FR2906961A1

FR2906961A1 - Appareil d'alimentation pour controler un accelerateur d'ions

Info

Publication number: FR2906961A1
Application number: FR0758048A
Authority: FR
Inventors: Taichiro Tamida; Takafumi Nakagawa; Ikuro Suga; Hiroyuki Osuga; Toshiyuki Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2008-04-11
Also published as: US7579780B2; US20080246405A1; JP4697460B2; JP2008088931A

Abstract

Un appareil d'alimentation pour réguler un accélérateur d'ions comprend un dispositif de contrôle configuré de manière à ajuster l'amplitude de l'accélération des ions dans l'accélérateur d'ions. Le dispositif de contrôle régule une tension anodique appliquée à une électrode anodique (12) de l'accélérateur d'ions, un débit gazeux de gaz s'écoulant à travers un régulateur du débit gazeux (15) de l'accélérateur d'ions, et la densité de flux magnétique à une sortie des ions de l'accélérateur d'ions pour satisfaire une formule donnée ci-dessous : dans laquelle S est la section de la sortie des ions [m<2>] ; d est la longueur de la région d'accélération d'ions [m]; beta est le rapport de polarisation de flux magnétique; Va est la tension anodique [V] ; Q est le débit gazeux [sccm] ; et B est la densité de flux magnétique à la sortie des ions [T].

Description

1 APPAREIL D'ALIMENTATION Références croisées à des applications connexes

La présente demande se base et revendique les avantages de priorité de la demande de brevet japonais No. 2006-272858, déposée le 4 octobre 2006. La présente invention concerne un appareil d'alimentation pour un accélérateur d'ions qui est un dispositif de décharge pour accélérer des ions et en particulier un propulseur Hall constituant un dispositif de propulsion électrique monté sur un satellite artificiel, Un propulseur Hall ionise le gaz introduit à partir d'une extrémité d'un canal 10 de décharge de forme annulaire, accélère le gaz ionisé et éjecte le gaz de l'autre extrémité du canal de décharge. Une poussée d'un propulseur Hall peut être obtenue par la réaction des ions ainsi produits. Un flux magnétique est formé radialement dans le canal de décharge de forme annulaire, L'effet Hall par le flux magnétique permet aux électrons de dériver de manière circonférentielle dans le 1 canal de décharge de forme annulaire de sorte le mouvement des électrons soit supprimé dans une direction axiale. Ainsi, seuls les ions peuvent être efficacement accélérés (par exemple, voir le document JP-A-2002-517661). Un des problèmes lié au fonctionnement stable du propulseur Hall est l'apparition d'un phénomène d'oscillation de décharge. Le phénomène d'oscillation 20 de décharge comprend différents types de phénomènes d'oscillation, qui comprennent le phénomène d'oscillation de décharge à la fréquence la plus basse appelée oscillation d'ionisation . Dans le phénomène d'oscillation de décharge, une oscillation est générée dans la forme d'onde de courant du courant anodique, à une fréquence d'environ 10 kHz, provoquant ainsi des effets importants sur la 25 stabilité, la fiabilité et la solidité d'un système comprenant le propulseur Hall. Afin d'éliminer un tel inconvénient, une technique de contrôle pour éliminer ce phénomène d'oscillation de décharge e été recherchée (par exemple, voir Kyouichi Kuriki et Yoshihiro Arakawa, Introduction to Electric Propulsion Rackets, University of Tokyo Press, pp. 152-154, 2003, Japon). En outre, une 30 condition liée à la génération du phénomène d'oscillation de décharge dans le propulseur Hall e été précédemment formulée en utilisant un modèle relativement simple (par exemple, voir N. Yamamoto, K. Komurasaki et Y. Arakawa, 2906961 2 Discharge Current Oscillation in Hall Thrusters, Journal of Propulsion and Power, Vol. 21, No. 5, pp. 870-876, 2005). Dans un appareil d'alimentation conventionnel, lorsqu'une charge commence à présenter un comportement instable lié à des changements du courant anodique, un signal de courant anodique est réintroduit à une unité de contrôle d'alimentation pour éliminer les changements du courant anodique, éliminant ainsi le phénomène d'oscillation de décharge (par exemple, voir JP-A-2005-282403). Dans l'appareil d'alimentation conventionnel, lorsque le courant anodique varie, le signal de courant anodique est réintroduit à l'unité d'alimentation, éliminant ainsi le courant anodique. Cependant, l'utilisation d'une telle technique permettant de détecter quand le courant anodique varie, rend difficile l'amélioration sensible de la stabilité du propulseur Hall puisque le phénomène d'oscillation de décharge n'est pas théoriquement éliminé. En outre, le phénomène d'oscillation de décharge se produit à la fréquence par exemple de 10 Hz. Pour cette raison, lorsqu'il est prévu d'éliminer l'oscillation par la rétroaction à l'unité de contrôle d'alimentation, un système de contrôle à très grande vitesse est nécessaire. Si le système de contrôle ne peut pas subir une réponse à grande vitesse, un contrôle stable ne peut pas réaliser, et le phénomène d'oscillation se produit entre l'appareil d'alimentation et le système de contrôle de sorte que l'instabilité du propulseur Hall puisse être favorisée. De plus, lorsque la condition liée au fonctionnement du propulseur Hall est optimisée tout en recherchant l'effet différent de la stabilité du courant dans une condition de fonctionnement spécifique, le propulseur Hall ne peut pas être contrôlé de manière stable.

La présente invention a été réalisée afin de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. Un objet de la présente invention propose un appareil d'alimentation capable d'actionner de manière stable un propulseur Hall qui sert d'accélérateur d'ions en éliminant l'apparition d'un phénomène d'oscillation de décharge dans une condition de fonctionnement spécifique telle qu'un cas où une efficacité de propulsion élevée est nécessaire. Selon un premier aspect de la présente invention, il est fourni un appareil d'alimentation pour contrôler c'est-à-dire commander un accélérateur d'ions qui comprend une électrode anodique, un régulateur de débit gazeux et une bobine 2906961 3 qui génère un champ magnétique, l'appareil d'alimentation comprend : un dispositif de contrôle configuré de manière à contrôler : une tension anodique appliquée à l'électrode anodique ; un débit gazeux de gaz s'écoulant à travers le régulateur de débit gazeux ; et une densité du flux magnétique à une sortie d'ions 5 de l'accélérateur d'ions en commandant le courant de bobine s'écoulant à travers la bobine qui génère un champ magnétique, ajustant ainsi l'amplitude de l'accélération d'ions dans l'accélérateur d'ions, dans lequel, en fonction de : une section de la sortie d'ions de l'accélérateur d'ions ; une longueur de la zone d'accélération de l'accélérateur d'ions et un rapport de polarisation de flux 10 magnétique représentant un rapport de la densité de flux magnétique à la sortie d'ions à une valeur moyenne de la densité magnétique dans une direction d'accélération d'ions de l'accélérateur d'ions, le dispositif de contrôle régule la tension anodique, le débit gazeux et la densité de flux magnétique à la sortie d'ions qui dépend du courant de bobine, afin de satisfaire une formule donnée 15 suivante : 500x109<13 *V .Q d.S.B2 dans laquelle S : section de la sortie d'ions [m2] ; d : longueur de la région 20 d'accélération d'ions [m] ; 13 : rapport de polarisation de flux magnétique ; Va : tension anodique [V] ; Q : débit gazeux [sccm] ; et B : densité de flux magnétique à la sortie d'ions [T]. Selon un second aspect de la présente invention, il est proposé un appareil d'alimentation pour contrôler un accélérateur d'ions qui comprend une électrode 25 anodique, un régulateur de débit gazeux et une bobine qui génère un champ magnétique, l'appareil d'alimentation comprenant : un dispositif de contrôle configuré de manière à contrôler : une tension anodique appliquée à l'électrode anodique ; un débit gazeux de gaz s'écoulant à travers le régulateur de débit gazeux ; et une densité de flux magnétique à une sortie d'ions de l'accélérateur 30 d'ions en commandant le courant de bobine s'écoulant à travers la bobine qui génère un champ magnétique, ajustant ainsi l'amplitude de l'accélération d'ions dans l'accélérateur d'ions, dans lequel, en fonction d'une longueur de la région 2906961 4 d'accélération de l'accélérateur d'ions et d'un rapport de polarisation de flux magnétique représentant un rapport de la densité de flux magnétique à la sortie d'ions à une valeur moyenne de la densité de flux magnétique dans une direction d'accélération d'ions de l'accélérateur d'ions, le dispositif de contrôle régule la 5 tension anodique et la densité de flux magnétique à la sortie d'ions qui dépend du courant de bobine pour satisfaire une formule donnée de la manière suivante : 0R V <370x103 d.B 10 dans laquelle d : longueur de la région d'accélération d'ions [m] ; 13 : rapport de polarisation de flux magnétique ; Va : tension anodique [V] ; et B : densité de flux magnétique à la sortie d'ions [T]. La figure 1 est un schéma de principe d'un appareil d'alimentation présentant le premier mode de réalisation de la présente invention ; 15 la figure 2 est une vue en coupe du propulseur Hall dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; les figures 3A et 3B sont des graphiques présentant la dépendance de l'amplitude d'oscillation du courant anodique par rapport à trois paramètres de Va, Q et le du premier mode de réalisation de la présente invention ; 20 la figure 4 est un graphique présentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique du premier mode de réalisation de la présente invention ; la figure 5 est graphique présentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique normalisé par une valeur moyenne de courant dans le premier mode de réalisation de la présente invention ; 25 la figure 6 est un graphique présentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique normalisé par une valeur moyenne de courant selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 7 est un schéma de principe d'un appareil d'alimentation selon le troisième mode de réalisation de la présente invention. 30 Mode de réalisation 1 2906961 5 La figure 1 est un schéma de principe d'un appareil d'alimentation selon le premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 1, un appareil d'alimentation 1 contrôle un propulseur Hall 11 servant d'accélérateur d'ions et une cathode creuse 21 qui alimente en électrons le propulseur Hall 11. Sur la 5 figure 1, le propulseur Hall 11 est présenté selon une vue en coupe prise dans un plan passant par l'axe central du propulseur Hall 11 qui présente une forme annulaire et étant parallèle à l'axe central. Le propulseur Hall 11 comprend : une électrode anodique 12 ; une bobine interne 12 et une bobine externe 14 qui sont les bobines qui génèrent un champ magnétique ; un régulateur de débit gazeux 10 15 ; et un anneau interne 16 et un anneau externe 17 qui forment une région circulaire d'accélération d'ions 18. La figure 2 est une vue en coupe prise sur la ligne II-II sur la figure 1 (vue en coupe dans un plan perpendiculaire à la direction axiale du propulseur Hall 11). Chaque électrode anodique 12, la bobine externe 14, l'anneau interne 16 et l'anneau externe 17 présentent une forme annulaire. 15 Le gaz destiné à être ionisé est introduit à partir du fond (côté inférieur sur la figure 1) de la région d'accélération d'ions 18. Le gaz introduit génère la décharge de gaz dans la région d'accélération d'ions 18. L'électrode anodique 12 est disposée sur le fond. Suite à l'application d'une tension anodique à l'électrode anodique, les particules de gaz sont accélérées dans la direction axiale du 20 propulseur Hall 11 vers le côté de la sortie d'ions qui est un côté opposé (c'est-à-dire, côté supérieur sur la figure 1) au fond de la région d'accélération d'ions 18. Les particules de gaz ainsi accélérées sont éjectées de la sortie d'ions. La bobine interne 13 et la bobine externe 14 sont respectivement disposées à l'intérieur et à l'extérieur de la région d'accélération d'ions 18 pour générer un champ 25 magnétique dans une direction radiale du propulseur Hall 11. La bobine interne 13 et la bobine externe 14 sont connectées l'une à l'autre par un matériau magnétique sur le côté de l'électrode anodique 12, pour former ainsi un circuit magnétique. Sur le côté de sortie d'ions, des pièces polaires 19 sont prévues pour réguler la densité de flux magnétique. De manière générale, les pièces polaires 19 30 sont conçues de manière à ce que le flux magnétique généré dans chacune des bobines 13, 14 soit le plus fort à une position de la sortie d'ions et le plus faible sur le côté de l'électrode anodique 12. 2906961 6 Il est nécessaire de fournir des électrons pour générer la décharge de gaz. En outre, afin d'empêcher qu'un corps de satellite artificielle comprenant le propulseur Hall 11 soit chargé électriquement par les ions accélérés et émis, une source d'électrons est nécessaire. Selon ce mode de réalisation, la cathode 5 creuse 21 est disposée dans le voisinage de la sortie d'ions du propulseur Hall 11, et les électrons sont fournis de la cathode creuse 21 au propulseur Hall 11. Dans un tel système du propulseur Hall, une alimentation électrique et un système de commande sont nécessaires pour actionner et réguler le propulseur Hall 11 et la cathode creuse 21. 10 Pour commander le propulseur Hall 11, l'appareil d'alimentation 1 comprend : une alimentation de l'anode 2 ; une alimentation de bobine contenant une alimentation de la bobine interne 3 et une alimentation de la bobine externe 4 ; un dispositif de contrôle de débit gazeux 5. Pour réguler la cathode creuse 21, l'appareil d'alimentation 1 comprend : un dispositif d'alimentation de puissance 15 calorifique 6 ; un dispositif d'alimentation de l'unité de maintien ; et un dispositif de commande de débit gazeux utilisant une cathode 8. L'appareil d'alimentation comprend en outre une unité de contrôle 9 pour réguler ces éléments 2 à 8. L'appareil d'alimentation 1 commande le propulseur Hall 11 constituant un accélérateur d'ions doté de : l'électrode anodique 12 ; les bobines qui génèrent de 20 champ magnétique, c'est-à-dire la bobine interne 13 et la bobine externe 14 ; et le régulateur de débit gazeux 15. En particulier, l'alimentation de l'anode 2 applique une tension anodique Va à l'électrode anodique 12. L'alimentation de la bobine interne 3 et l'alimentation de la bobine externe 4 (qui constituent des alimentations de bobine) fournissent un courant de bobine le à la bobine interne 13 et à la 25 bobine externe 14 (qui constituent des bobines qui génèrent un champ magnétique), respectivement. Le dispositif de contrôle de débit gazeux 5 régule le débit gazeux Q à travers le régulateur de débit gazeux 15. L'unité de contrôle 9 régule la tension anodique appliquée à l'électrode anodique 12, le courant de bobine fourni aux bobines qui génèrent un champ magnétique (c'est-à-dire, la 30 bobine interne 13 et la bobine externe 14), et le débit du gaz fourni par le régulateur de débit gazeux 15, pour ajuster ainsi l'amplitude de l'accélération des ions de l'accélérateur d'ions, c'est-à-dire le propulseur Hall 11, et contrôler 2906961 7 l'électrode anodique, le courant de bobine et le débit gazeux selon la fonction liée à au moins la tension anodique et au courant de bobine. Le dispositif de contrôle de débit gazeux 5 régule le débit gazeux Q dans une unité d'introduction de gaz du propulseur Hall 11 en fonction d'une commande 5 envoyée de l'unité de contrôle 9. En outre, en fonction de l'instruction envoyée de l'unité de contrôle 9, l'alimentation de la bobine interne 3 et l'alimentation de la bobine externe 4 commandent le courant de bobine le s'écoulant à travers la bobine interne 13 et la bobine externe 14. De manière générale, le courant de bobine le qui est généralement un courant continu constant s'écoule à travers la 10 bobine interne 13 et la bobine externe 14, pour générer ainsi un champ magnétique constant à l'intérieur de la région d'accélération d'ions 18. Le courant s'écoulant à travers la bobine interne 13 et le courant s'écoulant à travers la bobine externe 14 commandés respectivement par l'alimentation de la bobine interne 3 et l'alimentation de la bobine externe 4 peuvent être fixés 15 indépendamment l'un de l'autre. Ainsi, la densité de flux magnétique et la distribution de champ magnétique avec la région d'accélération d'ions 18 peuvent être ajustées précisément. Selon ce mode de réalisation, les courants de bobine le ayant des valeurs de courant égales s'écoulent à travers la bobine interne 13 et la bobine externe 14. 20 L'alimentation de l'anode 2 régule la tension anodique à appliquer à l'électrode anodique 12. Au cours d'un fonctionnement normal, la tension anodique Va ayant une valeur constante est appliquée à l'électrode anodique 12. Les ions sont accélérés par la tension anodique Va de sorte que la poussée du propulseur Hall 11 puisse être obtenue. La tension anodique Va est généralement 25 fixée dans une plage allant de 100 à 400 V. Sur le circuit, le courant d'ions basé sur les ions accélérés et le courant d'électrons basé sur la dérive des électrodes à l'intérieur d'un canal de décharge s'écoulent par l'alimentation de l'anode 2. Ainsi, l'alimentation de l'anode 2 constitue une unité d'alimentation d'une énergie qui fournit la poussée du propulseur Hall 11 et une alimentation ayant la capacité la 30 plus grande dans le système pour le propulseur Hall 11. La cathode creuse 21 constituant la source d'électrons est contrôlée par : le dispositif de contrôle de débit gazeux utilisant une cathode 8 pour fournir le gaz à la cathode creuse 21 ; l'alimentation de puissance calorifique 6 pour chauffer la 2906961 8 cathode de la cathode creuses ; et l'alimentation de l'unité de maintien 7 pour stabiliser l'écoulement des électrons de la cathode creuse 21. L'unité de contrôle 9 pour piloter le propulseur Hall 11 est commandée par un système du satellite artificiel sur lequel le propulseur Hall 11 est monté (non 5 représenté) ou une commande issue de la terre (non représentée). Selon ce mode de réalisation, l'unité de contrôle 9 régule au moins l'alimentation de l'anode 2, les alimentations de bobine 3, 4 et le dispositif de contrôle de débit gazeux 5. Lors de l'utilisation du propulseur Hall 11, selon le cas, un phénomène d'oscillation de décharge a lieu. L'apparition du phénomène d'oscillation de 10 décharge peut être attribuée à différents facteurs tels qu'une structure de dispositif du propulseur Hall 11, la distribution de champ magnétique et la tension anodique. Le phénomène d'oscillation de décharge ne se produit pas sous une condition spécifique. Les paramètres qui peuvent être régulés extérieurement au cours du fonctionnement du propulseur Hall 11 sont au nombre de trois, c'est-à-dire la 15 tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine Ic. La condition de pilotage de la cathode creuse 21 ne dépend pas tant du phénomène d'oscillation de décharge. Les figures 3A et 3B présentent schématiquement un exemple du résultat expérimental réalisé du point de vue de la dépendance de l'amplitude d'oscillation 20 du courant anodique par rapport aux trois paramètres, c'est-à-dire la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine Ic. L'amplitude de l'oscillation de décharge peut être déterminée à partir de l'amplitude d'oscillation du courant anodique. Sur les figures 3A et 3B, l'axe horizontal représente le courant de bobine le et l'axe vertical représente l'amplitude d'oscillation du courant 25 anodique. La figure 3A présente la relation entre le courant de bobine IC et l'amplitude d'oscillation du courant anodique lorsque le débit gazeux Q est faible. La figure 3B présente la relation entre le courant de bobine le et l'amplitude d'oscillation du courant anodique lorsque le débit gazeux Q est élevé. Au vu des figures 3A et 3B, l'amplitude d'oscillation du courant anodique dépend de la 30 tension anodique Va, du débit gazeux Q et du courant de bobine Ic. Ainsi, l'amplitude d'oscillation du courant anodique peut être corrélée sous la forme d'une fonction de ces trois paramètres. Ainsi, l'amplitude de l'oscillation de 2906961 9 décharge peut être reliée à une fonction de la tension anodique Va, du débit gazeux Q et du courant de bobine Ic. Ainsi, on peut obtenir une base de données qui indique que l'amplitude d'oscillation du courant anodique est plus petite pour telles valeurs prises par la 5 tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine Ic. Ainsi, on peut obtenir une fonction reliant une telle tension anodique Va et un tel courant de bobine le pour éliminer l'oscillation du courant anodique correspondant à la quantité d'ions accélérés qui est une sortie de l'accélérateur d'ions. En régulant la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine le selon cette 10 fonction au moyen de l'unité de contrôle 9, l'oscillation du courant anodique peut être éliminée. En d'autres termes, l'oscillation du courant anodique peut être évitée en régulant la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine Ic. La tension anodique Va et le débit gazeux Q sont des paramètres très 15 importants pour déterminer la poussée du propulseur Hall 11. Lorsque le propulseur Hall 11 est mis en oeuvre sur une poussée spécifique, dans de nombreux cas, la tension anodique Va et le débit gazeux Q sont généralement prédéterminés. D'autre part, le courant de bobine le peut être sélectionné librement à condition qu'il se trouve dans une certaine plage. En outre, le débit 20 gazeux Q prend un certain temps à suivre sa valeur prédéterminée alors que le courant de bobine le peut relativement facilement suivre sa valeur prédéterminée. Pour cette raison, lorsque la tension anodique Va et le débit gazeux Q sont introduites sous la forme de commandes de contrôle extérieures, et les valeurs correspondantes de la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de 25 bobine le sont régulés, il est approprié de fixer le courant de bobine le par rapport à une combinaison de ces valeurs et la base de données. Des combinaisons des paramètres de la tension anodique Va, du débit gazeux Q et du courant de bobine le sont exposées, qui ne vont pas générer le phénomène d'oscillation de décharge. La base de données des combinaisons de 30 ces trois paramètres de la tension anodique Va, du débit gazeux Q et du courant de bobine le qui ne va pas générer pas le phénomène d'oscillation de décharge peut être obtenue en réalisant une expérience de mesure de l'amplitude d'oscillation sur toutes les plages variables des trois paramètres. Le propulseur 2906961 10 Hall 11 est piloté par l'appareil d'alimentation 1 à partir de la base de données ainsi obtenue en sélectionnant la condition de combinaison des trois paramètres qui ne vont pas générer le phénomène d'oscillation de décharge. En outre, lorsque la tension anodique Va et le débit gazeux Q varient de manière transitoire, une 5 valeur prédéterminée du courant de bobine le à modifier simultanément peut être déterminée. Il est également théoriquement possible de réguler le propulseur Hall 1 en utilisant la base de données. Cependant, afin d'obtenir la base de données, il est nécessaire de réaliser l'expérience de mesure de l'amplitude d'oscillation du courant anodique sur toutes 10 les plages variables des trois paramètres. En outre, même si la base de données qui représente l'amplitude d'oscillation du courant anodique est obtenue sur les plages variables des trois paramètres, il est difficile de déterminer s'il existe une valeur du courant de bobine le capable d'éliminer l'oscillation du courant anodique dans toutes les plages variables de la tension anodique Va et du débit gazeux Q. 15 Afin d'éviter un tel inconvénient, il est nécessaire de formuler la condition liée à la génération de l'oscillation du courant anodique sur la base d'une théorie physique et d'établir un procédé de contrôle sur base des formules mathématiques ainsi obtenues. En ce qui concerne la formulation de la condition liée à l'apparition 20 d'oscillation, par exemple, ainsi que décrite sous la forme de l'équation 22 dans le document intitulé Discharge Current Oscillation in Hall Thrusters , l'équation de la condition liée à l'élimination du phénomène d'oscillation de décharge peut être exprimée par la formule (1) 25 (ven ùvex)> kjNnL ...(1) dans laquelle k; est une fréquence ionisante ; Nn est une densité d'atome neutre et L est une longueur représentative dans la direction axiale d'une région où se produit l'ionisation. Ainsi qu'indiqué sur la figure 1, de manière générale, le 30 propulseur Hall 11 est conçu de sorte que la densité de flux magnétique soit maximisée au niveau de la sortie des ions. Ainsi, la région où se produit l'ionisation est située dans le voisinage de la sortie des ions. Le terme vea représente une vitesse des électrons dans le plan sur le côté de l'électrode 2906961 11 anodique 12 dans la région où se produit l'ionisation. Le terme vex représente une vitesse des électrons dans le plan sur le côté de la sortie d'ions dans la région où se produit l'ionisation. A présent, la vitesse des électrons sur le côté gauche est examinée. Tout d'abord, la vitesse des électrons Ve, telle que décrite par la 5 formule 10 dans le document intitulé Discharge Current Oscillation in Hall Thrusters peut être exprimée par la formule (2), utilisant une mobilité d'électrons p. ù (E+ kB Te 'Ne ...(2) qe Ne i 10 D dans laquelle p est une mobilité d'électrons ; E est une intensité de champ électrique, D est un coefficient de diffusion, Ne est une densité électronique, kB est une constante de Boltzman, Te est une température électronique et qe est une quantité de charge d'un électron. Si l'effet de diffusion est négligé, seul le terme de 15 dérivation sur base du champ électrique dans le premier terme du côté droit demeure. Pendant ce temps, la mobilité pc, si la diffusion classique est supposée, peut être exprimée par la formule (3) _ mv mkm li N .. ..(3) /~ e D 2 /~D 2 n leU leU 20 dans laquelle B est une densité de flux magnétique, v (= km.Nn) est une fréquence de collision d'un électron et Nn est une densité de gaz. Ensuite, il est supposé que la densité de flux magnétique V est proportionnelle au courant de bobine Ic, et la densité de gaz Nn est proportionnelle au débit gazeux Q. 25 Egalement on suppose que la densité de gaz Nn est inversement proportionnelle à une section de sortie S de la sortie d'ions qui est une sortie du propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions. La section de sortie S représente la surface d'une région de forme annulaire entourée de la paroi externe de l'anneau interne 16 et la paroi interne de l'anneau externe 17 présenté sur la figure 2. Dans le 30 propulseur Hall 11, l'intensité de champ électrique E, qui est plus fort dans une région avec une densité de flux magnétique plus élevée, dépend de la distribution Ne 2906961 12 dans la direction axiale de la densité de flux magnétique. A présent, la direction axiale de la densité de flux magnétique représente une direction d'accélération d'ions dans l'accélérateur d'ions et la direction radiale de la densité de flux magnétique représente la direction perpendiculaire à la direction axiale du flux 5 magnétique. S'il est supposé que la distribution de la composante dans la direction radiale le long de la direction axiale z est B(z), et la composante dans la direction radiale de la densité de flux magnétique à la sortie d'ions est B, dans la distribution de B(z), ainsi que décrit en référence à la figure 1, la densité de flux 10 magnétique B à la sortie des ions est généralement la plus importante et donc l'apparition de plasma est pratiquement la plus importante dans le voisinage de celle-ci. Donc, B peut être considéré comme étant la valeur typique de la densité de flux magnétique. Le rapport de polarisation de flux magnétique R, qui est un rapport de la densité de flux magnétique à la sortie des ions à la valeur 15 moyenne de la densité de flux magnétique dans la direction axiale ou la direction d'accélération d'ions, peut être défini par la formule (4) B 1 Sortie JB(z)dz d Anode

..(4) 20 dans laquelle d est une longueur de région d'accélération d'ions qui est la longueur d'une région d'accélération d'ions 18 du propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions. La longueur de région d'accélération d'ions d représente la distance de l'électrode anodique 12 à la sortie d'ions. L'intégration est l'intégration sur la distance dans la direction axiale depuis l'électrode anodique 12 (Anode) à la 25 sortir des ions (Sortie). Le rapport de polarisation de flux magnétique R, la longueur de la région d'accélération d'ions et la section de sortie S dela sortie d'ions sont des paramètres qui dépendent de la forme ou de la conception du propulseur Hall 11. S'il est supposé que la cathode creuse 21 constituant une cathode est située à la position suffisamment proche de la sortie d'ions, en 30 utilisant le rapport de polarisation de flux magnétique R, l'intensité de champ 2906961 13 électrique Ex à la sortie d'ions peut être approximativement exprimée par la formule (5) E _ 13 . VQ ..(5) d Dans le cas de la diffusion classique, d'après la formule (2) et la formule (5), la vitesse électronique ve-c peut être exprimée par la formule (6) V e cE ~ 7 • V r •• lJ V Q ....(6) e c LC ~.J 2 1 10 Si la vitesse électronique présente cette dépendance, le côté gauche de la formule (1) doit également présenter une dépendance similaire. Ainsi, la probabilité d'apparition d'oscillation peut être réarrangée sous la forme du côté droit de la formule (6). Pour cette raison, la relation entre (13•Va•Q)/(s•d•B2) et 15 l'amplitude d'oscillation du courant anodique a été examinée en utilisant la relation obtenue dans la formule (6). La figure 4 est un graphique représentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique dans le premier mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 4, l'axe vertical représente l'amplitude d'oscillation du courant 20 anodique (amplitude de variation du courant) obtenue par mesure. L'axe horizontal représente (13•Va•Q)/(s•d•B2). Les points relevés sur la figure représentent les niveaux d'amplitude d'oscillation mesurés du courant anodique sous la condition des différentes combinaisons de la tension anodique Va[V], du débit gazeux Q[sccm] et de la densité de flux magnétique B[T] proportionnel au 25 courant de bobine Ic. L'unité sccm du débit gazeux Q est une abréviation de Standard Cubic Centimeter per Minutes. L'amplitude d'oscillation du courant anodique peut être obtenue à partir de l'amplitude de variation de la forme d'onde du courant du courant anodique. Dans cette expérience, le gaz qui s'écoule à travers le propulseur Hall 11 est Xe. La valeur de la densité de flux magnétique 30 varie d'un endroit à un autre. Selon ce mode de réalisation, il est estimé que la densité de flux magnétique dans le voisinage de la sortie d'ions du propulseur Hall 5 2906961 14 11 est B[T], la section de sortie de la sortie d'ions du propulseur Hall 11 est S[m2], la longueur de la région d'accélération d'ions est d[m] et le rapport de polarisation de flux magnétique est 13. Il est à noter d'après la figure 4 qu'avec l'axe horizontal de (13•Va•Q)/(s•d•B2) 5 en utilisant la formule (6) normalisée sur base de la diffusion classique, où les résultats expérimentaux sont relevés sur le graphique, toutes les données de l'amplitude d'oscillation du courant anodique sont pratiquement concentré sur une seule courbe. Sur la figure 4, une plage I (([3•Va•Q)/(s•d•B2) 200 x 109) est une plage dans laquelle une oscillation très importante se produit. Dans une plage III 10 (500 x 109 < ([3•Va•Q)/(s•d•B2)) également, l'oscillation du courant anodique est légèrement important. Par contre, dans une plage II (200 x 109 < ([3•Va•Q)/(s•d•B2) 500 x 109) est une plage où l'oscillation du courant anodique est éliminée et un fonctionnement stable est obtenu. Cependant, lorsque la valeur de commande de la quantité d'ions accélérés 15 fournissant une poussée au propulseur Hall 11 est grande, il est nécessaire d'accroître la tension anodique Va et le débit gazeux Q. Ainsi, si le propulseur Hall 11 est actionné dans la plage II, il est nécessaire d'augmenter le courant de bobine le pour accroître la densité de flux magnétique B également. Il est préférable que la configuration du dispositif du propulseur Hall 11 et la puissance 20 correspondante soit conçue à l'échelle la plus petite possible. Ainsi, il est estimé que le propulseur Hall 11 est principalement mis en oeuvre avec la poussée maximale possible. Afin d'obtenir la poussée maximale du propulseur Hall 11, il est nécessaire de fixer la valeur de la densité de flux magnétique B pour une très grande valeur.

25 La densité de flux magnétique B est produite par l'écoulement du courant de bobine le à travers la bobine interne 13 et la bobine externe 14. Dans la région où la densité de flux magnétique B est faible, la densité de flux magnétique B est proportionnelle au courant de bobine Ic. Cependant, si le courant de bobine le augmente davantage, la densité de flux magnétique B sature. La densité de flux 30 magnétique saturée maximale est déterminée par la structure de chacune des bobines 13, 14, et le noyau de chacune des bobines 13, 14. Ainsi, afin d'obtenir une densité magnétique saturée plus élevée, des noyaux avec une taille plus grande sont nécessaires. Ainsi, la configuration du propulseur Hall 11 présente 2906961 15 une taille plus importante. En outre, le nombre d'enroulements de chacune des bobines 13, 14 est augmenté et le courant de bobine le va également augmenter. Ainsi, la perte de la puissance électrique dans chacune des bobines 13, 14 devient importante. En conséquence, il n'est pas pratique de générer une densité 5 de flux magnétique aussi élevée B. La figure 5 est un graphique présentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique selon le premier mode de réalisation selon la présente invention. La figure 5 est différente de la figure 4 en ce que l'axe vertical ne représente pas l'amplitude d'oscillation du courant anodique mais l'amplitude d'oscillation du 10 courant anodique divisée par la valeur moyenne de courant du courant anodique. Ainsi, les points présentés sur le graphique représentent les résultats expérimentaux normalisés par la valeur moyenne de courant. De la figure 5, il peut être observé que dans la plage III également, l'amplitude d'oscillation du courant anodique n'est pas importante. Dans la plage 15 III, l'oscillation du courant anodique est légèrement importante, mais la valeur moyenne du courant anodique est également importante. Ainsi, si l'oscillation du courant anodique est normalisée par le courant moyen, la proportion d'oscillation du courant anodique devient suffisamment petite. En bref, si l'amplitude d'oscillation du courant anodique est considérée par rapport à la valeur du courant 20 anodique, un contrôle stable avec une oscillation suffisamment réduite peut être réalisé dans la plage III également. Lorsque le propulseur Hall 11 est mis en oeuvre dans la plage III, par rapport à la plage II, même si la tension anodique Va et le débit gazeux Q sont accrues et la densité de flux magnétique B est réduite afin d'accroître la quantité 25 d'ions accélérés qui représente la poussée du propulseur Hall 11, le propulseur Hall 11 peut être mis en oeuvre de manière stable. Ainsi, la structure de chacune des bobines 13, 14 et du noyau de chacune des bobines 13, 14 présenter une taille réduite et le courant de bobine le peut être actionné de sorte que le propulseur Hall 11 puisse fonctionner de manière stable avec moins de perte de 30 puissance électrique. Ceci permet de réduire la taille et obtenir une grande efficacité du propulseur Hall 11. Dans ce cas, il est à noter que si une poussée importante n'étant pas inférieure à un certain degré est nécessaire pour le propulseur Hall, la plage III 2906961 16 peut être sélectionnée comme région de fonctionnement du propulseur Hall 11. En bref, chacun des paramètres peut être régulé de manière à satisfaire la formule suivantes (7). 500x109 < 1 V (7) d•S•B2 Sur le côté droit de la formule (7), R, d et S sont des valeurs déterminées par la forme du propulseur Hall 11. Va, Q et B sont les paramètres qui peuvent être ajustés extérieurement. Va et Q peuvent être considérés comme des 10 paramètres qui déterminent la quantité d'ions accélérés du propulseur Hall 11, et B peut être considéré comme étant un paramètre de régulation pour obtenir un fonctionnement stable du propulseur Hall 11. Si la quantité d'ions accélérés est accrue, Va et Q augmentent. Ainsi, lorsque la quantité d'ions accélérés est accrue, le côté droit de la formule (7) augmente. Lorsque la quantité d'ions accélérés est 15 réduite, le côté droit de la formule (7) diminue. Lorsque la quantité d'ions accélérés est graduellement augmentée, le débit gazeux Q ou la tension anodique Va va graduellement augmenter. Cependant, les valeurs du débit gazeux Q et de la tension anodique Va qui peuvent être émises du système sont limitées de sorte qu'elles n'augmentent pas de manière illimitée.

20 En particulier, considérant qu'il existe une limite exprimée par la formule (7) par rapport à la modification de la quantité d'ions accélérés, le contrôle pose problème non pas lorsque la quantité d'ions accélérés est augmentée mais lorsque la quantité d'ions accélérés est réduite. Lorsque la quantité d'ions accélérée graduellement est augmentée, il n'est pas nécessaire de considérer la limite de la 25 formule (7). Par contre, lorsque la quantité d'ions accélérés est graduellement réduite, il est nécessaire de réguler Va, Q et B de manière à ne pas dépasser la valeur limite de la formule (7). Si elles atteignent la limite définie par la formule (7), il est nécessaire de réguler la densité de flux magnétique B de manière à satisfaire la formule (7).

30 Ainsi, l'unité de contrôle 9 peut éliminer l'apparition du phénomène d'oscillation de décharge en régulant la tension anodique Va, le débit gazeux Q et la densité de flux magnétique B qui dépend du courant de bobine le à la sortie 5 2906961 17 d'ions de manière à satisfaire la formule (7) reliant la tension anodique Va et le courant de bobine le sur la base de la surface de sortie S de la sortie d'ions du propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions, la longueur de la région d'accélération d'ions d de l'accélérateur d'ions et le rapport de polarisation de flux 5 magnétique R qui est un rapport de densité de flux magnétique B à la sortie des ions à la valeur moyenne de la densité de flux magnétique dans la direction d'accélération d'ions de l'accélérateur des ions. Ainsi, il est clair que si (13•Va•Q)/(s•d•B2) est régulé de sorte qu'il se situe dans une plage prédéterminée selon la condition liée au fonctionnement du propulseur Hall 11, le phénomène 10 d'oscillation de décharge peut être théoriquement éliminé. La valeur présentée dans la formule (7) concerne le cas où le gaz Xe est utilisé comme agent propulsif. Si d'autres agents propulsifs, tels que Kr ou Ar sont utilisés, il est supposé que la valeur limite est différente de celle de la formule (7). Cependant, même lorsque la valeur limite est différente, constituant la condition 15 liée au fonctionnement du propulseur Hall 11, si (13•Va•Q)/(s•d•B2) est régulé de sorte qu'il se situe dans une plage prédéterminée, il est probable que le phénomène d'oscillation de décharge puisse être éliminé de la même manière. En outre, bien que la densité de flux magnétique dépende du courant de bobine Ic, il est probable que si le flux magnétique est faible, il soit pratiquement 20 proportionnel au courant de bobine le alors que si le flux magnétique augmente, il sature indépendamment du courant de bobine Ic. Dans la région où le flux magnétique n'est pas saturé et faible, il est approprié de sélectionner, comme indice, Va•Q/Ic2 qui est constitué des paramètres contrôlables de l'extérieur. Le support théorique existe et il fournit un guide clair en ce qui concerne la manière 25 dont le contrôle est effectué pour éliminer l'apparition du phénomène de décharge. Il s'agit de maintenir Va•Q/Ic2 dans une plage prédéterminée, en d'autres termes, de maintenir la valeur du courant de bobine le de manière à ce qu'il soit pratiquement proportionnel à la valeur multipliée de la racine carrée de la tension anodique Va et la racine carrée du débit gazeux Q sous la forme d'une fonction 30 reliant la tension anodique Va et le courant de bobine Ic. Cependant, il est à noter que cette fonction contient différentes approximations. Tout d'abord, il a été confirmé par le résultat de mesure que la densité de flux magnétique n'est pas si précisément proportionnelle au courant de 2906961 18 bobine Ic. La densité de flux magnétique présente une distribution à l'intérieur du propulseur Hall 11 et est fortement influencée par la structure du propulseur Hall 11 et d'autres éléments. Ainsi, il est difficile d'exprimer clairement la relation entre la densité de flux magnétique et le courant de bobine Ic. En outre, la relation 5 proportionnelle entre le débit gazeux Q et la densité de gaz est également basée sur différentes approximations, et en particulier, la vitesse du gaz (température du gaz) à l'intérieur du propulseur Hall 11 est approximée comme une constante, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'assurer la relation de proportionalité aussi sûrement. Puisque la densité de gaz présente une distribution spatiale, il est 10 difficile d'obtenir expérimentalement la densité de gaz. Ainsi, la relation proportionnelle entre le débit gazeux et la densité de gaz n'est pas assurée. En ce qui concerne la relation entre la tension anodique Va et l'intensité du champ électrique E, ainsi qu'indiqué ci-dessus, la distribution de la densité de flux magnétique et celle de l'intensité de champ électrique ne sont pas précisément 15 proportionnelles l'une à l'autre. Ainsi qu'indiqué ci-dessus, la formule (6) est strictement une formule approximée et donnée par facilité. Afin de rapprocher la formule (6) de la formule (3), il est souhaitable que E•Nn/B2 soit l'indice de contrôle et non pas Va•Q/Ic2. E, Nn et B présentent la distribution spatiale, respectivement de sorte qu'elles ne 20 peuvent pas être facilement contrôlées. Cependant, si E, Nn et B peuvent être strictement reliées à Va, Q et Ic, en régulant les paramètres correspondants selon la formule reliée à E•Nn/B2, un contrôle de haute précision peut être obtenu. Ainsi, puisque le phénomène d'oscillation de décharge du propulseur Hall 11 est déterminé par la tension anodique Va, la densité de flux magnétique B et la 25 densité de gaz dépendant du débit gazeux Q, en modifiant ces paramètres de manière à ce qu'ils soient reliés les uns aux autres, la région de fonctionnement dans laquelle le fonctionnement du propulseur Hall 11 devient instable peut être évitée. En outre, il a été confirmé que l'apparition du phénomène d'oscillation de décharge dépend de la fonction exprimée par Va•Q/Ic2.

30 Ainsi qu'indiqué ci-dessus, l'unité de contrôle 9 régule la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine le selon la formule (7) reliant la tension anodique Va, le débit gazeux Q et le courant de bobine Ic. Ainsi, il est possible de fournir un appareil d'alimentation 1 capable d'éliminer l'apparition du 2906961 19 phénomène d'oscillation de décharge et actionner de manière stable le propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions . Mode de réalisation 2 5 Dans le premier mode de réalisation, il a été expliqué le cas où un contrôle est réalisé de sorte que le courant de bobine le soit pratiquement proportionnel à la racine carrée de la tension anodique Va. Selon ce mode de réalisation, il est donné une explication du cas où un contrôle est réalisé de sorte que le courant de bobine le soit pratiquement proportionnel à la tension anodique Va. De manière 10 générale, dans la région où la densité de flux magnétique est faible, la vitesse électronique à l'intérieur du propulseur Hall 11 satisfait à la diffusion classique, mais dans la région où la densité de flux magnétique est élevée, la vitesse électronique satisfait à une diffusion anormale. Lorsque la diffusion anormale (diffusion de Bohm) est supposée, la mobilité pa d'un électron et la vitesse de 15 l'électron Ve_a peuvent être exprimées par la formule (8) et la formule (9). 1 ...(8) 16B Vea = l: a C V- ... ~ (9) d.B I 20 Il est à noter que les données dans la plage II présentée sur la figure 4 se situent dans la région avec la diffusion classique. Les données dans la région où la densité de flux magnétique est supérieure à celle de la région liée aux données ci-dessus sont tracées sur une graphique sur la figure 6. La figure 6 est un 25 graphique présentant l'amplitude d'oscillation du courant anodique normalisé par la valeur moyenne de courant dans le deuxième mode de réalisation de la.. DTD: présente invention. Sur la figure 6, l'axe vertical représente l'amplitude d'oscillation du courant anodique mesuré divisée par la valeur moyenne du courant anodique mesuré. Ainsi, l'amplitude d'oscillation du courant anodique est normalisée par la 30 valeur moyenne de courant. L'axe horizontal représente (R•Va)/(•d•B). Les points tracés sur la figure présentent les niveaux d'amplitude d'oscillation du courant C 2906961 20 anodique mesuré sous la condition de différentes combinaisons de la tension anodique Va[V] et de la densité de flux magnétique B[T] proportionnelle au courant de bobine Ic. L'amplitude d'oscillation du courant anodique peut être obtenue à partir de l'amplitude variable de la forme d'onde du courant anodique.

5 Dans cette expérience, le gaz s'écoulant à travers le propulseur Hall 11 est Xe (xénon). La valeur des la densité de flux magnétique varie d'un endroit à un autre. Selon ce mode de réalisation, il est estimé que la densité de flux magnétique dans le voisinage de la sortie d'ions du propulseur Hall 11 est B[T]. En outre, il est estimé que la longueur de la région d'accélération d'ions dans le propulseur Hall 10 11 est d[m] et le rapport de polarisation de flux magnétique est R. Les données présentées sur la figure 6 sont les données dans la région de diffusion anormale, en particulier la diffusion de Bohm selon la formule (8). Ainsi qu'indiqué sur la figure 6, lorsque les données sont tracées sur un graphique en supposant que l'axe horizontal représente (R•Va)/(d•B), les données avec 15 différentes tensions anodiques Va sont pratiquement concentrées sur une certaine courbe. En outre, il peut être observé qu'il existe une plage stable IV avec une oscillation moindre dans une plage où (Va•Q)/(d•B) est plus petite que dans la plage ci-dessus par rapport à la ligne limite. Pour cette raison, il peut être observé que la plage IV doit être sélectionnée comme région de fonctionnement du 20 propulseur Hall 11. Ainsi, il peut être observé que les paramètres correspondants doivent être régulés de manière à satisfaire la formule suivante (10). o≤ 13. VQ < 370x103 ...(10) d.B 25 Dans la plage IV, bien que l'apparition de l'oscillation du courant anodique ne doit pas avoir lieu, la densité de flux magnétique B est si importante que les bobines 13, 14 présentent une taille importante et la perte de puissance liée au courant de bobine le est importante. Donc, cette plage n'est pas préférable d'un point de vue de la réduction et de l'efficacité élevée du dispositif de propulseur 30 Hall 11. En particulier, s'il est souhaité qu'une poussée importante soit donnée au propulseur Hall 11, la plage IV n'est pas préférable. Cependant, puisque la plage II présentée sur la figure 4 se situe entre la plage 1 et la plage III, par exemple, la 2906961 21 plage qui peut être utilisée de manière stable peut être rétrécie par des variations successives. Dans un tel cas, il est difficile d'obtenir un fonctionnement stable dans la plage II de sorte que l'utilisation du propulseur Hall 11 dans la plage IV représentée sur la figure 6, peut fournir facilement un contrôle stable.

5 Ainsi, dans la région où la diffusion anormale est dominante pour augmenter davantage la densité de flux magnétique B, il est approprié de réaliser le contrôle de sorte que (R•Va)/(d•B) ou Va/Ic se situe dans une plage prédéterminée, c'est-à-dire que le courant de bobine le soit pratiquement proportionnel à la tension anodique Va sous la forme d'une fonction reliant à la 10 tension anodique Va et le courant de bobine Ic. Le contrôle selon la formule (7) et le contrôle selon la formule (10) concernent des phénomènes complètement différents. Ainsi, il est nécessaire de déterminer la formule à laquelle satisfait le contrôle. En d'autres termes, il est à noter que l'unité de contrôle 9 permet de réaliser le contrôle en conformité avec la région de diffusion classique ou la région 15 de diffusion anormale dans laquelle le propulseur Hall 11 fonctionne, ce qui est déterminé au préalable par la conception du propulseur Hall 11. Dans la région de diffusion classique, si le phénomène d'oscillation de décharge est détecté, il est approprié de réguler le courant de bobine le de sorte qu'il soit faible. Cependant, dans la région de diffusion anormale telle qu'exprimée 20 par la formule (10), si le phénomène de décharge se produit, il est approprié de réguler le courant de bobine le de sorte qu'il soit important. Par ailleurs, dans la formule (10), seule la limite supérieure est définie et la limite inférieure n'est pas définie. Cependant, la limite inférieure de la valeur est naturellement déterminée en fonction de la capacité du dispositif. Puisque la tension anodique Va est reliée 25 à la force de propulsion du propulseur Hall 11, elle ne peut pas être réduite autant. Par contre, puisque la densité de flux magnétique est saturée même si un courant de bobine le important s'écoule, la densité de flux magnétique B présente une certaine valeur limite supérieure. De manière incidente, lors de l'allumage du propulseur Hall 11 ou de suralimentation de la tension anodique, la tension 30 augmente à partir de zéro de sorte que le côté gauche de la formule (10) est différent de zéro. Ainsi qu'indiqué ci-dessus, puisque l'unité de contrôle 9 régule la tension anodique Va et le courant de bobine le selon la formule (10) reliant la tension 2906961 22 anodique Va et le courant de bobine Ic, il est possible d'éliminer l'apparition du phénomène d'oscillation de décharge et de mettre en oeuvre de manière stable le propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions.

5 Mode de réalisation 3 Ainsi qu'indiqué en référence au premier mode de réalisation, en réalisant le contrôle selon la formule (7), le phénomène d'oscillation de décharge peut être évité. Lorsque le propulseur Hall 11 fonctionne, le contrôle est réalisé par la combinaison des valeurs de la tension anodique Va, du débit gazeux Q et du 10 courant de bobine le selon la formule (7). Cependant, du fait d'un facteur quelconque tel que la détérioration du propulseur Hall 11, la valeur de la densité de flux magnétique B correspondant au courant de bobine le varie de sorte que la condition de pilotage ou la condition d'apparition d'oscillation puisse être modifiée et donc le phénomène d'oscillation de décharge, c'est-àdire l'oscillation du 15 courant anodique puisse se produire. Il est expliqué comment réaliser un contrôle approprié d'un tel cas. Tout d'abord, il est supposé que le propulseur Hall 11 fonctionne dans la région de diffusion classique, c'est-à-dire dans les plages présentées sur la figure 4 ou la figure 5. Dans ce cas, les paramètres correspondants peuvent être régulés 20 de sorte que (13•Va•Q)/(s•d•B2) se situe dans la plage II ou III. Parmi ces paramètres, 13, d et S sont déterminés en fonction de la forme du propulseur Hall 11. Les autres trois paramètres peuvent êtres ajustés de l'extérieur du propulseur Hall 11. La tension anodique Va et le débit gazeux Q peuvent être considérés comme des paramètres qui déterminent la quantité d'ions accélérés du propulseur 25 Hall 11, et la densité de flux magnétique B peut être considérée comme étant un paramètre de régulation pour obtenir un fonctionnement stable du propulseur Hall 11. Si la quantité d'ions accélérés augmente, la tension anodique Va et le débit gazeux augmentent. Ainsi, si la quantité d'ions accélérés est augmentée, 30 (13•Va•Q)/(s•d•B2) augmente. Si la quantité d'ions accélérés est réduite, (13•Va•Q)/(s•d•B2) diminue. Lorsque la quantité d'ions accélérés est augmentée, le débit gazeux Q ou la tension anodique Va va graduellement augmenter. Cependant, les valeurs de débit gazeux Q et de tension anodique Va qui peuvent 2906961 23 être émises du système sont limitées de sorte qu'elles n'augmentent pas de manière illimitée. En particulier, compte tenu qu'il existe une telle limite telle que dans la plage II de variation de la quantité d'ions accélérés, le contrôle pose problème non pas dans le cas où la quantité d'ions accélérés est augmentée mais 5 dans le cas où la quantité d'ions accélérés est réduite. Lorsque la quantité d'ions accélérés augmente graduellement, ainsi qu'indiqué en rapport avec le premier mode de réalisation, il n'est pas nécessaire de considérer la limite de la plage II. Par contre, lorsque la quantité d'ions accélérés diminue graduellement, il est nécessaire de réguler les paramètres de 10 sorte que (13•Va•Q)/(s•d•B2) ne dépasse pas la valeur limite entre les plages I et II. Si (13•Va•Q)/(s•d•B2) atteint la valeur limite, il est nécessaire de réguler la densité de flux magnétique V de sorte que (13•Va•Q)/(s•d•B2) se situe dans la plage II. Pour cette raison, lorsque la condition de poussée du propulseur Hall 11 est modifiée, le contrôle des paramètres, en particulier le contrôle du courant de bobine le est plus 15 stricte non pas dans le cas où la poussée du propulseur Hall 11 augmente mais dans le cas où la poussée du propulseur Hall 11 diminue. Ensuite, il est expliqué comment réaliser un contrôle de manière appropriée dans un cas où l'oscillation du courant anodique se produit du fait par exemple de la détérioration du propulseur Hall 11. Lorsque le phénomène d'oscillation de 20 décharge se produit brusquement suite à n'importe quelle modification de l'état, il existe la plus grande possibilité que le propulseur Hall 11 fonctionne dans le voisinage de la limite entre les plages I et II présentées sur la figure 4 et que (13•Va•Q)/(s•d•B2) par dépassement se situe dans la plage I. Ainsi, afin qu'il quitte la plage I et entre dans la plage II, il est proposé que la tension anodique Va ou le 25 débit gazeux Q augmente ou le courant de bobine le diminue. Cependant, dans de nombreux cas, la tension anodique Va et le débit gazeux Q, qui sont des valeurs pour déterminer la capacité de propulsion du propulseur Hall 11, ne peuvent pas être modifiés pour réaliser le contrôle. En outre, il faut longtemps pour modifier le débit gazeux de sorte qu'il n'est pas facile de réaliser le contrôle en modifiant le 30 débit gazeux Q. Ainsi, il est plus approprié de réguler le courant de bobine Ic. Afin que (13•Va•Q)/(s•d•B2) entre dans la plage II et quitte la plage I, le courant de bobine le peut être réduit et la densité de flux magnétique B peut être réduite. Ainsi, il est 2906961 24 à noter que lorsque le phénomène d'oscillation de décharge se produit au cours du fonctionnement du propulseur Hall 11, le courant de bobine le peut être réduit. L'apparition du phénomène d'oscillation de décharge peut être détectée en mesurant le courant anodique s'écoulant à travers l'électrode anodique. La figure 5 7 est un schéma de principe d'un appareil d'alimentation selon le troisième mode de réalisation selon la présente invention. Ce mode de réalisation est différent du premier mode deréalisation en ce qu'un appareil d'alimentation 31 comprend un détecteur d'oscillation 22 constituant un moyen de détection d'oscillation pour détecter l'apparition du courant anodique. Selon ce mode de réalisation, le 10 détecteur 22 mesure la valeur du courant anodique qui est fournie à l'unité de contrôle 9 et l'unité de contrôle 9 analyse l'état d'apparition d'oscillation du courant anodique. II peut y avoir un cas où l'oscillation du courant anodique a lieu lorsque le propulseur Hall 11 fonctionne dans la limite entre les plages II et III et (13•Va•Q)/(s•d•B2) entre dans la plage III de sorte que l'oscillation du courant 15 anodique devient importante. Dans ce cas, bien sûr, inversement, il est nécessaire de réaliser le contrôle pour augmenter le courant de bobine le et ramener (13•Va•Q)/(s•d•B2) à la plage II. En outre, afin de déterminer que le phénomène d'oscillation de décharge a eu lieu suite au fait que (13•Va•Q)/(s•d•B2) s'est déplacé dans la plage I ou III, il existe des procédés de détermination d'une plage proche 20 de la plage I ou III dans laquelle le propulseur Hall a essentiellement fonctionné, ou de l'amplitude de l'oscillation de décharge. II est à noter que dans la plage I, une oscillation beaucoup plus importante se produit. Lorsque le phénomène d'oscillation de décharge a été détecté, le contrôle à rétroaction suivant peut être réalisé. Tout d'abord, le courant de bobine le est 25 réduit. Ensuite, si l'oscillation de décharge devient faible, il est déterminé que (13•Va•Q)/(s•d•B2) est situé dans une plage stable. Inversement, si l'oscillation de décharge devient importante, le courant de bobine le est augmenté. Dans ce cas également, immédiatement après la détection de l'apparition de l'oscillation de décharge, il est préférable que le contrôle soit réalisé de sorte que le courant de 30 bobine le diminue d'abord au lieu d'augmenter. La raison pour ceci est la suivante. Lorsque (13•Va•Q)/(s•d•B2) se situe à la limite de la plage I, si le courant de bobine le augmente, l'oscillation de décharge devient brusquement sévère de sorte que l'alimentation et le système peuvent subir des effets néfastes. Lorsque 2906961 25 (13•Va•Q)/(s•d•B2) se situe dans la limite de la plage III, si le courant de bobine le diminue bien que l'oscillation de décharge devient sévère, le degré d'accroissement de sévérité est plus faible que dans le cas du voisinage de la plage I. Ainsi, l'effet néfaste pour l'alimentation et le système peuvent être amenés 5 à un niveau suffisamment bas. A présent, il est supposé que le propulseur Hall 11 fonctionne non pas dans la région de diffusion classique mais dans la région de diffusion de Bohm. Dans ce cas, si l'apparition de l'oscillation du courant anodique est détectée, il est nécessaire de réguler le propulseur Hall de manière à ce que (R•Va)/(d•B) entre 10 dans la plage IV présentée dans le deuxième mode de réalisation en augmentant inversement le courant de bobine Ic, au contraire du cas de la diffusion classique. Jusqu'à présent, bien que l'explication ait été donnée du contrôle du courant de bobine le dans le cas où le phénomène d'oscillation de décharge se produit, il est à noter qu'un tel contrôle peut être appliqué non seulement dans le cas où le 15 propulseur Hall 11 fonctionne avec une poussée prédéterminée, mais également dans le cas où le propulseur Hall 11 est allumé, la tension anodique est suralimentée ou la condition de propulsion pour le propulseur Hall 11 est modifiée de manière à modifier la tension anodique Va et le débit gazeux Q. Ainsi qu'indiqué ci-dessus, puisque l'apparition de l'oscillation du courant 20 anodique peut être détectée en mesurant le courant anodique s'écoulant à travers l'électrode anodique, il est fourni l'appareil d'alimentation 31 capable d'éliminer l'apparition de l'oscillation de décharge et de mettre en oeuvre de manière stable le propulseur Hall 11 constituant l'accélérateur d'ions. Selon tous les modes de réalisation, l'explication a été donnée du 25 propulseur Hall constituant l'accélérateur d'ions qui est le dispositif de propulsion pour un satellite artificiel. Cependant, la présente invention peut être appliquée au cas où un dispositif similaire au propulseur Hall est utilisé comme dispositif de source d'ions. En outre, la présente invention peut de manière générale être appliquée non seulement à un dispositif de source d'ions de forme annulaire mais 30 également à un dispositif qui comprend trois facteurs d'écoulement de gaz, d'application d'une tension et de création d'un champ magnétique.

2906961 26 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil d'alimentation pour contrôler un accélérateur d'ions qui comprend une électrode anodique (12), un régulateur de débit gazeux (15) et une bobine qui génère un champ magnétique, l'appareil d'alimentation comprenant : un dispositif de contrôle configuré de manière à contrôler : une tension anodique appliquée à l'électrode anodique (12) ; un débit gazeux d'un gaz s'écoulant à travers le régulateur de débit gazeux (15) ; et la densité de flux magnétique à une sortie des ions de l'accélérateur d'ions en contrôlant le courant de bobine s'écoulant à travers la bobine qui génère un champ magnétique, ajustant ainsi l'amplitude de l'accélération des ions dans l'accélérateur d'ions, dans lequel, en fonction de : une section de la sortie d'ions de l'accélérateur d'ions ; une longueur de région d'accélération d'ions de l'accélérateur d'ions ; et un rapport de polarisation de flux magnétique représentant un rapport de la densité de flux magnétique à la sortie des ions à une valeur moyenne de la densité de flux magnétique dans une direction d'accélération d'ions de l'accélérateur d'ions, le dispositif de contrôle régule la tension anodique, le débit gazeux et la densité de flux magnétique à la sortie des ions qui dépend du courant de bobine, afin de satisfaire la formule donnée ci-dessous : 500x109<13 *V .Q d.S.B2 dans laquelle S est section de la sortie des ions [m2] ; d est la longueur de la région d'accélération d'ions [m] ; R est le rapport de polarisation de flux magnétique ; 25 Va est la tension anodique [V] ; Q est le débit gazeux [sccm] ; et B est la densité de flux magnétique à la sortie des ions [T].

2. Appareil d'alimentation selon la revendication 1, comprenant en outre un 30 détecteur d'oscillation (22) configuré de manière à détecter une oscillation du courant anodique s'écoulant à travers l'électrode anodique, dans lequel lorsque le détecteur d'oscillation détecte l'apparition de l'oscillation du courant anodique, le dispositif de contrôle régule le courant de bobine de manière à le réduire. 2906961 28

3. Appareil d'alimentation pour contrôler un accélérateur d'ions qui comprend une électrode anodique (12), un régulateur de débit gazeux (15) et une bobine qui génère un champ magnétique, l'appareil d'alimentation comprenant : 5 un dispositif de contrôle configuré de manière à contrôler : une tension anodique appliquée à l'électrode anodique (12); un débit gazeux du gaz s'écoulant à travers le régulateur du débit gazeux (15) ; et la densité de flux magnétique à une sortie des ions de l'accélérateur d'ions en régulant le courant de bobine s'écoulant à travers la bobine qui génère un champ magnétique, ajustant ainsi l'amplitude de 10 l'accélération des ions dans l'accélérateur d'ions, dans lequel, en fonction d'une longueur de la région d'accélération d'ions de l'accélérateur d'ions et un rapport de flux magnétique représentant un rapport de la densité de flux magnétique à la sortie des ions à une valeur moyenne de la densité de flux magnétique dans une direction d'accélération d'ions de 15 l'accélérateur d'ions, le dispositif de contrôle régule la tension anodique et la densité de flux magnétique à la sortie d'ions qui dépend du courant de bobine pour satisfaire une formule donnée ci-dessous : 0<_ R V <370x103 d.B 20 dans laquelle d est longueur de la région d'accélération d'ions [m] ; R est le rapport de polarisation de flux magnétique ; Va est la tension anodique [V] ; et B est la densité de flux magnétique à la sortie d'ions [T].

4. Appareil d'alimentation selon la revendication 3, comprenant en outre un détecteur d'oscillation (22) configuré de manière à détecter une oscillation du courant anodique s'écoulant à travers l'électrode anodique (12), dans lequel lorsque le détecteur d'oscillation détecte l'apparition de l'oscillation du courant anodique, le dispositif de contrôle régule le courant de bobine de manière à l'augmenter.