JPH02305376A - Hollow cathode of ion thrustor - Google Patents

Hollow cathode of ion thrustor

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Publication number
JPH02305376A
JPH02305376A JP1125911A JP12591189A JPH02305376A JP H02305376 A JPH02305376 A JP H02305376A JP 1125911 A JP1125911 A JP 1125911A JP 12591189 A JP12591189 A JP 12591189A JP H02305376 A JPH02305376 A JP H02305376A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insert
discharge
ion thruster
orifice
keeper
Prior art date
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Pending
Application number
JP1125911A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Yamagiwa
山極 芳樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH02305376A publication Critical patent/JPH02305376A/en
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  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain great level of electric current securing smaller voltage and quick response of discharge by after performing discharge in one insert heated by a heater, continuing discharge in the other insert heated by the discharge energy. CONSTITUTION:In order to drive an ion thrustor, a second insert 16 is heated at first by a heater 18, and an electron is emitted from an inner wall thereof, so as to start discharge between this and a keeper 15, while a first insert 11 is heated by the energy concomitant with the discharge. Discharge is then started between the first insert 11 that reaches a predetermined operational temperature, and the keeper 15. Pressure of the operational gas in each insert 11, 16 is increased by an orifice 12 so as to promote discharge. To a cathode 14 of an ion thrustor main body 13, positive electric potential is added to each insert 11, 16, and by generating discharge between them, the ion thrustor is driven.

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、例えば人工衛星等の宇宙航行体に搭載され
て二次推進系として用いられるイオンスラスタに係り、
特に、その電子源として用いられるホローカソードに関
する。
[Detailed Description of the Invention] "Objective of the Invention" (Industrial Application Field) The present invention relates to an ion thruster that is mounted on a spacecraft such as an artificial satellite and used as a secondary propulsion system.
In particular, it relates to a hollow cathode used as an electron source.

(従来の技術) 近年、宇宙開発の分野においては、長寿命で、大形の宇
宙飛行体の開発が行われており、これにともなって比推
力の大きいイオンスラスタが開発されている。そして、
このようなイオンスラスタにおいて、次に、要請される
ことは、軽量化を確保したうえで、その推力の増加を図
ることである。
(Prior Art) In recent years, in the field of space development, long-life, large-sized spacecraft have been developed, and along with this, ion thrusters with large specific impulses have been developed. and,
The next requirement for such an ion thruster is to increase its thrust while ensuring weight reduction.

この要請を実現するためには、そのイオン生成及びイオ
ンビームの中和用電子源として使用するホローカソード
を、その電源を含めた重量を増加させることなく、大電
流の電子を供給し得るように構成することが要求される
In order to realize this request, the hollow cathode used as the electron source for ion generation and ion beam neutralization must be able to supply large currents of electrons without increasing its weight including its power source. configuration is required.

第3図は従来の電子衝撃型イオンスラスタのホローカソ
ードを示すもので、作動ガス1が供給されるインサート
2には、その周囲部に温度制御用ヒータ3が取付けられ
、その放出端に電子放出用のオリフィス4が取付けられ
る。このオリフィス4は、イオンスラスタ本体5の陽極
6に対向して設けられ、その先端とイオンスラスタ本体
5との中間部には、キーパ7が介在される。このキーパ
7は、インサート2及びオリフィス4に対して正の電位
に設定される。また、インサート2は電子が放出し易い
ように、例えば酸化バリュームが含浸されている。
Figure 3 shows a hollow cathode of a conventional electron impact type ion thruster.A temperature control heater 3 is attached to the insert 2 around the insert 2 to which the working gas 1 is supplied, and an electron emitting device is attached to the emitting end of the insert 2. An orifice 4 is installed for the purpose. This orifice 4 is provided facing the anode 6 of the ion thruster body 5, and a keeper 7 is interposed between the tip thereof and the ion thruster body 5. This keeper 7 is set at a positive potential with respect to the insert 2 and orifice 4. Further, the insert 2 is impregnated with, for example, oxidized barium so that electrons can be easily released.

上記構成において、イオンスラスタを駆動させる場合は
、先ずヒータ3が駆動されてインサート2を電子放出可
能な温度に加熱制御する。そして、インサート2が所定
の動作温度まで加熱されると、インサート2は、その表
面より電子を放出し、そのキーパ7との間で、放電を開
始する。この際、インサート2は、その内部の作動ガス
1の圧力がオリフィス4により高められて、その放電が
促進される。
In the above configuration, when driving the ion thruster, the heater 3 is first driven to control heating of the insert 2 to a temperature at which electrons can be emitted. When the insert 2 is heated to a predetermined operating temperature, the insert 2 emits electrons from its surface and starts discharging with the keeper 7. At this time, the pressure of the working gas 1 inside the insert 2 is increased by the orifice 4, and its discharge is promoted.

同時に、陽極6には、インサート2及びオリフィス4に
対して正の電位が加えられる。この結果、インサート2
とイオンスラスタ本体5の陽極6との間には、放電が起
りイオンスラスタか作動される。
At the same time, a positive potential is applied to the anode 6 with respect to the insert 2 and the orifice 4. As a result, insert 2
A discharge occurs between the anode 6 of the ion thruster main body 5 and the ion thruster is operated.

ここで、・インサート2は、その動作温度がイオンスラ
スタ本体5の陽極6との間に発生する放電にともなう放
電エネルギにより維持され、そのヒータ3が停止された
状態で放電動作が維持される。
Here, the operating temperature of the insert 2 is maintained by the discharge energy accompanying the discharge generated between the insert 2 and the anode 6 of the ion thruster main body 5, and the discharge operation is maintained with the heater 3 stopped.

ところが、上記電子衝撃型イオンスラスタのホローカソ
ードでは、その電流値か電子放出面を形成するインサー
ト2の内壁の表面積に対応されることにより、その電流
値の増加を図らんとして、インサート2の大形化を促進
すると、その加熱制御用のヒータ3をインサート2の表
面積に対応して大形にしなければならないために、大電
力のヒータ電源が必要となり、重量の増加を招くという
問題を有する。また、これによれば、インサート2の表
面積の増加にともなって、その加熱制御に長時間を要す
ることとなり、即応性が低下するという問題も有する。
However, in the hollow cathode of the electron impact type ion thruster, the current value corresponds to the surface area of the inner wall of the insert 2 that forms the electron emitting surface, so in an attempt to increase the current value, the size of the insert 2 is increased. If the molding is promoted, the heater 3 for heating control must be made large in size to correspond to the surface area of the insert 2, which requires a high-power heater power source, leading to an increase in weight. Moreover, according to this, as the surface area of the insert 2 increases, it takes a long time to control the heating, and there is also a problem that the quick response is reduced.

(問題点を解決するための手段) 以上述べたように、従来の電子衝撃型イオンスラスタの
ホローカソードでは、電流の増加を図ると、大電力の電
源が必要となり、重量が嵩むと共に、動作温度への加熱
に長時間を要し、放電点火の即応性が低下するという問
題を有する。
(Means for solving the problem) As described above, in the hollow cathode of the conventional electron impact type ion thruster, increasing the current requires a high-power power source, increases the weight, and increases the operating temperature. The problem is that it takes a long time to heat up and the promptness of discharge ignition decreases.

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、小電力
化と共に、放電点火の即応性を硼保したうえで、大電流
を得るようにしたイオンスラスタのホローカソードを提
供することを目的とする。
This invention was made in view of the above circumstances, and aims to provide a hollow cathode for an ion thruster that can obtain a large current while reducing the power consumption and ensuring the prompt response of discharge ignition. do.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) この発明は、−刃端から作動ガスが供給される第1のイ
ンサートと、この第1のインサートの他方端にイオンス
ラスタ本体の一方の電極に対向して設けられた電子の放
出口となるオリフィスと、このオリフィスと前記イオン
スラスタ本体の一方の電極との間に介在され電子を引出
す電極を形成するキーパと、前記第1のインサートの他
方端の内壁に前記オリフィスに対応して設けられた第2
のインサートと、この第2のインサートを加熱して放電
点火を行なう加熱手段とを備えてイオンスラスタのホロ
ーカソードを構成したものである。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems) This invention comprises: - a first insert to which working gas is supplied from the blade end; and one electrode of the ion thruster main body at the other end of the first insert. an orifice that serves as an electron emission opening provided opposite to the ion thruster; a keeper that is interposed between the orifice and one electrode of the ion thruster body and forms an electrode that extracts electrons; and the other of the first inserts. a second hole provided on the inner wall of the end corresponding to the orifice;
The hollow cathode of the ion thruster includes a second insert and heating means for heating the second insert and igniting the discharge.

(作用) 上記構成によれば、ヒータが第2のインサートを動作温
度に加熱制御すると、先ず第2のインサート内で放電点
火され、その放電にともなう放電エネルギにより第1の
インサートが動作温度に加熱され、第2のインサートを
含む第1のインサート内で放電が行・われる。従って、
第2のインサートを加熱制御するだけの電力で、第1の
インサートに対応した大電流を得ることができる。  
  ゛(実施例) 以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。
(Function) According to the above configuration, when the heater controls the heating of the second insert to the operating temperature, a discharge is first ignited within the second insert, and the first insert is heated to the operating temperature by the discharge energy accompanying the discharge. and a discharge occurs within the first insert including the second insert. Therefore,
A large current corresponding to the first insert can be obtained with enough power to heat the second insert.
゛(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係るイオンスラスタのホ
ローカソードを示すもので、作動ガス10が供給される
第1のインサート11には、その放出端に電子放出用の
オリフィス12が取付はられSoこのオリフィス12は
、イオンスラスタ本体]3の陽極14に対向して設けら
れ、その先端とイオンスラスタ本体13との中間部には
、キーパ15か介在される。このキーパ15は、第1の
インサート11及びオリフィス12に対して正の電位に
設定されている。
FIG. 1 shows a hollow cathode of an ion thruster according to an embodiment of the present invention, in which a first insert 11 to which working gas 10 is supplied has an orifice 12 for electron emission attached to its emission end. The orifice 12 is provided facing the anode 14 of the ion thruster body 3, and a keeper 15 is interposed between the tip thereof and the ion thruster body 13. This keeper 15 is set at a positive potential with respect to the first insert 11 and the orifice 12.

また、第1のインサート11の放出端側には、表面積の
小さい第2のインサート16が断熱材17を介在して所
定の間隔を有して挿管され、この第2のインサー!・1
6の周囲部には、加熱制御用ノヒータ18が取付けられ
る。この第2のインサート]6は、第1のインサー!・
1]及びオリフィス12に対して電気的に接続され、こ
れらと同電位に設定される。インサート16には電子が
放出し昌いように、例えば酸化バリュームが含浸されて
いる。
Further, a second insert 16 having a small surface area is inserted into the discharge end side of the first insert 11 at a predetermined interval with a heat insulating material 17 interposed therebetween.・1
A heating control no-heater 18 is attached to the periphery of the heater 6 . This second insert] 6 is the first insert!・
1] and the orifice 12, and set to the same potential as these. The insert 16 is impregnated with, for example, barium oxide to release electrons.

上記構成において、イオンスラスタを駆動させる場合は
、先ずヒータ18が駆動されて第2のインサート16が
電子放出可能な温度に加熱制御される。そして、第2の
インサート16は、所定の動作温度に到達すると、第2
図(a)に示すように、その内壁より電子を放出し、そ
のキーパ15との間で、放電を開始して、その放電にと
もなうプラズマからの熱輻射及びイオン衝突による放電
エネルギにより、第1のインサート]1を加熱する。す
ると、第1のインサート1コは、所定の動作温度に到達
すると、第2図(b)示すように、第2のインサート]
6に続いてキーパ15との間で放電を開始する。この際
、第1及び第2のインサート1.1.16は、その内部
の作動ガス10の圧力がオリフィス12により高められ
て、その放電が促進される。
In the above configuration, when driving the ion thruster, the heater 18 is first driven to control heating of the second insert 16 to a temperature at which electrons can be emitted. Then, when the second insert 16 reaches a predetermined operating temperature, the second insert 16
As shown in Figure (a), electrons are emitted from the inner wall and a discharge is started between the keeper 15 and the thermal radiation from the plasma accompanying the discharge and the discharge energy due to ion collisions, which causes the first Heat the insert] 1. Then, when the first insert reaches a predetermined operating temperature, as shown in FIG. 2(b), the second insert]
6, discharge starts between the keeper 15 and the keeper 15. At this time, the pressure of the working gas 10 inside the first and second inserts 1.1.16 is increased by the orifice 12, and the discharge thereof is promoted.

同時に、イオンスラスタ本体13の陽極14には、第1
及び第2のインサート11.16に対して正の電位が加
えられる。この結果、第1及び第2のインサート11.
16とイオンスラスタ本体13の陽極14との間には1
.放電が起りイオンスラスタか作動される。
At the same time, the anode 14 of the ion thruster main body 13 has a first
and a positive potential is applied to the second insert 11.16. As a result, the first and second inserts 11.
16 and the anode 14 of the ion thruster body 13.
.. A discharge occurs and the ion thruster is activated.

ここで、第1及び第2のインサート11.16は、その
動作温度がイオンスラスタ本体13の陽極14との間に
発生する放電にともなう放電エネルギにより維持され、
ヒータ]8の駆動が停止された状態で、放電動作が維持
される。
Here, the operating temperature of the first and second inserts 11.16 is maintained by the discharge energy accompanying the discharge generated between the first and second inserts 11.16 and the anode 14 of the ion thruster body 13,
The discharging operation is maintained while the drive of the heater] 8 is stopped.

このように上記イオンスラスタのホローカソードは、第
1のインサート11の放出端のオリフィス12に対応し
て第2のインサート16を設け、この第2のインサート
16をヒータ18で加熱して放電点火し、その放電にと
もなう放電エネルギにより第1のインサート11を動作
温度に加熱して、第1のインサート11内の放電を行な
うように構成した。これによれば、第2のインサート1
6を加熱制御するだけの電力で、第1のインサー l−
11に対応した大電流の電子を得ることが可能となりこ
とにより、ヒータ電力の大電力化を図ることなく、可及
的に大きな電流値を得ることができる。また、面積の小
さな第2のインサート]6を動作温度に加熱制御するだ
けで済むことにより、可及的に放電点火の即応性を向上
させることができる。
In this way, the hollow cathode of the ion thruster is provided with the second insert 16 corresponding to the orifice 12 at the discharge end of the first insert 11, and the second insert 16 is heated with the heater 18 to ignite the discharge. , the first insert 11 is heated to an operating temperature by the discharge energy accompanying the discharge, and the first insert 11 is configured to generate a discharge. According to this, the second insert 1
With enough power to heat and control the first inserter l-
11, it is possible to obtain as large a current value as possible without increasing the heater power. In addition, by simply controlling the heating of the second insert [6], which has a small area, to the operating temperature, it is possible to improve the responsiveness of discharge ignition as much as possible.

なお、この発明は上記実施例に限ることなく、その他、
この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し
得ることは勿論のことである。
Note that this invention is not limited to the above embodiments, but also includes
It goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

[発明の効果] 以上詳述したように、この発明によれば、小電力化と共
に、放電点火の即応性を確保したうえで、大電流を得る
ようにしたイオンスラスタのホローカソードを提供する
ことができる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, it is possible to provide a hollow cathode for an ion thruster that can obtain a large current while reducing power consumption and ensuring prompt response of discharge ignition. I can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例に係るイオンスラスタのホ
ローカソードを示す構成図、第2図は第1図の動作を説
明するために示した図、第3図は従来の電子衝撃型イオ
ンスラスタのホローカソードを示す構成図である。 10・・・作動ガス、11・・・第1のインサート、1
2・・・オリフィス、13・・・イオンスラスタ本体、
14・・・陽極、15・・・キーパ、16・・・第2の
インサート、17・・・断熱材、18・・・ヒータ。
Fig. 1 is a configuration diagram showing a hollow cathode of an ion thruster according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram shown to explain the operation of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing a conventional electron impact type ion thruster. FIG. 3 is a configuration diagram showing a hollow cathode of a thruster. 10... Working gas, 11... First insert, 1
2... Orifice, 13... Ion thruster body,
14...Anode, 15...Keeper, 16...Second insert, 17...Insulating material, 18...Heater.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 一方端から作動ガスが供給される第1のインサートと、 この第1のインサートの他方端にイオンスラスタ本体の
一方の電極に対向して設けられた電子の放出口となるオ
リフィスと、 このオリフィスと前記イオンスラスタ本体の一方の電極
との間に介在され電子を引出す電極を形成するキーパと
、 前記第1のインサートの他方端の内壁に前記オリフィス
に対応して設けられだ第2のインサートと、 この第2のインサートを加熱して放電点火を行なう加熱
手段と、 を具備したことを特徴とするイオンスラスタのホローカ
ソード。
[Claims] A first insert to which working gas is supplied from one end, and an electron emission port provided at the other end of the first insert facing one electrode of the ion thruster body. an orifice, a keeper interposed between the orifice and one electrode of the ion thruster body and forming an electrode for extracting electrons, and a keeper provided on an inner wall at the other end of the first insert in correspondence with the orifice. A hollow cathode for an ion thruster, comprising: a second insert; and heating means for heating the second insert to perform discharge ignition.
JP1125911A 1989-05-19 1989-05-19 Hollow cathode of ion thrustor Pending JPH02305376A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107031870A (en) * 2017-03-03 2017-08-11 兰州空间技术物理研究所 A kind of polycyclic surface of emission hundred pacifies level hollow cathode

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107031870A (en) * 2017-03-03 2017-08-11 兰州空间技术物理研究所 A kind of polycyclic surface of emission hundred pacifies level hollow cathode

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