イオン エンジンは、静電場による荷電粒子 (イオン) の加速に基づいています。
物理原理
静電界内の荷電粒子は、電界とその電荷に比例する力を受けます。
この力によって粒子が加速されます。
この原理の単純さに加えて、イオン推進は真に効率的なエンジンを得るために複雑さを高めます。
技術的な説明
イオンスラスターは基本的に 3 つの要素で構成されます。
- イオン源: つまり、イオンを電子から分離できるイオン化装置です。私たちは主に、さまざまなソースを利用して、均一な電荷を持つイオンを大量に生成することを目指しています。
- 接触イオン化。
- 電気アーク;
- 高周波誘導。
- 加速および集束部分: 生成されるイオンのビームを加速し、整形します。
- 中和システム: 電子とイオンの再結合を可能にし、スラスターおよびそれに関連する宇宙システム (衛星、探査機など) に空間電荷が発生するのを防ぐ中空陰極。
使用される主な推進剤は、セシウム、ナトリウム、リチウム、プラチナ、キセノンです。最もよく使用されるのは後者です。美しい青みを帯びた色を放ちます。
機能している
イオンを生成する 2 つの主な方法:
- プラズマの生成によるイオン化: HF 源または電気アークのいずれかによる。
次に、イオンは、最初の一連の電極を使用してビームの形で集束されます。次に、別の一連の電極、つまりグリッドがそれらを加速してスラスターから遠ざけます。最後に、電子放出システムがビームを中和する役割を果たします。
特徴と用途
推進ガスのイオン化というまさにその原理により、これらのエンジンは真空環境(宇宙または試験室) でのみ動作します。
推力はわずか数十分のニュートンで、20 cm 離れた手にある人間の呼吸に相当するため、その使用は軌道維持ミッション、またはより一般的には重力場の弱い領域に限定されます。
これらのタイプのスラスターの比推力は 5,000 ～ 25,000 秒と大きくなります。
このタイプのエンジンは自動探査ミッション (探査機) に非常に適しており、当初は火星のような遠隔地での有人ミッションについて非常に真剣に検討されています。
出力イオン電流は、このタイプのスラスタでは重要なパラメータです。これは、出射面を横切る電荷の合計 (表面上の積分) と電荷の平均速度による一次近似として計算できます。出力されるイオン電流からスラスタの推力を簡単に計算できます。
例
遠隔ミッションの場合:
注 SMART-1 は、上記の加速ゲートイオン エンジンとはわずかに異なる技術のホール効果プラズマエンジン(PPS1350) を使用しました。