RU2347943C1 - Gas-tube engine for space crafts - Google Patents
Gas-tube engine for space crafts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347943C1 RU2347943C1 RU2007139279/06A RU2007139279A RU2347943C1 RU 2347943 C1 RU2347943 C1 RU 2347943C1 RU 2007139279/06 A RU2007139279/06 A RU 2007139279/06A RU 2007139279 A RU2007139279 A RU 2007139279A RU 2347943 C1 RU2347943 C1 RU 2347943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- section
- electrically isolated
- chamber
- anode
- electrode
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области космического аппаратостроения и может быть использовано для ускорения движения устройств, движущихся в космосе в условиях высокого вакуума.The invention relates to the field of space engineering and can be used to accelerate the movement of devices moving in space in high vacuum.
Известен ионный двигатель Европейского управления космических исследований Dual-Stage 4-greed (DS4G), в котором ускорение ионов ксенона производится с помощью последовательно расположенных четырех решеток-электродов с тысячью миллиметровых согласованных отверстий в каждой при потенциале ускорения 30 кВ. Недостатком данного двигателя является использование неоправданно громоздкой ускоряющей системы, предложенной в свое время для получения больших токов ионов аргона при ускоряющих напряжениях порядка одного киловольта и мало пригодной при использовании высоких ускоряющих потенциалов порядка 10÷100 кВ (соответствующих современным требованиям к скорости истечения реактивной массы) из-за высокой опасности электрических пробоев между электродами. Наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству является источник ионов постоянного действия амперного диапазона с одним приосевым отверстием на выходе газоразрядной камеры и соответственно достаточно простой и надежной приосевой трехэлектродной ускоряющей системой [1].The well-known ion engine of the European Space Research Administration is Dual-Stage 4-greed (DS4G), in which the xenon ions are accelerated using sequentially arranged four electrode gratings with a thousand millimeter aligned holes in each at an acceleration potential of 30 kV. The disadvantage of this engine is the use of an unreasonably cumbersome accelerating system, proposed at one time to obtain high currents of argon ions at accelerating voltages of the order of one kilovolt and not very suitable when using high accelerating potentials of the order of 10 ÷ 100 kV (corresponding to modern requirements for the velocity of the outflow of reactive mass) from due to the high risk of electrical breakdowns between the electrodes. The closest technical solution to the claimed device is a constant-current source of ampere range ions with one axial hole at the outlet of the gas discharge chamber and, accordingly, a fairly simple and reliable axial three-electrode accelerating system [1].
Недостатком упомянутого источника для применения в обсуждаемых условиях является использование накаливаемого массивного катода и ряда узлов, ориентированных на наземные условия эксплуатации. Целью настоящего изобретения является создание простого и надежного ионного двигателя при использовании ускоряющих потенциалов порядка 10÷100 кВ, а также возможного сочленения в будущем данного двигателя с известным (соответственно модернизированным) линейным ускорителем ионов [2] с целью доведения энергии ионов до уровня 500÷1000 кэВ. Поставленная цель достигается тем, что ионный двигатель выполняется в виде трех последовательно расположенных аксиально-симметричных и электрически изолированных друг от друга полых металлических секций, из которых (при рассмотрении системы слева направо) первая представляет собой газоразрядную камеру с внутренним диаметром несколько сантиметров, имеющую слева закрытый металлический торец с приосевым отверстием, в которое вставлен через изолятор частично полый остроконечный электрод, имеющий внутри разрядной камеры радиальные отверстия для подачи газа в камеру и служащий поджигающим анодом разряда. На цилиндрической стенке камеры помещена кольцевая полость со стенками из тугоплавкого металла, открытая в камеру, имеющая глубину сравнимую с радиусом камеры и служащая полым катодом разряда. Стенки полого катода помещены между полюсами магнита, что позволяет зажигать в камере т.н. обратный магнетронный разряд с полым катодом.A disadvantage of the mentioned source for use in the discussed conditions is the use of a heated incandescent cathode and a number of nodes oriented to ground-based operating conditions. The aim of the present invention is the creation of a simple and reliable ion engine using accelerating potentials of the order of 10 ÷ 100 kV, as well as the possible combination in the future of this engine with a known (respectively modernized) linear ion accelerator [2] in order to bring the ion energy to 500 ÷ 1000 keV. This goal is achieved in that the ion engine is made in the form of three serially arranged axially symmetric and electrically isolated from each other hollow metal sections, of which (when considering the system from left to right), the first is a gas discharge chamber with an internal diameter of several centimeters, having a closed left metal end with axial hole, into which a partially hollow pointed electrode is inserted through the insulator, having radial holes inside the discharge chamber A hole for supplying gas to the chamber and serving as an ignition discharge anode. An annular cavity with walls of refractory metal is placed on the cylindrical wall of the chamber, open into the chamber, having a depth comparable to the radius of the chamber and serving as a hollow discharge cathode. The walls of the hollow cathode are placed between the poles of the magnet, which allows the so-called hollow cathode reverse magnetron discharge.
Вторая секция примыкает к первой и частично изолирована от нее по вакууму за исключением приосевой металлической трубки (с раструбом у левого конца), предназначенной для пропускания разряда в первую секцию и служит промежуточным анодом.The second section is adjacent to the first and partially isolated from it by vacuum, with the exception of the axial metal tube (with a socket at the left end), designed to pass the discharge into the first section and serves as an intermediate anode.
Третья секция примыкает ко второй и представляет собой полый металлический цилиндр, помещенный внутрь соленоида и являющийся основным анодом. Правый конец цилиндра закрыт электрически изолированным от него выходным электродом, имеющим специальную конфигурацию, и центральное отверстие для истечения электрической плазмы в систему ускорения с целью формирования ионного пучка; причем выходной электрод является частью трехэлектродной системы ускоряющих электродов (например, аналогичной [1]).The third section adjoins the second and is a hollow metal cylinder placed inside the solenoid and which is the main anode. The right end of the cylinder is closed by an electrically isolated output electrode having a special configuration, and a central hole for the discharge of electric plasma into the acceleration system in order to form an ion beam; moreover, the output electrode is part of a three-electrode system of accelerating electrodes (for example, similar to [1]).
Изобретение поясняется схематическим чертежом ионного двигателя.The invention is illustrated by a schematic drawing of an ion engine.
Ионный двигатель работает следующим образом. При подаче достаточного количества газа и приложении положительного (по отношению к корпусу первой секции) потенциала на центральный электрод зажигается разряд между этим электродом и полым катодом. При подключении этого потенциала ко второй секции разряд (что подтверждено опытом) автоматически перебрасывается на вторую секцию. А при подаче того же потенциала на третью секцию ток разряда замыкается в основном на корпус третьей секции (в проведенных ранее экспериментах на промежуточный анод в стационарном режиме поступало примерно 15% тока разряда). Поскольку на выходной электрод подается потенциал, равный катодному, то в конечном итоге организуется т.н. «разряд с колеблющимися электронами в продольном магнитном поле».The ion engine operates as follows. When a sufficient amount of gas is supplied and a positive potential (with respect to the housing of the first section) is applied to the central electrode, a discharge is ignited between this electrode and the hollow cathode. When this potential is connected to the second section, the discharge (which is confirmed by experience) is automatically transferred to the second section. And when the same potential is applied to the third section, the discharge current closes mainly to the case of the third section (in earlier experiments, about 15% of the discharge current was fed to the intermediate anode in the stationary mode). Since a potential equal to the cathode is applied to the output electrode, the so-called "Discharge with oscillating electrons in a longitudinal magnetic field."
После чего (при переключении потенциала центрального электрода первой секции с анодного на катодный) вся внутренняя поверхность первой секции становится полым катодом.Then (when switching the potential of the central electrode of the first section from the anode to the cathode), the entire inner surface of the first section becomes a hollow cathode.
Образующаяся в разряде плазма вытекает в систему ускорения ионов через центральное отверстие в торцевом электроде третьей секции. В случае сопряжения источника ионов с линейным ускорителем ионов трубка во второй секции должна быть заменена на коаксиальную систему, в которой внутренний сплошной цилиндр удерживается на оси и соединяется с наружным цилиндром с помощью двух тонких пластин. Тем самым плазменному столбу придается трубчатая форма, что в свою очередь приводит к оптимизации распределения плотности плазмы по радиусу при отборе ионного тока и формированию ионного пучка с наименьшим фазовым объемом [1]. Также с целью увеличения тока тлеющего разряда (и возможного перевода разряда в дуговую форму) в торцевой части первой камеры могут быть помещены дисковые самокалящиеся катоды (например, типа прессованных катодов из вольфрамовой губки, пропитанной алюминатом бария). При различных значениях мощности высоковольтного питания для конструкционных размеров двигателя возможны вариации размеров в нижеуказанных пределах. Для продольных и поперечных размеров камер 100 плюс-минус 50 (мм), для приосевых отверстий значение радиусов 10 плюс-минус 5 (мм). Для режимов работы: потенциал разряда 200-400 (В), ток разряда 0,5-5 (А). Аксиальное магнитное поле 0.005-0.03(Тл).The plasma generated in the discharge flows into the ion acceleration system through a central hole in the end electrode of the third section. If the ion source is coupled to a linear ion accelerator, the tube in the second section must be replaced by a coaxial system in which the inner continuous cylinder is held on the axis and connected to the outer cylinder by two thin plates. Thus, the plasma column is given a tubular shape, which in turn leads to optimization of the plasma density distribution over the radius during the selection of the ion current and the formation of an ion beam with the smallest phase volume [1]. Also, in order to increase the glow discharge current (and possibly transfer the discharge into an arc shape), self-heating disc cathodes (for example, such as pressed cathodes from a tungsten sponge impregnated with barium aluminate) can be placed in the end part of the first chamber. For different values of high-voltage power for the structural dimensions of the engine, size variations are possible within the limits indicated below. For the longitudinal and transverse dimensions of the chambers, 100 is plus or minus 50 (mm), for axial openings, the radii are 10 plus or minus 5 (mm). For operating modes: discharge potential 200-400 (V), discharge current 0.5-5 (A). Axial magnetic field 0.005-0.03 (T).
ПОДПИСИ К ЧЕРТЕЖУSIGNATURE TO DRAWING
1. Секция поджигания разряда.1. Section ignition discharge.
2. Секция промежуточного анода.2. Section of the intermediate anode.
3. Секция основного анода.3. Section of the main anode.
4. Антикатод.4. Anticathode.
5. Поджигающий анод.5. The setting fire to the anode.
6. Кольцевой полый катод.6. Ring hollow cathode.
7. Короткий соленоид (или пост. магнит).7. Short solenoid (or permanent magnet).
8. Магнитные экраны.8. Magnetic screens.
9. Промежуточный анод.9. The intermediate anode.
10. Кольцевые изоляторы.10. Ring insulators.
11.Основной анод.11. The main anode.
12. Корректирующий соленоид.12. Corrective solenoid.
13. Основной соленоид.13. The main solenoid.
14. Промежуточный ускоряющий электрод (запирающий обратные электроны).14. An intermediate accelerating electrode (blocking reverse electrons).
15. Основной ускоряющий электрод.15. The main accelerating electrode.
ЛитератураLiterature
1. «Стационарный инжектор пучка протонов с током 1 А и энергией 100 кэВ». Атомная энергия, т.49, вып.5, с.296, 1980 г. Ковальский Г.А. и др.1. "Stationary proton beam injector with a current of 1 A and an energy of 100 keV." Atomic energy, vol. 49, issue 5, p. 266, 1980 G. Kovalsky and etc.
2. «Сильноточный линейный ускоритель протонов с непрерывным режимом работы». Атомная энергия, т.31, вып.1, 1971 г. Шембель Б.К. и др. (в т.ч. Ковальский Г.А.).2. "High-current linear proton accelerator with continuous operation." Atomic energy, t.31, issue 1, 1971 B. Shembel and others (including Kovalsky G.A.).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007139279/06A RU2347943C1 (en) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Gas-tube engine for space crafts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007139279/06A RU2347943C1 (en) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Gas-tube engine for space crafts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2347943C1 true RU2347943C1 (en) | 2009-02-27 |
Family
ID=40529895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007139279/06A RU2347943C1 (en) | 2007-10-24 | 2007-10-24 | Gas-tube engine for space crafts |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347943C1 (en) |
-
2007
- 2007-10-24 RU RU2007139279/06A patent/RU2347943C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ковальский Г.А. и др. Стационарный инжектор пучка протонов током 1 А и энергией 100 кэВ с источником ионов типа «ионный насос». Атомная энергия, том 49, выпуск 5, 1980, с.296-299. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2243408C2 (en) | Electrostatic engine | |
Bugaev et al. | The 100‐kV gas and metal ion source for high current ion implantation | |
CN117231452B (en) | Hall thruster with middle-arranged electron source and operation method thereof | |
GB905428A (en) | Intense energetic gas discharge | |
CN101952931A (en) | Filament electrical discharge ion source | |
US5078950A (en) | Neutron tube comprising a multi-cell ion source with magnetic confinement | |
RU2347943C1 (en) | Gas-tube engine for space crafts | |
KR101983294B1 (en) | An Electron Structure of a Large Current Duo Plasmatron Ion Source for BNCT Accelerator and an Apparatus Comprising the Same | |
WO2001093293A1 (en) | Plasma ion source and method | |
RU159300U1 (en) | ELECTRONIC SOURCE WITH PLASMA EMITTER | |
Bashkeev et al. | Continuously operated negative ion surface plasma source | |
JPH0762989B2 (en) | Electron beam excited ion source | |
CN113994454A (en) | Mass spectrometer comprising an ionization device | |
US5569976A (en) | Ion emmiter based on cold cathode discharge | |
JPH0752635B2 (en) | Ion source device | |
RU2401521C1 (en) | Plasma accelerator with closed hall current (versions) | |
SU818366A1 (en) | Ion source | |
RU2256979C1 (en) | Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams | |
RU2749668C1 (en) | Ion source | |
Gleizer et al. | Optimization of a low-pressure hollow-anode electrical discharge for generation of high-current electron beams | |
RU2338294C1 (en) | Wide-angle gaseous ion source | |
RU2084985C1 (en) | Plasma beam s h f device | |
JPS5740845A (en) | Ion beam generator | |
RU2371803C1 (en) | Plasma ion source | |
JP2586836B2 (en) | Ion source device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091025 |