspruch 3, bei dem die mit dem Extraktions- und Beschleunigungsmittel (50) verbundene Spannungsquelle eine Gleichspannungsquelle (30") zum Bilden eines Ionenstrahls (70') am Ende der Kammer (10) ist, wobei der Antrieb (100) außerdem Mittel (80, 81) zum Einbringen von Elektronen in den Ionenstrahl (70') aufweist, um eine Elektroneutralität zu gewährleisten.
- Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Tank (20) eine zwischen dem Festtreibstoff (PS) und der mit wenigstens einer Öffnung (22) versehenen Hülle (21) liegende Membrane (22') aufweist, wobei die Membrane (22') wenigstens eine Öffnung (22") aufweist, wobei die Fläche der oder jeder Öffnung (22") der Membrane (22') größer als die Fläche der oder jeder Öffnung (22) der Hülle (21) des Tanks (20) ist.
- Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das oder jedes Gitter (51, 52') Öffnungen aufweist, deren Form unter den folgenden Formen ausgewählt ist: kreisförmig, quadratisch, rechteckig oder schlitzförmig, insbesondere in Form von parallelen Schlitzen.
- Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das oder jedes Gitter (51, 52') kreisförmige Öffnungen aufweist, deren Durchmesser zwischen 0,2 mm und 10 mm beträgt, zum Beispiel zwischen 0,5 mm und 2 mm.
- Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn das Mittel (50) zum Extrahieren und Beschleunigen nach außerhalb der Kammer (10) eine Gesamtheit von wenigstens zwei am Ende (E) der Kammer (10) gelegenen Gittern (52', 51) aufweist, der Abstand zwischen den Gittern (52', 51) zwischen 0,2 mm und 10 mm beträgt, zum Beispiel zwischen 0,5 mm und 2 mm.
- Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Festtreibstoff (PS) unter folgendem ausgewählt ist: Dijod, Dijod mit anderen chemischen Komponenten vermischt, Ferrocen, Adamantan oder Arsen.
- Satellit (S) mit einem Antrieb (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche und einer Energiequelle (SE), zum Beispiel einer Batterie oder einem Sonnensegel, die bzw. das mit der oder jeder Gleichspannungsquelle (30") oder Wechselspannungsquelle (30, 30') des Antriebs (100) verbunden ist.
- Raumsonde (SS) mit einem Antrieb (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Energiequelle (SE), zum Beispiel einer Batterie oder einem Sonnensegel, die bzw. das mit der oder jeder Gleichspannungsquelle (30") oder Wechselspannungsquelle (30, 30') des Antriebs (100) verbunden ist
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