FR2924473A1 - Systeme de propulsion electrique hall. - Google Patents

Abstract

Tout d'abord, la distribution de flux magnétique dans le canal d'ionisation/accélération est formée pour optimiser le vecteur de vitesse ionique. Ensuite un conduit d'agent propulseur est disposé à un pôle magnétique de la propulsion ou plus spécifiquement dans le voisinage du canal d'accélération et l'agent propulseur passe à travers ce passage de flux.Le pôle magnétique qui est surchauffé par le plasma généré peut être refroidi et en même temps, l'agent propulseur peut être chauffé.De plus l'agent propulseur chauffé est choqué immédiatement avant d'être introduit dans le canal d'ionisation/accélération ce qui a pour résultat d'augmenter la vitesse acoustique des particules neutres (moyen propulseur).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de propulsion électrique Hall et plus particulièrement un système de propulsion électrique Hall assurant à la fois une protection de surchauffe et une stabi- lité de fonctionnement en résolvant simultanément le problème de la chaleur perdue qui gêne la réduction microscopique et le problème de décharge d'oscillation de courant. Etat de la technique Dans les systèmes de propulsion spatiaux, il faut de nombreuses fonctions comprenant l'entretien de la station embarquée et les correction d'orbite et c'est pourquoi, il faut de nombreux systèmes de propulsion couvrant une plage très étendue, sur plus de kN niveaux jusqu'à mN niveaux. En même temps, il faut respecter des fonctions de minimisation des bits impulsionnels, une réponse rapide et des allon- gements de durée d'utilisation liés à la diversification des missions. Actuellement les systèmes de production chimique utilisant de l'hydrazine servent pour les moteurs d'apogée, de propulseur de maintien de station et autres alors que les systèmes de propulsion électrique sont utilisés principalement pour commander la station et l'orbite des satel- lites géostationnaires. Comme le système de propulsion électrique est un système impulsionnel spécifique, élevé et à faible poussée et que le poids à sec de l'alimentation et autres est important, la propulsion électrique est particulièrement efficace dans les missions demandant un incrément de vitesse important. Comme pour les missions nécessitant un incrément de vitesse extrêmement important, dans de nombreux cas, les seuls systèmes de propulsion permettant de remplir de telles missions sont actuellement les systèmes de propulsion électrique. Comme le système de propulsion électrique devient commercialement compatible, il est important non seulement d'améliorer les caractéristi- ques de propulsion mais également de développer des interfaces système meilleures que celles des unités de propulsion classiques et qui constituent une difficulté en terme d'optimisation de la forme du plasma, de l'interférence électromagnétique, de la contamination, de la chaleur perdue à cause des dispositifs de puissance importants et au- tres.

Un système de propulsion électrique est un système de propulsion spatial transformant l'énergie solaire ou analogue en énergie électrique. L'utilisation de l'énergie électrique pour faire circuler un agent propulseur dans le plasma répond à différents procédés, accélère la génération du plasma sous différentes formes et génère la poussée de la réaction résultante. Les propulsions électriques peuvent être globalement réparties en trois types, à savoir - le type accélération électrostatique , - le type accélération aérothermique , - le type accélération électromagnétique , selon les différences du mécanisme générant la poussée. Un moteur ionique représentant le type d'accélération électrostatique génère du plasma par un courant de décharge direct ou analogue et donne la poussée par l'accélération et l'injection d'ions dans le plasma généré en utilisant un champ électrostatique (environ 1000V) appliqué à la grille poreuse. Une impulsion spécifiquement beaucoup plus élevée (entre 2,000 et 7,000 secondes), qui permet d'assurer une propulsion chimique à forte efficacité (jusqu'à 80 %) mais dont la densité de poussée est comparativement plus faible (poussée = plusieurs mN jusqu'à 200mN) liée aux restrictions de la règle du courant de charge, limitée dans l'espace et dans la plage d'impulsion spécifique faible, le rende-ment de l'impulsion disparaît dramatiquement. Plusieurs types de pro-cédés de génération de plasma y compris le procédé FR ont été proposés. Un mécanisme de génération de poussée du type à pro-pulsion électrique avec jet par arc, servant de système de propulsion à accélération aérothermique, soumet un agent propulseur à l'ionisation et au chauffage par effet Joule à travers une décharge d'arc électrique entre une cathode en forme de tige et une anode annulaire coaxiale à la cathode en forme de tige ; puis, on développe et on accélère le plasma chauffé en utilisant une buse supersonique. La densité de poussée élevée (poussée = 150mN - 2N) s'obtient mais la chaleur perdue dans la paroi est importante. C'est pourquoi, le rendement de la propulsion est bas (30 et 40 %) par comparaison avec une propulsion d'accélération électrostatique et des impulsions spécifiques (entre 500 et 2000 secondes) ce qui n'est pas spécialement élevé. Pour la fiabilité commerciale, les problèmes importants suivants restent en solution : (1) l'usure de la cathode qui détermine la durée de vie atteint 5 g/ C pendant un fonctionnement constant et il faut réduire cette usure ; (2) ion avec perte de chaleur à améliorer. Une propulsion électrique MPD (Magnéto plasma dynamique) qui est une propulsion représentant le type d'accélération électromagnétique a une structure de base voisine à la propulsion électrique de type jet et arc). L'agent propulseur est chauffé, puis est envoyé dans le plasma par une décharge électrique ; une décharge élevée de courant de l'ordre de kA peut passer entre les électrodes pour induire un champ magnétique dans la direction périphérique. Le plas- 15 ma généré est accéléré dans la direction axiale par les forces de Lorentz qui correspondent à l'interaction entre le champ magnétique induit et le courant. Il en résulte une poussée. Une caractéristique de la propulsion électrique MPD est que l'on obtient la poussée la plus importante (jus-qu'à 10N) des propulsions électriques et ainsi intéressant comme pro- 20 pulsion pour la navigation interplanétaire dans le futur. L'impulsion spécifique obtenue a une plage étendue approximativement de 1000 à 6000s, mais actuellement le rendement de propulsion le plus efficace est sensiblement de 10 à 50 %, laissé faible. Enfin, la propulsion électrique Hall selon la présente in-25 vention sera décrite. Selon la figure 6, une proportion électrique de type Hall à un canal d'accélération 505 asymétrique, de forme annulaire, qui fait tourner une particule neutre (agent propulseur) 503 introduite par un orifice anodique 502 dans le plasma et accélérer un ion généré 504. Si la longueur La du canal d'accélération est conçue plus courte que le 30 rayon d'ion de cyclotron est plus longue que le rayon d'électron 506 de cyclotron ( émis par une cathode 507 et générant un écoulement inverse à travers le canal d'accélération dans la direction de l'anode), un électron 510 subit une dérive ExB dans la direction périphérique sous l'effet de l'interaction entre le champ électrique axial E et le champ magnéti- que externe radial B ; on induit ainsi un courant Hall (le nom dont il est dérivé est celui de système électrique Hall). En accélérant l'ion 504 avec le champ électrique généré par l'interaction électromagnétique entre le courant Hall et le champ magnétique B appliqué de façon externe, la propulsion électrique de type Hall agit de façon identique au "type d'accélération électrostatique" et néanmoins la propulsion électrique de type Hall partage des caractéristiques avec le "type d'accélération électromagnétique" selon lequel l'ion 504, accéléré, est neutralisé à l'aide d'un électron 513 de la ca- io thode ; on obtient une densité de poussée élevée quelle que soit la charge d'espace en limitant la règle du courant pour maintenir la zone d'accélération quasi neutre (le mécanisme d'accélération sera décrit de manière plus détaillée ultérieurement). Ainsi, en principe, on réalise une impulsion spécifique, élevée (jusqu'à 3.000s), une efficacité de poussée 15 élevée (70 %) et une densité de poussée élevée (jusqu'à 1,5N) (voir la publication de la demande de brevet japonais non examinée H7-71361 et l'autre publication de la demande de brevet japonais non examinée 2006-125236, ces deux documents étant pris à titre d'exemple. La caractéristique de décharge (caractéristique cou- 20 rant/tension) du système de propulsion électrique Hall est divisée entre deux modes de fonctionnement à savoir "le mode haute tension" et "le mode basse tension". Un mode de fonctionnement dans lequel le courant de décharge augmente brusquement si la tension de décharge est relevée comme cela est connu pour le "mode basse tension". Le courant 25 de décharge est le produit de la densité de charge et de la vitesse ; mais dans la plage de fonctionnement du "mode basse tension", le degré d'ionisation du propulseur dans le canal d'accélération est faible et c'est pourquoi, la tension d'accélération n'est pas augmentée pour produire l'ionisation de l'agent propulseur, la densité de charge augmentant et se 30 traduisant par une augmentation du courant de décharge. Ainsi, si la tension de décharge continue d'augmenter, le mode de fonctionnement dérive sur le "mode haute tension" dans lequel le courant de décharge augmente plus lentement que l'augmentation de la tension de décharge. La raison en est que comme l'agent propulseur est déjà 35 totalement ionisé dans le mode haute tension, le courant continue d'augmenter et non par l'augmentation de la charge liée à l'ionisation. Ainsi, le courant qui augmente doit être réalisé par une augmentation de la vitesse des ions servant à un autre élément augmentant le courant. Le point auquel le courant de décharge augmente, varie brusque- ment comme cela est connu au "point d'inflexion" et la valeur du courant à cet instant est connue comme courant de point d'inflexion. Comme le courant de point d'inflexion dépend fortement du courant de décharge parmi les agents propulseurs qui sont complètement ionisés, le courant d'inflexion diminue suivant la vitesse de la diminution de l'agent propulseur. L'une des difficultés du système de propulsion électrique Hall, pour générer la poussée est le phénomène d'oscillation du courant de décharge que l'on observe pendant le fonctionnement en mode à haute tension (comme décrit ci-dessus dans une région de la caracté- ristique de décharge et au- dessus du "point d'inflexion ", lorsque le courant de décharge s'arrête pratiquement de changer par rapport à la tension de décharge) ; or il s'agit du mode de fonctionnement normal d'un système de propulsion électrique Hall. L'oscillation du courant de décharge réduit les caractéristiques de propulsion et de fiabilité et aussi génère une instabilité de fonctionnement ; pour répondre à des missions spatiales exigeant une très grande fiabilité à long terme et une longue durée de vie, il est essentiel d'apprendre les mécanismes physiques de l'oscillation du courant de décharge et de définir des lignes di- rectrices pour résoudre ce problème. Les oscillations basse fréquence du courant de décharge dans une plage de 20 kHz, qui domine particulièrement en mode haute tension, génèrent les plus grandes amplitudes des différents composants d'oscillation coexistants et lorsque la tension de décharge augmente, le courant de décharge se déplace de l'oscillation vers l'instabilité ; finalement il devient impossible de conserver la dé- charge et le fonctionnement s'arrêtera. Dans l'oscillation du courant de décharge, il coexiste différentes composantes d'oscillation dans une bande de fréquence étendue allant du domaine de kHz au domaine de MHz. Les composants d'oscillation ont été classés en cinq bandes de fréquence données ci-

6 après en utilisant comme référence l'ordre des fréquences et les caractéristiques d'oscillation. 1. Oscillation d'ionisation : 104 à 105 Hz 2. Oscillation transitoire : 105 à 106 Hz 3. Oscillation de dérive électronique : 106 à 10' Hz 4. Oscillation du cyclotron d'électron : 109 Hz 5. Oscillation de Langmuir : 108 à 101° Hz Parmi ces cinq types d'oscillation, les trois premiers se produisent d'une façon très marquée pendant le fonctionnement en propulsion électrique Hall alors que l'oscillation de l'ordre du GHz correspondant au quatrième et cinquième type d'oscillation concerne uniquement le plasma et ces oscillations sont de ce fait inévitables. L'oscillation de courant de décharge basse fréquence dans une plage de 20 kHz a la plus grande amplitude parmi les différents composants d'oscillation coexistants et entraîne directement l'instabilité de fonctionnement ; c'est pourquoi, elle est particulièrement importante pour les caractéristiques de propulsion. Jusqu'à présent, l'oscillation dans la plage de 20 kHz a été considérée comme un phénomène engendré par le premier type d'oscillation (oscillation d'ionisation) lié à son ordre de fré- quence. Vis-à-vis des caractéristiques et des difficultés d'un système de propulsion électrique micro Hall, dont la dimension de propulsion est petite, on peut réduire le poids et ainsi le coût du lancement et c'est pourquoi la demande pour ce type de système de propulsion est élevée pour les micro-engins spatiaux de 100 kg et moins. Une impulsion spécifique élevée, une propulsion miniaturisée avec une augmentation du rapport de rendement de charge et une réduction de consommation de carburant que l'on peut réaliser présentent des perspectives avantageuses pour un système de propulsion installé dans un micro-engin spatial. Du fait de leur faible consommation de puissance et de la possibilité de générer une poussée semi-continue sur une longue période, ont fait que les systèmes de propulsion électrique Hall sont particulièrement prometteurs pour des satellites de communication correspondant à des besoins commerciaux élevés, exposés à un entretien de station sur une orbite basse proche de la terre. Toutefois, on n'a pas réalisé de système de propulsion électrique Hall à faible dimension et forte performance jusqu'à présent. La raison ou le problème est qu'il est difficile de réaliser ce type de système de propulsion tel que le pôle magnétique (matériau: fer doux) formant un circuit magnétique constitué d'une bobine magné-tique installée dans le système de propulsion surchauffe et dépasse le point de curie si bien que la susceptibilité magnétique du fer doux change, provoquant une distorsion dans les lignes de champ magnétique de distribution de force (par rapport à la conception initiale). Si la distribution des forces des lignes magnétiques se déforme, le vecteur d'accélération des ions qui sont accélérés par le champ électromagnétique (force électromagnétique) se décale et en résultat, les ions rencontrent la surface de la paroi du canal d'accélération avant d'être éjectés du canal d'accélération. Cela réduit non seulement le rendement de la propulsion (voir l'équation 25 qui sera décrite ci-après) à cause des pertes d'ions mais également à la pulvérisation de la surface de la paroi du canal d'accélération. La conséquence de cette usure est une réduction de la matière de la surface de la paroi du canal d'accélération (matière: céramique, céramique de type alumine ; 3AL2O3/2SiO2 ou nitrure de bore BN) qui fonctionne comme paroi réfractaire/isolante, qui diminue localement se traduisant par une réduction de la caractéristique de résistance à la chaleur contre le chauffage du pôle magnétique par le plasma ; en conséquence, cela se traduit par une nouvelle augmentation de la surchauffe du pôle magnétique.

Ce cercle vicieux s'accentue à mesure que diminue le système de propulsion électrique Hall. De manière plus précise, à me-sure que la taille diminue, la largeur du canal d'accélération se rétrécie ce qui augmente l'usure par pulvérisation ionique de la surface de la paroi et la détérioration par de la chaleur perdue. De plus, la quantité de perte de la surface de paroi dans le canal d'accélération étroit est particulièrement importante à mesure que la micronisation augmente et c'est pourquoi il est essentiel de résoudre le problème du phénomène d'oscillation décrit ci-dessus pour obtenir un système de propulsion électrique micro Hall.

Exposé et avantages de l'invention Comme décrit ci-dessus, lorsque la taille du système électrique Hall diminue, la surchauffe du pôle magnétique au voisinage du canal d'ionisation/accélération se détériore. Cela se traduit par une variation de la distribution des lignes de force du champ magnétique et de la susceptibilité magnétique du fer doux si bien que le vecteur ionique qui produit la poussée se décale. Il en résulte que les ions se pulvérisent contre l'isolant constitué par la surface de la paroi du canal ; cela détériore les caractéristiques d'isolation de la surface de la paroi du ca- lo nal et réduit la fiabilité et la durée de vie ; cela réduit également les caractéristiques de l'efficacité de la propulsion et autres. L'instabilité de fonctionnement liée à l'oscillation du courant de décharge en mode de fonctionnement à haute tension est également une difficulté. 15 But de l'invention La présente invention a pour but de résoudre les problèmes de l'état de la technique et de développer un système de propulsion électrique Hall qui présente les caractéristiques de protection contre la surchauffe et de stabilité de fonctionnement tout en résolvant le pro- 20 blème de la chaleur perdue qui détériore la micronisation et le problème de l'oscillation du courant de décharge. A cet effet l'invention concerne un système de propulsion électrique Hall du type décrit ci-dessus caractérisé en ce qu'une bobine électromagnétique pour aimanter une matière magnétique générant un 25 champ magnétique sur le côté extérieur de la partie de canal d'accélération ainsi qu'un conduit d'agent propulseur pour transporter un agent propulseur, cette conduite débouchant dans une chambre collectrice en amont du canal d'accélération au passage du voisinage d'une surface de paroi du canal d'accélération. 30 Ainsi, la poussée s'obtient par l'émission du plasma générée par le canal d'accélération par accélération électrostatique ou accélération électromagnétique ; une bobine électromagnétique assure l'aimantation de la matière magnétique générant un champ magnétique. Cette bobine est placée sur le côté extérieur de la partie du canal d'ac- 35 célération et un conduit d'agent propulseur transportant un agent pro- pulseur est réalisé de façon qu'il débouche dans la chambre collectrice en amont du canal d'accélération tout en passant au voisinage d'une surface de paroi du canal d'accélération. Dans le système de propulsion électrique Hall décrit ci- dessus, en premier lieu, la bobine électromagnétique se trouve sur le côté extérieur du canal d'accélération si bien que la chaleur dégagée par la bobine électromagnétique peut être évacuée à l'extérieur et cela élimine le problème de l'accumulation de chaleur dans le système de pro-pulsion. De plus, le conduit d'agent propulseur est disposé au voisinage du canal d'accélération qui constitue le point le plus critique thermiquement et c'est pourquoi il y a un échange de chaleur entre l'agent propulseur traversant l'intérieur et le voisinage du canal d'accélération. Il en résulte que le voisinage du canal d'accélération reçoit du froid de l'agent propulseur pour être refroidi alors que l'agent propulseur sera ainsi préchauffé avec de la chaleur sensible venant du voisinage du canal d'accélération. On évite la surchauffe du pôle magnétique au voisinage du canal d'accélération, avantageusement et on peut supprimer la distorsion de la ligne de distribution de la force magnétique engendrée par les variations de susceptibilité magnétique. Le vecteur de vitesse ionique est optimisé. Il en résulte que les ions ne frappent pas la sur-face de paroi du canal d'accélération. On évite ainsi de détériorer les caractéristiques d'isolation et on augmente la durée de vie. De plus, en augmentant la température de l'agent propulseur (on augment la vitesse acoustique des particules neutres par refroidissement), on peut sup- primer l'ionisation rapide des particules neutres (agent propulseur) ce qui contribue avantageusement à stabiliser le fonctionnement. Suivant une autre caractéristique avantageuse la con-duite d'agent propulseur est enroulée suivant une spirale. Dans les systèmes de propulsion électrique Hall ainsi dé- crits, le conduit d'agent propulseur est enroulé suivant une forme d'hélice. Grâce au système de propulsion électrique Hall ayant cette structure, on garantit une surface de contact importante entre le canal d'accélération et le pôle magnétique ce qui permet de refroidir avantageusement ces parties.

Suivant une autre caractéristique avantageuse la chambre collectrice comporte une partie rétrécie pour augmenter le débit de l'agent propulseur. Dans ce type de système de propulsion électrique Hall, la chambre collectrice comporte une partie étroite ou partie formant un choke, augmentant le débit de l'agent propulseur. Selon les recherches de l'invention, on a trouvé que des réductions des caractéristiques de propulsion et de fiabilité de la pro-pulsion ainsi que de l'oscillation du courant de décharge basse fré- quence se traduisant par une instabilité de fonctionnement sont engendrées par l'ionisation rapide (une augmentation de la densité du plasma) dans le canal d'ionisation/accélération si bien que les ions ionisés sont entraînés rapidement par le champ électrique qui les extrait de la zone d'ionisation. Ce mécanisme sera décrit brièvement ci-après.

L'oscillation de courant de décharge basse fréquence repose sur un mécanisme selon lequel un dérangement est produit comme résultat de l'interaction d'ionisation entre le plasma en résonance et les particules neutres. De manière plus précise : 1) L'ionisation conduit à une augmentation de la densité du plasma et à une réduction de la densité des particules neutres. 2) La vitesse d'une particule chargée est plus grande que la vitesse d'une particule neutre lorsqu'un champ électrique est appliqué. C'est pourquoi, la réduction dans le plasma est plus grande que l'alimentation en particules neutres. 3) Les particules neutres sont fournies (au cours de cette période, la fréquence de collision est faible et il n'y a pratiquement aucune ionisation). 4) Dès que les particules neutres ont été fournies jusqu'à un certain degré, l'ionisation commence et le procédé revient au point (1).

Il est proposé un nouveau paramètre appelé longueur de la zone d'ionisation à l'équilibre. Une position pour laquelle 5 % de la densité des particules neutres sont fournis par l'anode qui a été con-sommée est envisagée comme position de départ d'ionisation et une position pour laquelle 95 % de la densité des particules neutres fournis par l'anode a été consommée est envisagée comme position de fin d'io- 20 nisation. Il en résulte une longueur de zone d'ionisation Li définie comme distance entre la position de départ d'ionisation et la position de fin d'ionisation. La longueur de la zone d'ionisation Li varie en fonction du temps et c'est pourquoi, on définit une longueur d'équilibre des zo- nes d'ionisation Li, eq comme valeur d'équilibre de temps de la longueur de la zone d'ionisation. Un procédé pour augmenter la température des particules neutres qui passe dans la zone d'ionisation a été proposé comme procédé pour supprimer l'amplitude de l'oscillation du courant de décharge à basse fréquence. Si l'on augmente la température des particules neutres d'entrée, la vitesse des particules neutres à l'introduction dans la zone d'ionisation diminue ce qui augmente la longueur de la zone d'ionisation d'équilibre et par conséquence on supprime l'augmentation rapide de la densité du plasma en cours d'ionisation ce qui supprime l'ampli- tude. De manière plus précise, si la vitesse d'entrée V. augmente à cause de l'augmentation de la température d'entrée des parti-cules neutres Tn, in et si le débit mf est constant, la densité de particules neutres nn=mf/vn décroît. Il en résulte un chemin libre moyen : Àne = ve/nn/<6ve>ion

Ce chemin est pris par rapport aux collisions d'ionisation entre les particules neutres et les électrons à l'intérieur du canal d'ac- 25 célération qui augmente. Dans cette relation, <6ve>ion est un coefficient d'ionisation donné par l'équation suivante :

<6ve>ion = 6 (8 kTe/rt/me) 1/2 (1+eVi/k/Te) exp (-eVi/k/Te)

30 Dans cette équation : 6 = section transversale d'ionisation k = constante de Boltzman me = masse de l'électron e = charge électrique élémentaire 35 Vi = tension d'ionisation Ainsi, la position de fin d'ionisation se déplace vers l'aval (la longueur de la zone d'ionisation à l'équilibre augmente) ; en conséquence, on évite une augmentation rapide de la densité du plasma en cours d'ionisation et on diminue l'amplitude A (figure 7).

Grâce au système de propulsion électrique Hall tel que défini ci-dessus, on augmente la vitesse acoustique de l'agent propulseur (particules neutres) en faisant passer l'agent propulseur préchauffé à travers l'orifice réduit (passage formant un choke) immédiatement avant le canal d'accélération et ainsi on évite l'ionisation rapide des particules neutres grâce à l'augmentation de la vitesse acoustique ce qui donne un fonctionnement stable. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'anode qui développe le champ électrique appartient à la partie rétrécie formant le choke.

Dans ce système de propulsion électrique Hall, l'anode qui forme le champ électrique constitue la partie créant le passage rétréci ou choke. Grâce au système de propulsion électrique Hall, ayant cette structure, la vitesse acoustique de l'agent propulseur (particules neutres) peut être augmentée avantageusement. Suivant une autre caractéristique avantageuse du système de propulsion électrique Hall, le jeu de l'intervalle de la partie formant le choke diminue vers le côté axial en aval. Dans ce système, le jeu de l'intervalle de la partie créant le choke diminue vers le côté aval axial. Grâce au système de propulsion électrique Hall, ayant cette structure, la vitesse acoustique de l'agent propulseur (particules neutres) peut être augmentée favorablement. Suivant une autre caractéristique avantageuse du sys- tème de propulsion électrique Hall, la surface de paroi du canal d'accélération est formée par la combinaison de surfaces de paroi composées de différents isolants résistant à la chaleur avec une zone d'ionisation dans laquelle est généré le plasma et une zone d'accélération dans laquelle sont accélérés les ions du plasma.

La surface de paroi du canal d'accélération est formée en combinant les surfaces de paroi en différents isolants résistant à la chaleur en fonction d'une zone d'ionisation dans laquelle on génère le plasma et d'une zone d'accélération dans laquelle on accélère les ions émis par le plasma. Après une utilisation à long terme, des gorges étagées se forment dans la surface de l'isolant et si ces gorges augmentent de pro-fondeur, le canal d'accélération se déforme. Cela se traduit par une réduction de la caractéristique d'extraction d'ions.

Dans le système de propulsion électrique Hall, les surfa-ces de paroi ont une matière qui convient pour chacune des zones d'accélération et zones d'ionisation choisies comme présenté à la figure 4 décrites ci-après et permettant des perfectionnements efficaces et fiables (suppression de la pulvérisation).

Suivant une autre caractéristique avantageuse du système de propulsion électrique Hall, les isolants résistant à la chaleur sont formés de nitrure de bore (BN) ou des composés de celui-ci. Ainsi, dans ce système, l'un des isolants réfractaires est du nitrure de bore (BN) ou des composés de celui-ci.

Dans les systèmes de propulsion électrique Hall, on utilise du nitrure de bore (BN) comme matière pour la surface de la paroi du canal d'accélération plutôt qu'une céramique de type alumine (3AL2O3/2SiO2) ou analogue et c'est pourquoi la valeur du courant de décharge peut être diminuée pour obtenir toujours la même poussée.

Ainsi, le système de propulsion électrique Hall selon l'invention évite la surchauffe du pôle magnétique au voisinage du canal d'ionisation/accélération ce qui permet d'éviter avantageusement la détérioration de la dimension de la propulsion (par micronisation) et le courant de décharge basse fréquence (courant oscillant) qui engendre les réductions des caractéristiques de propulsion et la fiabilité ainsi que l'instabilité de fonctionnement sont évitées avantageusement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un système de propulsion électrique micro Hall, représenté en coupe pour les parties principales selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un second mode de réalisation des parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall selon l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention montrant les parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall, - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un quatrième mode de réalisation de l'invention montrant les parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall, - la figure 5 est une vue en coupe schématique des parties principales de la distribution du flux magnétique dans un canal d'accéléra- tion, - la figure 6 est une vue schématique du principe d'accélération d'un système de propulsion électrique à effet Hall, - la figure 7 est un exemple du mécanisme de réduction d'amplitude et d'augmentation de fréquence dans le cas d'une espèce neutre en température. Description de modes de réalisation préférentiels La présente invention sera décrite à l'aide de différents modes de réalisation présentés successivement ci-après. Premier mode de réalisation La figure 1 est une vue en coupe schématique des parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall 100 selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Le système de propulsion électrique micro Hall 100 se compose principalement d'une anode 1 faisant une paire avec une ca-thode (non représentée) pour neutraliser les ions et fournir des électrons et développer un champ électrique E pour soumettre les ions à une accélération électrostatique dans la direction axiale ; il comprend également une bobine de champ magnétique 2 qui aimante un pôle magnétique de forme cylindrique concentrique, ayant un canal asymétri- que de forme annulaire ainsi qu'un pôle magnétique 3 aimanté par la bobine électromagnétique 2 pour développer un champ magnétique B. Ce champ magnétique soumet les ions à l'accélération électromagnétique dans la direction radiale ; il est également prévu un port d'introduction de propulseur 4 servant d'agent d'entrée de propulsion ainsi qu'une conduite d'agent de propulsion 5 pour transporter l'agent de propulsion ainsi qu'une chambre collectrice 6 ayant une partie rétrécie 6a pour former un rétrécissement au choke dans la veine d'agent propulseur préchauffé pour augmenter sa vitesse sonore. Il est également prévu un canal d'accélération 7 pour soumettre les ions du plasma à une accélération électrostatique ou électromagnétique ainsi que des isolants très réfractaires 8, 9, 10 pour éviter de court-circuiter le courant de décharge et un courant formé par un faisceau ionique et autres. La conduite d'agent propulseur 5 est un tube en forme de spirale en une matière telle que par exemple du cuivre. L'utilisation du cuivre a l'avantage d'assurer une conductivité thermique élevée (conductivité thermique = 381 [W/mK]) ainsi qu'une excellente résistance à la chaleur (point de fusion = 1357,6K) ; le cuivre est facile à travailler et son coût est acceptable. En outre, comme il s'agit d'une substance dia-magnétique (susceptibilité magnétique = -0,086), il n'a pas d'influence sur la distribution du champ magnétique du pôle magnétique. En outre, le conduit d'agent propulseur 5 est réalisé de façon à traverser longitudinalement le centre du pôle magnétique 3 et de changer d'orientation par le branchement dans un ensemble de passage au niveau du port de branchement 5a pour traverser longitudinalement le port d'introduction d'agent propulseur 4 du côté voisin de la paroi 7a du canal d'accélération ; puis, on revient près de la partie inférieure de façon à déboucher dans la chambre collectrice. Dans cette réalisation, le voisinage de la paroi 7a du canal d'accélération, qui constitue la partie la plus chaude du pôle magnétique 3 est refroidie de manière appropriée par l'agent propulseur ce qui permet d'éviter toute surchauffe du pôle magnétique à proximité de la paroi 7a du canal d'accélération. La surchauffe du pôle magnétique à proximité de la paroi 7a du canal d'accélération de-vient particulièrement dangereuse car la dimension de l'agent propulseur diminue (à mesure que la micronisation augmente) mais comme on a la conduite d'agent propulseur 5, on peut avantageusement éviter la surchauffe du pôle magnétique à proximité de la paroi 7a du canal d'accélération et ainsi la distribution du flux magnétique correspondant au champ magnétique formé dans la direction radiale du canal d'accélération 7 se stabilise. Simultanément, l'agent propulseur traversant Pinté- rieur de la conduite d'agent propulseur 5 subit le rétrécissement pour arriver dans la chambre collectrice 6 tout en étant préchauffé avec une chaleur sensible par le pôle magnétique à proximité de la paroi 7a du canal d'accélération. Il en résulte une augmentation de la vitesse des espèces neutres (agent propulseur) et une suppression d'ionisation rapide de l'agent propulseur (espèce neutre) et ainsi on stabilise le fonctionnement. La bobine électromagnétique 2 est prévue sur le côté extérieur du canal d'accélération 7 et du pôle électromagnétique 3. Cette disposition permet d'éviter la surchauffe au voisinage du canal d'accélé- 15 ration 7 par la chaleur perdue dégagée par la bobine électromagnétique 2 au passage du courant électrique. C'est pourquoi, du fait de la disposition externe de la bobine électromagnétique 2 et de la constitution de la conduite d'agent propulseur 5 comme décrit ci-dessus, le système de propulsion électrique micro Hall 100 dispose d'une protection contre la 20 surchauffe. Second mode de réalisation La figure 2 est une vue en coupe schématique des parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall 100 correspondant à un second mode de réalisation de l'invention. 25 Dans le système de propulsion électrique micro Hall 200, on a une partie étroite 6b formée (usinée) par l'allongement de l'anode 1 et la réduction de la taille de l'orifice de l'anode la. Tous les autres éléments sont identiques à ceux du système de propulsion électrique micro Hall 100 déjà décrit ci-dessus. En fabriquant le système de 30 propulsion électrique micro Hall 200 comme défini ci-dessus, on peut réduire la section de passage pour l'agent propulseur ce qui permet d'en augmenter la vitesse sonique, de façon analogue au système de propulsion électrique 100 micro Hall. C'est pourquoi, comme pour le système de propulsion électrique micro Hall 100, le système de propulsion élec- trique micro Hall 200 assure à la fois la protection contre la surchauffe et la stabilité de fonctionnement. Troisième mode de réalisation La figure 3 montre une vue en coupe schématique des parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall 300 correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce système de propulsion électrique micro Hall 300, on a formé une partie rétrécie 6c pour produire un choc sur l'agent propulseur grâce à une gorge ayant un intervalle qui diminue en permanence au lieu d'une région ayant un intervalle de passage d'écoulement fixe. En fabriquant le système de propulsion électrique micro Hall 300 de cette manière, on évite le blocage de l'écoulement à proximité des coins de la chambre collectrice et les espèces neutres d'agent propulseur, qui sont préchauffées au passage d'écoulement d'agent propulseur 15 (conduite de propulseur 5), peut conduire à une anode la après avoir été redressé. C'est pourquoi, de façon analogue au système de propulsion électrique 100 et 200, qui sont des systèmes micro Hall, comme décrits ci-dessus, la propulsion électrique 300 de type micro Hall réalise à la fois la protection contre la surchauffe et la stabilité de fonctionne- 20 ment. On remarque que toutes les constitutions sont identiques à celles du système de propulsion électrique 100, micro Hall. Quatrième mode de réalisation La figure 4 est une vue en coupe schématique des parties principales d'un système de propulsion électrique micro Hall 400 cor- 25 respondant à un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Dans le système de propulsion électrique micro Hall 400, la surface de la paroi du canal d'accélération 7 est formée par un en-semble de parois de canal d'accélération 7b, 7c. En choisissant les ma- 30 tières qui conviennent respectivement pour les surfaces de paroi correspondant à la zone d'accélération interne et à la zone d'ionisation, on aboutit à des améliorations d'efficacité et de fiabilité (suppression de la pulvérisation). Par exemple, la paroi 7b du canal d'accélération qui correspond à la zone d'ionisation, est réalisée en céramique de type 35 alumine (3Al2O3.2SiO2 etc.) ou une matière analogue ; la paroi 7c du canal d'accélération correspondant à la zone d'accélération est formée de nitrure de bore (BN) ou une matière analogue. Selon les systèmes de propulsion électrique micro Hall 100, 200, 300, 400 des quatre premiers modes de réalisation, la pre- mière distribution du champ magnétique du canal d'ionisation/accélération est réalisée pour optimiser le vecteur d'accélération ionique ; le passage d'agent propulseur (conduite d'agent propulseur 5), se trouve dans le pôle magnétique du système de propulsion ou plus précisément au voisinage du canal d'accélération 7 puis, l'agent propulseur traverse le passage d'écoulement. Ainsi, on peut refroidir le pôle magnétique surchauffé par le plasma et en même temps on chauffe l'agent propulseur. De plus, l'agent propulseur subit un passage rétréci immédiatement avant d'arriver dans le canal d'ionisation/accélération par la région rétrécie ou en forme de col ou orifice d'étranglement qui se 15 trouve directement avant le canal d'ionisation/accélération ; il en résulte que la vitesse sonore de l'agent propulseur (espèce neutre) augmente. De plus, ce fonctionnement est instable ; cela constitue un problème des systèmes de propulsion électrique Hall, classiques 20 causé par l'ionisation rapide (une augmentation rapide de la densité de plasma) dans le canal d'ionisation/accélération tel que les ions se dé-placent rapidement de la zone d'ionisation par le champ électrique mais du fait de l'augmentation de la vitesse acoustique selon l'invention comme décrit ci-dessus, on supprime l'ionisation rapide des espèces 25 neutres ; on peut déployer la zone d'ionisation. On évite ainsi qu'il en résulte une ionisation rapide, on remédie ainsi à l'instabilité en cours d'ionisation et on réalise un fonctionnement stable. De plus, l'invention décrite ci-dessus ne nécessite pas de nouveaux systèmes complexes. En fonctionnement, si l'on utilise du nitrure de bore (BN) 30 comme matière pour la surface de la paroi du canal d'accélération plu-tôt que de la céramique alumine (3Al2O3.2SiO2 ou analogue), le courant de décharge pour obtenir une poussée identique pourra être réduit d'autant. De plus, après une utilisation à long terme, une gravure étagée se forme dans la surface de l'isolant et ainsi on augmente la profon- 35 deur de la gorge. Le canal d'accélération se déforme et cela se traduit par une réduction de la caractéristique d'extraction d'ion. Toutefois, selon la présente invention, la surface de paroi qui porte une matière qui convient pour chacune des zones d'accélération et des zones d'ionisation comme représentée à la figure 4, permet d'améliorer l'efficacité et la fiabilité (suppression de la pulvérisation). De plus, les lignes de force magnétiques appliquées à l'intérieur du canal d'accélération peuvent être formées pour être perpendiculaires à la direction axiale du canal d'accélération comme cela est représenté dans la moitié supérieure de la figure 5. C'est pourquoi, le vecteur d'accélération pour accélérer les ions générés est perpendiculaire aux lignes appliquées de la distribution du champ magnétique (c'est-à-dire parallèle à la direction axiale du canal d'accélération) de sorte qu'en théorie les ions sont émis à l'extérieur du canal, avec peu de collision et une faible poussée. Comme représenté dans la moitié infé- rieure gauche de la figure 5, toutefois, lorsque les lignes de la force magnétique se déforment, le rapport de pulvérisation quittant la surface de paroi des ions générés augmente ce qui permet de réduire l'efficacité de la pulvérisation et la fiabilité. Incidemment, une recherche technique connue comme réduction de la traînée laser se présente sous la forme d'un procédé pour réduire la traînée dans un avion. Selon ce procédé, les faisceaux laser convergent à l'avant du nez de l'avion de façon à transformer le gaz à proximité du point de convergence pour être transformé en plasma. Malgré la formation de plasma, la température augmente dans le gaz ce qui se traduit par une augmentation de la vitesse sonore des particules de gaz. Le nombre de Mach de vol est défini comme valeur obtenue par division de la vitesse de vol de l'avion par la vitesse sonique. Comme le nombre de Mach diminue, on augmente la traînée en particulier la traînée de l'onde dans les vitesses supersoniques. Si la vitesse sonique du dénominateur augmente à une vitesse de vol identique, le nombre de Mach, le vol diminue de façon relative. Ainsi en augmentant la température du débit d'air générant la dérive à l'avant de l'avion, par transformation en plasma, on peut réduire efficacement ou localement la dérive. Toutefois, la génération de plasma pour laser né- cessite la focalisation et produit ainsi un point générateur. Ainsi, ce procédé peut seulement être appliqué à des régions étroites telles que le nez de l'avion. Ainsi, la présente invention (dispositif) s'applique à la réduction de différentes manières de la dérive. Par exemple, la présente invention peut utiliser l'aile principale qui est la source de génération pour une forte dérive. En d'autres termes, on utilise un système de pro-pulsion électrique Hall, selon le procédé d'éjection de plasma. Comme le présent système permet une génération en surface plutôt qu'une génération ponctuelle utilisant un laser, il permet de couvrir toute la longueur de la voilure d'une aile principale lorsque l'on prévoit une installation d'ensemble (le présent système peut égale-ment s'utiliser pour la voilure intérieure qui génèrera elle-même une traînée importante). Un système de propulsion électrique Hall consiste à générer du plasma par avance et à l'éjecter devant l'aile principale permettant de chauffer le gaz à l'avant de l'aile principale. Lorsqu'on utilise un système de propulsion électrique Hall, le plasma éjecté peut être formé sur une surface et, de plus, si le système de propulsion électrique Hall est miniaturisé, il peut être intégré dans les minces ailes d'un avion supersonique. En outre, l'oxygène de l'air qui est fourni facilement par l'atmosphère pendant le vol, sert de matière première pour générer le plasma (cela correspond à l'agent propulseur dans un système de propulsion). L'oxygène a une section d'ionisation importante et c'est pourquoi, on peut générer du plasma même à une faible tension d'ionisation. Il en résulte une amélioration de l'efficacité de l'énergie fournie.

De plus en fusion nucléaire, on utilise un procédé de chauffage par faisceaux selon lequel on émet les ions dans le plasma généré sous la forme de faisceaux de forte énergie à l'aide d'un champ électromagnétique efficace pour chauffer le plasma à des températures extrêmement élevées. Une source à faisceaux ioniques Hall, est particu- lièrement prométrice car non limitée à la règle de limitation de courant de charge de l'espace et c'est pourquoi, on peut générer/accélérer un plasma de densité élevée. En outre, pour générer et accélérer le plasma, le voisinage du canal d'accélération est exposé à des températures extrêmement élevées. En outre, il subsiste un courant instable. Selon la 25 présente invention, ce type de source de faisceaux d'ions de fusion nucléaire peut être stabilisé et rendu extrêmement efficace et très fiable. A titre de référence, on décrira ci-après la conception fondamentale d'un système de propulsion électrique micro Hall.

Les conditions de conception d'un système de propulsion électrique Hall sont données ci-après sous les points (1) à (3). Comme modèle de référence de prévision de performance, on fixe la surface S de la section du canal d'accélération, la tension de décharge Vd, le courant de décharge Id, la densité du flux magnétique B et la température moyenne électronique Te. (1) Dans le canal d'accélération : (a) les électrons doivent être piégés dans le champ magnétique pour former le courant Hall, et (b) il est d'abord nécessaire de réaliser une condition con- sistant à ne pas piéger les ions dans le champ magnéti- que pour accélérer les ions de façon électrostatique. A partir de ces conditions, il faut que l'équation suivante soit satisfaite en liaison avec les rayons du cyclotron pour les ions et les électrons = rei, rce pour la longueur L du canal d'accélération.

Rce < 1 < rci (1)

Ainsi, les rayons du cyclotron pour les ions et les électrons se calculent respectivement comme suit : Rd = Mvi/ (eB) Rce = nive/ (eB)

Dans ces formules M, m est la masse respective d'un ion 30 et d'un électron, vi, ve est la vitesse respective d'un ion et d'un électron dans la direction perpendiculaire au champ magnétique, e est la charge de l'électron. Les ions sont générés à proximité de l'anode ; ils sont ac-35 célérés par la différence de potentiel électrique dans le canal d'accéléra- (2) (3) 10 1525 tion. En supposant qu'il n'y a pas de perte d'ion dans le canal d'accélération, la densité du courant ionique Ji reste conservée. Cette densité est donnée par l'équation suivante : Ji = envi (4)

Dans cette équation, n = densité du plasma. En considérant la situation idéale dans laquelle le rendement de l'accélération est défini par : (courant du faisceau ionique Ib / Id (courant de dé-charge = 1), la densité du courant ionique est estimée comme indiqué ci-après :

Ji = Id/ S [A/ m2] (5)

De plus, en supposant que les ions sont accélérés de manière idéale pour la tension de décharge Vd, la vitesse des ions Vi,ex à la sortie du canal d'accélération est la suivante :

20 1/2 X MVi,ex2 = eVd (6)

Cette relation repose sur l'énergie cinétique à la sortie du canal d'accélération. Cette énergie est égale à l'énergie reçue du champ électrique et ainsi on a la formule suivante : Vi,ex = (2eVd/M) 1/2 [m/s] (7)

Le rayon du cyclotron ionique rei se détermine comme indiqué. 30 En utilisant l'équation (4), on détermine la densité moyenne de plasma (n) selon l'équation suivante :

n = (1 /L) x f oLJi/ (evi) dx = Ji/ (eL) x f oL 1 /vidx (8) 30

23 En supposant une distribution régulière du champ électrique dans la direction axiale du canal d'accélération, on obtient la différence de potentiel électrique au point x comme suit : V (x) = x/LxVd (9) Ainsi, la vitesse des ions sera la suivante : Vi (x) = (2eV (x) /M) 112 = (2exVd/M/L) 112 (10) En substituant l'équation (10) dans l'équation (8), on ex-prime la densité moyenne du plasma comme suit en utilisant la vitesse des ions vi,ex à la sortie du canal selon l'équation (7) : n = 2Ji/ (evi,ex) [1/m3]

En d'autres termes la densité moyenne du plasma est la double de la densité du plasma donnée par la formule suivante : nex = Ji/ (evi,ex) (12)

a la sortie du canal d'accélération qui se détermine en utilisant l'équation (4) ; c'es pourquoi, la vitesse moyenne correspondante des ions vi dans le canal d'accélération est égale à la moitié (1/2) de la vitesse des ions Vi,ex à la sortie du canal. La vitesse moyenne des électrons ve est donnée par la formule suivante :

Ve = (2eVd/m) 1/2 [m/s] (13) ainsi, on détermine le rayon ne du cyclotron d'électron. La condition à satisfaire pour la longueur du canal d'accélération dans la densité du flux magnétique B se détermine comme suit :

35 ree L < rei (14) (2) On déterminera ci-après la condition de la longueur du canal d'accélération déduite de la vitesse ionique dans le canal d'accélération. Lorsque la densité du plasma augmente, les collisions entre les électrons deviennent de plus en plus fréquentes ce qui se traduit par une augmentation de la perte d'ion dans la surface de la paroi du canal d'accélération. Pour assurer que les ions sont efficacement accélérés de manière électrostatique et avec les moindres collision, le chemin libre moyen A;; des ions doit être plus long que la longueur du canal L du canal d'accélération : Aä=L (15)

Comme indiqué ci-dessus, la vitesse moyenne des ions dans le canal d'accélération est évaluée à la moitié (1/2) de la vitesse à la sortie du canal d'accélération ; c'est pourquoi l'énergie cinétique par ion est estimée comme correspondant à 1/4 de l'énergie cinétique de l'ion à la sortie du canal. C'est pourquoi la condition pour relier la longueur du canal d'accélération à la vitesse ionique se détermine en utilisant la température ionique moyenne et la densité moyenne de plasma selon l'équation (11) en supposant que 1/4 de l'énergie fournie aux ions par le champ électrique correspond à l'énergie moyenne donnée par l'équation suivante :

L=Àii (16) (3) Enfin, lorsque la densité du plasma augmente, les collisions entre les électrons et les ions deviennent plus fréquentes ce qui évite la dérive des électrons dans la direction périphérique lorsque les ions commencent à tourner dans la direction périphérique. Dans ces conditions, on évite non seulement l'accélération électrostatique des ions, mais le courant Hall, diminue et l'effet électromagnétique fondamental de la pro-pulsion électrique Hall devient moins efficace, la génération de la propulsion et l'entretien du champ électrique étant assurés par les for-ces de Lorentz.

L'effet des collisions d'électrons est évalué par le para-mètre Hall Wete. We est la fréquence d'électron dans le cyclotron et le est le temps de collision moyen pour une collision entre un électron et un ion. Si l'on n'a pas le paramètre Hall caste 1, il est impossible d'obte- nir un courant Hall suffisant. La condition pour que se produise l'effet électromagnétique est la suivante :

W ele 1 (17) Par exemple, si la densité du flux magnétique est approximativement égale à 0,05T et la densité du plasma approximative- ment comprise entre 1017 et 1018 m-3, cette condition est satisfaite de façon suffisante. De plus, la fréquence des collisions entre les électrons et les espèces neutres est plus faible que la fréquence des collisions en- tre les électrons et les ions dans la région dans laquelle la densité du courant ionique et la densité du flux pour les espèces neutres sont sensiblement identiques ; c'est pourquoi, l'effet des collisions avec des espèces neutres est faible. Comme pour le cas de la propulsion chimique, la poussée F, l'impulsion spécifique Isp et l'efficacité de la propulsion rit peuvent servir de grandeurs pour évaluer les caractéristiques de la propulsion électrique Hall servant de propulsion électrique. L'efficacité de propulsion rit s'estime par application de l'équation de l'évaluation suivante : rit = F2/ (2mfVdld) (18)

dans cette formule : - mf = débit massique - Vd = tension de décharge - Id = courant de décharge Si l'on connaît la poussée F, on peut estimer l'efficacité de propulsion rit à partir de l'équation (18). En plus de l'évaluation utilisant l'équation (18), on peut évaluer l'efficacité de propulsion rit en introdui- sant trois types d'efficacité interne, à savoir l'efficacité d'accélération ria, l'efficacité de l'utilisation de l'agent propulseur nu et l'efficacité énergétique ri E. En premier lieu, l'efficacité d'accélération rla se définit de la manière suivante comme le rapport entre le courant Ib du faisceau d'ions et le courant de décharge Id :

na = Ib/Id (19)

Dans une propulsion électrique à accélération électrostatique telle qu'un système de propulsion électrique Hall ou un système de propulsion électrique ionique, l'efficacité de l'accélération ria est un paramètre important traduisant l'état de fonctionnement mais le courant électronique domine dans un tube de décharge normal et produit une décharge par incandescence comme celui d'une lampe fluores- 15 Gente ; c'est pourquoi, le rendement d'accélération ria est voisin de O. Dans un système de propulsion électrique Hall, le débit en ions sert de source de poussée et c'est pourquoi le courant ionique contribue à l'entretien de la décharge. Ainsi, le rendement de l'accélération ria n'atteint pas 0 et conserve une certaine valeur (approximativement égale à 0,5 si 20 l'on utilise Xe comme agent propulseur). L'efficacité nu de l'utilisation de l'agent propulseur est dé-finie de la manière suivante comme rapport entre le courant Ib du faisceau ionique et le débit d'agent propulseur mf :

25 nu = MIb/ (emf) (20)

Il s'agit d'un paramètre indiquant le degré de ionisation de l'agent propulseur fourni pour constituer des ions et servir de faisceau ionique (dans le cas de Xe, on obtient selon les essais antérieurs une 30 valeur comprise entre 0,8 et 0,95). Le rendement d'énergie iE est défini par la formule suivante :

iE = Em/ (eVd) (21) 5 20 Cette formule utilise l'énergie moyenne Em du faisceau d'ions et la tension de décharge Vd. On remarque que l'énergie moyenne Em du faisceau d'ions s'exprime comme suit en utilisant la distribution d'énergie d(Ei) mesurée avec un analyseur d'énergie : Em ) If f (Ei) (Ei) 1/2 dEi } 2 (22)

Le rendement de l'énergie fE dépend du potentiel de génération des ions dans le canal d'accélération et correspond approximativement à 0,75 pour Xe. Si tous les ions sont soumis à une ionisation monovalente et pour une accélération dans la seule direction axiale, la poussée F s'écrit comme suit :

15 F = Ib x (2MEm) 1/2/e (23)

On utilise l'énergie moyenne du faisceau d'ions. Ainsi, l'impulsion spécifique Isp^est définie de la manière suivante en utilisant la gravité (g) : Isp = F/ (mfg) = Ib x (2MEm) 112/ (emfg) (24)

Si l'on substitue les équations (19) à (21) et l'équation (23) dans l'équation (18), le rendement de la propulsion s'exprime 25 comme produit du rendement de l'accélération, d'efficacité de l'utilisation de l'agent propulseur et de l'efficacité de l'énergie comme le montre l'équation suivante : rit = na nu fE (25) 30 Le système de propulsion électrique Hall selon la pré-sente invention peut s'appliquer avantageusement mais non exclusive-ment à un propulseur/ accélérateur au plasma (moteur au plasma) équipant un avion mais également un dispositif de pulvérisation (pour 35 un traitement micro/nano), un dispositif de réduction de la traînée so-nique et un actionneur au plasma pour un avion, une technique de source par fusion nucléaire, un système de protection contre la sur-chauffe (système de refroidissement) servant à de tels dispositifs.5

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 °) Système de propulsion électrique Hall générant la poussée par l'émission de plasma par un canal d'accélération par accélération électrostatique ou électromagnétique, caractérisé par une bobine électromagnétique pour aimanter une matière magnétique générant un champ magnétique sur le côté extérieur de la partie de canal d'accélération ainsi qu'un conduit d'agent propulseur pour transporter un agent propulseur, cette conduite débouchant dans une chambre collectrice en amont du canal d'accélération au passage du voisinage d'une surface de paroi du canal d'accélération.

2°) système de propulsion électrique Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite d'agent propulseur est enroulée suivant une spirale.

3°) système de propulsion électrique Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre collectrice comporte une partie rétrécie pour augmenter le débit de l'agent propulseur.

4°) système de propulsion électrique Hall selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'anode qui développe le champ électrique appartient à la partie rétrécie formant le choke.

5°) système de propulsion électrique Hall selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le jeu de l'intervalle de la partie formant le choke diminue vers le côté axial en aval.

6°) système de propulsion électrique Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que 5la surface de paroi du canal d'accélération est formée par la combinai-son de surfaces de paroi composées de différents isolants résistant à la chaleur avec une zone d'ionisation dans laquelle est généré le plasma et une zone d'accélération dans laquelle sont accélérés les ions du plasma.

7°) système de propulsion électrique Hall selon la revendication 6, caractérisé en ce que les isolants résistant à la chaleur sont formés de nitrure de bore (BN) ou des composés de celui-ci. i0