Darbeli endüktif pervane - Pulsed inductive thruster

Darbeli bir endüktif iticinin kesit diyagramı. [1] Gaz, iyonize olduğu düz elektromanyetik bobine doğru merkezi bir nozuldan içeri doğru şişirilir. [2] Plazma (pembe) daha sonra Lorentz kuvveti tarafından arkaya doğru hızlandırılır.

Bir darbeli endüktif pervane (PIT) bir biçimdir iyon itici, kullanılan uzay aracı itme gücü. Bu bir plazma tahrik motoru dik kullanarak elektrik ve manyetik alanlar hızlandırmak için itici hayır ile elektrot.

Operasyon

Bir ağızlık düz bir spirallenme boyunca yayılan bir gaz püskürmesi serbest bırakır indüksiyon bobini nın-nin tel yaklaşık 1 metre çapında. Bir banka kapasitörler nabzı atar yüksek voltaj elektrik akımı Bobinde 10 mikrosaniye süren ve radyal bir manyetik alan oluşturan onlarca kilovolt. Bu indükler gazda dairesel bir elektrik alanı, iyonlaştırıcı o ve neden yüklü parçacıklar (Bedava elektronlar ve iyonlar ) orijinal akım darbesi olarak ters yönde dönmesi için. Bu indüklenen akım akışının hareketi manyetik alana dik olduğundan, plazma tarafından uzaya doğru hızlandırılır Lorentz kuvveti yüksek egzoz hızında (10 ila 100 km / s).[1]

Avantajları

Aksine elektrostatik iyon itici hangi kullanır Elektrik alanı sadece birini hızlandırmak Türler (pozitif iyonlar), bir PIT yarı-nötr bir plazma içindeki tüm yüklü parçacıklara etki eden Lorentz vücut kuvvetini kullanır. Diğer çoğu iyon ve plazma iticinin aksine, aynı zamanda elektrotlar (erozyona duyarlıdır) ve gücü, saniyedeki darbe sayısını artırarak basitçe ölçeklenebilir. A 1-megawatt sistem saniyede 200 kez nabız atıyordu.

Darbeli endüktif iticiler sabit tutabilir özgül dürtü ve darbe başına sabit bir deşarj enerjisi sağlamak için darbe oranını ayarlayarak çok çeşitli giriş gücü seviyeleri üzerinde itme verimliliği. % 50'den fazla verimlilik göstermiştir.[2]

Darbeli endüktif iticiler, itici olarak çok çeşitli gazları kullanabilir. Su, hidrazin, amonyak, argon, xenon... Bu yetenek nedeniyle, PIT'lerin Marslı görevler: bir yörünge aracı kepçe ile yakıt ikmali yapabilir CO2 -den Mars atmosferi, gazı sıkıştırmak ve sıvılaştırmak depolama tankları dönüş yolculuğu veya başka bir şey için gezegenler arası görev, gezegenin etrafında dönerken.[3]

Gelişmeler

Erken gelişme, 1960'ların ortalarında gerçekleştirilen temel kavram kanıtı çalışmaları ile başladı. NASA, 1980'lerin başından beri bu cihaz üzerinde deneyler yapıyor.

PIT Mk V, VI ve VII

NGST (Northrop Grumman Uzay Teknolojisi ), NASA için bir yüklenici olarak, birkaç deneysel PIT inşa etti.

İlk dönemdeki (1965-1973) araştırma çabaları, bir endüktif akım tabakasının yapısını anlamayı ve itici yakıt enjeksiyonu ve ön iyonizasyon için farklı kavramları değerlendirmeyi amaçladı.

İkinci dönemde (1979-1988), odak noktası daha çok gerçek bir tahrik sistemi geliştirmeye ve temel tasarımın performansını artan tasarım değişiklikleri yoluyla artırmaya kaydırıldı. Mk I ve Mk IV prototipler.

Üçüncü dönem (1991-bugün), PIT olarak bilinen yeni bir PIT itici tasarımının tanıtılmasıyla başladı. Mk V. Evrildi ve Mk VI, itici performansını tamamen karakterize eden Mk V tek atış testlerini yeniden üretmek için geliştirilmiştir. İçi boş bakır boru yapısına sahip geliştirilmiş bir bobin ve geliştirilmiş bir itici valf kullanır, ancak aynı kapasitörleri ve anahtarları kullanan Mk V ile elektriksel olarak aynıdır.[4] Mk VII (2000'lerin başı) Mk VI ile aynı geometriye sahiptir, ancak sıvı soğutmalı bobin, daha uzun ömürlü kapasitörler ve hızlı, yüksek güçlü katı hal anahtarları ile yüksek darbe frekansı ve uzun süreli ateşleme için tasarlanmıştır. Mk VII'nin amacı, tek bir pervanede 200 kW giriş gücünde nominal verimlilikte ve impuls bitinde saniyede 50'ye kadar atım göstermektir. Mk VII tasarımı, en yeni modellerin temelidir NuPIT (Nükleer-elektrik PIT).[2]

PIT, laboratuvar ortamında nispeten yüksek performans elde etti, ancak nükleer tabanlı yerleşik bir güç kaynağına ihtiyaç duyan yüksek güçlü uzay uygulamaları için pratik hale gelmeden önce anahtarlama teknolojisinde ve enerji depolamada ek ilerlemeler gerektiriyor.

FARAD

FARADanlamına gelen Radyo frekansı destekli deşarjlı Faraday hızlandırıcı, mevcut teknolojileri kullanarak uzay operasyonları potansiyeline sahip PIT'e göre daha düşük güçlü bir alternatiftir.[5][6]

PIT'de, hem itici iyonizasyonu hem de hızlanma, indüksiyon bobinindeki akımın HV darbesi ile gerçekleştirilirken, FARAD, akım darbesi tarafından hızlandırılmadan önce iticiyi önceden iyonize etmek için ayrı bir endüktif RF deşarjı kullanır. Bu ön iyonlaştırma, FARAD'ın PIT'den çok daha düşük deşarj enerjilerinde çalışmasına izin verir (darbe başına 100 jul vs darbe başına 4 kilojoule) ve iticinin boyutunda bir azalmaya izin verir.[7]

Referanslar

  1. ^ Dailey, C. Lee; Lovberg, Ralph H. (Temmuz 1993). "PIT MkV Darbeli Endüktif İtici". NASA CR 191155.
  2. ^ a b Frizbi, Robert H .; Mikellides, Ioannis G. (Temmuz 2005). Nükleer-Elektrik Darbeli Endüktif İtici (NuPIT): Prometheus için Görev Analizi (PDF). 41. AIAA / ASME / SAE / ASEE Ortak Tahrik Konferansı ve Sergisi. Tucson, Arizona. Alındı 4 Temmuz, 2017.
  3. ^ Polzin, Kurt A. (Haziran 2012). "Mars Atmosferini İtici Yakıt Olarak Kullanan Darbeli Endüktif İtici" Mars Keşfi için Kavramlar ve Yaklaşımlar. NASA.
  4. ^ Russell, Derrek; Dailey, C .; Goldstein, Wayne; Lovberg, Ralph; Poylio, James; Jackson, Bernard; Lovberg, Ralph H .; Dailey, C. Lee (Eylül 2004). PIT Mark VI Darbeli Endüktif İtici. Space 2004 Konferansı ve Sergisi. San Diego. doi:10.2514/6.2004-6054.
  5. ^ Choueiri, Edgar Y .; Polzin, Kurt A. (Temmuz 2004). Radyo Frekansı Destekli Deşarj (FARAD) ile Faraday İvmesi (PDF). 40. AIAA / ASME / SAE / ASEE Ortak Tahrik Konferansı ve Sergisi. Fort Lauderdale, Florida. doi:10.2514/6.2004-3940.
  6. ^ Dankanich, John W .; Polzin, Kurt A. (Temmuz 2008). Faraday Hızlandırıcının Radyo Frekansı Destekli Boşalmalı Görev Değerlendirmesi (FARAD) (PDF). 44. AIAA / ASME / SAE / ASEE Ortak Tahrik Konferansı. Hartford, CT. doi:10.2514/6.2008-4517.
  7. ^ Polzin, Kurt Alexander (Haziran 2006). Radyo Frekansı Destekli Boşalmalı Faraday Hızlandırıcı (FARAD) (PDF) (Doktora). Princeton Üniversitesi.