نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده رانشگرهای فضایی

2 پژوهشکده رانشگرهای فضایی- ریس بخش عملگرهای الکترومکانیکال

3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

در این مقاله، با استفاده از شبیه‌سازی دو بعدی ذره در سلول (PIC)، مشخصات ذرات پلاسمای کاتد توخالی رانشگر اثر هال SPT-100، مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از اجزای اصلی و مهم رانشگر اثر هال، کاتد توخالی است که دو وظیفه مهم برعهده دارد: بخشی از الکترون‌هایی که از سمت کاتد می‌آیند باعث یونیزاسیون ماده پیشران در آند می‌شوند و بخشی دیگر نقش مهم خنثی کردن باریکه یونی خارج شده از رانشگر را برعهده دارند. از این‌رو، مطالعه کاتد توخالی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سوخت مورد استفاده در این سیستم، کریپتون است. تغییرات پتانسیل، چگالی الکترون‌ها، یون‌ها و دمای ذرات در سراسر ناحیه شبیه‌سازی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد، متناظر با الکترون‌ها، چگالی یون نیز از مقدار بیشینه در ناحیه یونش کاتد به شکل نمایی در طول محفظه کاهش پیدا می‌کند. هم‌چنین، بررسی شعاع نرمالیزه، بر حسب چگالی الکترون‌ها نیز بیانگر آن است که ناحیه موثر کاتد یا شعاعی که دمای الکترون‌ها به میزان بیشینه خود می‌رسد، در حدود 5/1 میلی‌متری خط مرکز کاتد توخالی قرار دارد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

##1]   A. Morozov, "The conceptual development of stationary plasma thrusters," Plasma Physics Reports, vol. 29, no. 3, pp. 235-250, 2003.##
##[2] H. Liu et al., "2-D modeling of orificed hollow cathodes of stationary plasma thrusters SPT-100," IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 43, no. 12, pp. 4024-4033, 2015.##
##[3] J.-P. Boeuf, "Tutorial: Physics and modeling of Hall thrusters," Journal of Applied Physics, vol. 121, no. 1, p. 011101, 2017.##
##[4] D. M. Goebel, G. Becatti, J. E. Polk, and P. Guerrero, "Life Model for Lanthanum Hexaboride Hollow Cathodes for High-Power Hall Thrusters," in 35th International Electric Propulsion Conference, IEPC-2017-276, Atlanta, GA, 2017.##
##[5] D. M. Goebel and E. Chu, "High-current lanthanum hexaboride hollow cathode for high-power Hall thrusters," Journal of Propulsion and Power, vol. 30, no. 1, pp. 35-40, 2014.##
##[6] C. E. Garner, J. C. Polk, K. M. Goodfellow, L. C. Pless, and J. R. Brophy, "Performance evaluation and life testing of the SPT-100," 1993.##
##[7] G. Sary, L. Garrigues, and J.-P. Boeuf, "Hollow cathode modeling: II. Physical analysis and parametric study," Plasma Sources Science and Technology, vol. 26, no. 5, p. 055008, 2017.##
##[8] G. Becatti, D. M. Goebel, J. E. Polk, and P. Guerrero, "Life evaluation of a lanthanum hexaboride hollow cathode for high-power Hall thruster," Journal of Propulsion and Power, vol. 34, no. 4, pp. 893-900, 2018.##
##[9] W. Hargus and M. Nakles, "Evolution of the Ion Velocity Distribtuion in the Near Field of the BHT-200-X3 Hall Thruster," in 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2006, p. 4991.##
##[10]      J. E. Polk, I. G. Mikellides, A. M. Capece, and I. Katz, "Barium depletion in hollow cathode emitters," Journal of Applied Physics, vol. 119, no. 2, p. 023303, 2016.##
##[11]      S. Cao et al., "Numerical simulation of plasma power deposition on hollow cathode walls using particle-in-cell and Monte Carlo collision method," Physics of Plasmas, vol. 25, no. 10, p. 103512, 2018.##
##[12]      M. Shahraki Pour, M. Hosseinpour "Investigation of Formation and Growth Dynamics of Magnetic Islands in Solar Plasma by Particle-in-cell Simulation," Iranian Journal of Applied Physics 11.4 , 90-104, 2021.##
##[13]      D. Tskhakaya, K. Matyash, R. Schneider, and F. Taccogna, "The Particle In Cell Method," Contributions to Plasma Physics, vol. 47, no. 8‐9, pp. 563-594, 2007.##
##[14]      H. Usui, J. P. Verboncoeur, and C. K. Birdsall, "Development of 1D object-oriented particle-in-cell code (1d-XOOPIC)," IEICE Transactions on Electronics, vol. 83, no. 6, pp. 989-992, 2000.##
##[15]      J. Verboncoeur, "OOPIC: object oriented particle-in-cell code," in International Conference on Plasma Science (papers in summary form only received), 1995: IEEE, p. 244.##
##[16]      D. Y. Oh, D. E. Hastings, C. M. Marrese, J. M. Haas, and A. D. Gallimore, "Modeling of stationary plasma thruster-100 thruster plumes and implications for satellite design," Journal of Propulsion and Power, vol. 15, no. 2, pp. 345-357, 1999.##
##[17]      N. Gascon, M. Dudeck, and S. Barral, "Wall material effects in stationary plasma thrusters. I. Parametric studies of an SPT-100," Physics of Plasmas, vol. 10, no. 10, pp. 4123-4136, 2003.##