JPH0771362A - イオンスラスタ及びその構造の製造方法 - Google Patents

イオンスラスタ及びその構造の製造方法

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JPH0771362A
JPH0771362A JP6186151A JP18615194A JPH0771362A JP H0771362 A JPH0771362 A JP H0771362A JP 6186151 A JP6186151 A JP 6186151A JP 18615194 A JP18615194 A JP 18615194A JP H0771362 A JPH0771362 A JP H0771362A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
ionization chamber
ion thruster
thermal conductivity
ceramic material
Prior art date
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Application number
JP6186151A
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English (en)
Inventor
Gianfranco Cirri
チリー・ジアンフランコ
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PROEL TECHNOL SpA
PUROERU TECHNOL SpA
Original Assignee
PROEL TECHNOL SpA
PUROERU TECHNOL SpA
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03HPRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03H1/00Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
    • F03H1/0006Details applicable to different types of plasma thrusters
    • F03H1/0031Thermal management, heating or cooling parts of the thruster
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/226Special coatings for spacecraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/411Electric propulsion
    • B64G1/413Ion or plasma engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】熱衝撃に対する耐力を増大させ、イオンスラス
タのセラミック材料における熱の消散を改善するための
装置及び方法を提供すること。 【構成】高い熱伝導性を有する金属製材料の被覆(21)が
放電チャンバ(3) のセラミック被覆(5) の外側と結合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、宇宙空間推進用のイオンエンジ
ン内の放電によって発生された熱がイオン化チャンバの
セラミック壁を通して外部環境へ消散する容量を増大で
きる新しい方法及び新しい装置に関する。概して、本発
明は、外側支持構造体、セラミック材料製のイオン化チ
ャンバ、前記イオン化チャンバにガスを供給する手段、
及びガスをイオン化する手段を備えた形式のイオンスラ
スタに関する。排他的ではないが、より特別には、本発
明は、セラミック塗装された加速チャネルを有し、「ク
ローズ・エレクトロン・ドリフト ( Closed Electron
Drift )」状態における放電の発生を基礎とした「ステ
イショナリ・プラズマ・スラスタ (Stationary Plasma
Thrusters :SPT )」として商業的に知られているスラス
タに関する。この形式のスラスタをより詳細に説明する
ための文献として、1991年10月14日〜17日に
ビアレジオ(Viareggio)で開催されたAIDAA/AI
AA/DGLR/JSASS,22nd Int.El
ect.Prop.Conference,IEPC−
91−079におけるA.I.ブグロバア( A.I.Bugrov
a )他の「物理的製造方法及びクローズ・エレクトロン
・ドリフトを備えたステイショナリ・プラズマ・スラス
タの特徴」がある。
【0002】プラズマエンジン又はスラスタにおいて
は、推進ガス内での放電によってプラズマを発生させる
ために使用される能力の一部が放電室の壁に消失される
ことが公知である。さらにまた、放電中に形成されるプ
ラズマからチャンバーの壁へ伝達された熱は、装置の他
の壁への直線的な伝導( linear conduction ) 及び/又
は外部への放射によって消散される。概して、放電チャ
ンバの壁は局部的な過熱領域が存在することを避けるた
めに高い熱伝導性を有する必要がある。そのような領域
の存在は、局部的であろうが広範囲であろうが、過熱に
より短期間の間に放電チャンバの表面に変形、腐食及び
破損を発生させて装置の寿命を制限しするので、壁に大
きなダメージを与える。
【0003】この問題は、特にイオン化又は放電チャン
バの壁が熱伝導性が低く熱衝撃に対する耐力の低いセラ
ミック材料で作られている時に顕著に現れる。良好な熱
伝導性を有する特別な種類のセラミックを使用すること
によって、この問題を克服する試みが現在考えられてい
る。しかし、これらのセラミックは作用とコストに関し
て不利な点がある。
【0004】従って、本発明の目的はより効果的な解決
法を提供して、SPT又は同類のスラスタにおける放電
チャンバのセラミック壁に伝達する熱の消散の問題を解
決することにある。より特別には、本発明の目的は、セ
ラミック壁によって画定され、熱衝撃に対する高い耐力
と放電によって生ずる熱のよりよい消散性とを有する放
電チャンバを備えたSPT又は他の形式のスラスタを提
供することにある。
【0005】この技術分野における熟練者によって以下
の本文から明瞭に理解されるであろうこれら及び他の目
的と利点とは、消散を促進し、熱衝撃に対する耐力を増
大させ、イオン化チャンバを形成するセラミック材料
(例えばAl23 )に接触する高い熱伝導性を有する
適当な材料の層を必須に設けることで冒頭で説明した形
式のスラスタに関して得られる。高い熱伝導性を有する
この層によって、セラミック材料と高い伝導性の層との
間の熱接触に起因して、一方では、装置の外部構造体に
向かってセラミック壁上に発生する熱を消散すること
が、他方では、放電に接触するチャンバの全表面に亘る
セラミック材料の温度を均一化することが可能になる。
この目的のために、有利にはセラミック材料の全表面を
被覆する被膜の形態で高い熱伝導性を有する層が形成さ
れる。
【0006】イオン化チャンバ内のプラズマ発生現象に
おけるマイナス効果を防止するために、高い熱伝導性を
有する材料が、放電と接触せずかつチャンバを画定する
表面と対向したセラミック材料の表面に有利に適用され
得る。概して、イオン化チャンバは円筒状の外壁によっ
て画定される。この場合、高い熱伝導性を有する材料
は、イオン化チャンバを画定する壁の全円筒状外面の被
覆を形成するために配設され得る。一般的には、SPT
形式のイオンスラスタは、セラミック材料で形成された
2つの同心上の円筒状壁によって画定される環状の外形
を有するイオン化チャンバを備えている。この場合、高
い熱伝導性を有する材料の層は、前記両方の壁のプラズ
マと接触しない表面上に配設され得る。有利には、高い
熱伝導性を有する材料は金属製材料であり得、かつ特別
には異なった種類の金属層を連続的に塗布することによ
って形成される積層材料から成り得る。さらに有利に
は、本発明に関する装置の特徴は、添付した特許請求の
範囲の中で示されている。
【0007】また、本発明は、セラミック材料で作られ
たイオン化チャンバを有するイオンスラスタの構造の製
造方法において、チャンバの外面を被覆するために適当
に設けられる高い熱伝導性を有する材料の層をイオン化
チャンバのセラミック材料に接触させて設けるようにし
たことを特徴とするイオンスラスタの構造の製造方法に
も関する。
【0008】
【実施例】本発明は、以下の説明と本発明の排他的でな
い実施例を示した添付図面とにからより明瞭に理解され
る。図1はSPTスラスタの非常に簡略化した略図を示
しており、このスラスタは金属製外側構造体1を備え、
前記構造体1はその内部に環状のイオン化チャンバ3が
形成されている。イオン化チャンバ3は、図中5で示さ
れたセラミック材料製のブロックで画定され、ブロック
5は各々外壁及び内壁を形成する2つの同心上の円筒状
壁7及び9を備えている。一つ又はそれ以上のコイル1
1を有するユニットがイオン化チャンバ3の周りに配設
され、かつ第2コイル13が円筒状内壁9の内部に配設
されている。図中15はそれ自体は公知の形式のガス分
配器を示しており、このガス分配器15はイオン化チャ
ンバ3の中に開口している。イオン化チャンバ3内で発
生されるイオン放電はセラミック製の壁7及び9を加熱
し過ぎる傾向にある。この加熱はスラスタのノズル17
の周囲に集中され得る。セラミック製のブロック5の温
度を均一にすることによってこの現象を制限するため
に、 例えば、局部的な過熱を避けるために、そしてま
た、金属製外側構造体への熱の消散及びセラミック製ブ
ロック5の内部で発生する熱の外部への消散を促進する
ために、イオン化チャンバ3の円筒状外壁7は金属製材
料の層で覆われる。より詳細には、円筒状外壁7の外面
19が金属皮膜21を有すると同時に円筒状内壁9の内
面23が金属製皮膜25を有している。
【0009】金属製皮膜は他の部門における応用で公知
のタイプの技術によって形成される。(H.knoll − Mat
erials and Process of Electron Devices − Springer
verlag−1959 ) 図2及び図3は金属製皮膜を適用した2つの異なった形
式の壁7の超拡大断面図を示している。図2はセラミッ
ク材料上に堆積することによる三重金属層の応用を示し
ている。この三重金属層はモリマンガニーズ(Moly-mang
anese)の内層31から成り、内層31は、セラミック材
料に直接接触し、かつニッケル層33、銅層35及び図
中37で示されるCu−CuNiの外層が続いている。
これら種々の層はAgCu合金によって互いに溶接され
る。図3は図中39で示されるケミカルニッケル(chemi
cal nickel)の内層及び図中41で示される電解銅の外
層とを有する金属製層が壁7のセラミック材料に適用さ
れた実施例を示している。図2に示された金属製皮膜が
真空気密性である一方図3に示された金属製皮膜は非真
空気密性である。その選択は、その時々に応じた特殊な
要求に従って行われ得る。
【0010】図4は異なった構造を持つイオンスラスタ
に対する本発明の適用を示している。図中3は円筒状セ
ラミック壁5によって画定されたイオン化チャンバを再
度示している。符号15はガス供給手段を再度示し、か
つ符号21は高い熱伝導性を有する材料の外側皮膜を示
している。符号51は陰極を示し、かつ符号53は陽極
を示しており、それらの間ではプラズマを発生する放電
が開始される。図4においては、外側構造体要素を省略
すると同時に、符号55でイオン抽出グリッドを示して
いる。添付図面は発明の実用的な説明として単に与えら
れる実施例を示しているだけであること、かつ本発明が
発明の概念を導く範囲から逸脱することなくその形状及
び配列を変更し得ることは理解されるべきである。特許
請求の範囲に用いられた参照番号は、詳細な説明及び図
面と関連する特許請求の範囲の理解を容易にすることを
目的としており、特許請求の範囲が表す保護範囲を制限
するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に関するSPT形式のイオンスラスタ
の概略縦断面図である。
【図2】 図1のIIの部分を縮尺を関係なく拡大した図
である。
【図3】 図2のIIの部分を縮尺を関係なく拡大した図
2とは異なる実施例の図である。
【図4】 異なった形式のイオンスラスタに本発明を適
用した実施例を示している。
【符号の説明】
1 金属製外側構造体 3 イオン化チャンバ 5 ブロック(セラミック材料製) 7 外壁 9 内壁 11 コイル(イオン化チャンバの周り) 13 第2コイル(内壁の内部) 15 ガス分配器 17 ノズル 19 外面(外壁の) 21 金属製被膜 23 内面(内壁の) 25 金属製被膜 31 内層 33 ニッケル層 35 銅層 37 Cu−CuNi製外層 39 ケミカルニッケル製内層 41 電解銅製外層 51 陰極 53 陽極 55 イオン抽出グリット

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外側支持構造体(1) 、セラミック材料で
    作られたイオン化チャンバ(3) 、前記イオン化チャンバ
    (3) にガスを供給する手段(15)及びガスをイオン化する
    手段(11,13)を備えたイオンスラスタにおいて、高い熱
    伝導性を有する材料(21,25) の層をイオン化チャンバ
    (3) を形成するセラミック材料に接触させて配置し、熱
    の消散を促進するようにしたことを特徴とするイオンス
    ラスタ。
  2. 【請求項2】 前記高い熱伝導性を有する金属製層(21,
    25) をイオン化チャンバ(3) を形成するセラミック材料
    の外面(19,23)に適用したことを特徴とする請求項1に
    記載のイオンスラスタ。
  3. 【請求項3】 前記イオン化チャンバをセラミック材料
    で作られた円筒状外壁(7) で画定し、前記高い熱伝導性
    を有する材料で前記壁(7) の外面(19)を被覆したことを
    特徴とする請求項2に記載のイオンスラスタ。
  4. 【請求項4】 前記イオン化チャンバ(3) がセラミック
    材料で作られた2つの同心上の円筒状壁(7,9) によって
    画定された環状の形態を成し、かつ前記高い伝導性を有
    する材料(21,25) でイオン化チャンバ(3) に対する外側
    の両方の円筒状壁の表面(19,23) を被覆したことを特徴
    とする請求項2に記載のイオンスラスタ。
  5. 【請求項5】 前記高い熱伝導性を有する材料が金属製
    材料から成ることを特徴とする請求項1〜請求項4のい
    ずれか一項に記載のイオンスラスタ。
  6. 【請求項6】 前記金属製材料の層が積層材料から成る
    ことを特徴とする請求項5に記載のイオンスラスタ。
  7. 【請求項7】 前記積層材料がセラミック材料と接触す
    るケミカルニッケルからなる第1層(39)と電解銅からな
    る第2外層(41)から成ることを特徴とする請求項6に記
    載のイオンスラスタ。
  8. 【請求項8】 前記積層材料がセラミック材料と接触す
    るモリマンガンから成る第1層(31)、ニッケルから成る
    第2層(33)、銅から成る第3層(35)及びCu−CuNi
    の層から成る第4外層(37)から成ることを特徴とする請
    求項6に記載のイオンスラスタ。
  9. 【請求項9】 第1の3層(31,33,35)がAgCu合金に
    よって互いに溶接されることを特徴とする請求項8に記
    載のイオンスラスタ。
  10. 【請求項10】 セラミック材料で作られたイオン化チ
    ャンバを備えたイオンスラスタの構造の製造方法におい
    て、高い熱伝導性を有する材料の層をイオン化チャンバ
    のセラミック材料に接触させて配置したことを特徴とす
    る製造方法。
  11. 【請求項11】 前記高い熱伝導性を有する材料を被覆
    を形成するためにイオン化チャンバの外面に適用したこ
    とを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
  12. 【請求項12】 高い熱伝導性を有する材料が金属製材
    料であることを特徴とする請求項10又は請求項11に
    記載の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記金属製材料が積層材料であること
    を特徴とする請求項12に記載の製造方法。
JP6186151A 1993-08-06 1994-08-08 イオンスラスタ及びその構造の製造方法 Pending JPH0771362A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
ITFI930159A IT1262495B (it) 1993-08-06 1993-08-06 Rivestimento conduttivo termico per ceramiche dei motori ionici
IT93A000159 1993-10-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0771362A true JPH0771362A (ja) 1995-03-14

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ID=11350588

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JP (1) JPH0771362A (ja)
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017516021A (ja) * 2014-05-21 2017-06-15 サフラン エアークラフト エンジンズ 宇宙機のためのエンジンと、上記エンジンを備える宇宙機

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ITFI930159A1 (it) 1995-02-06
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IT1262495B (it) 1996-06-28
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