Hall-asema

Valikoima venäläisiä hallikäyttöjä
American Hall -asema käytössä (Xenon)

Hall-asema tai Hall-asema ( Englanti Hall-Thruster , Hall Thruster ) on ioni keulapotkuri , jossa magneettikenttä lisää tehokkuutta estämällä elektronit pääsemästä anodi . Tämän tyyppisillä ionilähteillä korkeat työntötehokkuudet ja pitkä käyttöikä ovat mahdollisia, jopa suurilla tehoilla jopa 100 kW: n alueelle. Aikaisemmin avaruusaluksilla käytetyille potkureille oli kuitenkin käytettävissä vain muutama 100 - 1000  W , joiden seurauksena työntövoimat olivat 10 - 100  mN .

Kuten muiden ionimoottori, ksenon on tyypillisesti käytetään niin tukevat massa , positiiviset ionit , jotka kiihdytetään nopeudet välillä 10 ja 80 km / s jota sähkökentän .

historia

Ionikäyttöjen tutkimus ja kehitys ulottuvat 1960-luvulle, etenkin Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitossa. Samalla kun kokeita tehtiin ruudukko-ionilähteillä Yhdysvalloissa , Kaliningradissa toimiva yritys FAKEL toi Hall-ilmiön siihen pisteeseen, jossa se oli valmis lentoon. METEOR- satelliitin onnistuneen ensimmäisen käytön jälkeen vuonna 1971 yli 50 satelliittia on varustettu FAKELin taajuusmuuttajilla.

Kylmän sodan aikana, mutta varsinkin rautaesiripun avaamisen jälkeen , Hall- ajotekniikkaa vietiin länsimaailmaan ja kehitys Ranskassa ( SNECMA ), Italiassa ( Sitael , entinen Alta) ja Yhdysvalloissa ( Busek , Aerojet , JPL , NASA) ja Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuslaboratoriot ) tekivät osittain lentosovelluksiin ja kaupalliseen markkinointiin. Joissa SMART-1 , ensimmäinen eurooppalainen Hall ajomatkan PPS 1350 oli onnistuneesti käytetty lentoa tehtävän vuonna 2003 . American Hall -ajoneuvon (Busek) ensimmäinen koelento tapahtui vuonna 2006, ensimmäinen amerikkalainen lentosovellus tällaisella käytöllä (Aerojet) vuonna 2010. Saksankielisissä maissa Hall-käyttöjä tutkittiin Stuttgartin DLR: ssä. 1960- ja 1970-luvut, mutta nämä eivät ole tällä hetkellä tunnettuja tutkimus- ja kehitystoimia.

Myös Itä-Aasiassa, erityisesti Japanissa, Hall-taajuusmuuttajia on tutkittu ja kehitetty 1980-luvulta lähtien. Vuonna 2012 Kiina testasi ajoa Shijian 9A -teknologiasatelliitilla , ja Etelä-Korea seurasi vuonna 2013 koeajoa STSAT 3: lla ja DubaiSat 2: lla .

NASA rahoitti korkean suorituskyvyn Hall ohjauspotkureita Aerojet Rocketdynen 2016-2019 67 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria.

Asettelu ja toiminta

Alussa eri tutkimusryhmät kokeilivat samanlaisia ​​malleja, joille on luotu eri nimet:

  • Aja laajalla kiihdytyskanavalla: engl. Kiinteä plasmapotkuri (SPT), venäläinen стационарный плазменный двигатель (СПД). Vaihtoehtoiset nimet ovat ranskalainen käyttövoima Plasmique Stationaire (PPS) tai englanti. Magneettikerrostyyppi (saksalainen magneettikerroskäyttö )
  • Aja kapealla kiihdytyskanavalla: engl. Työntövoimalaitetta Anodikerroksessa (TAL), venäläinen двигатель с анодным слоем (ДАС)
Poikkileikkaus SPT Hall -aseman kautta

Molemmilla tyypeillä on yhteinen toisella puolella avoin rengasmainen rako, joka TAL: ssa muodostaa täysin metallisen onton anodin. SPT: ssä anodi on rajoitettu kanavan pohjaan, kun taas sivuseinät ovat keraamisia, esim. B. boorinitridistä . Materiaalin valinta on ratkaiseva moottorin käyttöiän kannalta. Tukimassana toimiva kaasu mitataan kanavan pohjalle. Kanavaa ympäröi keskitetysti magneettijärjestelmä, joka muodostuu usein keloista, mutta satunnaisesti käytetään myös kestomagneetteja. Magneettikenttä tunkeutuu kanavaan suunnilleen säteen suunnassa.

Elektroneja lähetetään ulkoisesti kiinnitetystä katodista . Avaruusvarauksen vuoksi ne seuraavat suurelta osin ionisädettä ja neutraloivat sen. Kiihtyvä jännite vetää pienemmän osan kohti anodia. Magneettikenttä ohjaa ne pyöreille kiertoradoille kanavan eteen ja sisään, jolloin elektronien kiertoradan nopeutta säädetään siten, että sähköstaattiset ja Lorentz- voimat vain kompensoivat toisiaan (kuten Hall-efektillä , joten moottorin nimi). . Sähkökenttä välillä anodin ja tila vastaa kiertolähestymisminimin elektroneja. By iskuionisaatiolla ylimääräisiä vapaita elektroneja ja ioneja. Lyhyen pudotuksen jälkeen anodin suuntaan toissijaisilla elektronilla on pyöreä kiertoradan nopeus, ja iskuelektronien energiahäviöt kompensoidaan myös kulkemalla anodin suuntaan. Se, että ajovirta on suhteellisen pieni, on tärkeää moottorin energiatehokkuuden kannalta. Paljon suurempi rengasvirta on tärkeä tukimassan täydellisimmälle mahdolliselle ionisaatiolle, koska tyhjiössä toimiessaan kaasun tiheys on liian pieni muutamille ioneille, jotta ne voisivat kuljettaa neutraalia kaasua törmäysten kautta.

Sähkökenttä kiihdyttää ioneja aksiaalisesti raosta. Koska niiden massa on tuhansia kertoja suurempi, niiden nopeus on paljon hitaampi kuin elektronien, joten ne tuskin vaikuttavat magneettikenttään. Siitä huolimatta 10-80 km / s poistumisnopeus on paljon suurempi kuin perinteisillä kemiallisilla moottoreilla.

Monien vuosien optimointi on johtanut lentomalleihin, joiden työntöteho on yli 50%, minkä vuoksi näiden moottoreiden käyttö on niin houkuttelevaa. Kokeellisissa malleissa on jo saavutettu jopa 75 prosentin hyötysuhde.

kirjallisuus

  • Dan M.Goebel ym.: Sähkökäyttöisen työn perusteet - Ion- ja Hall-potkurit. Wiley, Hoboken 2008, ISBN 978-0-470-42927-3 .

nettilinkit

Yksittäiset todisteet

  1. ^ NASA pyrkii parantamaan aurinkosähköä syvän avaruuden tutkimiseen. NASA, 19. huhtikuuta 2016, käytti 27. huhtikuuta 2016 .