JPH01310179A - Ｅｃｒ型イオンスラスタ - Google Patents
Ｅｃｒ型イオンスラスタInfo
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- JPH01310179A JPH01310179A JP14042188A JP14042188A JPH01310179A JP H01310179 A JPH01310179 A JP H01310179A JP 14042188 A JP14042188 A JP 14042188A JP 14042188 A JP14042188 A JP 14042188A JP H01310179 A JPH01310179 A JP H01310179A
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- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
- H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H—PRODUCING A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03H1/00—Using plasma to produce a reactive propulsive thrust
- F03H1/0037—Electrostatic ion thrusters
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は、人工衛星の軌道制御等を行なうときに用いら
れるＥ ＣＲ（Ｅｊｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｆｆｉｏｔ
ｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）型イオンスラスタに関す
る。
れるＥ ＣＲ（Ｅｊｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｆｆｉｏｔ
ｒｏｎ Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）型イオンスラスタに関す
る。
（従来の技術）
人工衛星の軌道制御等を行なうときに用いられるＥＣＲ
型イオンスラスタは通常、第４図に示すように構成され
ている。宇宙線等で自然に電離している電子を種に生成
されたプラズマ電子が、放電容器３の壁面に配置された
磁石５の表面から数ｍの位置（磁束密度０．０８７５Ｔ
の曲面）で、マイクロ波（２，４５０ＧＨｚ）導入系２
から供給されたマイクロ波を共鳴吸収（電子サイクロト
ロン共鳴）して加速され、加速された電子がガス導入系
１より共給されたＸ。ガスに衝突して電極プラズマを放
電室内に生成し、電離プラズマ中のｘｅ＋イオンが加速
電極（３枚）６によって運動エネルギを与えられ、中和
器８から放出される電子によって中和化された後放出さ
れてイオンスラスタの推力となる。
型イオンスラスタは通常、第４図に示すように構成され
ている。宇宙線等で自然に電離している電子を種に生成
されたプラズマ電子が、放電容器３の壁面に配置された
磁石５の表面から数ｍの位置（磁束密度０．０８７５Ｔ
の曲面）で、マイクロ波（２，４５０ＧＨｚ）導入系２
から供給されたマイクロ波を共鳴吸収（電子サイクロト
ロン共鳴）して加速され、加速された電子がガス導入系
１より共給されたＸ。ガスに衝突して電極プラズマを放
電室内に生成し、電離プラズマ中のｘｅ＋イオンが加速
電極（３枚）６によって運動エネルギを与えられ、中和
器８から放出される電子によって中和化された後放出さ
れてイオンスラスタの推力となる。
このとき、電離プラズマの多くは放電容器３の壁面近傍
に形成されたカスプ磁場内（複数のミラー磁場を形成）
で生成され、磁場の弱い磁石５と磁石５の間からフルー
ト不安定性（／１２ｕｔｅ １ｎｓｔａｂｉＱｉｔｙ）
により無磁場領域（放電室中心部分）に放出される。放
出されたプラズマ電子はまだ工。ガスを電離するだけの
エネルギを持っているため再び工。ガスに衝突して残り
の電離プラズマを生成する。無磁場領域内の電離プラズ
マはカスプ磁場で閉じ込められているため、加速電極６
の方向に大部分が流出していく、なお、図中４は工。ガ
スを拡散するための拡散板を示し、７はスラスタケース
である。
に形成されたカスプ磁場内（複数のミラー磁場を形成）
で生成され、磁場の弱い磁石５と磁石５の間からフルー
ト不安定性（／１２ｕｔｅ １ｎｓｔａｂｉＱｉｔｙ）
により無磁場領域（放電室中心部分）に放出される。放
出されたプラズマ電子はまだ工。ガスを電離するだけの
エネルギを持っているため再び工。ガスに衝突して残り
の電離プラズマを生成する。無磁場領域内の電離プラズ
マはカスプ磁場で閉じ込められているため、加速電極６
の方向に大部分が流出していく、なお、図中４は工。ガ
スを拡散するための拡散板を示し、７はスラスタケース
である。
ところが、この様なＥＣＲ型イオンスラスタのカスプ磁
場形状は磁場の強さが等しく１幅の等しいＳ、−Ｃ，磁
石列を直線状にＮＳ交互に同じ長さだけ並べて構成して
いるため、加速電極６の表面近傍周辺部での漏れ磁場が
大きく、第５図実線１２に示すようにプラズマ密度の−
様な領域が狭くて加速電極６の口径が狭い欠点がある。
場形状は磁場の強さが等しく１幅の等しいＳ、−Ｃ，磁
石列を直線状にＮＳ交互に同じ長さだけ並べて構成して
いるため、加速電極６の表面近傍周辺部での漏れ磁場が
大きく、第５図実線１２に示すようにプラズマ密度の−
様な領域が狭くて加速電極６の口径が狭い欠点がある。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、加速電極６の表面近傍周辺部での漏れ磁場が
小さくて、第５図破線１３に示すようにプラズマ密度の
−様な領域が広く、加速電極６の口径を広く取れる高効
率のＥＣＲ型イオンスラスタを提供することを目的とし
ている。
小さくて、第５図破線１３に示すようにプラズマ密度の
−様な領域が広く、加速電極６の口径を広く取れる高効
率のＥＣＲ型イオンスラスタを提供することを目的とし
ている。
（課題を解決するための手段）
本発明はカスプ磁場形状を加速電極面に平行に環状の磁
石列をＮＳ交互に並べて、Ｎ極前面とＳ極前面近傍に形
成される電子サイクロトロン共鳴領域が同程度になるよ
うに両端の環状磁石列の磁石幅を調整したことを特徴と
している。
石列をＮＳ交互に並べて、Ｎ極前面とＳ極前面近傍に形
成される電子サイクロトロン共鳴領域が同程度になるよ
うに両端の環状磁石列の磁石幅を調整したことを特徴と
している。
（作 用）
磁場の強さと磁石幅の等しい磁石をＮＳ交互に同じ長さ
だけ環状に配置してカスプ磁場を構成すると、第５図破
線１３のような加速電極表面近傍でのプラズマ密度の一
様性の改善を図ることができる（周方向の磁場がないた
め、加速電極を磁石環から離することにより加速電極表
面近傍の磁場を指数関数的に小さくできるため）。しか
し、それだけでは第２図に示すように両端の磁石列の磁
場がミラー磁場配位を構成せず、せっか＜ＥＣＲ加速さ
れた電子の一部が壁に衝突して損失してしまう。ミラー
磁場配位を構成しない電子サイクロトロン共鳴領域を取
り除くことにより加速電極口径の広い高効率のカスプ磁
場配位が実現できたことになる。
だけ環状に配置してカスプ磁場を構成すると、第５図破
線１３のような加速電極表面近傍でのプラズマ密度の一
様性の改善を図ることができる（周方向の磁場がないた
め、加速電極を磁石環から離することにより加速電極表
面近傍の磁場を指数関数的に小さくできるため）。しか
し、それだけでは第２図に示すように両端の磁石列の磁
場がミラー磁場配位を構成せず、せっか＜ＥＣＲ加速さ
れた電子の一部が壁に衝突して損失してしまう。ミラー
磁場配位を構成しない電子サイクロトロン共鳴領域を取
り除くことにより加速電極口径の広い高効率のカスプ磁
場配位が実現できたことになる。
（実施例）
以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る環状カスプ磁場を用い
たＥＣＲ型イオンスラスタの概要図である。磁場の強さ
と磁石幅の同程度の環状磁石列５をＮＳ交互に放電容器
３の壁面に並べ、加速電極側の環状磁石列５の端に磁場
の強さが等しく隣接磁石列と極の向きが逆で磁石幅が半
分程度の環状磁石列９を配置し、天井側の環状磁石列５
の端に磁場の強さが等しく隣接磁石列と極の向きが逆で
磁石幅を放電容器内の磁力−を外部に出さない程度にし
た環状磁石列１０を配置する。環状磁石列ｌＯが放電容
器３の中心軸上にあるときは環状でなくて例えば円柱状
でも良い、このように磁石を配置したときの放電容器３
丙の磁力線の様子を第３図に示す。なお、ＷＭ単のため
に、放電容器３の壁面を平坦にして示している６両端の
磁石列９，１０の磁石幅で放電容器３の外部に磁力線が
出ない様にしているため、両端の磁石列９．ｌＯの前面
近傍に形成される電子サイクロトロン共鳴層１１は残り
の磁石列５の前面近傍に形成される電子サイクロトロン
共鳴層１１の半分程度の幅しかない、よって、電子サイ
クロトロン共鳴層１１は全てミラー磁場閉じ込めを行っ
ていることになり（第３図斜線部）。
たＥＣＲ型イオンスラスタの概要図である。磁場の強さ
と磁石幅の同程度の環状磁石列５をＮＳ交互に放電容器
３の壁面に並べ、加速電極側の環状磁石列５の端に磁場
の強さが等しく隣接磁石列と極の向きが逆で磁石幅が半
分程度の環状磁石列９を配置し、天井側の環状磁石列５
の端に磁場の強さが等しく隣接磁石列と極の向きが逆で
磁石幅を放電容器内の磁力−を外部に出さない程度にし
た環状磁石列１０を配置する。環状磁石列ｌＯが放電容
器３の中心軸上にあるときは環状でなくて例えば円柱状
でも良い、このように磁石を配置したときの放電容器３
丙の磁力線の様子を第３図に示す。なお、ＷＭ単のため
に、放電容器３の壁面を平坦にして示している６両端の
磁石列９，１０の磁石幅で放電容器３の外部に磁力線が
出ない様にしているため、両端の磁石列９．ｌＯの前面
近傍に形成される電子サイクロトロン共鳴層１１は残り
の磁石列５の前面近傍に形成される電子サイクロトロン
共鳴層１１の半分程度の幅しかない、よって、電子サイ
クロトロン共鳴層１１は全てミラー磁場閉じ込めを行っ
ていることになり（第３図斜線部）。
ミラー磁場内の電子は両端の電子サイクロトロン共鳴層
１１を少し出た所で反射されて往復運動をすることにな
る。往復運動をしている電子は１往復で４回電子サイク
ロトロン共鳴層１１を通過し、そこでマイクロ波を共鳴
吸収して回転エネルギを増加させる。増加したエネルギ
が工。のイオ化エネルギを越えると工。ガスに衝突して
電離プラズマを生成することになる。ミラー磁場内（第
３図斜線部）で生成された電離プラズマは磁力線が凸に
なっている中央部からフルート不安定性で放出される。
１１を少し出た所で反射されて往復運動をすることにな
る。往復運動をしている電子は１往復で４回電子サイク
ロトロン共鳴層１１を通過し、そこでマイクロ波を共鳴
吸収して回転エネルギを増加させる。増加したエネルギ
が工。のイオ化エネルギを越えると工。ガスに衝突して
電離プラズマを生成することになる。ミラー磁場内（第
３図斜線部）で生成された電離プラズマは磁力線が凸に
なっている中央部からフルート不安定性で放出される。
放出されたプラズマ電子の内、工。のイオン化エネルギ
以上のエネルギを持つ電子はカスプ磁場内に閉じ込めら
れている内に工。ガスに衝突して電離プラズマを放電容
器中央部に生成させる。
以上のエネルギを持つ電子はカスプ磁場内に閉じ込めら
れている内に工。ガスに衝突して電離プラズマを放電容
器中央部に生成させる。
プラズマの一様性はこの放電容器中央部で生成されるプ
ラズマに強く影響されるから、加速電極表面近傍で無磁
場領域の広い環状カスプ磁場配位の方が線状カスプ磁場
配位より一様なプラズマの領域が広くなる（第５図破線
１３）。−様なプラズマ領域から工。＋イオンを引き出
すことができるから、環状カスプ磁場配位の本特許例に
よる方が従来の線状カスプ磁場配位の場合より加速電極
径を大きく取れることになる。また、環状カスプ磁場配
位にしたことによる高速エネルギー電子の放電容器３へ
の衝突の問題はなくなる。
ラズマに強く影響されるから、加速電極表面近傍で無磁
場領域の広い環状カスプ磁場配位の方が線状カスプ磁場
配位より一様なプラズマの領域が広くなる（第５図破線
１３）。−様なプラズマ領域から工。＋イオンを引き出
すことができるから、環状カスプ磁場配位の本特許例に
よる方が従来の線状カスプ磁場配位の場合より加速電極
径を大きく取れることになる。また、環状カスプ磁場配
位にしたことによる高速エネルギー電子の放電容器３へ
の衝突の問題はなくなる。
本特許例では、電子サイクロトロン共鳴ＭｉＪ１１の内
、ミラー磁場閉じ込めを構′成しない領域の除去法とし
て、両端の環状磁石列９，１０の幅で実施したが、要は
電子サイクロトロン共鳴層１１が全てミラー磁場閉じ込
めを構成していれば何でも良い。
、ミラー磁場閉じ込めを構′成しない領域の除去法とし
て、両端の環状磁石列９，１０の幅で実施したが、要は
電子サイクロトロン共鳴層１１が全てミラー磁場閉じ込
めを構成していれば何でも良い。
導入ガスとして工。を用いたが、工。に限定するもので
はない。また、加速電極６として３枚のものを使用して
いるが、３枚に限定するものでもない。マイクロ波とし
て２．４５０ＧＨｚ、電子サイクロトロン共鳴磁束密度
０．０８７５Ｔで説明したが、この値に限定するもので
もない。
はない。また、加速電極６として３枚のものを使用して
いるが、３枚に限定するものでもない。マイクロ波とし
て２．４５０ＧＨｚ、電子サイクロトロン共鳴磁束密度
０．０８７５Ｔで説明したが、この値に限定するもので
もない。
以上述べたように、本発明によれば、高効率で大口径の
加速電極を持つ小型のＥＣＲ型イガイオンスラスタ成す
ることができる。
加速電極を持つ小型のＥＣＲ型イガイオンスラスタ成す
ることができる。
第１図は本発明の一実施例のＥＣＲ型イガイオンスラス
タ要を示す一部切欠斜視図、第２図は磁力線の端末処理
をしていない場合の放電容器内の環状カスプ磁場配位の
概要図、第３図は本特許の磁力線の端末処理をした環状
カスプ磁場配位の概要図、第４図は従来のＥＣＲ型イガ
イオンスラスタ要を示す一部切欠斜視図、第５図は本特
許と従来例とのプラズマ密度の一様性の比較図である６
１・・・ガス導入系 ２・・・マイクロ波導入系
３・・・放電容器 ４・・・ガス拡散板５．９
．ｔｏ・・・磁 石 ６・・・加速電極（３枚）７・
・・スラスタケース ８・・・中和器１１・・・電子
サイクロトロン共鳴層 １２・・・従来のプラズマの一様性 １３・・・本特許のプラズマの−様性 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 松 山 光 之 第１図 第２図
タ要を示す一部切欠斜視図、第２図は磁力線の端末処理
をしていない場合の放電容器内の環状カスプ磁場配位の
概要図、第３図は本特許の磁力線の端末処理をした環状
カスプ磁場配位の概要図、第４図は従来のＥＣＲ型イガ
イオンスラスタ要を示す一部切欠斜視図、第５図は本特
許と従来例とのプラズマ密度の一様性の比較図である６
１・・・ガス導入系 ２・・・マイクロ波導入系
３・・・放電容器 ４・・・ガス拡散板５．９
．ｔｏ・・・磁 石 ６・・・加速電極（３枚）７・
・・スラスタケース ８・・・中和器１１・・・電子
サイクロトロン共鳴層 １２・・・従来のプラズマの一様性 １３・・・本特許のプラズマの−様性 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 松 山 光 之 第１図 第２図
Claims (2)
- （１）ガス導入系とマイクロ波導入系と壁面をカスプ磁
場で覆った放電容器と加速電極と中和器と電源等で構成
されるイオンスラスタに於いて、Ｎ極前面近傍に形成さ
れる電子サイクロトロン共鳴層とＳ極前面近傍に形成さ
れる電子サイクロトロン共鳴層との面積が同程度になる
ように磁石の表面積を調整したことを特徴とするＥＣＲ
型イオンスラスタ。 - （２）前記カスプ磁場を環状に配置した磁石列で構成し
、両端の磁石列の表面の幅を調整して、放電容器内の磁
力線が外部に出ないようにしたことを特徴とする請求項
１記載のＥＣＲ型イオンスラスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63140421A JP2856740B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Ｅｃｒ型イオンスラスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63140421A JP2856740B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Ｅｃｒ型イオンスラスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01310179A true JPH01310179A (ja) | 1989-12-14 |
| JP2856740B2 JP2856740B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=15268316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63140421A Expired - Lifetime JP2856740B2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | Ｅｃｒ型イオンスラスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856740B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011103194A2 (en) * | 2010-02-16 | 2011-08-25 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for small satellite propulsion |
| WO2013098505A1 (fr) | 2011-12-29 | 2013-07-04 | ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales) | Propulseur plasmique et procede de generation d'une poussee propulsive plasmique |
| US9820369B2 (en) | 2013-02-25 | 2017-11-14 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Method and apparatus for providing high control authority atmospheric plasma |
| CN109681398A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-26 | 上海航天控制技术研究所 | 一种新型微波ecr离子推力器放电室 |
| CN111140454A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-05-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2246035C9 (ru) * | 2003-05-30 | 2005-05-10 | Кошкин Валерий Викторович | Ионный двигатель кошкина |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248978A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Natl Aerospace Lab | カスプ磁場型イオンエンジン |
-
1988
- 1988-06-09 JP JP63140421A patent/JP2856740B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248978A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Natl Aerospace Lab | カスプ磁場型イオンエンジン |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011103194A2 (en) * | 2010-02-16 | 2011-08-25 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for small satellite propulsion |
| WO2011103194A3 (en) * | 2010-02-16 | 2011-12-22 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for small satellite propulsion |
| US9228570B2 (en) | 2010-02-16 | 2016-01-05 | University Of Florida Research Foundation, Inc. | Method and apparatus for small satellite propulsion |
| WO2013098505A1 (fr) | 2011-12-29 | 2013-07-04 | ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales) | Propulseur plasmique et procede de generation d'une poussee propulsive plasmique |
| US9820369B2 (en) | 2013-02-25 | 2017-11-14 | University Of Florida Research Foundation, Incorporated | Method and apparatus for providing high control authority atmospheric plasma |
| CN109681398A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-26 | 上海航天控制技术研究所 | 一种新型微波ecr离子推力器放电室 |
| CN111140454A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-05-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置 |
| CN111140454B (zh) * | 2020-02-13 | 2021-05-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种微型电子回旋共振离子推力器点火装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2856740B2 (ja) | 1999-02-10 |
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