JPH05248346A - Electron impact type ion engine - Google Patents

Electron impact type ion engine

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Publication number
JPH05248346A
JPH05248346A JP4862292A JP4862292A JPH05248346A JP H05248346 A JPH05248346 A JP H05248346A JP 4862292 A JP4862292 A JP 4862292A JP 4862292 A JP4862292 A JP 4862292A JP H05248346 A JPH05248346 A JP H05248346A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnets
discharge vessel
ion engine
electron impact
electric field
Prior art date
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Pending
Application number
JP4862292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukio Hayakawa
幸男 早川
Hideki Yoshida
英樹 吉田
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
National Aerospace Laboratory of Japan
Original Assignee
Toshiba Corp
National Aerospace Laboratory of Japan
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, National Aerospace Laboratory of Japan filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH05248346A publication Critical patent/JPH05248346A/en
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Abstract

PURPOSE:To embody high thrust and high efficiency by using a field formation means to form inside a discharge container an electric field for restricting the area into which electrons advance along the lines of magnetic force of a cusp field generated by a plurality of magnets provided within the discharge container. CONSTITUTION:Annular magnets 12a-12e are provided on the inner wall surface of a discharge container 1 with alternating N and S poles, and magnet covers 13a, 13b made of nonmagnetic metal are provided around the magnets 12b, 12d. The electric potential of the magnent covers 13a, 13b is kept at the same electric potential as a hollow cathode for use as a main cathode by a power supply 14, i.e., to the cathode potential. When electrons (e) released from the hollow cathode and entering the discharge container 1 flow into a cusp area as they cling to the lines M of magnetic force of the cusp field after being bombarded with an operating gas, they are decelerated by an electrostatic field generated by the magnet cover 13a and are reflected near the field and allowed to advance into adjacent cusp field; i.e., the area into which the electrons advance is restricted so as to narrow a plasma passage, thus decreasing the loss of plasma.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、人工衛星などの宇宙構
造物の南北位置保持や主推進などに用いられる電子衝撃
型イオンエンジンに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron impact type ion engine used for maintaining north and south positions of space structures such as artificial satellites and for main propulsion.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から人工衛星などの宇宙構造物の南
北位置保持や軌道制御、主推進などに電子衝撃型イオン
エンジンが用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electron impact type ion engine has been used for holding the north and south positions of orbital control and main propulsion of space structures such as artificial satellites.

【0003】このような電子衝撃型イオンエンジンの主
要部は通常、図6に示すように構成されている。すなわ
ち、鉄材などで有底筒状に形成された放電容器1を備え
ており、この放電容器1の開口部はスクリーングリッド
2と加速グリッド3と減速グリッド4からなる3枚の電
極板によって形成された加速電極5によって蓋されてい
る。スクリーングリッド2と加速グリッド3と減速グリ
ッド4には、それぞれ数千個のイオンビーム通過孔6が
同軸的に形成されている。放電容器1の底壁中央部には
小径の開口部7が形成されており、この開口部7は筒体
8を介してガス導入系9に通じている。そして、筒体8
内には主陰極となるホローカソード10が配置されてい
る。また、放電容器1の内壁面には図7に示すようにN
極とS極が交互に内側になるように環状の磁石12a,
12b,12c,12d,12eが固定されている。
The main part of such an electron-impact type ion engine is usually constructed as shown in FIG. That is, it is provided with a discharge vessel 1 formed of a ferrous material or the like in a cylindrical shape with a bottom, and the opening of this discharge vessel 1 is formed by three electrode plates including a screen grid 2, an acceleration grid 3 and a deceleration grid 4. It is covered by the acceleration electrode 5. Thousands of ion beam passage holes 6 are coaxially formed in the screen grid 2, the acceleration grid 3, and the deceleration grid 4, respectively. A small-diameter opening 7 is formed in the center of the bottom wall of the discharge vessel 1, and this opening 7 communicates with a gas introduction system 9 via a tubular body 8. And the cylindrical body 8
A hollow cathode 10 serving as a main cathode is arranged inside. In addition, as shown in FIG.
An annular magnet 12a so that the poles and the S poles are alternately on the inside,
12b, 12c, 12d and 12e are fixed.

【0004】この電子衝撃型イオンエンジンでは、ホロ
ーカソード10に対して放電容器1および磁石12a〜
12eが陽極電位に保たれる。この状態で推進剤、例え
ばXeガス(キセノンガス)がガス導入系9からホロー
カソード10内を通って放電容器1内に導入される。ホ
ローカソード10と放電容器1との間に放電が生起さ
れ、ホローカソード10から放出された電子が加速され
る。この電子が放電容器1内のXeガスに衝突し、放電
容器1内に電離プラズマが生成される。この電離プラズ
マは、磁石12a〜12eが作るカスプ磁場によって放
電容器1の内周面から離れた領域に、いわゆる閉じ込め
られる。加速電極5は電離プラズマからXe+ イオンを
引き出し、1keV程度の運動エネルギを与えてイオン
ビーム通過孔6から宇宙空間に放出することにより推力
を発生させる。中和器11は放出されたXe+ イオンビ
ームと同じ量の電子を宇宙空間に放出して中和し、人工
衛星などの宇宙構造物が帯電するのを防止する。
In this electron bombardment type ion engine, the discharge container 1 and the magnets 12a ...
12e is kept at the anode potential. In this state, a propellant such as Xe gas (xenon gas) is introduced into the discharge vessel 1 from the gas introduction system 9 through the hollow cathode 10. A discharge is generated between the hollow cathode 10 and the discharge vessel 1, and the electrons emitted from the hollow cathode 10 are accelerated. The electrons collide with the Xe gas in the discharge vessel 1, and ionized plasma is generated in the discharge vessel 1. This ionized plasma is so-called confined in a region away from the inner peripheral surface of the discharge vessel 1 by the cusp magnetic field created by the magnets 12a to 12e. Acceleration electrode 5 is Xe + from ionized plasma Ions are extracted and given a kinetic energy of about 1 keV and emitted from the ion beam passage hole 6 to outer space to generate thrust. Neutralizer 11 is released Xe + It emits the same amount of electrons as the ion beam to outer space and neutralizes it, preventing space structures such as satellites from being charged.

【0005】ところで、最近では上記のように構成され
る電子衝撃型イオンエンジンを軌道間輸送機の主推進機
として使用することが検討されている。主推進機は、大
きな推力を必要とする。したがって、主推進機を実現す
るには大型の電子衝撃型イオンエンジンを一箇所に数1
0台から数100台並べること、すなわちクラスタ化す
る必要がある。
By the way, recently, the use of the electron impact type ion engine constructed as described above as a main propulsion unit of an inter-orbit transport machine has been studied. The main propulsion unit requires a large thrust. Therefore, in order to realize the main propulsion machine, a large electron impact type ion engine can be installed at a few
It is necessary to arrange from 0 to several hundreds, that is, to form a cluster.

【0006】しかしながら、従来の電子衝撃型イオンエ
ンジンでは、次のような理由で数10台以上のクラスタ
化が困難であった。すなわち、電子衝撃型イオンエンジ
ンでは通常、熱が発生する。加速電極5で使用される電
気エネルギはほとんど全てが推力に使用されるため、こ
の熱の大半は放電容器1内に電離プラズマを発生させ、
維持するための放電電力によるものである。この熱の発
生は電源の大容量化を招くばかりか、隣接するエンジン
相互に悪影響を与える。
However, in the conventional electron-impact type ion engine, it was difficult to cluster several tens or more units for the following reason. That is, heat is usually generated in the electron impact type ion engine. Since almost all of the electric energy used in the acceleration electrode 5 is used for thrust, most of this heat generates ionized plasma in the discharge vessel 1,
This is due to the discharge power for maintaining. The generation of heat not only increases the capacity of the power supply, but also adversely affects adjacent engines.

【0007】したがって、クラスタ化を実現するには、
推力に寄与しない電気エネルギ、すなわち放電電力を最
小限に抑えた効率の良い電子衝撃型イオンエンジンを必
要とする。放電電力を最小限に抑えるためには、電離プ
ラズマの放電容器への損失を減らす必要がある。
Therefore, to realize clustering,
There is a need for an efficient electron bombardment type ion engine that minimizes electrical energy that does not contribute to thrust, that is, discharge power. In order to minimize the discharge power, it is necessary to reduce the loss of ionized plasma to the discharge vessel.

【0008】このようなことから、従来は図6および図
7に示すように、環状の磁石12a〜12eが作るリン
グカスプ磁場を使用して電離プラズマを閉じ込めるよう
にしている。このように磁石12a〜12eを配置する
と磁力線は図7中にMで示すように磁石12a〜12e
の近傍に集中し、放電容器1の壁面近傍には存在しな
い。したがって、電離プラズマを放電容器1の内面から
離れた領域に閉じ込めることができる。また、磁石12
a〜12eの間隔を適当に設定すると、スクリーングリ
ッド2の近傍においてイオン飽和電流密度の一様な領域
を広くすることができ、大口径イオンビームの引き出し
が可能となる。
For this reason, conventionally, as shown in FIGS. 6 and 7, the ring cusp magnetic field generated by the annular magnets 12a to 12e is used to confine the ionized plasma. When the magnets 12a to 12e are arranged in this way, the lines of magnetic force are as shown by M in FIG.
, And does not exist near the wall surface of the discharge vessel 1. Therefore, the ionized plasma can be confined in a region away from the inner surface of the discharge vessel 1. Also, the magnet 12
By appropriately setting the intervals a to 12e, it is possible to widen the region where the ion saturation current density is uniform in the vicinity of the screen grid 2 and to extract a large-diameter ion beam.

【0009】しかし、上記構成であると、主陰極である
ホローカソード10を出た電子eが放電容器1内の中心
部をXeガスに衝突しながら移動し、磁石12a〜12
eの近傍で磁力線Mに巻き付きながら磁力線カスプ部に
流れて行くとき、Xe+ イオンの一部が電子eの作る電
場によって引っ張られ、電子eと同じ様に磁力線カスプ
部に流れて磁石12a〜12eの表面で電子eと再結合
する。すなわち、このXe+ イオンと電子eとの再結合
によって大きな損失が生じる。この再結合領域が電離プ
ラズマ損失部で、この部分の面積が小さいほど閉じ込め
が良くなり、損失も小さくなる。しかし、この領域は放
電電流の流路も兼ねているので、小さ過ぎると放電電圧
が上昇し、新たな問題が生じ、結局、従来の構成では損
失を大幅に抑えることが困難で、クラスタ化の程度は高
々10数台程度が限界であった。
However, with the above structure, the electrons e emitted from the hollow cathode 10 which is the main cathode move while colliding with the Xe gas in the central portion of the discharge vessel 1 and the magnets 12a-12.
When flowing to the magnetic field line cusp while being wrapped around the magnetic field line M in the vicinity of e, Xe + A part of the ions is pulled by the electric field created by the electron e, flows into the magnetic field cusp portion like the electron e, and recombines with the electron e on the surfaces of the magnets 12a to 12e. That is, this Xe + A large loss occurs due to the recombination of ions and electrons e. This recombination region is an ionization plasma loss part, and the smaller the area of this part, the better the confinement and the smaller the loss. However, since this region also serves as the flow path of the discharge current, if it is too small, the discharge voltage rises, which causes a new problem. The limit was about ten or so at most.

【0010】なお、図8に示すように5環の磁石を3環
に減らすことによって電離プラズマの閉じ込めを一層強
化することが考えられるが、この場合にはスクリーング
リッド2の近傍においてイオン飽和電流密度の一様性が
失われるため、大口径のイオンビームの引き出しが困難
となる。
Although it is conceivable to further confine the ionized plasma by reducing the number of 5-ring magnets to 3 as shown in FIG. 8, in this case, the ion saturation current density in the vicinity of the screen grid 2 is increased. Is lost, it is difficult to extract a large-diameter ion beam.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の電子
衝撃型イオンエンジンでは、スクリーングリッド近傍の
イオン飽和電流密度の一様性を保った状態で損失を十分
に抑えることが困難で、これが原因して数10台以上の
規模のクラスタ化が困難であった。
As described above, in the conventional electron impact type ion engine, it is difficult to sufficiently suppress the loss while maintaining the uniformity of the ion saturation current density in the vicinity of the screen grid. It has been difficult to cluster several tens or more.

【0012】そこで本発明は、スクリーングリッド近傍
のイオン飽和電流密度の一様性を保ちつつ電離プラズマ
の閉じ込めを強化でき、もって高推力、高効率の電子衝
撃型イオンエンジンを提供することを目的としている。
Therefore, the object of the present invention is to provide a high thrust and high efficiency electron impact type ion engine capable of strengthening the confinement of ionized plasma while maintaining the uniformity of the ion saturation current density in the vicinity of the screen grid. There is.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、放電容器と、この放電容器に接続されて
上記放電容器内に作動ガスを導入するガス導入系と、前
記放電容器に通じる空間に設けられた主陰極と、この主
陰極から放出された電子を前記作動ガスに衝突させて前
記放電容器内にプラズマを生成させる手段と、前記放電
容器内に設けられ上記放電容器の内壁から離れた領域に
前記プラズマを位置させるためのカスプ磁場を形成する
複数の磁石と、前記プラズマ中のイオンを取り出し加速
して前記放電容器の外部へ送り出す加速電極とを備えた
電子衝撃型イオンエンジンにおいて、前記カスプ磁場の
磁力線に沿って進行する電子の進行領域を制限する電場
を前記放電容器内に形成する電場形成手段を備えてい
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a discharge vessel, a gas introduction system connected to the discharge vessel for introducing a working gas into the discharge vessel, and the discharge vessel. A main cathode provided in a space leading to the, a means for causing electrons emitted from the main cathode to collide with the working gas to generate plasma in the discharge vessel, and the discharge vessel provided in the discharge vessel Electron bombardment type ion equipped with a plurality of magnets that form a cusp magnetic field for positioning the plasma in a region distant from the inner wall, and an accelerating electrode that takes out ions in the plasma and accelerates them out of the discharge vessel. The engine is provided with an electric field forming means for forming an electric field in the discharge container, which restricts an advancing region of electrons traveling along magnetic lines of force of the cusp magnetic field.

【0014】[0014]

【作用】主陰極から放出され、放電容器内に進んだ電子
eは作動ガスと衝突した後、カスプ磁場の磁力線に巻き
付きながら、カスプ領域に流れ込もうとする。しかし、
近くには電子の進行領域を制限する電場が与えられてい
るので、電子eはこの電場の影響を受け、特定の制限さ
れた領域だけへ流れる。損失となるXe+ イオンは、電
子eの作る電場によって引き寄せられ、カスプ領域に移
行して再結合する。したがって、電子の進行領域が制限
されている分だけ電離プラズマの損失が減少することに
なる。この結果、電離プラズマを発生させ、維持するた
めの放電電力を減少させることができ、熱の発生も減少
させることができる。このため数10台から数100台
のクラスタ化が可能となる。
The electron e emitted from the main cathode and propelled into the discharge vessel collides with the working gas and then tries to flow into the cusp region while being wrapped around the magnetic field lines of the cusp magnetic field. But,
Since an electric field that limits the traveling area of electrons is provided nearby, the electrons e are affected by this electric field and flow only to a specific restricted area. Losing Xe + The ions are attracted by the electric field created by the electron e, move to the cusp region, and recombine. Therefore, the loss of ionized plasma is reduced by the amount that the electron traveling region is limited. As a result, the discharge power for generating and maintaining the ionized plasma can be reduced, and the heat generation can be reduced. Therefore, clustering of several tens to several hundreds becomes possible.

【0015】また、電子eの流れは強制的に電場を与え
た所の近傍以外は影響を受けない。しかも電離プラズマ
が電場を打ち消すので、強制的に与えた電場の影響が及
ぶ範囲は極めて狭い。したがって、スクリーングリッド
近傍のイオン飽和電流密度の一様性を保ち得る磁場配置
を採用でき、大口径のイオンビームを引出すことができ
る。
The flow of the electrons e is not affected except in the vicinity of the place where the electric field is forcibly given. Moreover, since the ionized plasma cancels the electric field, the influence of the forcibly applied electric field is extremely narrow. Therefore, a magnetic field arrangement that can maintain the uniformity of the ion saturation current density in the vicinity of the screen grid can be adopted, and an ion beam having a large diameter can be extracted.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
Embodiments will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1には本発明の第一の実施例に係る電子
衝撃型イオンエンジンを一部切欠した斜視図が示されて
いる。また、図2には本実施例における放電容器の断面
図が示されている。これらの図では、図6および図7と
同一部分に同一符号が付されている。したがって、重複
する部分の説明は省略する。
FIG. 1 shows a partially cutaway perspective view of an electron impact type ion engine according to a first embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the discharge vessel in this embodiment. In these figures, the same parts as those in FIGS. 6 and 7 are designated by the same reference numerals. Therefore, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0018】この実施例に係る電子衝撃型イオンエンジ
ンにおいても、放電容器1の内壁面に環状の磁石12
a,12b,12c,12d,12eがN極とS極とを
交互に内側にして設けられている。そして、磁石12
b,12dの周囲には非磁性金属製の磁石カバー13
a,13bが放電容器1および磁石12b,12dに対
して絶縁された状態で設けられている。この磁石カバー
13a,13bの電位は、図2に示すように電源14に
より主陰極用のホローカソード10と同じ電位、すなわ
ち陰極電位に保たれている。
Also in the electron impact type ion engine according to this embodiment, the annular magnet 12 is provided on the inner wall surface of the discharge vessel 1.
a, 12b, 12c, 12d and 12e are provided with the N pole and the S pole alternately inside. And the magnet 12
A magnet cover 13 made of non-magnetic metal is provided around b and 12d.
a and 13b are provided in a state of being insulated from the discharge vessel 1 and the magnets 12b and 12d. The electric potentials of the magnet covers 13a and 13b are kept at the same electric potential as the hollow cathode 10 for the main cathode, that is, the cathode electric potential, by the power source 14, as shown in FIG.

【0019】このような構成であると、主陰極用のホロ
ーカソード10から放出され、放電容器1内に入った電
子eは作動ガスと衝突した後、カスプ磁場の磁力線Mに
巻き付きながらカスプ領域に流れ込もうとする。このと
きたとえば、図2に示すように磁石12aのN極から磁
石12bのS極に向かう磁力線Mが通ってる部分を例に
とると、磁力線Mに巻き付きながらS極に向けて進行し
ようとした電子eは、陰極電位に保たれた磁石カバー1
3aによる静電場によって減速を受け、この磁石カバー
13aの近傍で反射され隣のカスプ領域へと進行する。
Xe+ イオンは電子eの作る電場によって引き寄せられ
るので、引き寄せられたXe+ イオンは磁石カバー13
aに達する前に方向を変えて隣のカスプ領域へ進行する
ことになる。したがって、電子eの進行領域が制限され
ている分だけプラズマ流路も狭くなり、プラズマの損失
が減少することになる。このため、放電電力を減少させ
ることができ、発熱を抑えることができる。
With such a structure, the electrons e emitted from the hollow cathode 10 for the main cathode and entering the discharge vessel 1 collide with the working gas, and then wrap around the magnetic force lines M of the cusp magnetic field in the cusp region. I try to pour. At this time, for example, as shown in FIG. 2, taking a portion through which a magnetic force line M extending from the N pole of the magnet 12a to the S pole of the magnet 12b passes as an example, the electrons that try to travel toward the S pole while being wrapped around the magnetic force line M are taken. e is a magnet cover 1 kept at the cathode potential
It is decelerated by the electrostatic field due to 3a, is reflected in the vicinity of this magnet cover 13a, and advances to the adjacent cusp region.
Xe + Ions are attracted by the electric field created by the electron e, so the attracted Xe + Ion is the magnet cover 13
Before reaching a, the direction is changed to proceed to the adjacent cusp region. Therefore, the plasma flow path is narrowed by the extent that the traveling region of the electrons e is limited, and the plasma loss is reduced. Therefore, discharge power can be reduced and heat generation can be suppressed.

【0020】図3には本発明の第二の実施例に係る電子
衝撃型イオンエンジンにおける要部の概略縦断面図が示
されている。この図では図2と同一部分に同一符号が付
されている。したがって、重複する部分の説明は省略す
る。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a main part of an electron impact type ion engine according to a second embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. Therefore, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0021】本実施例では、磁石12a,12c,12
eの内周面をこれら磁石とは絶縁状態に覆うように非磁
性金属材製の磁石カバー13a,13b,13cが設け
られている。そして、電源14によって放電容器1およ
び各磁石12a,12b,12c,12d,12eが主
陰極であるホローカソードと同電位に、また各磁石カバ
ー13a,13b,13cが陽極電位に保持されてい
る。
In this embodiment, the magnets 12a, 12c, 12
Magnet covers 13a, 13b, 13c made of a non-magnetic metal material are provided so as to cover the inner peripheral surface of e in an insulating state from these magnets. The power supply 14 keeps the discharge vessel 1 and the magnets 12a, 12b, 12c, 12d, 12e at the same potential as the hollow cathode as the main cathode, and keeps the magnet covers 13a, 13b, 13c at the anode potential.

【0022】このように構成されていると、第一の実施
例の場合に比べて電離プラズマの閉じ込めが若干悪くな
るが、電離プラズマの損失を抑制できる。また、この実
施例では各磁石を放電電極として使用しないので、磁石
が放電電流によって直接加熱されることはなく、したが
って、磁石が消磁する恐れは小さい。
With this structure, the confinement of ionized plasma is slightly worse than in the case of the first embodiment, but the loss of ionized plasma can be suppressed. In addition, since each magnet is not used as a discharge electrode in this embodiment, the magnet is not directly heated by the discharge current, and therefore the magnet is less likely to be demagnetized.

【0023】図4には本発明の第三の実施例に係る電子
衝撃型イオンエンジンにおける要部の概略縦断面図が示
されている。この図においても図2と同一部分に同一符
号が付されている。したがって、重複する部分の説明は
省略する。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of the main part of the electron impact type ion engine according to the third embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0024】本実施例では、磁石12b,12dが放電
容器1の内壁面に絶縁体15を介して取り付けられてい
る。この磁石12b,12dには電源14により主陰極
であるホローカソードと同電位が与えられ、放電容器1
および残りの磁石12a,12c,12eには陽極電位
が与えられている。
In this embodiment, the magnets 12b and 12d are attached to the inner wall surface of the discharge vessel 1 via the insulator 15. The magnets 12b and 12d are supplied with the same potential as the hollow cathode, which is the main cathode, by the power supply 14, and the discharge container 1
An anode potential is applied to the remaining magnets 12a, 12c and 12e.

【0025】このように構成されていると、図2に示し
た実施例と同様の効果が得られることは勿論のこと、磁
石カバーを必要としないので構造が簡単となり、組立の
容易化を図ることができる。
With such a structure, the same effects as those of the embodiment shown in FIG. 2 can be obtained, and the magnet cover is not required, so that the structure is simple and the assembling is facilitated. be able to.

【0026】図5には本発明の第四の実施例に係る電子
衝撃型イオンエンジンにおける主要部の概略縦断面図が
示されている。この図においても図2と同一部分に同一
符号が付されている。したがって、重複する部分の説明
は省略する。
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a main part of an electron impact type ion engine according to a fourth embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description of the overlapping parts will be omitted.

【0027】本実施例では磁石12a,12c,12e
が放電容器1の内壁面に絶縁体15を介して取り付けら
れている。この磁石12a,12c,12eには電源1
4により陽極電位が与えられ、残りの磁石12b,12
dおよび放電容器1には主陰極であるホローカソードと
同電位が与えられている。このように構成されている
と、図4に示した実施例と同様の効果が得ることができ
る。
In this embodiment, the magnets 12a, 12c and 12e are used.
Are attached to the inner wall surface of the discharge vessel 1 via an insulator 15. A power source 1 is used for the magnets 12a, 12c, 12e.
Anode potential is given by 4 and the remaining magnets 12b, 12
The same potential as the hollow cathode, which is the main cathode, is applied to d and the discharge container 1. With this configuration, the same effect as that of the embodiment shown in FIG. 4 can be obtained.

【0028】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。すなわち、上述した実施例では磁石
の数が5の場合について説明したが、5に限定されるも
のではない。また、推進剤としてXeガスを使用したが
Xeガスに限定されるものではない。加速電極も三枚の
ものを使用しているが、三枚に限定されない。また、上
述した実施例ではカスプ磁場を形成させるために環状の
磁石を複数用いているが直線状の磁石を組合わせてもよ
い。
The present invention is not limited to the above embodiments. That is, although the case where the number of magnets is 5 has been described in the above-described embodiment, the number of magnets is not limited to 5. Further, although Xe gas was used as the propellant, it is not limited to Xe gas. Although three accelerating electrodes are used, the number of accelerating electrodes is not limited to three. Further, in the above-described embodiment, a plurality of annular magnets are used to form the cusp magnetic field, but linear magnets may be combined.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高推力、高効率の電子衝撃型イオンエンジンが得られ、
数10台から数100台のクラスタ化に寄与できる。
As described in detail above, according to the present invention,
A high-impact, high-efficiency electron-impact type ion engine is obtained,
It can contribute to the clustering of several tens to several hundreds.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例に係る電子衝撃型イオン
エンジンを一部切欠して示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a partially cutaway electron impact ion engine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同電子衝撃型イオンエンジンにおける放電容器
内の構造を説明するための概略縦断面図。
FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the internal structure of a discharge container in the electron impact type ion engine.

【図3】本発明の第二の実施例に係る電子衝撃型イオン
エンジンにおける主要部の概略縦断面図。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a main part of an electron impact type ion engine according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第三の実施例に係る電子衝撃型イオン
エンジンにおける主要部の概略縦断面図。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of a main part of an electron impact type ion engine according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第四の実施例に係る電子衝撃型イオン
エンジンにおける主要部の概略縦断面図。
FIG. 5 is a schematic vertical sectional view of a main part of an electron impact ion engine according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来の電子衝撃型イオンエンジンを一部切欠し
て示す斜視図。
FIG. 6 is a perspective view showing a conventional electron impact type ion engine with a part thereof cut away.

【図7】同電子衝撃型イオンエンジンにおける放電容器
内の構造を説明するための概略縦断面図。
FIG. 7 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining the internal structure of a discharge container in the electron impact type ion engine.

【図8】従来の電子衝撃型イオンエンジンにおいて磁石
数を変えた場合の放電容器内のカスプ磁場を説明するた
めの概略縦断面図。
FIG. 8 is a schematic vertical cross-sectional view for explaining a cusp magnetic field in the discharge container when the number of magnets is changed in the conventional electron impact ion engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…放電容器、 5…加速電極、9
…ガス導入系、 10…主陰極用のホ
ローカソード、12a〜12e…磁石、 1
3a〜13c…磁石カバー、14…電源。
1 ... Discharge container, 5 ... Accelerating electrode, 9
... Gas introduction system, 10 ... Hollow cathode for main cathode, 12a to 12e ... Magnet, 1
3a to 13c ... Magnet cover, 14 ... Power supply.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】放電容器と、この放電容器に接続されて上
記放電容器内に作動ガスを導入するガス導入系と、前記
放電容器に通じる空間に設けられた主陰極と、この主陰
極から放出された電子を前記作動ガスに衝突させて前記
放電容器内にプラズマを生成させる手段と、前記放電容
器内に設けられ上記放電容器の内壁から離れた領域に前
記プラズマを位置させるためのカスプ磁場を形成する複
数の磁石と、前記プラズマ中のイオンを取り出し加速し
て前記放電容器の外部へ送り出す加速電極とを備えた電
子衝撃型イオンエンジンにおいて、前記カスプ磁場の磁
力線に沿って進行する電子の進行領域を制限する電場を
前記放電容器内に形成する電場形成手段を備えてなるこ
とを特徴とする電子衝撃型イオンエンジン。
1. A discharge vessel, a gas introduction system connected to the discharge vessel to introduce a working gas into the discharge vessel, a main cathode provided in a space communicating with the discharge vessel, and discharge from the main cathode. Means for colliding the generated electrons with the working gas to generate plasma in the discharge vessel, and a cusp magnetic field for positioning the plasma in a region provided in the discharge vessel and apart from the inner wall of the discharge vessel. In an electron impact ion engine including a plurality of magnets to be formed and an accelerating electrode for extracting ions in the plasma and accelerating them to send them to the outside of the discharge vessel, the progress of electrons advancing along the magnetic field lines of the cusp magnetic field. An electron impact type ion engine comprising an electric field forming means for forming an electric field for limiting a region in the discharge vessel.
【請求項2】前記電場形成手段は、陽極電位に保持され
た前記複数の磁石のうちの一部を上記磁石とは絶縁状態
に覆う磁石カバーと、この磁石カバーを前記主陰極と同
電位に保持する手段とを具備してなることを特徴とする
請求項1に記載の電子衝撃型イオンエンジン。
2. The electric field forming means includes a magnet cover for covering a part of the plurality of magnets held at an anode potential in an insulating state from the magnets, and the magnet cover having the same potential as the main cathode. The electron-impact-type ion engine according to claim 1, further comprising a holding means.
【請求項3】前記電場形成手段は、前記複数の磁石のう
ちの一部の磁石を上記磁石とは絶縁状態に覆う磁石カバ
ーと、この磁石カバーを陽極電位に保持するとともに前
記放電容器および前記複数の磁石を前記主陰極と同電位
に保持する手段とを具備してなることを特徴とする請求
項1に記載の電子衝撃型イオンエンジン。
3. The electric field forming means includes a magnet cover for covering a part of the plurality of magnets in an insulating state from the magnets, a magnet cover for holding the magnet cover at an anode potential, and the discharge container and the magnet. The electron impact ion engine according to claim 1, further comprising: a unit that holds a plurality of magnets at the same potential as the main cathode.
【請求項4】前記電場形成手段は、前記放電容器および
前記複数の磁石のうちの一部の磁石を陽極電位に保持す
るとともに残りの磁石を前記主陰極と同電位に保持する
手段を備えてなることを特徴とする請求項1に記載の電
子衝撃型イオンエンジン。
4. The electric field forming means comprises means for holding a part of magnets of the discharge vessel and the plurality of magnets at an anode potential and holding the remaining magnets at the same potential as the main cathode. The electron impact ion engine according to claim 1, wherein
【請求項5】前記電場形成手段は、前記放電容器および
前記複数の磁石のうちの一部の磁石を前記主陰極と同電
位に保持するとともに残りの磁石を陽極電位に保持する
手段を備えてなることを特徴とする請求項1に記載の電
子衝撃型イオンエンジン。
5. The electric field forming means comprises means for holding a part of magnets of the discharge vessel and the plurality of magnets at the same potential as the main cathode and holding the remaining magnets at an anode potential. The electron impact ion engine according to claim 1, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998012712A3 (en) * 1996-09-08 1998-10-08 Kinetic to mechanical energy conversion method, device, and system
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