Hall meghajtó

Orosz csarnokhajtások kiválasztása
American Hall hajtás üzemel (Xenon)

A Hall-meghajtó vagy Hall-effektusú meghajtó ( angol Hall-Effect Thruster , Hall Thruster ) olyan ion- thruster , amelyben a mágneses mező növeli a hatékonyságot, megakadályozva az elektronok eljutását az anódhoz . Ezzel a típusú ionforrással nagy tolóerő-hatékonyság és hosszú élettartam lehetséges, még 100 kW-ig terjedő nagy teljesítmény mellett is. Az űrhajókon korábban használt tolókerekekhez azonban csak néhány 100–1000  W állt rendelkezésre, amelyek 10–100  mN nyomóerőket eredményeztek.

Mint más Ionhajtómű, xenon van jellemzően használják , mint egy támogató tömeg , a pozitív ionok , amelyek gyorsítják sebesség 10 és 80 km / s egy elektromos mező .

történelem

Az ionhajtások kutatása és fejlesztése az 1960-as évekig nyúlik vissza, különösen az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban. Míg az USA -ban rácsion - forrásokkal végeztek kísérleteket, a kalinyingrádi FAKEL vállalat a Hall-effektus hajtást odáig hozta, hogy készen állt a repülésre. A METEOR műhold 1971-es sikeres első használata óta több mint 50 műholdat szereltek fel a FAKEL meghajtóival.

A hidegháború idején, de különösen a vasfüggöny kinyitása után , a Hall meghajtótechnikát exportálták a nyugati világba, valamint Franciaországban ( SNECMA ), Olaszországban ( Sitael , korábban Alta) és az Egyesült Államokban ( Busek , Aerojet , JPL , NASA) fejlesztettek ki. és az USA Légierő Kutató Laboratóriumai ) részben a repülési alkalmazások és a kereskedelmi marketing felé tettek szert. A SMART-1 segítségével az első PPS 1350-es európai csarnok meghajtót 2003- ban sikeresen alkalmazták repülési misszióra. Az American Hall hajtás (Busek) első próbarepülését 2006-ban, az első ilyen hajtású amerikai repülési alkalmazást (Aerojet) 2010-ben hajtották végre. A német ajkú országokban a Hall hajtások kutatását a DLR Stuttgartban végezték. 1960-as és 1970-es évek, de ezek jelenleg nem ismert kutatási és fejlesztési tevékenységek.

Kelet-Ázsiában is, különösen Japánban, a Hall-meghajtókat az 1980-as évek óta kutatják és fejlesztik. 2012-ben Kína tesztelt egy hajtást a Shijian 9A technológiai műholdon , Dél-Korea pedig 2013-ban követte az STSAT 3 és a DubaiSat 2 tesztvezetésével .

A NASA 67 millió dollárral finanszírozta a 2016–2019-es Aerojet Rocketdyne nagy teljesítményű Hall-effektusos hajtóműveinek fejlesztését.

Elrendezés és funkció

Kezdetben különböző kutatócsoportok hasonló tervekkel kísérleteztek, amelyeknek különböző neveket hoztak létre:

  • Hajtás széles gyorsulási csatornával: angol. Helyhez kötött plazma-tolóerő (SPT), orosz стационарный плазменный двигатель (СПД). Alternatív nevek a francia Propulsion Plasmique Stationaire (PPS) vagy az angol. Mágneses réteg (német mágneses réteg meghajtó )
  • Hajtás keskeny gyorsulási csatornával: angol. Thruster anódréteggel (TAL), orosz двигатель с анодным слоем (ДАС)
Keresztmetszet az SPT Hall meghajtón keresztül

Mindkét típusban közös az egyik oldalon nyitott gyűrű alakú rés, amely a TAL-ban egy teljesen fémes üreges anódot képez. Az SPT-ben az anód a csatorna aljára korlátozódik, míg az oldalfalak kerámiák, pl. B. bór-nitridből . Az anyagválasztás döntő a motor élettartama szempontjából. A hordozó tömegként szolgáló gázt a csatorna alján adagolják. A csatornát koncentrikusan mágneses rendszer veszi körül, amelyet gyakran tekercsek alkotnak, de alkalmanként állandó mágneseket is használnak. A mágneses mező körülbelül sugárirányban hatol be a csatornába.

Az elektronokat egy külsőleg csatlakoztatott katód bocsátja ki . Az űrtöltés miatt nagyrészt követik az ionnyalábot és semlegesítik. Egy kisebb részt az anód felé húz a gyorsító feszültség. A mágneses mező a csatorna előtti és a kör alakú pályákra irányítja őket, ezáltal az elektronok keringési sebességét úgy állítják be, hogy az elektrosztatikus és a Lorentz- erők csak kompenzálják egymást (mint a Hall-effektusnál , innen ered a motor neve) . Az anód és a keringő elektronok űrtöltése között elektromos mező van. Azáltal ionizálás további szabad elektronok és ionok. Az anód irányába eső rövid esés után a szekunder elektronok keringési sebességgel rendelkeznek, és a becsapódó elektronok energiaveszteségét az anód irányába történő sodródás is kompenzálja. Az a tény, hogy a sodródási áram viszonylag alacsony, fontos a motor energiahatékonysága szempontjából. A jóval nagyobb gyűrűáram fontos a hordozó tömeg minél teljesebb ionizálásához, mert vákuumban történő működés esetén a gáz sűrűsége túl alacsony ahhoz, hogy néhány ion képes legyen a semleges gázt ütközések útján elszállítani.

Az elektromos mező axiálisan gyorsítja fel az ionokat a résből. Ezerszer nagyobb tömegük miatt sebességük sokkal lassabb, mint az elektronoké, így alig befolyásolják a mágneses teret. Ennek ellenére a 10–80 km / s kilépési sebesség jóval nagyobb, mint a hagyományos vegyi motoroknál.

Sok éves optimalizálás eredményeként olyan repülési modellek születtek, amelyek toló hatékonysága meghaladja az 50% -ot, ezért is vonzó ezeknek a motoroknak a használata. A kísérleti modellekben már elértek akár 75% -os hatékonysági szintet is.

irodalom

  • Dan M. Goebel és mtsai: Az elektromos meghajtás alapjai - Ion és Hall tolókerekek. Wiley, Hoboken 2008, ISBN 978-0-470-42927-3 .

web Linkek

Egyéni bizonyíték

  1. ^ A NASA azon dolgozik, hogy javítsa a napelemes meghajtást a mély űrkutatáshoz. A NASA, 2016. április 19., 2016. április 27 .