KR102599029B1 - Electric propulsion including repaceable cathod, satellite including the same, and method for replacing cathod of electric propulsion - Google Patents
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Abstract
전기추력기는, 음극 본체, 그리고 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 음극 팁은 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극, 음극을 둘러 싸고 있는 양극, 그리고 양극의 일측에 위치하는 자석을 포함하고, 음극과 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 유도 전류가 발생하고, 자석에 의해 음극에서 멀어지는 방향으로 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속한다.The electric thruster includes a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body. The cathode tip includes a cathode that is detached or attached to the cathode body, an anode surrounding the cathode, and a magnet located on one side of the anode. Plasma is generated by applying a potential difference to the cathode and anode, an induced current in the azimuth direction is generated due to the movement of electrons and ions in the plasma, and a Lorentz force is applied to the plasma in the direction away from the cathode by the magnet. Accelerate the plasma.
Description
교체형 음극을 포함하는 전기추력기, 이를 포함하는 위성, 그리고 전기추력기의 음극을 교체하는 방법이 제공된다.An electric thruster including a replaceable cathode, a satellite including the same, and a method for replacing the cathode of the electric thruster are provided.
일반적으로, 전기추력기(electric propulsion)는 전기에너지를 이용하여 연료를 이온화하고 가열 및 가속시킨 뒤 노즐을 통해 분사하여 추진력을 얻는 엔진이다. 전기추력기는 전기에너지를 공급하는 전원공급부, 연료 주입 및 연료 가속부, 노즐 등으로 구성되어 있다. 전기추력기는 연료를 플라즈마화 하여 사용하므로 플라즈마 추력기 또는 플라즈마 엔진이라고도 불리운다. 연료를 화학반응을 통해 가열한 뒤 노즐을 통해 분사하여 추진력을 얻는 엔진에 해당하는 화학식 추력기와 비교할 때, 전기추력기의 추력은 상대적으로 낮지만 연비가 더 높다. 이에 따라, 전기추력기는 지구의 중력을 벗어난 우주공간에서의 추진이 필요한 경우 널리 활용되고 있다. 예를 들어, 전기추력기는 인공위성의 자세제어, 궤도 유지, 궤도 전이 등에 활용되고 있다.In general, an electric propulsion is an engine that uses electrical energy to ionize fuel, heat and accelerate it, and then inject it through a nozzle to obtain propulsion. The electric thruster consists of a power supply unit that supplies electrical energy, a fuel injection and fuel acceleration unit, and a nozzle. Electric thrusters use fuel by turning it into plasma, so they are also called plasma thrusters or plasma engines. Compared to a chemical thruster, which is an engine that obtains propulsion by heating fuel through a chemical reaction and then spraying it through a nozzle, the thrust of an electric thruster is relatively low, but fuel efficiency is higher. Accordingly, electric thrusters are widely used when propulsion in outer space outside the Earth's gravity is required. For example, electric thrusters are used for attitude control, orbit maintenance, and orbit transfer of satellites.
전기추력기는 방식에 따라 전열방식(electrothermal), 정전방식(electrostatic), 전자기방식(electromagnetic) 등으로 분류될 수 있다. 전열방식은 전기에너지와 히터를 이용하여 연료를 가열시켜 분사하는 방식이다. 정전방식은 플라즈마를 만들어 이온만 선택적으로 가속시키고 분사해 추력을 얻는 방식이다. 전자기방식은 플라즈마에 전기장과 자기장을 가하여 로렌츠 힘을 이용하여 가속시키고 분사해 추력을 얻는 방식이다.Electric thrusters can be classified into electrothermal, electrostatic, and electromagnetic types depending on the method. The electric heating method uses electric energy and a heater to heat fuel and then spray it. The electrostatic method creates plasma and selectively accelerates and sprays only ions to obtain thrust. The electromagnetic method applies electric and magnetic fields to plasma, accelerates it using the Lorentz force, and produces thrust by spraying it.
전기추력기는 1950년대부터 개발이 시작되어 1970년대 부터 실제 우주에서 활용되고 있다. 현재는 약 100-5000 W의 전력을 이용하여 약 10-200 mN의 추력과 약 2000-3000 초의 비추력을 갖는 홀 추력기와 이온추력기가 가장 널리 사용되고 있다. Electric thrusters began to be developed in the 1950s and have been used in actual space since the 1970s. Currently, Hall thrusters and ion thrusters, which use a power of about 100-5000 W and have a thrust of about 10-200 mN and a specific thrust of about 2000-3000 seconds, are most widely used.
전기추력기 분야는 현재 크게 두 방향으로 성장하고 있다. 하나는 마이크로 위성 또는 나노 위성과 같은 소형위성용 초저전력 전기추력기이며, 다른 하나는 스페이스 터그(tug)나, 심우주 탐사, 화성의 유인 또는 카고 미션용 대형 고전력 전기추력기이다. 고전력 전기추력기의 대표주자로 마그네토플라즈마다이나믹(magnetoplasmadynamic, MPD) 추력기가 있는데, MPD 추력기는 1960년대부터 연구개발이 시작되었다. The electric thruster field is currently growing in two major directions. One is an ultra-low-power electric thruster for small satellites such as microsatellites or nanosatellites, and the other is a large, high-power electric thruster for space tugs, deep space exploration, manned Mars, or cargo missions. A representative high-power electric thruster is the magnetoplasmadynamic (MPD) thruster, and research and development on the MPD thruster began in the 1960s.
MPD 추력기에서, 음극은 가장 중요한 구성요소로 열전자 방출을 통해 아크 플라즈마를 형성하여 플라즈마 전류의 크기를 극대화 한다. 하지만 음극은 플라즈마와 직접 대면하기 때문에, 플라즈마 이온에 의해 지속적으로 식각되고 손상된다. 이에 따라, 음극 수명 문제가 MPD 추력기에서 가장 중요한 문제가 되고 있으며, 이로 인해 MPD 추력기 상용화가 더디게 진행되고 있다.In an MPD thruster, the cathode is the most important component and maximizes the size of the plasma current by forming arc plasma through the emission of hot electrons. However, because the cathode directly faces the plasma, it is continuously etched and damaged by plasma ions. Accordingly, the cathode lifespan issue has become the most important issue in MPD thrusters, and as a result, the commercialization of MPD thrusters is progressing slowly.
일 실시예는 전기추력기의 음극의 수명 감소를 해결하고 전기추력기의 상용화를 가속하기 위한 것이다.One embodiment is intended to solve the decrease in the lifespan of the cathode of electric thrusters and accelerate the commercialization of electric thrusters.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention can be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
일 실시예에 따른 전기추력기는, 음극 본체, 그리고 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 음극 팁은 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극, 음극을 둘러 싸고 있는 양극, 그리고 양극의 일측에 위치하는 자석을 포함하고, 음극과 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 유도 전류가 발생하고, 자석에 의해 음극에서 멀어지는 방향으로 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속한다.An electric thruster according to an embodiment includes a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, wherein the cathode tip includes a cathode that is detached or attached to the cathode body, an anode surrounding the cathode, and one side of the anode. It includes a magnet located at, a plasma is generated by applying a potential difference to the cathode and the anode, an induced current in the azimuthal direction is generated due to the movement of electrons and ions in the plasma, and Lorentz is applied to the plasma in a direction away from the cathode by the magnet. Apply force to accelerate the plasma.
일 실시예에 따른 위성은, 위성 본체, 그리고 위성 본체의 일측에 설치되어 있는 전기추력기를 포함하고, 전기추력기는, 음극 본체, 그리고 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 음극 팁은 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극, 음극을 둘러 싸고 있는 양극, 그리고 양극의 일측에 위치하는 자석을 포함하고, 음극과 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 유도 전류가 발생하고, 자석에 의해 상기 음극에서 멀어지는 방향으로 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속한다.A satellite according to an embodiment includes a satellite main body and an electric thruster installed on one side of the satellite main body, and the electric thruster includes a cathode main body and a cathode tip connected to one side of the cathode main body, and the cathode tip It includes a cathode that is attached or detached from the cathode body, an anode surrounding the cathode, and a magnet located on one side of the anode. Plasma is generated by applying a potential difference to the cathode and anode, and the movement of electrons and ions in the plasma As a result, an induced current in the azimuthal direction is generated, and the Lorentz force is applied to the plasma in a direction away from the cathode by the magnet, thereby accelerating the plasma.
일 실시예에 따른 전기추력기의 음극을 교체하는 방법은, 음극 본체, 그리고 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 음극 팁은 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극, 그리고 음극을 둘러 싸고 있는 양극을 포함하는 전기추력기를 준비하는 단계, 그리고 로봇팔을 이용하여 음극 팁을 교체하는 단계를 포함한다.A method of replacing the cathode of an electric thruster according to an embodiment includes a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, the cathode tip surrounding the cathode and a cathode that is detached or attached to the cathode body. It includes preparing an electric thruster including an anode, and replacing the cathode tip using a robotic arm.
일 실시예에 따르면, 전기추력기의 음극의 수명 감소가 해결될 수 있고 전기추력기의 상용화가 가속될 수 있다.According to one embodiment, the decrease in the lifespan of the cathode of the electric thruster can be solved and the commercialization of the electric thruster can be accelerated.
도 1은 일 실시예에 따른 교체형 음극을 포함하는 전기추력기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 MPD 추력기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 교체형 음극을 포함하는 전기추력기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전기추력기용 교체형 음극을 촬영한 사진이다.
도 5는 MPD 추력기를 교체형으로 만들기 전(before)과 후(after)의 이온 플럭스 측정 결과를 비교하는 그래프이다.1 is a diagram schematically showing an electric thruster including a replaceable cathode according to one embodiment.
Figure 2 is a diagram schematically showing an MPD thruster according to one embodiment.
Figure 3 is a diagram schematically showing an electric thruster including a replaceable cathode according to one embodiment.
Figure 4 is a photograph of a replaceable cathode for an electric thruster according to an embodiment.
Figure 5 is a graph comparing the ion flux measurement results before and after making the MPD thruster a replacement type.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. With reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification. Additionally, in the case of well-known and well-known technologies, detailed descriptions thereof are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
그러면, 일 실시예에 따른 교체형 음극을 포함하는 전기추력기 및 이를 포함하는 위성에 대하여 상세하게 설명한다. Next, an electric thruster including a replaceable cathode according to an embodiment and a satellite including the same will be described in detail.
MPD 추력기의 음극은 텅스텐이나 토륨 텅스텐, 란탄 텅스텐, LaB6 등의 물질로 만들어지는데, 이러한 음극은 플라즈마에서 생성된 이온들에 의해 식각되며, MPD 추력기의 장기간 운전시 음극의 길이가 점점 짧아진다. 경우에 따라, 아크 플라즈마의 불안정성(instability)에 의해 음극이 손상될 수 있다. 음극이 식각되어 길이가 짧아지거나 손상되는 경우, 플라즈마 방전이 잘 일어나지 않거나 추력기 성능이 저하될 수 있다. 이렇게 음극의 수명이 다했을 때, 일 실시예에 따르면, 우주환경 및 진공환경에서 전기추력기의 음극을 현장에서 교체할 수 있는 전기추력기, 그리고 전기추력기의 음극의 교체 방법이 제공된다. 전기추력기는 MPD 추력기 외에 홀 추력기일 수 있으며, 이 경우 홀 추력기의 음극은 팁과 본체로 교체 가능한 형태로 구성될 수 있다.The cathode of the MPD thruster is made of materials such as tungsten, thorium tungsten, lanthanum tungsten, and LaB 6. This cathode is etched by ions generated in plasma, and the length of the cathode gradually becomes shorter during long-term operation of the MPD thruster. In some cases, the cathode may be damaged due to the instability of the arc plasma. If the cathode is etched and shortened or damaged, plasma discharge may not occur or thruster performance may deteriorate. According to one embodiment, when the life of the cathode has expired, an electric thruster that can replace the cathode of the electric thruster on site in a space environment or vacuum environment, and a method of replacing the cathode of the electric thruster are provided. The electric thruster may be a Hall thruster in addition to the MPD thruster, and in this case, the cathode of the Hall thruster may be configured as a replaceable tip and body.
일 실시예에 따르면, 전기추력기의 음극은 팁과 본체가 분리될 수 있는 방식으로 제조된다. 여기서 전기추력기의 음극의 앞쪽을 팁이라 하고, 음극의 뒤쪽을 음극 본체라고 지칭한다. 예를 들어, 음극의 팁과 본체 사이의 결합은 탭(tap)을 내어 돌려서 끼울 수 있다. 그리고 위성 본체나 진공 챔버의 내부에 팁을 갈아 끼울 수 있는 로봇팔이 설치될 수 있다.According to one embodiment, the cathode of the electric thruster is manufactured in such a way that the tip and the main body can be separated. Here, the front of the cathode of the electric thruster is called the tip, and the back of the cathode is called the cathode body. For example, the connection between the tip of the cathode and the body can be inserted by pulling out a tab and turning it. Additionally, a robotic arm capable of changing tips can be installed inside the satellite body or vacuum chamber.
도 1은 일 실시예에 따른 교체형 음극을 포함하는 전기추력기를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 일 실시예에 따른 MPD 추력기를 개략적으로 나타내는 도면이다FIG. 1 is a diagram schematically showing an electric thruster including a replaceable cathode according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically showing an MPD thruster according to an embodiment.
도 1을 참고하면, 위성은, 위성 본체, 그리고 위성 본체의 일측에 설치되어 있는 전기추력기를 포함한다. 추력기의 방전채널이 개방(open)형 구조로 구비되어 있는 MPD 추력기에서 음극이 분리형으로 구성되고 로봇팔이 설치되어 있다. 이러한 형태의 MPD 추력기는 주로 아르곤(Ar)이나 크세논(Xe)과 같은 연료와 함께 사용된다.Referring to Figure 1, the satellite includes a satellite main body and an electric thruster installed on one side of the satellite main body. In the MPD thruster, where the discharge channel of the thruster is provided in an open structure, the cathode is configured as a separate type and a robot arm is installed. This type of MPD thruster is mainly used with fuels such as argon (Ar) or xenon (Xe).
MPD 추력기에서 음극의 수명이 다했을 때, 로봇팔을 이용하여 음극 팁을 분리하고 새로운 음극 팁으로 교체될 수 있다. 이렇게 하면 우주환경에서 별도의 수리과정 없이 음극이 교체될 수 있으며, 나아가 진공 챔버에서도 진공을 유지한 채로 음극의 교체가 가능하다.When the cathode reaches the end of its life in an MPD thruster, the cathode tip can be removed using a robotic arm and replaced with a new cathode tip. In this way, the cathode can be replaced without a separate repair process in a space environment, and furthermore, the cathode can be replaced while maintaining a vacuum in a vacuum chamber.
도 1 및 도 2를 참고하면, MPD 추력기는 음극, 양극, 그리고 전자석(혹은 영구자석)으로 구성된다. 음극은 텅스텐 계열(토륨 텅스텐, 란탄 텅스텐, 텅스텐 등)로 만들어질 수 있으며, 양극은 텅스텐, 구리, SUS 등으로 만들어질 수 있다. MPD 추력기에서 자석으로 전자석이 사용될 수 있으며, 전자석보다 더 가벼운 영구자석이 사용될 수도 있다. MPD 추력기에서 방전원리는 음극과 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하는 것이다. 플라즈마 내 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향으로 유도 전류가 발생하여, 나사선(swirl) 모양의 전류가 발생한다. 여기에 전자석이나 영구자석을 이용하여 축방향 자기장을 인가할 때, 플라즈마에 음극에서 멀어지는 방향으로 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속할 수 있다. MPD 추력기는 양극의 내부에 설치되어 음극을 지지하는 세라믹 구조물을 포함할 수 있다.Referring to Figures 1 and 2, the MPD thruster consists of a cathode, an anode, and an electromagnet (or permanent magnet). The cathode can be made of tungsten series (thorium tungsten, lanthanum tungsten, tungsten, etc.), and the anode can be made of tungsten, copper, SUS, etc. Electromagnets can be used as magnets in MPD thrusters, and permanent magnets that are lighter than electromagnets can also be used. The discharge principle in the MPD thruster is to generate plasma by applying a potential difference to the cathode and anode. The movement of electrons and ions in the plasma generates an induced current in the azimuth direction, generating a swirl-shaped current. When an axial magnetic field is applied using an electromagnet or permanent magnet, Lorentz force is applied to the plasma in a direction away from the cathode, thereby accelerating the plasma. The MPD thruster may include a ceramic structure installed inside the anode to support the cathode.
도 3은 일 실시예에 따른 교체형 음극을 포함하는 전기추력기를 개략적으로 나타내는 도면이다.Figure 3 is a diagram schematically showing an electric thruster including a replaceable cathode according to one embodiment.
도 3을 참고하면, 위성은, 위성 본체, 그리고 위성 본체의 일측에 설치되어 있는 전기추력기를 포함한다. 여기서, 전기추력기는 추력기의 방전채널이 폐쇄(close)형 구조로 구비되어 있는 MPD 추력기에서 음극이 분리형으로 구성되고 로봇팔이 설치되어 있다. 이러한 형태의 MPD 추력기는 방전채널 내부의 기체 압력을 높이기 위해 사용되는데, 수소(H), 중수소(D), 헬륨(He) 등을 연료로 사용하는 경우 유리하다. Referring to FIG. 3, the satellite includes a satellite main body and an electric thruster installed on one side of the satellite main body. Here, the electric thruster is an MPD thruster in which the discharge channel of the thruster is provided in a closed structure, and the cathode is configured as a separate type and a robot arm is installed. This type of MPD thruster is used to increase the gas pressure inside the discharge channel, and is advantageous when hydrogen (H), deuterium (D), helium (He), etc. are used as fuel.
폐쇄형 MPD 추력기는 개방형 MPD 추력기와 마찬가지로 실제 우주환경이나 진공 챔버 환경에서 플라즈마 운전 중 전극이 손상되어 교체가 필요한 시점이 되면, 위성 본체나 챔버 내부에 설치된 로봇팔을 이용하여 손상된 음극 팁 부분만 제거하고 새로운 음극 팁으로 교체될 수 있다.As with the open MPD thruster, the closed MPD thruster, like the open MPD thruster, when the electrode is damaged during plasma operation in an actual space environment or vacuum chamber environment and needs to be replaced, only the damaged cathode tip is removed using a robot arm installed inside the satellite body or chamber. and can be replaced with a new cathode tip.
도 3의 MPD 추력기가 폐쇄형인 것을 제외하고, 도 1 및 도 2의 전기추력기의 설명이 동일하게 적용될 수 있다.Except that the MPD thruster in Figure 3 is a closed type, the description of the electric thruster in Figures 1 and 2 can be applied in the same way.
도 4는 일 실시예에 따른 전기추력기용 교체형 음극을 촬영한 사진이고, 도 5는 MPD 추력기를 분리형으로 만들기 전(before)과 후(after)의 이온 플럭스 측정 결과를 비교하는 그래프이다.Figure 4 is a photograph of a replaceable cathode for an electric thruster according to an embodiment, and Figure 5 is a graph comparing the ion flux measurement results before and after making the MPD thruster a separate type.
도 4 및 도 5를 참고하면, 실제 전기추력기의 음극을 분리형으로 만들어, 일체형 음극을 사용한 경우(before)와 교체형 음극을 사용한 경우(after)의 이온플럭스(이온 밀도에 비례하는 양)를 비교한 결과, 이온 밀도가 서로 유사하다. 이에 따라, 분리형 음극과 일체형 음극 모두 전기추력기에서 동등한 정도의 성능을 보인다.Referring to Figures 4 and 5, the cathode of an actual electric thruster is made of a separate type, and the ion flux (amount proportional to the ion density) is compared when an integrated cathode is used (before) and when a replaceable cathode is used (after). As a result, the ion densities are similar. Accordingly, both the separate cathode and the integrated cathode show equivalent performance in electric thrusters.
일 실시예에 따르면, MPD 추력기 음극 수명을 연장하는 것과 같은 효과를 줄 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 현재 MPD 추력기 개발 및 상용화의 걸림돌인 음극 수명 문제가 해결될 수 있다.According to one embodiment, it can have the same effect as extending the life of the MPD thruster cathode. Additionally, according to one embodiment, the cathode lifetime problem, which is currently an obstacle to the development and commercialization of MPD thrusters, can be solved.
그러면, 일 실시예에 전기추력기의 음극을 교체하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다. Then, a method for replacing the cathode of an electric thruster in one embodiment will be described in detail.
전기추력기의 음극을 교체하는 방법은, 음극 본체, 그리고 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 음극 팁은 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극, 그리고 음극을 둘러 싸고 있는 양극을 포함하는 전기추력기를 준비하는 단계, 그리고 로봇팔을 이용하여 음극 팁을 교체하는 단계를 포함한다.A method of replacing the cathode of an electric thruster includes a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, and the cathode tip includes a cathode that is detached or attached to the cathode body, and an anode surrounding the cathode. It includes preparing an electric thruster and replacing the cathode tip using a robotic arm.
전기추력기는 양극의 일측에 위치하는 자석을 포함하고, 음극과 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 플라즈마 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 유도 전류가 발생하고, 자석에 의해 음극에서 멀어지는 방향으로 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속할 수 있다.The electric thruster includes a magnet located on one side of the anode, generates plasma by applying a potential difference to the cathode and the anode, generates an azimuthal induced current due to the movement of electrons and ions in the plasma, and generates an azimuthal induced current from the cathode by the magnet. Plasma can be accelerated by applying the Lorentz force to the plasma in the direction away from it.
전술한 도 1 내지 도 4의 설명은 전기추력기의 음극을 교체하는 방법에 동일하게 적용될 수 있다.The description of FIGS. 1 to 4 described above can be equally applied to the method of replacing the cathode of the electric thruster.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.
Claims (11)
상기 음극을 둘러 싸고 있는 양극, 그리고
상기 양극의 일측에 위치하는 자석
을 포함하고,
상기 음극과 상기 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에 축방향 자기장을 인가하여 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 나사선(swirl) 모양의 유도 전류가 발생하고, 상기 자석을 이용하여 상기 유도 전류에 상기 음극에서 멀어지는 방향으로 상기 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속하고,
상기 음극 팁을 교체하는 로봇팔을 더 포함하는, 전기추력기.
A cathode comprising a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, wherein the cathode tip is detachable or attached to the cathode body,
an anode surrounding the cathode, and
Magnet located on one side of the anode
Including,
Plasma is generated by applying a potential difference to the cathode and the anode, and an axial magnetic field is applied to the plasma to generate an induced current in the shape of an azimuthal spiral due to the movement of electrons and ions within the plasma. Using the induced current, a Lorentz force is applied to the plasma in a direction away from the cathode to accelerate the plasma,
An electric thruster further comprising a robotic arm for replacing the cathode tip.
상기 전기추력기는 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe)을 포함하는 연료를 사용하는, 전기추력기.
In paragraph 1:
The electric thruster uses fuel containing argon (Ar) or xenon (Xe).
상기 전기추력기는 수소(H), 헬륨(He)을 포함하는 연료를 사용하는, 전기추력기.
In paragraph 1:
The electric thruster uses fuel containing hydrogen (H) and helium (He).
상기 자석은 전자석인, 전기추력기.
In paragraph 1:
The magnet is an electromagnet, an electric thruster.
상기 자석은 영구자석인, 전기추력기.
In paragraph 1:
The magnet is a permanent magnet, an electric thruster.
상기 양극의 내부에 설치되고, 상기 음극을 지지하는 세라믹 구조물을 더 포함하는, 전기추력기.
In paragraph 1:
An electric thruster further comprising a ceramic structure installed inside the anode and supporting the cathode.
상기 위성 본체의 일측에 설치되어 있는 전기추력기
를 포함하고, 상기 전기추력기는,
음극 본체, 그리고 상기 음극 본체의 일측에 연결되어 있는 음극 팁을 포함하고, 상기 음극 팁은 상기 음극 본체로부터 탈착 또는 부착되는 음극,
상기 음극을 둘러 싸고 있는 양극, 그리고
상기 양극의 일측에 위치하는 자석
을 포함하고,
상기 음극과 상기 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에 축방향 자기장을 인가하여 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 나사선(swirl) 모양의 유도 전류가 발생하고, 상기 자석을 이용하여 상기 유도 전류에 상기 음극에서 멀어지는 방향으로 상기 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속하고,
상기 위성 본체에 설치되어 있으며, 상기 음극 팁을 교체하는 로봇팔을 더 포함하는, 위성.
satellite body, and
Electric thruster installed on one side of the satellite body
Including, the electric thruster,
A cathode comprising a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, wherein the cathode tip is detachable or attached to the cathode body,
an anode surrounding the cathode, and
Magnet located on one side of the anode
Including,
Plasma is generated by applying a potential difference to the cathode and the anode, and an axial magnetic field is applied to the plasma to generate an induced current in the shape of an azimuthal spiral due to the movement of electrons and ions within the plasma. Using the induced current, a Lorentz force is applied to the plasma in a direction away from the cathode to accelerate the plasma,
A satellite installed on the satellite body and further comprising a robot arm that replaces the cathode tip.
로봇팔을 이용하여 상기 음극 팁을 교체하는 단계
를 포함하고,
상기 전기추력기는 상기 양극의 일측에 위치하는 자석을 포함하고, 상기 음극과 상기 양극에 전위차를 인가하여 플라즈마가 발생하고, 상기 플라즈마에 축방향 자기장을 인가하여 내의 전자와 이온의 운동으로 인해 방위각 방향의 나사선(swirl) 모양의 유도 전류가 발생하고, 상기 자석을 이용하여 상기 유도 전류에 상기 음극에서 멀어지는 방향으로 상기 플라즈마에 로렌츠 힘을 작용시켜, 플라즈마를 가속하는, 전기추력기의 음극을 교체하는 방법.
Preparing an electric thruster including a cathode body and a cathode tip connected to one side of the cathode body, wherein the cathode tip includes a cathode that is detached or attached to the cathode body, and an anode surrounding the cathode. , and
Replacing the cathode tip using a robotic arm
Including,
The electric thruster includes a magnet located on one side of the anode, generates plasma by applying a potential difference to the cathode and the anode, and applies an axial magnetic field to the plasma to move the electrons and ions in the azimuth direction. A method of replacing the cathode of an electric thruster in which a spiral-shaped induced current is generated and a Lorentz force is applied to the plasma in a direction away from the cathode to the induced current using the magnet to accelerate the plasma. .
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210137752A KR102599029B1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Electric propulsion including repaceable cathod, satellite including the same, and method for replacing cathod of electric propulsion |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210137752A KR102599029B1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Electric propulsion including repaceable cathod, satellite including the same, and method for replacing cathod of electric propulsion |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230054131A KR20230054131A (en) | 2023-04-24 |
| KR102599029B1 true KR102599029B1 (en) | 2023-11-06 |
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ID=86142004
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|---|---|---|---|
| KR1020210137752A KR102599029B1 (en) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | Electric propulsion including repaceable cathod, satellite including the same, and method for replacing cathod of electric propulsion |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001233297A (en) * | 2000-02-25 | 2001-08-28 | Toshiba Corp | Aerospace vehicle |
| CN108535607A (en) * | 2017-12-22 | 2018-09-14 | 兰州空间技术物理研究所 | The performance test of ion thruster hollow cathode and life assessment test device and method |
| CN110043436A (en) * | 2019-06-05 | 2019-07-23 | 中国人民解放军国防科技大学 | Expanding type self-magnetic field magnetic plasma thruster |
-
2021
- 2021-10-15 KR KR1020210137752A patent/KR102599029B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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|---|---|
| KR20230054131A (en) | 2023-04-24 |
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