Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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WO 2017/037062
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PROPULSEUR IONIQUE A GRILLE AVEC AGENT PROPULSIF SOLIDE INTEGRE
L'invention concerne un propulseur plasma comportant un
propergol solide intégré.
L'invention concerne plus précisément un propulseur ionique, à
grille, comportant un propergol solide intégré.
L'invention pourra trouver application pour un satellite ou une
sonde spatiale.
Plus particulièrement, l'invention pourra trouver application pour
des petits satellites. Typiquement, l'invention trouvera une application pour
des
satellites présentant une masse comprise entre 6kg et 100kg, pouvant
éventuellement aller jusqu'à 500kg. Un cas particulièrement intéressant
d'application concerne le CubeSat dont un module (U) de base fait moins
d'1kg et présente des dimensions de 10cm*10cm*10cm. Le propulseur plasma
selon l'invention peut en particulier être intégré dans un module 1U ou un
demi-
module (1/2U) et utilisé dans des empilements de plusieurs modules par 2 (2U),
3 (3U), 6 (6U), 12 (12U) ou plus.
Un propulseur plasma à propergol solide a déjà été proposé.
On peut les classer en deux catégories, selon qu'ils mettent en
uvre une chambre à plasma ou non.
Dans l'article de Keidar & al., Electric propulsion for small
satellites , Plasma Phys. Control. Fusion, 57 (2015) (D1), différentes
techniques sont décrites pour générer un plasma à partir d'un propergol
solide,
toutes basées sur une ablation d'un propergol solide. Le propergol solide
donne
directement sur l'espace extérieur, à savoir l'espace pour des satellites ou
sondes spatiales, sans chambre plasma.
Selon une première technique, on dispose du téflon (propergol
solide) entre une anode et une cathode entre lesquelles on réalise une
décharge électrique. Cette décharge électrique provoque l'ablation du téflon
son ionisation et son accélération principalement par voie électromagnétique
pour générer un faisceau d'ions directement dans l'espace externe.
Selon une deuxième technique, on utilise un faisceau laser
pour réaliser l'ablation et l'ionisation d'un propergol solide, par exemple du
PVC
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ou du Kapton0. L'accélération des ions est généralement réalisée par voie
électromagnétique.
Selon une troisième technique, on dispose un isolant entre une
anode et une cathode, le tout étant sous vide. La cathode, métallique, sert de
matériau d'ablation pour générer des ions. L'accélération s'effectue par voie
électromagnétique.
Les techniques décrites dans ce document permettent d'obtenir
un propulseur relativement compact. En effet, le propergol solide est ablaté,
ionisé et les ions sont accélérés pour assurer la propulsion avec un
dispositif
tout-en-un.
Toutefois, la conséquence est qu'il n'y a pas de contrôle séparé
de la sublimation du propergol solide, du plasma et du faisceau d'ions.
En particulier, le faisceau d'ions est plus ou moins contrôlé du
fait qu'il n y a pas de moyens séparés pour contrôler la densité du plasma
induit par l'ablation du propergol solide et la vitesse des ions. En
conséquence,
fa poussée et l'impulsion spécifique du propulseur ne peuvent pas être
contrôlées séparément.
On n'a généralement pas ce type d'inconvénients lorsqu'une
chambre à plasma est mise en oeuvre.
L'article de Polzin & al., lodine Hall Thruster Propellant Feed
System for a CubeSat , American Institute of Aeronautics and Astronautics
(D2) propose un système d'alimentation en propergol solide pour un propulseur
fonctionnant par effet Hall.
Ce système d'alimentation est utilisable pour tout propulseur
mettant en oeuvre une chambre à plasma.
En effet, dans l'article D2, le propergol solide (iode 12, en
l'occurrence) est stocké dans un réservoir. Un moyen de chauffage est associé
au réservoir. Ce moyen de chauffage peut être un élément apte à recevoir un
rayonnement externe, placé sur l'extérieur du réservoir. Ainsi, lorsque le
réservoir est chauffé, le diiode est sublimé. Le diiode à l'état de gaz sort
du
réservoir et est dirigé vers une chambre, située à distance du réservoir, où
il est
ionisé pour former un plasma. L'ionisation est réalisée, dans le cas d'espèce,
par effet Hall. Le débit de gaz entrant dans la chambre plasma est contrôlé
par
une valve disposée entre le réservoir et cette chambre. On peut ainsi réaliser
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un meilleur contrôle de la sublimation du diiode et des caractéristiques du
plasma, par rapport aux techniques décrites dans le document Dl.
Par ailleurs, les caractéristiques du faisceau d'ions sortant de la
chambre peuvent alors être contrôlées par un moyen d'extraction et
d'accélération des ions séparés des moyens mis en oeuvre pour sublimer le
propergol solide et générer le plasma.
Ce système présente donc de nombreux avantages par rapport
à ceux décrits dans le document Dl.
Toutefois, dans le document D2, la présence d'un tel système
d'alimentation rend le propulseur plasma peu compact et en conséquence, peu
envisageable pour des petits satellites, en particulier pour un module de type
CubeSat .
Dans US 8 610 356 (D3), il est également proposé un système
utilisant un propergol tel que l'iode (12) stocké dans un réservoir situé à
distance
d'une chambre plasma. Le contrôle du débit de gaz de diiode sortant du
réservoir est réalisé par des capteurs de température et pression installés en
sortie du réservoir et reliés à une boucle de contrôle de la température du
réservoir.
Là également, le système est peu compact.
Dans le même type de système que ceux proposés dans les
documents D2 ou D3, on peut encore citer le document US 6 609 363 (D4).
Il convient de noter qu'un propulseur plasma à propergol
intégré dans une chambre plasma a déjà été proposé dans US 7 059 111 (D5).
Ce propulseur plasma, basé sur l'effet Hall, est donc susceptible d'être plus
compact que celui proposé dans les documents D2, D3 ou D4. Il est également
susceptible de mieux contrôler l'évaporation du propergol, le plasma et
l'extraction des ions, par rapport au document Dl. Toutefois, le propergol est
stocké à l'état liquide et utilise un système additionnel d'électrodes pour
contrôler le débit de gaz sortant du réservoir.
Un objectif de l'invention est de pallier l'un au moins des
inconvénients précités.
Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un propulseur
ionique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une chambre,
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- un réservoir comprenant un propergol solide, ledit réservoir étant logé dans
la
chambre et comportant une enveloppe conductrice munie d'au moins un
orifice ;
- un ensemble de moyens pour former un plasma ions-électrons dans la
chambre, ledit ensemble étant apte à sublimer le propergol solide dans le
réservoir pour former un propergol à l'état de gaz, puis à générer ledit
plasma
dans la chambre à partir du propergol à l'état de gaz provenant du réservoir à
travers ledit au moins orifice ;
- un moyen d'extraction et d'accélération d'au moins les ions du plasma hors
de
la chambre, ledit moyen d'extraction et d'accélération comprenant :
= soit une électrode logée dans la chambre à laquelle est associée une
grille située à une extrémité de la chambre, ladite électrode présentant
une surface plus importante que la surface de la grille,
= soit un ensemble d'au moins deux grilles situées à une extrémité de la
chambre ;
- une source de tension continue ou une source de tension alternative
radiofréquence disposée en série avec un condensateur et adaptée pour
générer un signal dont la radiofréquence est comprise entre la fréquence
plasma des ions et la fréquence plasma des électrons, ladite source de tension
continue ou alternative radiofréquence étant connectée, par l'une de ses
sorties, au moyen d'extraction et d'accélération d'au moins les ions du plasma
hors de la chambre, et plus précisément:
= soit à l'électrode,
= soit à l'une des grilles dudit ensemble d'au moins deux grilles,
la grille associée à l'électrode ou, selon le cas, l'autre grille dudit
ensemble d'au
moins deux grilles étant soit mise à un potentiel de référence, soit connectée
à
l'autre des sorties de ladite source de tension alternative radiofréquence ;
ledit moyen d'extraction et d'accélération et ladite source de tension
continue
ou alternative radiofréquence permettant de former, en sortie de la chambre,
un
faisceau comportant au moins des ions.
Le propulseur pourra également comprendre l'une au moins
des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- la source de tension connectée au moyen d'extraction et
d'accélération
est une source de tension alternative radiofréquence, et l'ensemble de
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moyens pour former le plasma ions-électrons comprend au moins une
bobine alimentée par cette même source de tension alternative
radiofréquence par l'intermédiaire d'un moyen pour gérer le signal fourni
par ladite source de tension radiofréquence en direction d'une part, de
5 ladite au moins une bobine et d'autre part, du moyen d'extraction et
d'accélération, pour former un faisceau d'ions et d'électrons en sortie de
la chambre ;
- l'ensemble de moyens pour former le plasma ions -électrons
comprend au moins une bobine alimentée par une source de tension
alternative radiofréquence différente de la source de tension continue
ou alternative radiofréquence connectée au moyen d'extraction et
d'accélération ou au moins une antenne micro-ondes alimentée par une
source de tension alternative micro-ondes ;
- la
source de tension connectée au moyen d'extraction et d'accélération
est une source de tension alternative radiofréquence, pour former, en
sortie de la chambre, un faisceau d'ions et d'électrons ;
- le moyen d'extraction et d'accélération est un ensemble d'au moins
deux
grilles situées à une extrémité de la chambre, l'électroneutralité du
faisceau d'ions et d'électrons est obtenue au moins en partie par réglage
de la durée d'application des potentiels positifs et/ou négatifs issus de la
source de tension alternative radiofréquence connectée au moyen
d'extraction et d'accélération ;
- le
moyen d'extraction et d'accélération est un ensemble d'au moins deux
grilles situées à une extrémité de la chambre, l'électroneutralité du
faisceau d'ions et d'électrons est obtenue au moins en partie par réglage
de l'amplitude des potentiels positifs et/ou négatifs issus de la source de
tension alternative radiofréquence connectée au moyen d'extraction et
d'accélération ;
- la
source de tension connectée au moyen d'extraction et d'accélération
est une source de tension continue, pour former, en sortie de la
chambre, un faisceau d'ions, le propulseur comprenant en outre des
moyens pour injecter des électrons dans ledit faisceau d'ions afin
d'assurer une électroneutralité ;
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- le réservoir comporte une membrane située entre le propergol solide
et
l'enveloppe munie d'au moins un orifice, ladite membrane comportant
au moins un orifice, la surface de la ou chaque orifice de la membrane
étant plus grande que la surface de la ou chaque orifice de l'enveloppe
du réservoir ;
- la ou chaque grille présente des orifices dont la forme est choisie
parmi
les formes suivantes : circulaires, carrés, rectangles ou en formes de
fentes, notamment de fentes parallèles ;
- la ou chaque grille présente des orifices circulaires, dont le
diamètre est
compris entre 0,2mm et 10mm, par exemple entre 0,5mm et 2mm ;
- lorsque le moyen d'extraction et d'accélération hors de la chambre
comprend un ensemble d'au moins deux grilles situées à l'extrémité de
la chambre, la distance entre les deux grilles est comprise entre 0,2mm
et lOmm, par exemple entre 0,5mm et 2mm ;
- le propergol solide est choisi parmi : le diiode, le diiode mélangé à
d'autres composants chimiques, le ferrocène, l'adamantane ou l'arsenic.
L'invention concerne également un satellite comprenant un
propulseur selon l'invention et une source d'énergie, par exemple une batterie
ou un panneau solaire, connectée à la ou chaque source de tension continue
ou alternative du propulseur.
L'invention concerne également une sonde spatiale
comprenant un propulseur selon l'invention et une source d'énergie, par
exemple une batterie ou un panneau solaire, connectée à la ou chaque source
de tension continue ou alternative du propulseur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et
caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description qui suit et qui est faite au regard des figures annexées, sur
lesquelles :
la figure 1 est une vue schématique d'un propulseur plasma selon un
premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique d'une variante au premier mode de
réalisation représenté sur la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique d'une autre variante au premier
mode de réalisation représenté sur la figure 1 ;
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la figure 4 est une vue schématique d'une autre variante au premier
mode de réalisation représenté sur la figure 1 ;
la figure 5 est une vue schématique d'un propulseur plasma selon un
deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 6 est une vue schématique d'une variante au deuxième mode
de réalisation représenté sur la figure 5;
la figure 7 est une vue schématique d'une autre variante au deuxième
mode de réalisation représenté sur la figure 5;
la figure 8 est une vue schématique d'une autre variante au deuxième
mode de réalisation représenté sur la figure 5;
la figure 9 est une vue schématique d'une variante de réalisation du
propulseur plasma représenté sur la figure 8
la figure 10 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation
de l'invention ;
- la figure 11 est une vue en coupe d'un réservoir à propergol solide
susceptible d'être employé dans un propulseur plasma selon l'invention, quel
que soit le mode de réalisation envisagé, avec son environnement permettant
son montage à l'intérieur de la chambre plasma ;
la figure 12 est une vue éclatée du réservoir représenté sur la figure 9;
- la figure 13 est une courbe fournissant, dans le cas du diiode (12)
utilisé
comme propergol solide, l'évolution de la pression de vapeurs de diode en
fonction de la température ;
la figure 14 représente, de façon schématique, un satellite comportant un
propulseur plasma selon l'invention ;
- la figure 15 représente, de façon schématique, une sonde spatiale
comportant un propulseur plasma selon l'invention.
Un premier mode de réalisation d'un propulseur ionique 100
selon l'invention est représenté sur la figure 1.
Le propulseur 100 comporte une chambre 10 à plasma et un
réservoir 20 de propergol solide PS logé dans la chambre 10. Plus précisément,
le réservoir 20 comporte une enveloppe conductrice 21 comportant le propergol
solide PS, cette enveloppe 21 étant munie d'un ou plusieurs orifices 22. Le
fait
de loger le réservoir 20 de propergol solide dans la chambre 10 confère au
propulseur une compacité plus grande.
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Le propulseur 100 comporte également une source de tension
alternative radiofréquence 30 et une ou plusieurs bobines 40 alimentée(s) par
la
source de tension alternative radiofréquence 30. La ou chaque bobine 40 peut
présenter un ou plusieurs enroulement(s). Sur la figure 1, une seule bobine 40
comportant plusieurs enroulements est prévue.
La bobine 40, alimentée par la source de tension alternative
radiofréquence 30, induit un courant dans le réservoir 20, lequel est
conducteur
(courant de Foucault). Le courant induit dans le réservoir provoque un effet
Joule qui chauffe le réservoir 20. La chaleur ainsi produite se transmet au
propergol solide PS par conduction thermique et/ou rayonnement thermique. Le
chauffage du propergol solide PS permet alors de sublimer celui-ci, le
propergol
étant ainsi mis à l'état de gaz. Puis, le propergol à l'état de gaz passe
ensuite à
travers la ou les orifice(s) 22 du réservoir 20, en direction de la chambre
10. Ce
même ensemble 30, 40 permet par ailleurs de générer un plasma dans la
chambre 10 en ionisant le propergol à l'état de gaz qui est dans la chambre
10.
Le plasma ainsi formé sera généralement un plasma ions-électrons (il convient
de noter que, la chambre plasma comprendra également des espèces neutres
¨ propergol à l'état de gaz ¨ car, généralement, tout le gaz n'est pas ionisé
pour
former le plasma).
Une même source 30 de tension alternative radiofréquence est
donc utilisée pour sublimer le propergol solide PS et créer le plasma dans la
chambre 10. Dans le cas d'espèce, une seule bobine 40 est également
employée à cet effet. Toutefois, il est envisageable de prévoir plusieurs
bobines, par exemple une bobine pour sublimer le propergol solide PS et une
bobine pour créer le plasma. En utilisant plusieurs bobines 40, il est alors
possible d'augmenter la longueur de la chambre 10.
Plus précisément, la chambre 10 et le réservoir 20 sont
initialement à une même température.
Lorsque la source 30 est mise en uvre, la température du
réservoir 20, chauffé par la ou les bobine(s) 40, augmente. La température du
propergol solide PS augmente également, le propergol étant en contact
thermique avec l'enveloppe 21 du réservoir.
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Cela provoque une sublimation du propergol solide PS, au sein
du réservoir 20, et par suite une augmentation de la pression P1 de propergol
à
l'état de gaz au sein du réservoir 20 accompagnant l'augmentation de
température T1 dans ce réservoir.
Puis, sous l'effet de la différence de pression entre le réservoir
20 et la chambre 10, le propergol à l'état de gaz passent à travers le ou
chaque
orifice 22 en direction de la chambre 10.
Lorsque les conditions de température et de pression sont
suffisamment importantes dans la chambre 10, l'ensemble formé par la source
30 et la ou les bobine(s) 40 permet de générer le plasma dans la chambre 10. A
ce stade, le propergol solide PS est alors plus amplement chauffé par les
particules chargées du plasma, la ou les bobine(s) étant écrantées par la
présence de la gaine dans le plasma (effet de peau) ainsi que par la présence
des particules chargées elles-mêmes au sein du plasma.
En présence du plasma (propulseur en fonctionnement), il
convient de noter que la température du réservoir 20 peut être mieux contrôlée
par la présence d'un échangeur thermique (non représenté) connecté au
réservoir 20.
On peut prévoir un ou plusieurs orifice(s) 22 sur le réservoir 20,
cela n'a pas d'importance. Seule la surface totale de l'orifice ou, si
plusieurs
orifices sont prévus, de l'ensemble de ces orifices a une importance. Leur
dimensionnement dépendra de la nature du propergol solide employé, et des
paramètres de fonctionnement souhaités pour le plasma (température,
pression).
Ce dimensionnement s'effectuera donc au cas par cas.
De manière générale, le dimensïonnement du propulseur selon
l'invention reprendra les étapes suivantes.
Le volume de la chambre 10 est tout d'abord défini, ainsi que la
pression P2 de fonctionnement nominal souhaitée dans cette chambre 10 et le
débit massique m' d'ions positifs souhaité en sortie de la chambre 10. Ces
données peuvent être obtenues par modélisation numérique ou par des essais
de routine. Il est à noter que ce débit massique (m') est correspond
sensiblement à celui qu'on retrouve entre le réservoir 20 et la chambre 10.
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Ensuite, la température Ti souhaitée pour le réservoir 20 est
choisie.
Cette température Ti étant fixée, on peut connaître la pression
de propergol à l'état de gaz correspondante, à savoir la pression P1 de ce gaz
dans le réservoir 20 (cf. figure 13 dans le cas du diiode 12).
Connaissant ainsi P2, m', P1 et Ti, if est possible d'en déduire
la surface A de l'orifice ou, si plusieurs orifices sont prévus, de l'ensemble
des
orifices. Avantageusement, on prévoira cependant plusieurs orifices pour
assurer une répartition plus homogène du propergol à l'état de gaz au sein de
la charnbre 10.
Un exemple de dimensionnement est cependant fourni plus
Il est ensuite possible d'estimer la fuite de propergol à l'état de
gaz entre le réservoir 20 et la chambre 10 lorsque le propulseur 100 est à
l'arrêt. En effet, dans ce cas, la surface A des orifices est connue, tout
comme
Pl, Ti et P2, ce qui permet d'obtenir rn' (débit de fuite). En pratique, il
s'avère
qu'à l'arrêt, la fuite est minime par rapport au débit de propergol à l'état
de gaz
passant du réservoir 20 vers la chambre 10 en cours d'utilisation. C'est
pourquoi, dans le cadre de l'invention, la présence de valves au niveau des
orifices n'est pas obligatoire.
Pour le propergol solide, on peut envisager : du diiode (12), un
mélange de diiode (12) avec d'autres composants chimiques, de l'adamantane
(formule chimique brute : C101-116) ou du ferrocène (formule chimique brute :
Fe(C51-15)2). De l'arsenic peut également être employé, mais sa toxicité en
fait
un propergol solide dont l'utilisation est moins envisagée.
Avantageusement, on utilisera du diiode (12) comme propergol
solide.
Ce propergol présente en effet plusieurs avantages. On a
représenté sur la figure 13, une courbe fournissant, dans le cas du diiode
(12),
l'évolution de la pression P du gaz diiode en fonction de la température T.
Cette
courbe peut être approchée par la formule suivante :
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Log(P) = - 3512,8*(1/T) - 2,013*log(T) + 13,374 (FI)
avec :
P, la pression en Torr ;
T, la température en Kelvins.
Cette formule peut être obtenue dans The Vapor Pressure
lodine , G.P. Baxter, C.H. Hickey, W.C. Holmes, J. Am. Chem. Soc., 1907,
29(2) pp. 12-136. Cette formule est également citée dans The normal Vapor
Pressure of Crystalline lodine , L.J. Gillespie, & al., J. Am. Chem Soc.,
1936,
vol. 58(11), pp 2260-2263. Cette formule a fait l'objet de vérifications
expérimentales, par différents auteurs.
Lorsque le propulseur passe d'un mode arrêt à un mode de
fonctionnement nominal> on peut considérer que la température augmente
d'environ 50K. Dans la gamme de température comprise entre 300K et 400K,
on relève sur cette figure 13 que la pression du gaz diiode augmente
pratiquement d'un facteur 100, pour une augmentation de température de 50K.
Aussi, lorsque le propulseur est en mode arrêt, la fuite de gaz
diode à travers le ou chaque orifice 22 est très faible, et de l'ordre de 100
fois
inférieure à la quantité de gaz diiode traversant le ou les orifice(s) 22 en
direction de la chambre 10, lorsque le propulseur 100 est en fonctionnement
nominal.
Une différence plus importante entre la température de
fonctionnement nominale du propulseur selon l'invention et sa température à
l'arrêt ne fera que diminuer les pertes relatives par fuite de propergol à
l'état de
gaz.
En conséquence, un propulseur 100 selon l'invention utilisant
du diode (12) comme propergol n'a pas besoin de mettre en oeuvre une valve
pour le ou chaque orifice et ce, contrairement au document D2. Ceci simplifie
d'autant la conception du propulseur et en assure une bonne fiabilité. Le
contrôle du débit de propergol à l'état de gaz s'effectue par le contrôle de
la
température du réservoir 20, par l'intermédiaire de la puissance fournie à la
bobine 40 par la source de tension alternative radiofréquence 30 et
éventuellement, comme précisé précédemment, par la présence d'un
échangeur thermique connecté au réservoir 20. Le contrôle est donc différent
de celui qui est effectué dans le document D3.
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Le propulseur 100 comprend également un moyen 50
d'extraction et d'accélération des particules chargées du plasma, ions
positifs et
électrons, hors de la chambre 20 pour former un faisceau 70 de particules
chargées en sortie de la chambre 20. Sur la figure 1, ce moyen 50 comprend
une grille 51 située à une extrémité E (sortie) de la chambre 10 et une
électrode
52 logée à l'intérieur de la chambre 10, cette électrode 52 présentant par
construction une surface plus importante que celle de la grille 51. Dans
certains
cas, l'électrode 52 peut être formée par la paroi elle-même, conductrice, du
réservoir 20.
L'électrode 52 est isolée de la paroi de la chambre par un
isolant électrique 58.
La grille 51 pourra présenter des orifices de différentes formes,
par exemple circulaires, carrés, rectangles ou en formes de fentes, notamment
de fentes parallèles. En particulier, dans le cas d'orifices circulaires, le
diamètre
d'un orifice pourra être compris entre 0,2mnri et 1 Onnm, par exemple entre
0,5mm et 2mm.
Pour assurer cette extraction et accélération, le moyen 50 est
connecté à la source de tension alternative radiofréquence 30. La source de
tension alternative radiofréquence 30 assure donc, en plus, le contrôle du
moyen 50 d'extraction et d'accélération des particules chargées hors de la
chambre 10. Ceci est particulièrement intéressant car cela permet d'augmenter
encore un peu plus la compacité du propulseur 100. De plus, ce contrôle du
moyen 50 d'extraction et d'accélération par la source 30 de tension
alternative
radiofréquence permet de mieux contrôler le faisceau 70 de particules chargées
et ce, contrairement aux techniques proposées dans l'article Dl notamment.
Enfin, ce contrôle permet aussi d'obtenir un faisceau avec une très bonne
électroneutralité en sortie de la chambre 10, sans mettre en oeuvre un
quelconque dispositif externe à cet effet. Autrement dit, l'ensemble formé par
le
moyen 50 d'extraction et d'accélération des particules chargées du plasma et
la
source de tension alternative radiofréquence 30 permet donc également
d'obtenir une neutralisation du faisceau 70 en sortie de la chambre 10. La
compacité du propulseur 10 est ainsi augmentée, ce qui est particulièrement
avantageux pour l'utilisation de ce propulseur 100 pour un petit satellite
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(<500kg), notamment un micro-satellite (10kg-100kg) ou un nana-satellite (1kg-
10kg), par exemple de type CubeSat .
A cet effet, la grille 51 est connectée à la source de tension
radiofréquence 30 par l'intermédiaire d'un moyen 60 pour gérer le signal
fourni
par ladite source de tension radiofréquence 30 et l'électrode 52 est connectée
à
la source de tension radiofréquence 30, en série, par l'intermédiaire d'un
condensateur 53 et du moyen 60 pour gérer le signal fourni par ladite source
de
tension radiofréquence 30. La grille 51 est par ailleurs mise à un potentiel
de
référence 55, par exemple la masse. De même, la sortie de la source de
tension alternative radiofréquence 30, non connectée au moyen 60, est
également mise au même potentiel de référence 55, la masse selon l'exemple.
En pratique, pour des applications dans le domaine spatial, le
potentiel de référence pourra être celui de la sonde spatiale ou du satellite
sur
lequel le propulseur 100 est monté.
Le moyen 60 pour gérer le signal fourni par ladite source de
tension radiofréquence 30 forme donc un moyen 60 qui permet de transmettre
le signal fourni par la source 30 de tension alternative radiofréquence en
direction d'une part, du ou de chaque bobine 40 et d'autre part, du moyen 50
d'extraction et d'accélération des ions et électrons hors de la chambre 10.
La source 30 (RF - radiofréquences) est réglée pour définir une
pulsation coRF telle que (op; 5_ coRF cope, où :
e 2 n
WPe
P est la pulsati jert
on plasma des électrons et co ..cp
la pulsation .\jõ E0 mi
plasma des ions positifs ; avec :
e04 la charge de l'électron,
Eo, la permittivité du vide,
np, la densité du plasma,
mi, la masse des ions et
me, la masse des électrons.
Il convient de noter que Wpi << (Ope du fait que mi >> mp.
De manière générale, la fréquence du signal fourni par la
source 30 peut être comprise entre quelques MHz et quelques centaines
de MHz, en fonction du propergol employé pour la formation du plasma dans la
chambre 10 et ce, pour être comprise entre la fréquence plasma des ions et la
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fréquence plasma des électrons. Une fréquence de 13,56MHz est
généralement bien adaptée, mais on peut également envisager les fréquences
suivantes : 1MHz, 2MFiz ou encore 4 MHz.
L'électroneutralité du faisceau 70 est assurée par la nature
capacitive du système 50 d'extraction et d'accélération car, du fait de la
présence du condensateur 53, il y en moyenne autant d'ions positifs que
d'électrons qui sont extraits au cours du temps.
Dans ce cadre, la forme du signal produit par la source 30 de
tension alternative radiofréquence peut être arbitraire. On pourra cependant
prévoir que le signal fourni par la source 30 de tension alternative
radiofréquence à l'électrode 52 soit rectangulaire ou sinusoïdal.
Le principe de fonctionnement pour l'extraction et l'accélération
des particules chargées du plasma (ions et électrons) avec le premier mode de
réalisation est le suivant.
Par construction, l'électrode 52 présente une surface
supérieure, et généralement nettement supérieure, à celle de la grille 51
située
en sortie de la chambre 10.
De manière générale, l'application d'une tension RF sur une
électrode 52 présentant une surface plus grande que la grille 51 a pour effet
de
générer au niveau de l'interface entre l'électrode 52 et le plasma d'une part,
et
au niveau de l'interface entre la grille 51 et le plasma d'autre part, une
différence de potentiel additionnelle, s'ajoutant à la différence de potentiel
RF.
Cette différence de potentiel totale se répartit sur une gaine. La gaine est
un
espace qui est formé entre la grille 51 ou l'électrode 52 d'une part et le
plasma
d'autre part où la densité d'ions positifs est plus élevée que la densité
d'électrons. Cette gaine présente une épaisseur variable en raison du signal
RF, variable, appliqué à l'électrode 52.
En pratique, la majeure partie de l'effet de l'application d'un
signal RF sur l'électrode 52 est cependant située dans la gaine de la grille
51
(on peut voir le système électrode-grille comme un condensateur avec deux
parois asymétriques, dans ce cas la différence de potentiel s'applique sur la
partie de plus faible capacitance donc de plus faible surface).
En présence du condensateur 53 en série avec la source RF,
30 l'application du signal RF a pour effet de convertir la tension RF en
tension
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constante DC en raison de la charge du condensateur 53, principalement au
niveau de la gaine de la grille 51.
Cette tension constante DC dans la gaine de la grille 51
implique que les ions positifs sont constamment extraits et accélérés (en
5
continu). En effet, cette différence de potentiel DC a pour effet de rendre le
potentiel plasma positif. En conséquence, les ions positifs du plasma sont
constamment accélérés en direction de la grille 51 (à un potentiel de
référence)
et donc extraits de la chambre 10 par cette grille 51. L'énergie des ions
positifs
correspond à cette différence de potentiel DC (énergie moyenne).
10 La
variation de la tension RF permet de faire varier la différence
de potentiel RF + DC entre le plasma et la grille 51. Au niveau de la gaine de
la
grille 51, cela se traduit par une évolution de l'épaisseur de cette gaine.
Lorsque
cette épaisseur devient inférieure à une valeur critique, ce qui arrive
pendant un
laps de temps à intervalles réguliers donnés par la fréquence du signal RF, la
15
différence de potentiel entre la grille 51 et le plasma approche la valeur
zéro
(donc le potentiel plasma approche le potentiel de référence), ce qui permet
d'extraire des électrons.
En pratique, le potentiel plasma en-dessous duquel les
électrons peuvent être accélérés et extraits (= potentiel critique) est donné
par
la loi de Child, laquelle relie ce potentiel critique à l'épaisseur critique
de la
gaine en-dessous de laquelle cette gaine disparaît ( sheath collapse selon
la terminologie anglo-saxonne).
Tant que le potentiel plasma est inférieur au potentiel critique,
alors il y a une accélération et une extraction simultanée des électrons et
des
ions.
Une bonne électroneutralité du faisceau 70 d'ions positifs et
d'électrons en sortie de la chambre 10 plasma peut ainsi être obtenue.
Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation au
premier mode de réalisation représenté sur la figure 1.
3D Les mêmes références désignent les mêmes composants.
La différence entre le propulseur représenté sur la figure 2 par
rapport au propulseur illustré sur la figure 1 réside dans le fait que
l'électrode 52
logée à l'intérieur de la chambre 10 est supprimée et qu'une grille 52' est
ajoutée au niveau de l'extrémité E (sortie) de la chambre 10.
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En d'autres termes, le moyen 50 d'extraction et d'accélération
des particules chargées du plasma comporte un ensemble d'au moins deux
grilles 51, 52' situées à une extrémité E (sortie) de la chambre 10, l'une 51
au
moins de l'ensemble d'au moins deux grilles 51, 52 étant connectée à la source
de tension radiofréquence 30 par l'intermédiaire du moyen 60 pour gérer le
signal fourni par ladite source de tension radiofréquence 30 et l'autre 52' au
moins de l'ensemble d'au moins deux grilles 51, 52' étant connectée à la
source
de tension radiofréquence 30, en série, par l'intermédiaire d'un condensateur
53 et du moyen 60 pour gérer le signal fourni par ladite source de tension
radiofréquence 30.
La connexion de la grille 52' à la source 30 de tension
radiofréquence est, sur la figure 2, identique à la connexion de l'électrode
52 à
cette source 30, sur la figure 1.
Chaque grille 51, 52' pourra présenter des orifices de formes
différentes, par exemple circulaires, carrés, rectangles ou en forme de
fentes,
notamment de fentes parallèles. En particulier, dans le cas d'orifices
circulaires,
le diamètre d'un orifice pourra être compris entre 0,2mm et lOmm, par exemple
entre 0,5mm et 2mm.
Par ailleurs, la distance entre les deux grilles 52', 51 peut être
comprise entre 0,2mnri et 10mm, par exemple entre 0,5mm et 2mm (le choix
exact dépend de la tension DC et de la densité du plasma).
Dans cette variante, le fonctionnement de l'extraction et de
l'accélération des ions positifs et des électrons est le suivant.
Lorsqu'on applique une tension RF par l'intermédiaire de la
source 30, le condensateur 53 se charge. La charge du condensateur 53
produit alors une tension DC continue aux bornes du condensateur 53. On
obtient alors, aux bornes de l'ensemble forme par la source 30 et le
condensateur 53, une tension RF + DC. La partie constante de la tension RF +
DC, permet alors de définir un champ électrique entre les deux grilles 52',
51, la
valeur moyenne du seul signal RF étant nulle. Cette valeur DC permet donc
d'extraire et d'accélérer les ions positifs à travers les deux grilles 51,
52', en
continu.
Par ailleurs, lorsqu'on applique cette tension RF, le plasma suit
le potentiel imprimé à la grille 52', qui est en contact avec le plasma, à
savoir
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RF + DC. Quant à l'autre grille 51 (potentiel de référence 55, par exemple la
masse), elle est également en contact avec le plasma, mais seulement pendant
les brefs intervalles temporels pendant lesquels les électrons sont extraits
avec
les ions positifs, à savoir lorsque la tension RF +DC est inférieure à une
valeur
critique en dessous de laquelle la gaine disparaît. Cette valeur critique est
définie par la loi de Child.
L'électroneutralité du faisceau 70 en sortie de la chambre 10
est ainsi assurée.
Il convient par ailleurs de noter que, pour cette réalisation de la
figure 2, l'électroneutralité du faisceau 70 d'ions et d'électrons peut être
obtenue au moins en partie par réglage de la durée d'application des
potentiels
positifs et/ou négatifs issus de la source de tension alternative
radiofréquence
30. Cette électroneutralité du faisceau 70 d'ions et d'électrons peut
également
être obtenue au moins en partie par réglage de l'amplitude des potentiels
positifs et/ou négatifs issus de la source de tension alternative
radiofréquence
30.
L'intérêt de cette variante est, par rapport au mode de
réalisation illustré sur la figure 1 et mettant en oeuvre une grille 51 à
l'extrémité
E de la chambre 10 et une électrode 52 logée dans la chambre de surface plus
grande que la grille 51 de fournir un meilleur contrôle de la trajectoire des
ions
positifs. Ceci est lié au fait qu'une différence de potentiel DC (continue)
est
générée entre les deux grilles 52', 51, sous l'action de la source 30 de
tension
alternative radiofréquence et du condensateur 53 en série et non au niveau de
la gaine entre le plasma et la grille 51 (cf. précédemment) dans le cas du
premier mode de réalisation de la figure 1.
De ce fait, avec la variante de réalisation représentée sur la
figure 2, on s'assure que beaucoup plus d'ions positifs passent à travers les
orifices de la grille 52', sans toucher la paroi de cette grille 52', par
référence à
ce qui se passe dans le cas du premier mode de réalisation illustré sur la
figure 1.
De plus, les ions positifs passant par les orifices de la grille 52'
ne viennent pas plus toucher la paroi de la grille 51 qui n'est visible, du
point de
vue de ces ions, qu'à travers les orifices de la grille 52'. En conséquence,
la
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durée de vie des grilles 52', 51 selon cette variante de réalisation est
améliorée
par rapport à celle de la grille 51 du premier mode de réalisation de la
figure 1.
La durée de vie du propulseur 100 résultante est donc
améliorée.
Enfin, l'efficacité est améliorée car les ions positifs peuvent être
focalisés par l'ensemble d'au moins deux grilles 51, 52', le flux d'espèces
neutres étant quant à lui réduit du fait que la transparence à ces espèces
neutres augmente.
La figure 3 représente une autre variante du premier mode de
réalisation de la figure 1, pour laquelle la grille 51 est connectée, par ses
deux
extrémités à la source 30 de tension alternative radiofréquence.
Tout le reste est identique et fonctionne de la même façon.
La figure 4 représente une variante de réalisation à la variante
représentée sur la figure 2, pour laquelle la grille 51 est connectée, par ses
deux extrémités, à la source de tension alternative radiofréquence.
Tout le reste est identique et fonctionne de la même façon.
Les variantes illustrées sur les figures 3 et 4 n'impliquent donc
pas la mise en uvre d'un potentiel de référence pour la grille 51. Dans le
domaine spatial, une telle connexion assure une absence de courants parasites
circulant entre d'une part, les parties conductrices externes de la sonde
spatiale ou du satellite sur lequel le propulseur 100 est monté et d'autre
part, le
moyen 50 d'extraction et d'accélération des particules chargées proprement
dit.
La figure 5 représente un deuxième mode de réalisation d'un
propulseur ionique selon l'invention.
Il s'agit d'une alternative au premier mode de réalisation
représenté sur la figure 1 et pour laquelle il est prévu une première source
30
de tension alternative radiofréquence pour gérer l'extraction et
l'accélération
des particules chargées du plasma hors de la chambre 10 et une deuxième
source 30' de tension alternative, distincte de la première source 30 de
tension
alternative radiofréquence.
Le reste est identique et fonctionne de la même façon.
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Dans ce cas, le moyen 60 pour gérer le signal fourni par une
source unique de tension alternative radiofréquence 30 telle que proposée à
l'appui des figures 1 à 4 ne présente plus d'intérêt.
Cette alternative permet d'avoir plus de flexibilité.
En effet, si la source 30 utilisée pour l'extraction et
l'accélération des particules chargées hors du plasma reste une source de
tension alternative radiofréquence dont la fréquence est comprise entre la
fréquence plasma des ions et la fréquence plasma des électrons, la source 30'
peut générer un signal différent.
Par exemple, la source 30' peut générer un signal de tension
alternatif radiofréquence, associé à une ou plusieurs bobine(s) 40 pour
chauffer
l'enveloppe 21 du réservoir 20 conducteur (réalisé en un matériau métallique
par exemple), évaporer le propergol solide puis générer un plasma dans la
chambre 10, dont la fréquence est différente de celle de la fréquence de
fonctionnement de la source 30. La fréquence de fonctionnement de la source
30' peut notamment être supérieure à celle de la fréquence de fonctionnement
de la source 30.
Selon un autre exemple, la source 30 peut générer un signal
de tension alternatif dans des fréquences correspondant aux micro-ondes,
associé à une ou plusieurs antenne(s) micro-ondes 40.
La figure 6 représente une variante au deuxième mode de
réalisation représenté sur la figure 5.
La différence entre le propulseur 100 représenté sur la figure 5
et celui qui est illustré sur la figure 1 réside dans le fait que l'électrode
52 logée
à l'intérieur de la chambre 10 est supprimée et qu'une grille 52' est ajoutée
au
niveau de l'extrémité E (sortie) de la chambre 10.
Le reste est identique et fonctionne de la même façon.
En d'autres termes, la différence entre la variante représentée
sur la figure 6 et le deuxième mode de réalisation de la figure 5 est la même
que celle qui a été présenté précédemment entre la variante représentée sur la
figure 2 et le premier mode de réalisation de la figure 1.
La figure 7 représente une autre variante du deuxième mode de
réalisation de la figure 5, pour laquelle la grille 51 est connectée à la
source 30
de tension alternative radiofréquence.
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Tout le reste est identique et fonctionne de la même façon.
La figure 8 représente une variante de réalisation à la variante
représentée sur la figure 6, pour laquelle la grille 51 est connectée à la
source
30 de tension alternative radiofréquence.
Tout le reste est identique et fonctionne de la même façon.
Les variantes illustrées sur les figures 7 et 8 n'impliquent donc
pas la mise en uvre d'un potentiel de référence 55 pour la grille 51. Comme
expliqué précédemment, dans le domaine spatial, une telle connexion assure
une absence de courants parasites circulant entre d'une part, les parties
conductrices externes de la sonde spatiale ou du satellite sur lequel le
propulseur 100 est monté et d'autre part, le moyen 50 d'extraction et
d'accélération des particules chargées proprement dit.
La figure 9 représente une variante de réalisation au propulseur
100 illustré sur la figure 8.
Cette variante de réalisation diffère de celle qui est représenté
sur la figure 8 par le fait que le réservoir 20 comprend deux étages El, E2
d'injection de propergol à l'état de gaz vers la chambre 10 plasma.
En effet, sur la figure 8, et d'ailleurs sur l'ensemble des figures
1 à 7, le réservoir 20 comprend une enveloppe 21 dont une paroi est munie
d'un ou plusieurs orifice(s) 22, définissant de ce fait un réservoir avec un
unique
étage.
Au contraire, dans la variante représentée sur la figure 9, le
réservoir comporte, en outre, une membrane 22' comportant au moins un orifice
22" et séparant le réservoir en deux étages El, E2. Plus précisément> le
réservoir 20 comporte une membrane 22' située entre le propergol solide PS et
l'enveloppe 21 munie d'au moins un orifice 22, ladite membrane 22' comportant
au moins un orifice 22", la surface de la ou chaque orifice 22" de la membrane
22' étant plus grande que la surface de la ou chaque orifice 22 de l'enveloppe
21 du réservoir 20.
Cette variante présente un intérêt lorsque, compte tenu du
dimensionnement du ou de chaque orifice 22 sur l'enveloppe 21 du réservoir 20
pour obtenir notamment la pression P2 de fonctionnement souhaitée dans la
chambre 10 plasma, on aboutit à définir des orifices trop petits. Ces orifices
peuvent alors ne pas être réalisables techniquement. Ces orifices peuvent
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aussi, bien que réalisables techniquement, trop petits pour s'assurer que des
poussières de propergol solide et plus généralement, des impuretés, ne
bloqueront pas les orifices 22 en cours d'utilisation.
Dans ce cas, on dimensionne le ou chaque orifice 22" de la
membrane 22' de sorte qu'il soit plus grand que le ou chaque orifice 22
réalisé
sur l'enveloppe 21 du réservoir 20, le ou chaque orifice 22 restant
dimensionné
pour obtenir la pression P2 de fonctionnement souhaitée dans la chambre 10 à
plasma.
Bien entendu, un réservoir 20 à double étage peut être
envisagé pour l'ensemble des réalisations décrites à l'appui des figures 1 à
7.
La figure 10 représente un troisième mode de réalisation d'un
propulseur ionique selon l'invention.
Cette figure se présente comme une variante à la réalisation de
la figure 8 (grilles 52' et 51' toutes deux reliées à la source de tension).
Cependant, elle s'applique également en tant que variante à la figure 6
(grille
52' reliée à la source et grille 51 reliée à la masse), à la figure 7
(électrode 52 et
grille 51 toutes deux reliées à la source de tension), à la figure 5
(électrode 52
reliée à la source et grille 51 reliée à la masse) et à la figure 9.
Le propulseur 100 présenté ici permet de former un faisceau
70' d'ions positifs en sortie de la chambre 10 plasma. Pour cela, la source de
tension alternative radiofréquence 30 est remplacée par une source 30" de
tension continu (DC). Afin d'assurer l'électroneutralité du faisceau 70', des
électrons sont injectés dans le faisceau 70' par un dispositif externe 80, 81
à la
chambre 10. Ce dispositif comprend une source de puissance 80 alimentant un
générateur d'électrons 81. Le faisceau d'électrons 70" sortant du générateur
d'électrons 81 est dirigé vers le faisceau 70' d'ions positifs pour assurer
l'électroneutralité.
Les figures 11 et 12 représentent une conception envisageable
pour une chambre plasma 10 et son environnement pour un propulseur 100
conforme aux réalisations de la figure 1, de la figure 3, de la figure 5 ou de
la
figure 7.
Sur ces figures, on reconnaît la chambre 10 plasma, le
réservoir 20 avec son enveloppe 21 et les orifices 22. Le réservoir 20 sert
également d'électrode 52. Dans le cas d'espèce, on a représenté trois orifices
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22
22, équirépartis autour de l'axe de symétrie AX du réservoir 20. L'enveloppe
21
est réalisée en un matériau conducteur, par exemple métallique (Aluminium,
Zinc ou un matériau métallique recouvert par le l'or, par exemple) ou en un
alliage métallique (inox ou laiton, par exemple). De ce fait, des courants de
Foucault et par suite, un effet Joule peuvent être produits dans l'enveloppe
21
du réservoir 20 sous l'action de la source de tension alternative 30, 30' et
de la
bobine 40 ou, selon le cas, de l'antenne micro-ondes 40. La transmission de la
chaleur entre l'enveloppe 21 du réservoir 20 et le propergol solide PS peut
s'effectuer par conduction thermique et/ou rayonnement thermique.
La chambre 10 est enserrée entre deux anneaux 201, 202,
montés ensembles par l'intermédiaire de tiges 202, 204, 205 s'étendant le long
de la chambre 10 (axe longitudinal AX). La chambre 10 est réalisée en un
matériau diélectrique, par exemple en céramique. La fixation des anneaux et
des tiges peut s'effectuer par des boulons/écrous (non représentés). Les
anneaux peuvent être réalisés en un matériau métallique, par exemple de
l'aluminium. Quant aux tiges, elles sont par exemple réalisées en céramique ou
en un matériau métallique.
L'ensemble ainsi formé par les anneaux 201, 203 et les tiges
202, 204, 205 permet la fixation de la chambre 10 et de son environnement, par
l'intermédiaire de pièces additionnelles 207, 207', lesquelles prennent en
sandwich l'un 203 des anneaux, sur un système (non représenté sur les figures
11 et 12) destiné à accueillir le propulseur, par exemple un satellite ou une
sonde spatiale.
Exemple de dimensionnement.
Un propulseur ionique 100 conforme à celui représenté sur la figure 1 a été
testé.
La chambre 10 plasma et son environnement sont conformes à ce qui a été
décrit à l'appui des figures 11 et 12. Les matériaux ont été choisis pour une
température maximum acceptable de 300 C.
Le propergol solide PS utilisé est du diiode (12, masse sèche d'environ 50g).
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Plusieurs orifices 22 ont été prévus sur l'enveloppe 21 conductrice du
réservoir
20 pour faire passer le gaz diiode depuis le réservoir 20 vers la chambre 10 à
plasma (réservoir 20 à étage unique).
Une température de référence T1 pour le réservoir 20 a été fixée à 60 C. Ceci
peut être obtenu avec une puissance de 10VI/ au niveau de la source de tension
alternative radiofréquence 30. La fréquence du signal fourni par la source 30
est choisie pour être entre la fréquence plasma des ions et la fréquence
plasma
des électrons, en l'occurrence 13,56MHz.
La pression P1 du gaz diiode dans le réservoir 20 est alors connue par la
figure
13 (cas du 12; cf. la formule FI correspondante), celle-ci fournissant le lien
entre
Pl et Tl . Dans le cas d'espèce, PI est de 10 Torr (environ 1330 Pa).
Pour obtenir une efficacité optimale, la pression P2 dans la chambre 10 doit
alors être comprise entre 7Pa et 15Pa avec un débit massique m' de gaz diiode
inférieur à 15scom kg.s-1) entre le réservoir 20 et la chambre 10.
On peut alors estimer que le diamètre de l'orifice (circulaire) équivalent est
d'environ 50 microns. Lorsque l'orifice est unique, il présentera donc un
diamètre de 50 microns. Lorsque plusieurs orifices sont prévus, ce qui est le
cas dans le test effectué, il convient alors de déterminer la surface de cette
orifice et de répartir cette surface sur plusieurs orifices afin d'obtenir le
diamètre
de chacun des orifices, qui sera avantageusement le même.
Toutefois, afin de donner quelques éléments de dimensionnement
supplémentaires correspondants aux valeurs numériques fournies ci-dessus, on
peut noter les points suivants, dans le cas d'un orifice 22 de surface A.
Le débit volumique à travers l'orifice 22 peut être estimé par la relation :
Q= t/.4 - p2) (R1)
où:
P1 est la pression dans le réservoir 20;
P2 est la pression dans la chambre 10 ; et
v est la vitesse moyenne des molécules de gaz de diiode, déterminée par la
relation :
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= ___________________________________
(R2)
71711
où:
T1 est la température dans le réservoir 20;
k est la constante de Boltzmann (k 1.38-10-23J- K-1); et
m est la masse d'une molécule du gaz diode (m(12) 4.25-10-25 kg).
Le débit massique rin' de gaz de d'iode à travers l'orifice 22 est alors
obtenu par
la relation :
rinkg1 s] MQ
(R3)
RTI
où:
M est la masse molaire du diode (for 12, M 254 u); et
R est la constante molaire des gaz (R 8.31 Jimol-K).
En combinant les relations (R1) et (R3), on en déduit la surface A de
l'orifice 22
par la relation:
A= 4mi RT
(R4)
vM ( P2)
L'orifice 22 est alors dimensionné.
Comme on peut le constater dans la relation (R4), la température T2 dans la
chambre 10 à plasma n'intervient pas. Une modélisation plus précise pourrait
être obtenue en prenant en compte cette température T2. Pour des données
plus générales sur ce dimensionnement, on pourra se référer à : A User Guide
Tc' Vacuum Technology, third ed., Johan F. O'Hanion (John Wiley & Sons Inc.,
2003).
Une fois que la surface A de l'orifice 22 est dimensionné, le débit massique
miloak (kg/s) de fuite de gaz de diiode lorsque le propulseur 100 est à
l'arrêt
peut être déterminé par la relation :
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AP Mv
o ________________________________________ o
mi Leak[kg I si ec (R5)
4RT0
où:
7-0 est la température du propulseur 100 à l'arrêt;
5 P0 est la pression du gaz dans le réservoir 20 lorsque le propulseur est
à l'arrêt,
cette pression étant fournie par la formule FI (cf. figure 13) à la
température
T0; et
i./0 est obtenue en utilisant la relation (R2) en substituant 7-1 par To.
10 Fin de l'exemple.
Il convient de noter que le positionnement du ou de chaque
orifice, représenté sur les figures annexés sur une face de l'enveloppe du
réservoir 20 faisant face à la chambre 10 plasma pourrait être différent. En
15 particulier, il est tout à fait envisageable de disposer le ou chaque
orifice sur la
face opposée du réservoir 20.
Enfin, le propulseur 100 selon l'invention peut en particulier être
utilisé pour un satellite S ou une sonde spatiale SP.
Ainsi, la figure 14 représente, de façon schématique, un
20 satellite S comprenant un propulseur 100 selon l'invention et une source
d'énergie SE, par exemple une batterie ou un panneau solaire, connectée à la
ou chaque source de tension continue 30" ou alternative 30, 30'
(radiofréquence ou micro-ondes, selon le cas) du propulseur 100.
Quant à la figure 15, elle représente de façon schématique, une
25 sonde spatiale SS comprenant un propulseur 100 selon l'invention et une
source d'énergie SE, par exemple une batterie ou un panneau solaire,
connectée à la ou chaque source de tension continue 30" ou alternative 30, 30'
(radiofréquence ou micro-ondes, selon le cas) du propulseur 100.
