펄스 유도 스러스터

Pulsed inductive thruster
펄스 유도성 스러스터의 단면도.[1] 중앙 노즐을 통해 가스가 이온화되는 평탄한 전자 코일을 향해 안쪽으로 뿜어져 나옵니다.[2] 플라즈마(분홍색)는 로렌츠 힘에 의해 후방으로 가속됩니다.

펄스 유도 스러스터(PIT)는 우주선 추진에 사용되는 이온 스러스터의 한 형태입니다.수직 전기장과 자기장을 이용해 전극 없이 추진제를 가속하는 플라즈마 추진 엔진입니다.

작동

노즐은 약 1m 직경의 평평한 나선형 유도 코일에 퍼지는 가스 연기를 방출합니다.콘덴서 뱅크는 10마이크로초 동안 지속되는 수십 킬로볼트의 고전압 전류 펄스를 코일에 방출하여 방사형 자기장을 생성합니다.이것은 기체에 원형 전장을 유도하여 전리시키고, 전하를 띤 입자(자유 전자 및 이온)가 전류의 원래 펄스와 반대 방향으로 회전하도록 합니다.이 유도전류의 운동은 자기장에 수직이기 때문에 플라즈마는 높은 배기속도(10~100km/s)[1]로 로렌츠력에 의해 우주로 가속된다.

이점

전계를 이용해 한 종(양 이온)만 가속하는 정전 이온 추진기와 달리 PIT는 준중성 플라즈마 내의 모든 하전 입자에 작용하는 로렌츠 체력을 사용합니다.대부분의 다른 이온 및 플라즈마 스러스터와 달리 전극(침식되기 쉬운 것)이 필요하지 않으며 초당 펄스 수를 늘리는 것만으로 전력을 확장할 수 있습니다.1메가와트 시스템은 초당 200회 펄스를 낼 것이다.

펄스 유도 스러스터는 펄스 당 일정한 방전 에너지를 유지하도록 펄스 속도를 조정함으로써 광범위한 입력 전력 레벨에 걸쳐 일정한 특정 임펄스 및 스러스트 효율을 유지할 수 있습니다.50%[2] 이상의 효율성을 입증했습니다.

펄스 유도 추력기는 물, 히드라진, 암모니아, 아르곤, 제논과 같은 광범위한 가스를 추진제로 사용할 수 있습니다.이러한 능력으로 인해, 화성 임무를 위해 PIT를 사용하는 것이 제안되었다: 궤도선은 [3]화성의 대기에서 이산화탄소를 퍼내고2, 가스를 압축하여, 행성을 도는 동안 귀환 여행이나 다른 행성 간 임무를 위해 저장 탱크에 액화시킴으로써 재급유를 할 수 있다.

개발

초기 개발은 1960년대 중반에 수행된 기본적인 개념 증명 연구로 시작되었다.NASA는 1980년대 초부터 이 장치에 대한 실험을 하고 있다.

PIT Mk V, VI 및 VII

NGST(Northrop Grumman Space Technology)는 NASA의 계약자로서 여러 개의 실험용 PIT를 만들었다.

첫 번째 기간(1965-1973) 동안의 연구 노력은 유도 전류 시트의 구조를 이해하고 추진제 주입과 이온화에 대한 다양한 개념을 평가하는 것을 목표로 했다.

두 번째 기간(1979–1988)에서는 Mk I 및 Mk IV 프로토타입의 제작과 함께 점진적인 설계 변경을 통해 진정한 추진 시스템을 개발하고 기본 설계의 성능을 향상시키는 데 더 초점을 맞췄다.

세 번째 기간(1991-현재)은 Mk V로 알려진 새로운 PIT 추진기 설계의 도입으로 시작되었다.Mk VI로 발전하여 Mk V 싱글샷 테스트를 재현하여 스러스터 성능을 완벽하게 특징짓습니다.중공 구리 튜브 구조의 개선된 코일과 개선된 추진제 밸브를 사용하지만 동일한 콘덴서와 [4]스위치를 사용하여 전기적으로는 Mk V와 동일합니다.Mk VII(2000년대 초반)는 Mk VI와 동일한 형상을 가지고 있지만 액체 냉각 코일, 긴 수명 캐패시터 및 고속의 고출력 솔리드 스테이트 스위치를 사용하여 높은 펄스 주파수와 장시간 발화용으로 설계되었습니다.Mk VII의 목표는 단일 스러스터에서 200kW의 입력 전력에서 정격 효율 및 임펄스 비트로 초당 최대 50개의 펄스를 시연하는 것입니다.Mk VII 설계는 최신 NuPIT(원자력 전기 PIT)[2]의 기반이다.

PIT는 실험실 환경에서 비교적 높은 성능을 얻었지만, 여전히 스위칭 기술과 에너지 저장소의 추가적인 진보를 필요로 하며, 핵 기반의 온보드 전원이 필요한 고출력 공간 애플리케이션에 실용화됩니다.

패러드

패러데이 가속기의 약자로 무선주파수 보조방전을 의미하는 FARAD는 PIT의 저전력 대안으로 현재 [5][6]기술을 이용한 우주 운용 가능성을 갖고 있다.

PIT에서는 유도 코일의 HV 펄스에 의해 추진제 이온화와 가속이 모두 이루어지며, FARAD는 전류 펄스에 의해 추진제가 가속되기 전에 별도의 유도성 RF 방전을 사용하여 추진제를 프리이온화한다.이 프리이온화를 통해 FARAD는 PIT보다 훨씬 낮은 방전 에너지(펄스당 100줄 대 펄스당 4킬로줄)에서 작동하며, 스러스터 [7]크기를 줄일 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ 데일리, CLee; Lovberg, Ralph H.(1993년 7월)."PIT MkV 펄스 유도 스러스터"NASA CR 191155.
  2. ^ a b Frisbee, Robert H.; Mikellides, Ioannis G. (July 2005). The Nuclear-Electric Pulsed Inductive Thruster (NuPIT): Mission Analysis for Prometheus (PDF). 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Tucson, Arizona. Retrieved July 4, 2017.
  3. ^ Polzin, Kurt A. (2012년 6월)화성 대기를 추진제로 사용한 펄스 유도 추진체(Pulsed Inductive Thruster)의 개념과 접근법.NASA.
  4. ^ Russell, Derrek; Dailey, C.; Goldstein, Wayne; Lovberg, Ralph; Poylio, James; Jackson, Bernard; Lovberg, Ralph H.; Dailey, C. Lee (September 2004). The PIT Mark VI Pulsed Inductive Thruster. Space 2004 Conference and Exhibit. San Diego. doi:10.2514/6.2004-6054.
  5. ^ Choueiri, Edgar Y.; Polzin, Kurt A. (July 2004). Faraday Acceleration with Radio-frequency Assisted Discharge (FARAD) (PDF). 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. Fort Lauderdale, Florida. doi:10.2514/6.2004-3940.
  6. ^ Dankanich, John W.; Polzin, Kurt A. (July 2008). Mission Assessment of the Faraday Accelerator with Radio-Frequency Assisted Discharge (FARAD) (PDF). 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. Hartford, CT. doi:10.2514/6.2008-4517. hdl:2060/20090001283.
  7. ^ Polzin, Kurt Alexander (June 2006). Faraday Accelerator with Radio-frequency Assisted Discharge (FARAD) (PDF) (Ph.D.). Princeton University.