定置型プラズマ スラスタ (STP) または定置型プラズマ エンジンは、ホール効果スラスタとも呼ばれる電気スラスタの一種を指します。これは動電スラスターのカテゴリーに分類されます。
歴史的
この概念は 60 年代にソ連と米国で生まれました。主な開発と最適化は、1970 年代に特にアレクサンダー I. モロゾフが率いるロシアの研究チームによって行われました。この時から、ソ連は特定の衛星にそれらを装備し始めました。 1990 年以降、これらのスラスタに対する関心が確実に復活しました。Snecma などのメーカーは、完全に動作するさまざまなスラスタを提供しています。
動作原理
これは電場と磁場の組み合わせた作用を利用しており、荷電粒子を高速で推進することで荷電粒子に作用することが可能です。最も一般的に使用される推進ガスはキセノンです。キセノンは、高い原子量と低いイオン化エネルギー(約 12eV) の間で適切な妥協点が得られるように選択されます。
幾何学的説明
SPT は、連動する 2 つのセラミックシリンダーで構成されます。内部シリンダーの内側と外部シリンダーの外側には巻線があります。これらは、スラスターの出口ゾーンに特に強力な半径方向磁場を生成するために使用されます。円筒内の空間の底にはアノードがあります。中空陰極はシリンダーの外側にあります。アノードのレベルにはガス注入システムがあります。
物理
カソードからの電子は、電場の影響を受けてアノードに向かって移動しますが、磁場によってトラップされることに気づきます。
その後、それらの軌道は放射状の力線の周りを包みます。それらは 2 つのシリンダーの間を移動し、特にセラミックの壁に衝突します。
電子は壁の間を移動する間にキセノン原子と体積衝突を行います。一方、壁による衝撃は、電子の二次放出などのさまざまな現象（電子のエネルギーに応じて）を引き起こします。これは、円筒の出口面での電子密度をもう少し増加させることに寄与します。
電子は次の 2 つの役割を果たします。
- 衝撃（体積衝突）によるガス原子のイオン化を可能にします。
- イオンの加速を可能にする等電位線を作成します。
ボリューム衝突に関係する現象には、次の 3 つのタイプがあります。
- キセノン原子のイオン化。
- 弾性衝突。
- 原子の励起。
壁とのインタラクションには次のものがあります。
- 二次放出。
- 付属品。
- 反射。
また、カソードから放出される電子ジェットにより、出力イオン ビームを中和して、モーター、ひいては衛星がマイナスに帯電するのを防ぐことができます。
スラスターを構成するコイルは、アノードから徐々に増加し、スラスターの出口で最大に達し、外側で減少する半径方向の磁場を生成するために使用されます。さらに、スラスターの種類に応じたコイルの構成により、磁場は変動しますが、常にゼロではない縦方向成分を持ちます。後者は依然としてラジアル成分よりもはるかに低いです。この縦方向の磁場は、たとえ弱くても、特に出口面で磁力線の変形を引き起こします。これらの変形により、イオン ビームを発散させる一種の磁気レンズが生成されます。この現象はスラスターの全体的な性能を低下させます。これには次の 2 つの効果があります。
- セラミック壁の浸食。
- 推力の減少（イオンビームの「集中」が低下します）。
現在の応用と研究
これらのスラスターの推力は低い (数百 mN) ものの、比推力は高い (> 1000 秒)。これらは主に次の目的で使用されます。
SPT は、たとえば通信衛星にとって興味深いものです。化学推進剤と比較して、3,500 kg の衛星の重量を約 20% 節約し、7,000時間以上の寿命を持ちます。
現在、このタイプの推進剤の研究は主に ONERA、 CNRS 、LPTP (工科大学プラズマ物理技術研究室)、CNES によって継続的に行われています。彼らは主に、このタイプの推進剤の効率を改善し、最適化問題を解決することを目的としています。この研究では、数値シミュレーションと真空チャンバー実験により内部物理（粒子輸送現象、プラズマ物理）を理解します。
