Экспериментальные исследования ионно-плазменного двигателя сверхнизкоорбитального космического аппарата

Проведены экспериментальные исследования характеристик ионно-плазменного двигателя, работающего на кристаллическом рабочем теле C10H20O и остаточном газе в вакуумной камере. Исследование плазмы проведено с использованием зонда Ленгмюра и цилиндра Фарадея. Степень ионизации плазменной струи определена по соотношению данных зонда и цилиндра Фарадея. Входная мощность измерена по току и напряжению разряда. Эффективность ионно-плазменного двигателя рассчитана как отношение выходной мощности пучка к входной. Результирующая тяга определена через силу тока плазменной струи, измеренного с помощью цилиндра Фарадея. Экспериментальные исследования параметров ионно-плазменного двигателя позволили установить закономерности и взаимосвязи для дальнейшей разработки физической, математической и имитационной модели.
EDN: JFYCQV, https://elibrary/jfycqv

Литература

[1] Crisp N.H., Roberts P.C.E., Livadiotti S. et al. The benefits of very low earth orbit for earth observation missions. Prog. Aerosp. Sci., 2020, vol. 117, art. 100619, doi: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2020.100619

[2] Berthoud L., Hills R., Bacon A. et al. Are Very Low Earth Orbit (VLEO) satellites a solution for tomorrow’s telecommunication needs? CEAS Space J., 2022, vol. 14, no. 4, pp. 609–623, doi: https://doi.org/10.1007/s12567-022-00437-0

[3] Najafabadi M.A., Kazemi I. Systemic design of the very-high-resolution imaging payload of an optical remote sensing satellite for launch into the VLEO using an small launch vehicle. Heliyon, 2024, vol. 10, no. 6, art. e27404, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27404

[4] McGrath C., Lowe C., Macdonald M. et al. Investigation of very low Earth orbits (VLEOs) for global spaceborne lidar. CEAS Space J., 2022, vol. 14, no. 4, pp. 625–636, doi: https://doi.org/10.1007/s12567-022-00427-2

[5] Shao A., Madni A.M., Wertz J.R. Quantifying the effect of orbit altitude on mission cost for earth observation satellites. 54th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2016, art. 0974, doi: https://doi.org/10.2514/6.2016-0974

[6] Crisp N.H., Roberts P.C.E., Romano F. et al. System modelling of very low Earth orbit satellites for Earth observation. Acta Astronaut., 2021, vol. 187, pp. 475–491, doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.07.004

[7] Walsh J., Berthoud L., Allen C. Drag reduction through shape optimisation for satellites in Very Low Earth Orbit. Acta Astronaut., 2021, vol. 179, pp. 105–121, doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2020.09.018

[8] Rossi A., Sánchez-Ortiz N., David E. et al. Future activities in the near-earth space in the face of ever-increasing space traffic. Acta Astronaut., 2024, vol. 225, pp. 891–897, doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.09.063

[9] Nishiyama K. Air breathing ion engine concept. 54th International Astronautical Congress of the International Astronautical Federation, the International Academy of Astronautics, and the International Institute of Space Law, 2003, art. IAС-03-S.4.02, doi: https://doi.org/10.2514/6.IAC-03-S.4.02

[10] Tagawa M., Yokota K., Nishiyama K. et al. Experimental study of air breathing ion engine using laser detonation beam source. J. Propuls. Power, 2013, vol. 29, no. 3, pp. 501–506, doi: https://doi.org/10.2514/1.B34530

[11] Romano F., Herdrich G., Chan Y.A. et al. Design of an intake and a thruster for an atmosphere-breathing electric propulsion system. CEAS Space J., 2022, vol. 14, no. 4, pp. 707–715, doi: https://doi.org/10.1007/s12567-022-00452-1

[12] Schönherr T., Komurasaki K., Romano F. et al. Analysis of atmosphere-breathing electric propulsion. IEEE Trans. Plasma Sci., 2015, vol. 43, no. 1, pp. 287–294, doi: https://doi.org/10.1109/TPS.2014.2364053

[13] Andreussi T., Cifali G., Giannetti V. et al. Development and experimental validation of a hall effect thruster RAM-EP concept. 35th Int. Electric Propulsion Conf., 2017, pp. 8–12.

[14] Lobbia R.B., Gallimore A.D. Temporal limits of a rapidly swept Langmuir probe. Phys. Plasmas, 2010, vol. 17, no. 7, art. 073502, doi: https://doi.org/10.1063/1.3449588

[15] Vavilov I.S., Fedyanin V.V., Yachmenev P.S. et al. Investigation of plasma parameters of a single-gas ion engine using a single Langmuir probe. J. Phys.: Conf. Ser., 2021, vol. 1791, art. 012032, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1791/1/012032