Привод холла

Подборка приводов русских залов
Привод American Hall в работе (ксенон)

Привод Холла или эффект Холла привода ( английский эффекта Холла Движитель , зал Движитель ) представляет собой ионный ракетный двигатель , в котором магнитное поле увеличивает эффективность за счет предотвращения электронов от достижения к аноду . Этот тип ионного источника обеспечивает высокую эффективность тяги и длительный срок службы даже при высоких мощностях до диапазона 100 кВт. Однако для двигателей, ранее использовавшихся на космических кораблях , было доступно лишь несколько двигателей мощностью от 100 до 1000  Вт , что давало силу тяги от 10 до 100  мН .

Как и в случае других ионных двигателей, ксенона является , как правило , используется в качестве опорной массы , положительные ионы , которые ускоряются до скорости от 10 до 80 км / с помощью электрического поля .

история

Исследования и разработки ионных приводов восходят к 1960-м годам, особенно в США и Советском Союзе. Пока в США проводились эксперименты с сеточными ионными источниками , калининградская компания FAKEL довела привод на эффекте Холла до состояния готовности к полету. С момента успешного первого использования в 1971 году на спутнике METEOR более 50 спутников были оснащены приводами FAKEL.

Во время холодной войны, но особенно после открытия железного занавеса , приводные технологии Холла экспортировались в западный мир, а разработки во Франции ( SNECMA ), Италии ( Sitael , ранее Alta) и США ( Busek , Aerojet , JPL , NASA). и Исследовательские лаборатории ВВС США ) частично связаны с полетами и коммерческим маркетингом. С SMART-1 первый привод PPS 1350 европейского холла был успешно использован для полета в 2003 году . Первый испытательный полет американского привода Холла (Busek) состоялся в 2006 году, первое американское летное приложение с таким приводом (Aerojet) - в 2010 году. В немецкоязычных странах исследования приводов Холла проводились в DLR Stuttgart в г. 1960-е и 1970-е годы, но в настоящее время это неизвестные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.

В Восточной Азии, особенно в Японии, приводы Холла исследуются и разрабатываются с 1980-х годов. В 2012 году Китай испытал двигатель технологического спутника Shijian 9A , а Южная Корея в 2013 году провела тест-драйв на спутнике STSAT 3 и DubaiSat 2 .

NASA финансирует разработку высокоэффективного эффекта Холла двигателей на Аэроджете Rocketdyne 2016-2019 гг с 67 млн долларов США.

Внешний вид и функции

Вначале разные исследовательские группы экспериментировали с похожими проектами, для которых были установлены разные названия:

  • Привод с широким каналом разгона: англ. Стационарный плазменный двигатель (СПД), Русский стационарный плазменный двигатель (СПД). Альтернативные названия - французский Propulsion Plasmique Stationaire (PPS) или английский язык. Магнитослойный тип (немецкий привод магнитного слоя )
  • Привод с узким каналом разгона: англ. Двигатель с анодным слоем (ТАЛ), Русский двигатель с анодным слоем (ДАС)
Поперечное сечение привода Холла SPT

Оба типа имеют общий кольцевой зазор, открытый с одной стороны, который в TAL образует полностью металлический полый анод. В SPT анод ограничен основанием канала, а боковые стенки керамические, например. Б. из нитрида бора . Выбор материала имеет решающее значение для срока службы двигателя. Газ, служащий опорной массой, дозируется на дно канала. Канал концентрически окружен магнитной системой, которая часто состоит из катушек, но иногда также используются постоянные магниты. Магнитное поле проникает в канал примерно в радиальном направлении.

Электроны испускаются с прикрепленного извне катода . Из-за пространственного заряда они в значительной степени следуют за ионным пучком и нейтрализуют его. Меньшая часть притягивается к аноду ускоряющим напряжением. Магнитное поле направляет их по круговым орбитам перед каналом и в нем, при этом орбитальная скорость электронов регулируется так, что электростатические силы и силы Лоренца просто компенсируют друг друга (как в случае с эффектом Холла , отсюда и название двигателя). . Электрическое поле существует между анодом и пространственным зарядом кружась электронов. Путем ударной ионизации дополнительные свободные электроны и ионы. После короткого падения в направлении анода вторичные электроны имеют круговую орбитальную скорость, и потери энергии ударяющихся электронов также компенсируются дрейфом в направлении анода. Тот факт, что дрейфовый ток относительно мал, важен для энергоэффективности двигателя. Намного более высокий кольцевой ток важен для наиболее полной возможной ионизации поддерживающей массы, потому что при работе в вакууме плотность газа слишком мала для того, чтобы несколько ионов могли унести нейтральный газ в результате столкновений.

Электрическое поле ускоряет ионы аксиально из зазора. Из-за того, что их масса в тысячи раз выше, их скорость намного ниже, чем у электронов, поэтому они почти не влияют на магнитное поле. Тем не менее, выходная скорость от 10 до 80 км / с намного выше, чем у обычных химических двигателей.

Результатом многолетней оптимизации стали летные модели с эффективностью тяги более 50%, поэтому использование этих двигателей так привлекательно. В экспериментальных моделях уже достигнуты уровни эффективности до 75%.

литература

  • Дэн М. Гебель и др.: Основы электрического движения - ионные и холловские двигатели. Wiley, Hoboken 2008, ISBN 978-0-470-42927-3 .

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ^ НАСА работает над улучшением солнечной электрической тяги для исследования глубокого космоса. NASA, 19 апреля 2016, доступ к 27 апреля 2016 .