JPS6036787A - 宇宙船推進用電気スラスト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の分野 本発明は宇宙船推進用の電気スラスト装置に関するもの
であり、該電気スラスト装置にはイオン化チャンバ、ス
ラストが必要な場合該チャンバに推進剤を与える装置該
チャンバ内で推進剤をイオン化する装置、該チャンバの
一端のグリッドおよび静電界を発生しチャンバから該グ
リッドを介して正推進剤イオンを必要なスラストを与え
る排気ガスビームとして加速する装置とを備えている。

（２）発明の背景 第１図は周知の電気スラスト装置の構成であるが、該装
置においては、推進剤ガス、例えばキセノンが注入排出
バルブ２を介して推進剤タンク１に供給される。該タン
ク１は、ソレノイド動作バルブ４を介して低減された圧
力で高圧タンク３に推進剤ガスを供給する。該高圧タン
ク３は圧力感知器５、およびパルプ４を動作させるため
に利用されるフィードバック制御電子回路乙によって監
視される。スラストが必要な場合、ソレノイド動作スラ
スト取入れパルプ７が開放される。該パルプ７から流出
する推進剤ガスのはｙ９０％は、チャンバ８の背板１０
に接続された主流アセンブリ取入れ口９を介してイオン
化チャンバ８に供給される。パルプ７から流出する推進
剤ガスのほぼ５％は、中空カソード１１を通り第１のテ
ィー接合部を介してチャンバ８内に供給きれ、かつ、該
中空カソード１１によって放出された電子をピックアッ
プする。これらの電子はキーパ（留め装置）１２の領域
からアノード１３に向って、該キーパとアノードとの間
に設けられた静電界によって加速され、さらに衝突プロ
セスにより取入れ口９から供給された推進剤ガスをイオ
ン化する。一連のソレノイド１４（すなわち永久磁石で
あってよい）は磁界を発生し、該磁界によって電子をキ
ーパ１２とアノード１３０間で螺旋状に進め、それらの
経路の長さ、従って衝突の回数ならびにイオン化効率を
増加する。チャンバ８において非常に低圧、例えば１０
　から１０　トール、で発生された正の推進剤イオンは
チャンバ８の前端におけるスクリーングリッド（遮蔽格
子）１５およびチャンバ８の核部でスクリーングリッド
１５の前方にある加速グリッド１６の方向へ浮遊する傾
向がある。該加速グリッド１６に印加された高い負の電
圧によって静電界を発生し、該静電界ｔよ、必要なスラ
ストを与える排気ガスビーム１７として、２つのグリッ
ド１５と１６を介してチャンバ８から正の推進剤イオン
を加速するのである。上述の代表的なスラスト装置にお
いて、約−１，０００ボルトが加速グリッド１６に印加
され、正キセノンイオンは約３０１ｍ　／　Ｓの排出速
度を有し、かつ、発生されるスラストは約１０ｍＮとな
っている。加速グリッドおよびビーム供給直流電源２０
．２１は、図示されている通り、宇宙船への接続ＳｖＯ
によって与えられる宇宙船電位Ｖ・０．加速グリッド１
６およびスラスト装置の電位Ｖ（に接続する端子を有し
ている。アノードおよび放電チャンバキーパ直流電源２
２．２５は、図示されている通り、アノード１３、キー
パ１２およびスラスト装置電位ｖ１に接続する端子を有
している。中空カソード１１のためのヒータ２４もまた
該電位ｖ１に接続している。該電源２０．２１．２２．
２５およびヒータ２４は中央処理装置（図示されていな
い）からのスラスト装置取入れパルプ７によって共に制
御され、かつ、スラストが必要になる場合、同時にスイ
ッチオンされる。

上述の構成において、正イオン排気ガスビームの排出に
よってスラスト装置ならびに宇宙船が電気的に負帯電状
態となり、それはスラスト装置の性能を損ない、一般に
望ましくないことである。この問題を克服するために、
ニュートラライザ（中性化装置）として周知の別の電子
放出装置が利用され電子を放出し、実際に純中性排出物
質を発生する。該ニュートラライザは第２のティー接合
部を備えており、それは第２の中空カソード３０を介し
てスラスト装置取入れパルプ７から流出する推進剤ガス
の約５チを供給し、該カソード３０は第２のキーパ３１
に電子を放出する。該キーパ３１の領域から推進剤ガス
によってピックアップされた電子はチャンバ８から放出
されたイオンビームの中に捕捉される傾向があり、従っ
て効果的にイオンビームを中性化し、スラスト装置およ
び宇宙船が帯電状態にならないようにしている。ニュー
トラライザ用バイアス直流電源３２は、宇宙船電位ｖＯ
に接続する１端子を有し、もう１方の端子はニュートラ
ライザ電位Ｖ２を与えている。中空カソード３０および
キーパ３１はニュートラライザ電位Ｖ２に接続されたニ
ュートラライザキーパ直流電源３５の端子に接続されて
おり、さらに中空カソード５０用のヒータ３４もまたニ
ュートラライザ電位ｖ２に接続されている。

ニュートラライザ電源もまた、スラストが必要な場合に
中央処理装置の制御の下にスイッチオンされる。

上述の別のニュートラライザの１つの欠点は第２のティ
ー接合部推進剤供給源、第２の中空カソード装置、およ
びそれに関連するヒータならびに電源を備える上で特別
の費用がかかることである。別の欠点としては、現在利
用できる中空力ンード電子放出装置は、例えば故障する
こともあり得るヒータを利用していることおよび汚染問
題等の故に本質的に幾分信頼しかねる装置であるという
ことが挙げられる。第１の中空力ンード装置１１と１２
を利用することは、チャンバ８においてイオン化を行な
うための良好な装置の１部として現在必要とされている
が、第２の中空力ンード装置を利用するに当って危険が
増加することは、信頼性が主要素である宇宙船にとって
は望ましくないことである。

（３）発明の目的 本発明の目的は前述の欠点を実質的に克服することであ
る。

本発明によれば、宇宙船推進用の電気スラスト装置が提
供されており、該スラスト装置には、イオン化チャンバ
、スラストが必要な場合にチャンバに推進剤を与える装
置、チャンバにおいて推進剤をイオン化する装置、チャ
ンバの一端にあるグリッド、および静電界を発生しチャ
ンバから該グリッドを介して正推進剤イオンを必要なス
ラストを与える排気ガスビームとして加速する装置が含
まれているのであるが、前記スラストにおいて静電界を
発生する前記装置は、正の推進剤イオンと負帯電された
粒子がグリッドを介してチャンバから交互に加速され、
所定の純電荷を有する排気ガスビームを発生するように
、グリッドに接続された交流電圧源を備えていることを
特徴としている。

（４）良好な実施例の説明 次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２図
は本発明によるスラスト装置の構成図、および第５図は
第２図のスラスト装置の加速器に印加されるｔ１圧波形
図を示す。

第１図と同じ参照番号が第２図においても利用されてい
るが、それは同じ構成要素が含ま法かつ同じ態様で動作
することを示している。第１図のスラスト装置について
の別のニュートラライザ、すなわち推進ガス用の第２の
ティー接合部、第２中空カソード電子放出装置３０およ
びキーパ３１さらに皆連電源３２．５３ならびにヒータ
３４、は第２図のスラスト装置においては全部除去され
ている。第１図のスラスト装置の直流加速グリッド電源
２０け、第２図のスラスト装置では交流電圧電源２０１
と置換されているので、正の推進剤イオンと電子はグリ
ッド１５と１６を介してチャンバ８から交互に加速され
、所定の純電荷を有するチャンバからの排気ガスビーム
を発生する。遮蔽グリッド１５を孤立させそれに別の交
流電圧電源を備えることも望ましいのであるが、この事
は利用される推進剤のタイプを含む個々のスラスト装置
パラメータに依存するものである。

中性の排気ガスビームを発生するために、すなわちそれ
は排気ガスビームの所定の純電荷が零であ不ようなもの
であるが、排気ガスビームの交流質と正の部分に含まれ
る充電量は等しくなければならない。イオン化チャンバ
８において、電子は正の推進剤イオンより軽くしかも豊
富にあるので、同等の正推進剤イオン加速パラメータに
比較するとより小さい電子加速電圧が必要とされる。そ
の結果、第３図に示されたタイプの波形が、交流電圧電
源２０１によって加速グリッド１６に与えられる。存在
するものとしての零電位を、無限に遠い下流の排気ガス
ビームと考えることが通常の技術であるけれども、時間
を表わす第５図の横座標軸が宇宙船電位ｖＯにおいて縦
座標軸と交差すると考えることで十分である。正推進剤
イオンおよび電子加速グリッド電圧の値ｖ６とｖ４は推
進剤のタイプおよびスラスト装置の設計に依存し、従っ
ていずれの特定スラスト装置に対してもはっきり定めら
れている。正推進剤イオンと電子がそれぞれ加速される
期間ｔ１およびｔ２はそれほどはっきり定められてはい
ないがやはリスラスト装置の設計に依存する。キセノン
ガス推進剤による典型的な例では、ｖ５とｖ４はそれぞ
れ一１０００ボルトおよび＋５ボルトであり、ｔｌは波
形期間Ｔの９８％となっている。

上述のようなスラスト装置に関するものとは別の様々な
環境上の理由のために、宇宙船は電荷状態になる傾向が
あり、この事は望ましくない。装置は、通常、宇宙船の
電位を測定するように適合されているので、その意図す
るところは、木製ｆｗがｔ１対ｔ２の比率を変化させる
装置と連結することができ、その結果、スラスト装置の
排気ガスビームは、これらの他の宇宙船充電効果を平均
にし、かつ、宇宙船の零電位を保持する正または負の純
電荷を有することができるということである。

本発明が関係する、すなわち本章の最初の部分で述べた
ようなタイプの電気スラスト装置においては、分子化合
物が推進剤として利用することができると考えられてい
る。この場合、負帯電粒子はイオン化チャンバにおいて
負イオンの形で発生される。本発明は分子化合物推進剤
のそのような利用に適用することができるので、正の推
進剤イオンならびに負帯電粒子はイオン化チャンバから
交互に加速されて、所定の純電荷を有する排気ガスビー
ムを発生することが考えられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の電気スラスト装置の回路図であり、第２
図は本発明に従って第１図のスラスト装置を変更したも
のの回路図であり、第５図は第２図のスラスト装置の加
速グリッドに印加される電圧波形の概略図である。 図中（第２図）、１は推進剤タンク、２は注入放出パル
プ、３は高圧タンク、４はソレノイド動作パルプ、５は
圧力感知器、６はフィードバック制御電子回路、７はソ
レノイド動作スラスト装置取入れパルプ、８はイオン化
チャンバ、９は主流アセンブリ取入れ口、１０は背板、
１１は中空カソード、１２はキーパ、１５はアノード、
１４はソレノイド、１５は遮蔽グリッド、１６は加速グ
リッド、２１．２２．２３は直流電源、２４はヒータ、
２０１は交流電圧電源をそれぞれ示す。 特許出願人　ザ　マーコニ　カンパニー　リミテッド手
　続　補　正　書（自発） 昭和　５９年８月λ日 特願昭５９−１４５２０５号 ２、発明の名称 宇宙船推進用電気スラスト装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　ザ　マーコニ　カンパニー　リミテッド４、代
理　人 郵便番号　１００ ５、補正命令の日付　昭和　年　月　日６、補正の対象 図面　（内容に変更なし） ７補正の内容 （別紙の通り）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　宇宙船を推進させるための電気スラスト装置であ
   って、 イオン化チャンバ（電離箱）（８）と、スラストが必要
   な場合、該チャンバ（８）に推進剤を与える装置（７，
   ９）と、 チャンバ（８）で該推進剤をイオン化する装置（１１，
   １２，１３）と、 チャンバ（８）の一端にグリッド（格子）（ト）とおよ
   び、 静電界を発生して、チャンバ（８）から該グリッドを介
   して正推進剤イオンを必要なスラストを与える排気ガス
   ビームとして加速する装置、とを備えており、 静電界を発生する前記装置は、正推進剤イオンと負帯電
   粒子がグリッド（至）を介してチャンバ（８）から交互
   に加速され、所定の純電荷を有する排気ガスビームを発
   生するように該グリッド（ト）に接続された交流電圧源
   （２０ｊ）を備えていることを％徴とする前記スラスト
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の電気スラスト装置に
   おいて、排気ガスビームの所定の純電荷は零となってい
   ることを特徴とする前記電気スラスト装置。 五　特許請求の範囲第１項あるいは第２項に記載の電気
   スラスト装置において、チャンバに推進剤を与える装置
   （７，９）はチャンバ（８）にガス成分推進剤を供給す
   る取入れ口（９）を備えておシ、かつ該チャンバから排
   出される負帯電粒子は電子であることを特徴とする前記
   電気スラスト装置。