Ottimizzazione, Test e diagnostica di propulsori a effetto Hall miniaturizzato

L'obiettivo generale di questa presentazione, è quello di presentare la metodologia coinvolta nel collaudo di propulsori di propulsione elettrica specializzati in un impianto di simulazione dell'ambiente spaziale a terra. I metodi coinvolti sono dotati di sistemi automatizzati che incorporano l'integrazione hardware-software per realizzare sistemi intelligenti per la diagnostica automatizzata o remota e la valutazione delle prestazioni dei moduli di propulsione e di altri carichi utili nello spazio. Lo space propulsion center, Singapore, è un centro di ricerca del National Institute of Education, Nanyang Technological University, Singapore.

Gli ambienti di prova qui sviluppati includono due strutture di simulazione dell'ambiente spaziale per scopi diversi. Il simulatore di ambiente spaziale in scala è utilizzato primalmente nei test a vita dei propulsori. I propulsori vengono sparati per lunghi periodi di tempo in questa struttura per valutare gli effetti dei danni al plasma sui canali di soccorso.

e successivamente per dedurre la durata dei propulsori. Lo stadio sospeso quadfilare consente una corretta visualizzazione di come i moduli di propulsione montati su diversi carichi utili possono influenzare la manovra in situ nello spazio. Questo viene simulato attraverso il montaggio e la sospensione dell'intero carico utile sul sistema sospeso.

I propulsori possono quindi essere azionati e la piattaforma sospesa su cui sono montati i moduli viene azionata in base alle condizioni dello spazio. Il pendolo quadfilare accelera anche il processo di livellamento, calibrazione e installazione di propulsori e moduli per il collaudo nell'ambiente spaziale. Con questa configurazione è necessario un solo operatore nell'impianto di prova per utilizzare la modulazione di frequenza sui fili torsionale, per livellare e calibrare l'intero sistema.

Nel simulatore di ambiente spaziale su larga scala oltre allo stadio di spinta sospesa quadfilare che consente la derivazione in situ della spinta, le sonde robotiche modulari azionate spazialmente possono anche essere personalizzate per il montaggio tramite unità di fissaggio configurabili. Vale anche la pena notare che il grande Space Environment Facility dispone di numerosi punti di montaggio e filtri elettronici di presa sottovuoto per consentire l'installazione di più propulsori e apparecchiature diagnostiche per la valutazione simultanea delle prestazioni. Ciò riduce i tempi di inattività sostenuti quando la camera viene evacuata e pompata durante i processi di installazione e riconfigurazione dell'accesso se il test dovesse essere eseguito singolarmente.

Ora passaremo attraverso le procedure per l'installazione e la calibrazione del pendolo quadfilare prima di testare le unità di propulsione. In primo luogo, assicurarsi che tutti i componenti siano installati nella camera come richiesto per i test successivi. Testare esternamente la connettività degli strumenti diagnostici prima di sigillare la camera.

Utilizzare il controllo integrato dell'impianto per sigillare la camera. Accendere le pompe per vuoto in ordine a cascata a partire dalle pompe a secco, dalle pompe turbo molecolari e quindi dalle pompe criogeniche. Usa le app sviluppate per sincronizzare i tuoi dispositivi con i transponder wireless nella camera.

Il processo di sincronizzazione è completo, quando il LED lampeggiante sui transponder smette di lampeggiare. Una volta ottenuto il vuoto desiderato e tolto la lettura iniziale dal sensore di spostamento laser come linea di base. Usa l'app sviluppata per attivare l'abbassamento di un peso calibrato per la traduzione della forza sullo stadio quadfilare.

Registrare lo spostamento dal sensore di spostamento laser. Ripetere il processo di abbassamento dei pesi e registrazione dello stadio quadfilare di spostamento fino a quando non vengono spesi tutti i pesi di calibrazione. Disegnare una curva di calibrazione per ottenere il fattore di calibrazione per il sistema installato sullo stadio quadfilare.

I propulsori possono quindi essere sparati e i parametri desiderati possono essere catturati in tempo reale dal programma di acquisizione dei dati scritto dai ricercatori in house. In alternativa, un'app integrata può essere utilizzata per automatizzare completamente il processo di calibrazione sincronizzando di conseguenza la sequenza di azionamento dai motori e l'acquisizione dei dati dai sensori. Ora passaremo attraverso le procedure per verificare in modo indipendente i parametri di spinta ottenuti a una misurazione nulla e come un proxy azionato spazialmente può essere attivato per ottenere profili di pennacchio dopo che sono state effettuate le misurazioni della spinta.

Per prima cosa, prendi una lettura di base del pendolo quadrifilare nella posizione di equilibrio. Attiva/disattiva i parametri operativi sui valori desiderati dal pannello di controllo del propulsore e attiva il propulsore. Una volta che la fiducia è stata sparata, attendere che le oscillazioni sul pendolo quadfilare si stabilizzino.

Dopo la stabilizzazione, usa l'app di controllo per il sistema di misurazione null per attivare l'abbassamento dei pesi. I pesi vengono continuamente abbassati fino a quando lo stadio quadrifilare non viene attuato di nuovo in equilibrio. Una volta raggiunta la posizione di equilibrio, la sequenza di azionamento viene terminata e viene determinata la forza necessaria per riportare il sistema quadrifilare all'equilibrio.

Viene quindi attivato un blocco di arresto per impedire lo spostamento dello stadio quadfilare. Una sequenza di spazzamento viene quindi eseguita sul supporto della sonda di misura spaziale. Una sequenza sincronizzata viene in ciclo per acquisire dati dalla sonda in ogni posizione spaziale e memorizzata in un array da analizzare di conseguenza.

Altre sonde possono essere personalizzate per essere montate sull'attacco modulare per utilizzare informazioni spaziali sui profili del pennacchio. In questa sezione andremo attraverso i risultati tipici ottenuti da una sequenza di calibrazione, così come i tipici profili di pennacchio ottenuti attraverso uno sweep di sonda faraday. La calibrazione della spinta quadfilare allo stadio di misurazione avviene attraverso l'impiego di quel motore a sonda guidato per il sistema di traslazione.

Al fine di ricavare i fattori di taratura necessari per la derivazione della spinta durante il tasking sperimentale. Sequenza attivata da un operatore di un programma automatizzato per abbassare i pesi di calibrazione fine che agiscono verticalmente e si traduce orizzontalmente per simulare l'azionamento quando il propulsore viene sparato. Le letture da un sensore di spostamento laser ad alta risoluzione vengono effettuate ad ogni intervallo e viene quindi disegnata una curva di calibrazione per ottenere il fattore di calibrazione per le misurazioni successive sul sistema.

In questa figura, vediamo una tipica curva di calibrazione disegnata durante un singolo processo di calibrazione automatizzato. Come si può vedere, il corretto allineamento e configurazione dello stadio quadfilare si traduce in un grafico di taratura molto lineare che produce un fattore di calibrazione di 27,65 milli newton per volt. In un set standardizzato per le misurazioni della spinta su un'ampia gamma di forze.

La configurazione può anche essere modificata per adattarsi ai pesi di calibrazione per regimi estesi, come mostrato in questo grafico di calibrazione. I fili torsionale sono regolati per la sensibilità e i pesi di calibrazione sia fini che di rotta sono inclusi per produrre un grafico di calibrazione lineare in entrambi i regimi. Un campione delle misurazioni in situ per la spinta derivata è mostrato in questa figura.

Questa figura mostra come un operatore è in grado di monitorare la dipendenza della spinta dalla tensione di scarica. Nel corso dell'esperimento, fino a quando lo scarico non viene spento. Utilizzando lo stadio di misurazione della spinta quadfilare, siamo stati in grado di misurare la spinta prodotta dall'intero propulsore a vari livelli di potenza di ingresso dati dalla corrente di scarica e dalla tensione applicata.

Attraverso queste informazioni, è possibile ottenere la variazione di efficienza e impulso specifico rispetto alla potenza di ingresso. Queste cifre mostrano come la spinta e l'impulso specifico varino con la potenza di ingresso a quattro diverse portate di massa. E questa figura mostra come l'efficienza dipenda dalla potenza di ingresso.

I risultati mostrano che il propulsore è stato ottimizzato per funzionare alla potenza di ingresso è inferiore a 100 watt, dove basse portate hanno portato a efficienze di quasi il 30%Dopo che il propulsore è stato sparato viene attivata una sequenza di misurazione nulla per verificare in modo indipendente la fiducia ottenuta dal sistema. Quando la spinta viene sparata, lo stadio si sposta in base alla grandezza della propulsione derivata dal sistema. L'unità di misura null è un sistema simmetrico montato di fronte all'unità di calibrazione, che utilizza un sistema di traslazione di forza simile per azionamento dello stadio in equilibrio.

Un sensore di spostamento laser monitora attivamente lo spostamento durante la misurazione e attiva il sistema di attivazione per attivare una sequenza che termina solo quando si raggiunge l'equilibrio di base. Un operatore è anche in grado di visualizzare i profili di pennacchio in situ come mostrato in questa figura. Questa figura mostra come la potenza di scarica influenzi di conseguenza la grandezza della densità di corrente di ferro di picco e l'intera larghezza a metà massima.

I processi fisici intrinseci al plasma sono noti per guidare e controllare l'auto-organizzazione e l'auto-assemblaggio durante la sintesi dei materiali. in QUT in collaborazione con fonti plasmatiche e centro applicativo, studiamo come questi elementi costitutivi vengono formati, modellati e consegnati alle superfici sulle diverse condizioni plasmatiche. Speriamo che comprendendo come si comportano queste nano strutture di forma plasmatica saremo in grado di progettare processi che garantiscano la consegna e l'incorporazione tempestive ed efficienti solo per aggiungere il sito in cui la riparazione è effettivamente necessaria.

Fornendoci un sistema di propulsione al plasma che è più lungo e più efficiente. In questa presentazione abbiamo presentato una panoramica delle considerazioni fatte durante la progettazione di una struttura per il test di sistemi di propulsione e moduli dispiegabili in un ambiente spaziale simulato. Inoltre, abbiamo dimostrato la versatilità e i punti di forza dell'utilizzo di sistemi basati su microcontrollore per l'acquisizione e l'analisi dei dati in situ, che possono essere rapidamente adattati per eseguire altre modalità di valutazione a seconda delle esigenze della missione operativa di conseguenza.