JP2018526570A - 一体型固体推進剤を備えたグリッド付きイオンスラスタ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、より詳細には、一体型固体推進剤を備えるグリッド付きイオンスラスタに関する。
それらは、プラズマチャンバを実装するか否かに応じて、2つのカテゴリに分類することができる。
したがって、このシステムは、非特許文献1(D1)に記載されたものと比較して多くの利点を有する。
−チャンバと、
−固体推進剤を含むリザーバであって、チャンバ内に収容され、少なくとも1つのオリフィスが設けられた導電性ジャケットを備えるリザーバと、
−チャンバ内にイオン‐電子プラズマを形成する手段の組であって、ガス状の推進剤を形成するためにリザーバ内の固体推進剤を昇華させることができる手段と、次に少なくとも1つのオリフィスを通ってリザーバから来るガス状の推進剤からチャンバ内にプラズマを発生させることができる手段の組と、
−少なくともプラズマのイオンをチャンバから抽出および加速する手段であって、抽出および加速手段が、
・チャンバの一端に位置するグリッドに関連付けられた、チャンバ内に収容された電極であって、グリッドの表面よりも大きい表面を有する電極、または
・チャンバの一端に位置する組になった少なくとも2つのグリッド
を備える抽出および加速手段と、
−コンデンサと直列に配置され、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間にある高周波の信号を生成するように適合された高周波DC電圧源またはAC電圧源であって、その出力部の1つによってチャンバから少なくともプラズマのイオンを抽出および加速する手段、より正確には、
・電極、または
・組になった少なくとも2つのグリッドのうちの1つのグリッド
に接続され、
グリッドは電極に関連付けられ、または場合によっては、組になった少なくとも2つのグリッドの他方のグリッドが基準電位に設定されるか、または高周波AC電圧源の他方の出力部に接続され、抽出および加速手段と高周波DCまたはAC電圧源とがチャンバの出力部で少なくともイオンを含むビームを形成することを可能にする高周波DCまたはAC電圧源と
を備えることを特徴とするイオンスラスタを提案する。
−抽出および加速手段に接続された電圧源は高周波AC電圧源であり、イオン‐電子プラズマ形成手段の組は、チャンバの出力部でイオンビームおよび電子ビームを形成するために、一方では少なくとも1つのコイルの方向に、他方では抽出および加速手段の方向に、高周波電圧源によって供給される信号を管理する手段を介して、この同じ高周波AC電圧源によって給電される少なくとも1つのコイルを備え、
−イオン−電子プラズマ形成手段の組は、抽出および加速手段に接続された高周波ACまたはDC電圧源とは異なる高周波AC電圧源によって給電される少なくとも1つのコイル、またはマイクロ波AC電圧源によって給電される少なくとも1つのマイクロ波アンテナを備え、
−抽出および加速手段に接続された電圧源は、チャンバの出力部でイオンビームおよび電子のビームを形成するための高周波AC電圧源であり、
−抽出および加速手段は、チャンバの一端に位置する組になった少なくとも2つのグリッドであり、イオンビームおよび電子ビームの電気的中性は、抽出および加速手段に接続された高周波AC電圧源から来る正電位および/または負電位の印加時間を調整することによって少なくとも部分的に得られ、
−抽出および加速手段は、チャンバの一端に位置する組になった少なくとも2つのグリッドであり、イオンビームおよび電子ビームの電気的中性は、抽出および加速手段に接続された高周波AC電圧源から来る正電位および/または負電位の振幅を調整することによって少なくとも部分的に得られ、
−抽出および加速手段に接続された電圧源はDC電圧源であり、チャンバの出力部でイオンビームを形成し、スラスタは、電気的中立性を提供するためにイオンビームに電子を注入する手段をさらに備え、
−リザーバは、固体推進剤と少なくとも1つのオリフィスが設けられたジャケットとの間に位置する膜を備え、膜は少なくとも1つのオリフィスを備え、膜の1つまたは各々のオリフィスの表面は、リザーバのジャケットの1つまたは各々のオリフィスの表面よりも広く、
−1つまたは各々のグリッドは、円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式の形状から選択される形状のオリフィスを有し、
−1つまたは各々のグリッドは、直径が0.2mm〜10mm、例えば0.5mm〜2mmの円形オリフィスを有し、
−チャンバからの抽出および加速手段が、チャンバの端部に配置された組になった少なくとも2つのグリッドを備える場合、2つのグリッド間の距離は、0.2mm〜10mm、例えば0.5mm〜2mmであり、
−固体推進剤は、二原子ヨウ素、他の化学成分と混合された二原子ヨウ素、フェロセン、アダマンタンまたはヒ素から選択される
特性の少なくとも1つを別々にまたは組み合わせて備えることもできる。
図1に示すイオンスラスタ100を試験した。
Claims (14)
- −チャンバ(10)と、
−固体推進剤(PS)を備えるリザーバ(20)であって、前記チャンバ(10)内に収容され、少なくとも1つのオリフィス(22)が設けられた導電性ジャケット(21)を備える前記リザーバ(20)と、
−前記チャンバ(10)内にイオン‐電子プラズマを形成する手段の組(30、30´、40)であって、ガス状の推進剤を形成するために前記リザーバ(20)内の前記固体推進剤(PS)を昇華させることができる手段と、次に前記少なくとも1つのオリフィス(22)を通って前記リザーバ(20)から来る前記ガス状の推進剤から前記チャンバ(10)内に前記プラズマを発生させることができる手段の組と、
−少なくとも前記プラズマのイオンを前記チャンバ(10)から抽出および加速する手段(50)であって、
・前記チャンバ(10)の一端(E)に位置するグリッド(51)に関連付けられた、前記チャンバ(10)内に収容された電極(52)であって、前記グリッド(51)の表面よりも大きい表面を有する前記電極(52)、または
・前記チャンバ(10)の前記一端(E)に位置する組になった少なくとも2つのグリッド(52´、51)
を備える抽出および加速手段(50)と、
−コンデンサ(53)と直列に配置され、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間にある高周波の信号を生成するように適合されたDC電圧源(30´´)または高周波AC電圧源(30)であって、その出力部の1つによって前記チャンバ(10)から前記少なくともプラズマのイオンを前記抽出および加速する手段(50)、より正確には、
・前記電極(52)、または
・前記組になった少なくとも2つのグリッド(51、52´)のうちの1つのグリッド(52´)
に接続され、
前記グリッド(51)は前記電極(52)に関連付けられ、または場合によっては、前記組になった少なくとも2つのグリッド(51、52´)の他方のグリッド(51)が基準電位(55)に設定されるか、または前記高周波AC電圧源(30)の他方の出力部に接続され、
前記抽出および加速手段(50)と前記高周波DCまたはAC電圧源(30、30´´)が、前記チャンバ(10)の出力部で少なくともイオンを含むビーム(70、70´)を形成することを可能にする、前記DC電圧源(30´´)または前記高周波AC電圧源(30)と
を備えることを特徴とするイオンスラスタ(100)。 - ・前記抽出および加速手段(50)に接続された電圧源が、前記高周波AC電圧源(30)であって、
・前記イオン‐電子プラズマ形成手段の組(30、40)は、一方では少なくとも1つのコイル(40)の方向に、他方では前記抽出および加速手段(50)の方向に、前記高周波電圧源(30)によって供給される信号を管理する手段(60)を介して、この同じ前記高周波AC電圧源(30)によって給電される前記少なくとも1つのコイル(40)を備え、
前記チャンバ(10)の前記出力部で前記イオンおよび電子のビーム(70)を形成する、
請求項1に記載のスラスタ(100)。 - 前記イオン‐電子プラズマ形成手段の組(30、40、30´)が、
・前記抽出および加速手段(50)に接続された前記高周波DC(30´´)またはAC(30)電圧源とは異なる高周波AC電圧源(30´)によって給電される少なくとも1つのコイル(40)、または
・マイクロ波AC電圧源(30´)によって給電される少なくとも1つのマイクロ波アンテナ(40)
を備える、請求項1に記載のスラスタ(100)。 - 前記抽出および加速手段(50)に接続された前記電圧源が、前記チャンバ(10)の出力部で前記イオンおよび電子のビーム(70)を形成するために、前記高周波AC電圧源(30)である、請求項1〜請求項3に記載のスラスタ(100)。
- 前記抽出および加速手段(50)が、前記チャンバ(10)の一端(E)に配置された組になった少なくとも2つのグリッド(52´、51)である場合、前記抽出および加速手段(50)に接続された前記高周波AC電圧源(30)から来る正電位および/または負電位の印加持続時間を調整することによって、前記イオンおよび電子のビーム(70)の電気的中性が少なくとも部分的に得られる、請求項2または請求項4のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記抽出および加速手段(50)が、前記チャンバ(10)の一端(E)に配置された組になった少なくとも2つのグリッド(52´、51)である場合、前記抽出および加速手段(50)に接続された前記高周波AC電圧源(30)から来る正電位および/または負電位の振幅を調整することによって、前記イオンおよび電子のビーム(70)の電気的中性が少なくとも部分的に得られる、請求項2または請求項4のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記抽出および加速手段(50)に接続された前記電圧源が、前記チャンバ(10)の出力部で前記イオンのビーム(70´)を形成するためにDC電圧源(30´´)であって、前記スラスタ(100)が、電気的中性を提供するために、前記イオンのビーム(70´)に電子を注入する手段(80、81)をさらに備える、請求項3に記載のスラスタ(100)。
- 前記リザーバ(20)が、前記固体推進剤(PS)と前記少なくとも1つのオリフィス(22)が設けられた前記ジャケット(21)との間に配置された膜(22´)を備え、前記膜(22´)が少なくとも1つのオリフィス(22´´)を備え、前記膜(22´)の前記1つまたは各々のオリフィス(22´´)の表面が、前記リザーバ(20)の前記ジャケット(21)の前記1つまたは各々のオリフィス(22)の表面よりも大きい、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記1つまたは各々のグリッド(51、52´)が、円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式の形状から選択される形状のオリフィスを有する、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記1つまたは各々のグリッド(51、52´)が、直径0.2mm〜10mm、例えば0.5mm〜2mmの円形オリフィスを有する、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記チャンバ(10)から前記抽出および加速する手段(50)が、前記チャンバ(10)の前記端部(E)に配置された前記組になった少なくとも2つのグリッド(52´、51)を備える場合、前記2つのグリッド(52´、51)間の距離が0.2mm〜10mm、例えば0.5mm〜2mmである、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のスラスタ(100)。
- 前記固体推進剤(PS)が、二原子ヨウ素、他の化学成分と混合された二原子ヨウ素、フェロセン、アダマンタンまたはヒ素から選択される、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載のスラスタ(10)。
- 請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載のスラスタ(100)と、前記スラスタ(100)の前記1つまたは各々のDC(30´´)またはAC(30、30´)電圧源に接続されたエネルギー源(SE)(例えばバッテリまたはソーラーパネル)とを備える衛星(S)。
- 請求項1〜請求項12のいずれか一項に記載のスラスタ(100)と、前記スラスタ(100)の前記1つまたは各々のDC(30´´)またはAC(30、30´)電圧源に接続されたエネルギー源(SE)(例えばバッテリまたはソーラーパネル)とを備える宇宙探査機(SS)。
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