Экспериментальное исследование работы катода-нейтрализатора с высокочастотным разрядом

Авторы

Смирнов П. Е.^*, Хартов С. А.^**, Кашулин А. П.^***

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: paulsmyt93@gmail.com
**e-mail: skhartov@ya.ru
***e-mail: ap-k@list.ru

Аннотация

Проблемы с обеспечением высокой надежности традиционных источников электронов для ионных двигателей привели авторов к идее использования в их качестве катода с плазменным высокочастотным разрядом (ВЧ). В таком устройстве плазма создаётся и поддерживается индуктивным разрядом высокой частоты. Отсутствие «нагруженных» (высокая температура, мощные потоки высокоэнергетичных частиц) электродов в нем снимает все вопросы обеспечения длительной работы катода. Эмиттером электронов, как и в полом катоде, является весь плазменный объём, что позволяет генерировать большие токи электронов. В работе описана схема лабораторного образца данного устройства, а также представлены результаты его экспериментальной отработки. Генерируемые ВЧ-катодом токи достигали 1,7 А при подводимой ВЧ-мощности 120 Вт. Приведена оценка эффективности ВЧ-катода.

Ключевые слова

источник электронов, высокочастотный индуктивный разряд, катод ионного двигателя, катод-нейтрализатор

Библиографический список

1. Важенин Н.А., Обухов В.А., Плохих А.П., Попов Г.А. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов и их влияние на радиосистемы космической связи. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 432 с.

2. Горшков О.А., Муравлёв В.А., Шагайда А.А. Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов / Под ред. А.С. Коротеева. – М.: Машиностроение, 2008. – 278 с.

3. Обухов В.А., Покрышкин А.И., Попов Г.А., Яшина Н.В. Использование маршевой электроракетной двигательной установки для управления ориентацией КА // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 3. С. 30–40.

4. Shabshelowitz Adam. Study of RF Plasma Technology Applied to Air-Breathing Electric Propulsion. Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Aerospace Engineering) in the University of Michigan. 2013. 188 p.

5. Goebel Dan M., Katz Ira. Fundamentals of electric propulsion: Ion and Hall Thruster. – JPL Space Science and Technology Series, Jhon Wiley & Sons. 2008.– 508 p.

6. Канев С.В., Петухов В.Г., Попов Г.А., Хартов С.А. Прямоточный электрореактивный двигатель для компенсации аэродинамического торможения низкоорбитальных космических аппаратов // Известия вузов. Авиационная техника. 2015. № 3. С. 35-40.

7. Loyan A.V., Roshanpour S. Helicon Electron source for operation with aggressive propellant. IEPC-2011-256 // Proc. of 30-th International Electric Propulsion Conference, 11-15 Sept. 2011, Wiesbaden, FRG. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2011index/IEPC-2011-...

8. Sato J., Torii N., Satoshi Kasagami, Ota C., Aoyagi J., Takegahara H. Effect on Electron Emission of Inductively Coupled Plasma Cathodes Length. IEPC-2013-435 // 33th International Electric Propulsion Conference, 6-10 Oct. 2013, Washington, USA. URL:http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2013index/psuhn12d.p...

9. Kuninaka H., Nishiyama K., Shimizu Y., Yamada T., Funaki I., Hosoda S., Koizumi H. Re-ignition of Microwave Discharge Ion Engines on Hayabusa for Homeward Journey. IEPC-2007-9 // 30th International Electric Propulsion Conference, 17-20 Sept. 2007, Florence, Italy. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2007index/IEPC-2007-009.pdf

10. Абгарян В.К., Лёб Х.В., Обухов В.А., Шкарбан И.И. Высокочастотные источники ионов инертных и химически активных газов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 8. C. 70-77.

11. Кралькина Е.А. Индуктивный высокочастотный разряд низкого давления и возможности оптимизации источников плазмы на его основе // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 5. C. 519-540.

12. Lotz B. Plasma physical and material physical aspects of the application of atmospheric gases as a propellant for Ion-Thruster of the RIT Type assessment. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy (Natural Sciences). University of Giessen (FB −07 Physics), May 2013, 139 p.

13. Loeb H.W., Schartner K.-H., Meyer B.K., Feili D., Weis St., Kirmse D. Forty Years of Giessen EP-Activities and the Recent RIT-Microthruster Development. IEPC-2005-031 // 29th International Electric Propulsion Conference, 31 Oct. 4 Nov. 2005, Princeton University, Princeton, USA. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2005index/031.pdf

14. Hatakeyama T., Irie M., Watanabe H., Okutsu A., Aoyagi J., Takegahara H. Preliminary study on Radio Frequency Neutralizer for Ion Engine. IEPC-2007-226 // 30th International Electric Propulsion Conference, 17-20 Sept. 2007, Florence, Italy. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2007index/IEPC-2007-226.pdf

15. Feili D., Collingwood C. M., Lotz B., Loeb H. W., Musso F., Di Cara D. Radio-Frequency Micro Thrusters and Their Applications // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35404

16. Raitses Y., Hendryx J.K., Fisch N.J. A Parametric Study of Electron Extraction from a Low Frequency Inductively coupled RF-Plasma Source. IEPC-2009-024 // 31st International Electric Propulsion Conference, 20-24 Sept. 2009, University of Michigan, USA. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2009index/IEPC-2009-...

17. Jahanbakhsh S., Celik M. Theoretical Investigation and Modeling of Current Extraction from a Radio-Frequency Cathode. AIAA 2014-3402 // AIAA Propulsion and Energy Forum 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 28-30 July 2014, Cleveland, Ohio, USA. DOI: 10.2514/6.2014-3402

18. Leiter H.J., Loeb H.W., Schartner K.-H. The RIT15 Ion Engines A survey of the present state of Radio Frequency Ion Thruster technology and its future potentiality // 3rd International Conference on Spacecraft Propulsion, 10-13 October 2000, Cannes, France. 2001, pp. 423-432. URL: https://www.researchgate.net/publication/234487517_The_RIT_15_Ion_Engines-_A_Survey_of_the_Present_State_of_Radio_Frequency_Ion_Thruster_Technology_and_its_Future_Potentiality

19. Абгарян В.К., Круглов К.И. Компьютерное моделирование тепловых процессов в высокочастотном ионном двигателе высокой мощности // Материалы XIX Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС 2015), Алушта, 2015. C. 25-27.

20. Калитин С.А., Обухов В.А, Шаламов М.М. Исследование интегральных характеристик инжектора смешанного пучка легких и тяжелых ионов // Вестник Московского авиационного института. 1995. T. 2. № 2. С. 34-38.

Скачать статью