علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

بررسی محل کاتد خنثی‌ساز در رانشگر اثر هال نوع SPT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشکده رانشگرهای فضایی- ریس بخش عملگرهای الکترومکانیکال
2 استادیار/ پژوهشکده رانشگرهای فضایی-پژوهشگاه فضایی ایران
3 پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران
4 پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایرانs
چکیده
موقعیت کاتد نسبت به نقشه میدان مغناطیسی داخل کانال تخلیه بر عملکرد و طول عمر رانشگر اثر هال تاثیر می‌گذارد. کاتد خنثی‌ساز در رانشگر اثر هال دو وظیفه مهم برعهده دارد. حدود 18% از الکترون‌های کاتد وارد کانال تخلیه رانشگر اثر هال شده و الکترون‌های لازم برای یونیزاسیون را تامین می‌کنند. بقیه الکترون‌ها، یون‌های خروجی از رانشگر را خنثی کرده و فضاپیما از نظر بار الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در این مقاله با استفاده از نرم افزار FEMM نقشه میدان مغناطیسی و خطوط جداکننده میدان در داخل رانشگر شبیه‌سازی شده سپس با توجه به موقعیت خطوط جداکننده میدان مغناطیسی، کاتد خنثی‌ساز در سه موقعیت متفاوت قرار گرفته و با استفاده از کد XOOPIC و روش PIC-MCC عملکرد رانشگر اثر هال شبیه‌سازی شده است. با جابجایی موقعیت کاتد نسبت به خطوط میدان مغناطیسی و خط جدایی میدان، تغییرات قابل توجهی در پارامترهای ولتاژ کاتد، نیروی رانش و ضربه ویژه رانشگر مشاهده گردید که باعث بهبود عملکرد رانشگر می‌شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که پارامترهای عملکردی رانشگر با توجه به افزایش طول عمر کاتد زمانی بهینه می‌شود که کاتد بین خطوط جداکننده اول و دوم قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    J. D. Sommerville, Hall-effect thruster–cathode coupling: the effect of cathode position and magnetic field topology. Michigan Technological University, 2009.
[2]    N. Turan, O. Korkmaz, and M. Celik, "Investigation of the effect of hollow cathode neutralizer location on hall effect thruster efficiency," in 2015 7th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), 2015, pp. 599-604: IEEE.
[3]    L. Wei et al., "Simulation of plasma dynamics during discharge ignition in Hall thruster," The European Physical Journal D, vol. 73, pp. 1-8, 2019.
[4]    N. Turan, U. Kokal, M. Celik, and H. Kurt, "Experimental study of the effects of the cathode position and the electrical circuit configuration on the operation of HK40 Hall thruster and BUSTLab hollow cathode," in 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2016, p. 4834.
[5]    R. R. Hofer, L. K. Johnson, D. M. Goebel, and R. E. Wirz, "Effects of internally mounted cathodes on Hall thruster plume properties," IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 36, no. 5, pp. 2004-2014, 2008.
[6]    D. Tilley, K. de Grys, and R. Myers, "Hall thruster-cathode coupling," in 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, 1999, p. 2865.
[7]    G. Lehner, Electromagnetic field theory for engineers and physicists. Springer Science & Business Media, 2010.
[8]    R. BECHTEL, "A hollow cathode neutralizer for a 30-cm diameter bombardment thruster," in 10th Electric Propulsion Conference, 1973, p. 1052.
[9]    K. Nishiyama, S. Hosoda, H. Kuninaka, and Y. Toyoda, "Operational Characteristics of a Microwave Discharge Neutralizer for the ECR Ion Thruster µ20," in 31st International Electric Propulsion Conference, Ann Arbor, MI, USA, 2009.
[10]    R. R. Hofer, A. D. Gallimore, and D. Jacobson, "Recent results from internal and very-near-field plasma diagnostics of a high specific impulse Hall thruster," in 28th International Electric Propulsion Conference, 2003, no. NASA/CR-2003-212604.
[11]    K. K. Jameson, D. M. Goebel, R. R. Hofer, and R. M. Watkins, "Cathode coupling in Hall thrusters," in 30th International Electric Propulsion Conference, 2007, pp. 2007-278: Citeseer.
[12]    J. D. Sommerville and L. B. King, "Hall-effect thruster--cathode coupling, part I: efficiency improvements from an extended outer pole," Journal of Propulsion and Power, vol. 27, no. 4, pp. 744-753, 2011.
[13]    D. Yongjie, Y. Daren, and W. Zhiwen, "Parameters distribution along the channel axis in the scaling designed stationary plasma thruster," Plasma Science and Technology, vol. 8, no. 6, p. 716, 2006.
[14]    F. Taccogna, S. Longo, M. Capitelli, and R. Schneider, "Plasma flow in a Hall thruster," Physics of plasmas, vol. 12, no. 4, 2005.
[15]    T. Lafleur and P. Chabert, "The role of instability-enhanced friction on ‘anomalous’ electron and ion transport in Hall-effect thrusters," Plasma Sources Science and Technology, vol. 27, no. 1, p. 015003, 2017.
[16]    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.
[17]    M. Kiantaj, M. Farhid, M. M. Shafie, and M. R. Morad, "Simulation of Hollow Cathode in the Hall Thruster by Particle in Cell (PIC) Method," 2023.
[18]    I. Musso et al., "2D OOPIC simulations of the helicon double layer," in 30th International Electric Propulsion Meeting, Florence, Italy-September, 2007, pp. 17-20.
[19]    K. Kozubskii et al., "Stationary plasma thrusters operate in space," Plasma Physics Reports, vol. 29, pp. 251-266, 2003.
 
دوره 4، شماره 2
اسفند 1403
صفحه 105-113

  • تاریخ دریافت 30 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 11 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 17 دی 1403