Характеристики модели высокочастотного ионного двигателя с ускорением ионов скачком потенциала двойного слоя

Авторы

Петров А. К.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Ленинские горы, 1, Москва, 119991, Россия

e-mail: alpetrov57@gmail.com

Аннотация

В работе представлены характеристики трех моделей высокочастотного (ВЧ) индуктивного ионного двигателя. Ускорение ионов осуществляется скачком потенциала двойного слоя, возникающего на выходе ионного двигателя. Были исследованы закономерности возникновения двойного слоя и возможности управления скачком потенциала двойного слоя. Для этого были испытаны модели ионного двигателя при  отсутствии и наличии внешнего магнитного поля различной конфигурации, с выходным каналом различного диметра и длины, а также с дополнительным электродом, формирующим емкостную ветвь разряда. Получено, что использование расходящегося магнитного поля, уменьшение диаметра выходного канала и увеличение его длины, также как и наличие емкостной составляющей разряда приводят к увеличению энергии ускоренных ионов. Исследованные модели двигателя позволяют получать пучок ускоренных ионов  с энергиями от 10 до 300эВ и ионным током от 0 до 250мкА/см2 при подводимой мощности менее 300Ватт.

Ключевые слова:

электроракетные двигатели, ионные двигатели, высокочастотный, индуктивный разряд, геликоны, косые ленгмюровские волны

Библиографический список

1. Goebel D.M. and Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion, Hoboken, USA, Wiley, 2008.
2. Горшков О.А., Муравлев В.А., Шагайда А.А. «Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов», Машиностроение, Москва, 2008, 292с.
3. Charles C. Plasmas for spacecraft propulsion, Journal of Physics D: Applied Physics, 2009, vol. 42, no. 16, 2009, pp. 163001.
4. Charles C., Boswell R.W. Current-free double-layer formation in a high-density helicon discharge, Appl. Phys. Lett., 2003, vol. 82, no. 9, pp. 1356-1358.
5. Charles C., Boswell R.W., Takahashi K. Investigation of radiofrequency plasma sources for space travel, Plasma Phys. and Contr. Fusion, 2012, vol. 54, no. 12.
6. Charles C., Boswell R.W. Laboratory evidence of a supersonic ion beam generated by a current-free «helicon» double-layer, Physics of Plasmas, 2004, vol. 11, no. 4, pp. 1706-1714.
7. Arnush D. The role of Trivelpiece-Gould waves in antenna coupling to helicon waves, Physics of Plasmas, 2000, vol. 7, no. 7, pp. 3042-3050.
8. Blackwell D.D., Madziwa T.G., Arnush D., Chen F.F. Evidence for Trivelpiece-Gould modes in a Helicon discharge, Phys. Rev. Lett., 2002 APR, vol. 88(14).
9. Charles C., Boswell R.W., Laine R. and MacLellan P. An experimental investigation of alternative propellants for the helicon double layer thruster, Journal of Physics D: Applied Physics, 2008, vol. 41, no. 175213, pp. 1–6..
10. Кралькина Е.А. «Индуктивный высокочастотный разряд низкого давления и возможности опимизации источников плазмы на его основе».// Успехи физических наук; 2008;178:5, 519 — 540с.
11. Цаглов А.И., Лоян А.В., Кошелев Н.Н., Рыбалов О.П. «Исследование лабораточной модели геликонного двигателя с двойным слоем малой мощности». Авиационно-космическая техника и технология; 2010; 7(74):90-5.
12. Aleksandrov A.F., Bugrov G.E., Kerimova I.F., Kondranin S.G., Kralkina E.A., Pavlov V.B., Plaksin V.J., Rukhadze A.A., Vavilin K.V. Self-consistent model of an RF inductive plasma source located in an external magnetic field, Lomonosov Readings, MSU, Physical Faculty, April 18–25, 2003, Annotation, pp. 90–92.
13. Vavilin K.V., Rukhadze A.A., Ri K.M., Plaksin V.Y. Low-power RF plasma sources for technological applications: III. Helicon plasma sources, Technical Physics, 2004, vol. 49, no. 6, pp. 691-697.
14. Lafleur T., Charles C., Boswell R.W. Characterization of the ion beam formed in a low magnetic field helicon mode, Journal of Physics D: Applied Physics, 2011, vol. 44, no. 14.
15. Райзер ЮП «Физика газового разряда». Москва: Наука; 1992. 536 с.

Скачать статью