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Engineering

Optimierung, Test und Diagnose von miniaturisierten Hall Triebwerke

Published: February 16, 2019 doi: 10.3791/58466
Automatic Translation
1, 1,2, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1, 2,1, 1
1Plasma Sources and Applications Centre, National Institute of Education, Nanyang Technological University, 2School of Chemistry, Physics, Mechanical Engineering, Queensland University of Technology, 3Department of Physics, School of Science, Hangzhou Dianzi University

Summary

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zum Testen und optimieren Platz Antriebssysteme basierend auf miniaturisierte Hall-Typ-Triebwerke.

Abstract

Miniaturisierte Raumfahrzeuge und Satelliten erfordern intelligente, hocheffiziente und langlebige Low-Schub Triebwerke, in der Lage, erweiterte, zuverlässiger Betrieb ohne Anwesenheit und Anpassung. Thermochemische Triebwerke die thermodynamische Eigenschaften von Gasen als Mittel zur Beschleunigung verwenden müssen körperliche Einschränkungen auf ihren Auspuff Gasgeschwindigkeit, geringe Effizienz. Darüber hinaus diese Motoren zeigen extrem geringen Effizienz in kleinen Schüben und möglicherweise ungeeignet für kontinuierlich Betriebssysteme die Echtzeit-adaptive Regelung der Raumsonde Ausrichtung, Geschwindigkeit und Position zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz dazu müssen elektrische Antriebssysteme, die elektromagnetische Felder verwenden, um ionisierte Gase (z.B. Plasmen) beschleunigen keine körperliche Einschränkung in Bezug auf die Auspuff-Geschwindigkeit, so dass praktisch jedem Masse Effizienz und spezifische Impuls. Low-Schub Hall Triebwerke haben eine Lebensdauer von mehreren tausend Stunden. Ihre Entlastung Spannungsbereichen zwischen 100 und 300 V, bei einer Nennleistung von < 1 kW. Sie variieren von 20 bis 100 mm groß. Großen Saal Triebwerke können Bruchteile von Millinewton Schub geben. In den letzten Jahrzehnten gab es ein zunehmendes Interesse in geringe Masse, low-Power und hocheffiziente Antriebssysteme zu Laufwerk Satelliten von 50-200 kg. In dieser Arbeit werden wir zeigen, wie zu bauen, zu testen und zu optimieren eine kleine (30 mm) Halle Thruster in der Lage ist, treibt einen kleinen Satelliten mit ca. 50 kg. Wir zeigen den Thruster in einem großen Raum-Umwelt-Simulator in Betrieb, und beschreiben, wie Schub gemessen wird und elektrischen Parameter, einschließlich Plasma Merkmale erhoben und verarbeitet, um wichtige Thruster Parameter zu bewerten. Wir zeigen auch, wie der Thruster optimiert ist, um zu machen, eines der effizientesten kleine Triebwerke, die jemals gebaut wurde. Wir werden auch die Herausforderungen und Chancen durch neue Thruster Materialien ansprechen.

Introduction

Erneuertes Interesse an der Raumfahrt hat teilweise durch hocheffiziente elektrische Antriebssysteme katalysiert wurden, liefern verbesserte Mission Fähigkeiten zunehmend eingeschränkter Start kostet1,2,3. Viele verschiedene Gerätetypen Raum Elektroantrieb vor kurzem vorgeschlagen worden und getesteten4,5,6,7,8 unterstützt durch das heutige Interesse im Raum Exploration9,10. Darunter sind gerasterten Ionen-11,12 und Halle-Typ Triebwerke13,14 von primärem Interesse aufgrund ihrer Fähigkeit, sehr hohen Wirkungsgrad von ca. 80 %, als irgendwelche chemischen Thruster zu erreichen, inkl. der effizientesten Sauerstoff-Wasserstoff-Systeme die Effizienz von denen beschränkt sich auf ca. 5000 m/s durch den Auftraggeber, die physikalischen Gesetze15,16,17,18.

Umfassende und zuverlässige Prüfung der miniaturisierte Raum Triebwerke in der Regel erfordert einen großen Komplex von Prüfeinrichtungen, die enthalten Prüfkammern, Vakuum-Anlagen (Pumpen), Kontrolle und Diagnose-Instrumente, ein System zur Messung der Plasmaparameter 19und eine breite Palette von Zusatzgeräten, die den Betrieb der Thruster, wie eine elektrische Stromversorgung, Treibmittel Versorgungseinheit, nachhaltig Messung Stand und viele andere Schub20,21. Darüber hinaus eine typische Raum Antrieb Thruster besteht aus mehreren Einheiten, die separat die Effizienz beeinflussen und Lebensdauer der gesamten Schub System, und könnte daher getestet, sowohl einzeln als auch als Teil der Thruster Montage22, 23. Erheblich erschwert Testverfahren und impliziert Langtest Perioden24,25. Zuverlässigkeit von einem Thruster Kathode Einheit sowie Betrieb der Triebwerke bei verschiedenen Treibmittel verwendet werden erfordert auch besondere Berücksichtigung26,27.

Zur Leistung des elektrischen Antriebssystems zu quantifizieren, und um Module für den operativen Einsatz im Weltraum-Missionen zu qualifizieren Boden Testeinrichtungen, die Simulation von realistischen Raum ermöglichen werden Umgebungen benötigt für die Prüfung von Multi-skaliert Antrieb Einheiten,28,29,30. Ein Beispiel eines solchen Systems ist ein großer skalierte Raum Umwelt Simulationsschrank befindet sich im Space Propulsion Centre-Singapur (SPC-S, Abb. 1a, b)31. Bei der Entwicklung von solch einer Simulationsumgebung müssen die folgenden primären und sekundären Überlegungen berücksichtigt werden. Hauptanliegen sind, dass die so erstellten Raum Umwelt genau und zuverlässig eine realistische Weltraum Umgebung simulieren muss und die integrierten Diagnosesystemen müssen präzise und genaue Diagnose während Leistungsbewertung eines Systems. Sekundäre Bedenken sind, dass der simulierte Raum Umgebungen müssen hochgradig anpassbare ermöglichen schnelle Installation und Prüfung von verschiedenen Antriebs- und Diagnosemodule und die Umwelt muss Platz für hohen Durchsatz Tests zur Optimierung Entlastung und Betriebsbedingungen mehrere Einheiten gleichzeitig.

Space-Umwelt-Simulatoren und pumpenden Einrichtungen

Hier zeigen wir zwei Simulationseinrichtungen bei SPC-S, die umgesetzt wurden für die Prüfung von miniaturisierten elektrischen Antriebssystemen, sowie integrierte Module. Diese beiden Einrichtungen sind von verschiedenen Maßstäben und in erster Linie haben unterschiedliche Rollen in den Prozess der Leistungsbewertung, wie unten beschrieben.

Großen Raum Betätigung Plasmakammer (PSAC)

Die PSAC hat Abmessungen von 4,75 m (Länge) x 2,3 m (Durchmesser) und verfügt über ein Vakuum Pumpen Suite umfasst zahlreiche leistungsfähige Pumpen arbeiten im Tandem. Es ist in der Lage zu einem Basisdruck niedriger als 10-6 PA. Es hat eine integrierte Vakuumregelung auslesen und Pumpe Aktivierung/Spülsystem für Räumung und Säuberung der Kammer. Es verfügt über zahlreiche anpassbare Flansche, elektrische Durchführungen und visuelle Diagnose Bullaugen, Line-Test-Anlage zur Verfügung zu stellen. Dies, ermöglicht zusammen mit eine vollständige Suite von Diagnosefunktionen intern montiert es, für Multi-modale Diagnostik schnell geändert werden. Das Ausmaß der PSAC ermöglicht auch für die Prüfung der vollständig integrierte Module für Anwendungen in einer simulierten Umgebung.

PSAC ist die SPC-S Flaggschiff Raum Umwelt Simulationsanlage (Abbildung 1 c, d). Seine schiere Größe ermöglicht eine Prüfung der kompletten Modulen von bis zu ein paar U auf der Bühne eine Quadfilar montiert. Der Vorteil dieser Methode wäre in der Echtzeit-Visualisierung wie die Propulsion Module montiert auf unterschiedliche Nutzlasten beeinflussen können an Ort und Stelle rangieren von Nutzlasten im Raum. Dies wird durch die Montage simuliert und Aussetzung der die gesamte Nutzlast auf eine proprietäre Quadfilar Schub Messplattform. Der Thruster kann dann abgefeuert werden, und die ausgesetzte Plattform mit dem Bugstrahlruder und Nutzlast würde je nach Platzverhältnissen getestet werden. Treibgas-Rohstoffe, die die Testumgebung über Elektroantrieb-Module geben Sie sind effizient abgepumpt durch die Vakuum-Suite um sicherzustellen, dass der Kammer Gesamtdruck nicht so verändert, ist eine realistische Weltraum Umwelt32 ,33,34. Darüber hinaus elektrische Antriebssysteme in der Regel umfassen die Produktion von Plasmen und nutzen die Manipulation der Flugbahnen von geladenen Teilchen, die das System verlassen, um Schub35zu generieren. In kleineren Simulationsumgebungen, die Anhäufung von Ladung oder Plasma Hüllen an der Wand beeinträchtigen die Austragsleistung durch Plasma-Wand-Interaktionen aufgrund seiner Nähe zum Antriebssystem, speziell für Micropropulsion wo typische Schub Werte sind in der Reihenfolge der Millinewtons. Daher müssen besondere Aufmerksamkeit und Nachdruck erfolgen abzurechnen und Beiträge von solchen Faktoren36zu marginalisieren. Die PSAC Größe minimiert Plasma-Wand-Interaktionen, wodurch sie vernachlässigbar, geben eine genauere Darstellung der Entlastung Parameter und eine Überwachung von Plume Profilen in Elektroantrieb Module ermöglichen. Die PSAC dient in der Regel im vollen Modul Auswertung und Systeme Integration/Optimierungsprozesse ermöglicht eine schnelle Übersetzung von Thruster Prototypen betriebsbereit Systeme für Boden Tests in Vorbereitung auf Platz Qualifikation.

Skalierte Plasma Raum Umgebungssimulator (PSEC)

Die PSEC hat die Maße 65 cm x 40 cm x 100 cm und hat ein Vakuum pumpende-Suite umfasst sechs leistungsfähige Pumpen arbeiten im Tandem (trockene Vakuumpumpe, Turbomolekularpumpe und Cryo-Vakuum-Pumpen). Es ist in der Lage, ein Basisdruck niedriger als 10-5 Pa zu erreichen, wenn das ganze System Pumpen in Betrieb ist (alle Pumpen sind im Einsatz). Druck und Treibmittel Ströme werden überwacht Echtzeit über integrierte Massenstrom Auslesen Boxen und Manometer. Die PSEC ist in erster Linie in Belastungstests der Triebwerke eingesetzt. Triebwerke sind für längere Zeit, um die Auswirkungen von Plasma Schaden auf Entladungskanäle und seine Lebensdauer gefeuert. Darüber hinaus, wie in Abbildung 2dargestellt, eine komplexe Flow Controller Gasnetz in dieser Anlage ermöglicht schnelle Verbindung von anderen Rohstoff Treibmittel, die Kathoden und Anoden, Kompatibilität der Triebwerke mit neuartigen Treibmitteln und Auswirkungen zu testen die Letztere auf Thruster Leistung. Dies ist der gestiegene Interesse an Forschungsgruppen arbeiten an "luftatmenden" elektrische Triebwerke unter Verwendung neuartiger Treibmittel während des Betriebs.

Integrierte Diagnosemöglichkeiten (multimodale Diagnostik)

Verschiedene integrierte Diagnosemöglichkeiten, ausgestattet mit automatisierten integrierte Robotersysteme (AIRS-µS)19,23, entstanden für die beiden Systeme in PSEC und PSAC Diagnostik in verschiedenen Maßstäben und Zwecken gerecht zu werden.

Integrierte Diagnose in PSEC

Diagnosetools in PSEC hängen im Wesentlichen von Echtzeit-Überwachung von Entlastung durch erweiterte Operationen. Das Qualitätsmanagement-System überwacht Restgas in der Anlage für Kontaminanten Arten, die entstehen durch Sputtern von Material während einer Entladung. Diese Spuren sind im Laufe der Zeit auszuwertende Erosionsraten von der Entlastungskanal und Elektroden von der Thruster der Thruster Lebensdauer abzuschätzen quantitativ überwacht. Das optische Emissionen-Spektrometer (OES) ergänzt dieses Verfahren durch die Überwachung der Spektrallinien, die entsprechende elektronische Übergänge von Kontaminanten Arten durch Erosion, wie Kupfer aus der Elektronik. OES ermöglicht auch nicht-invasive Plasmadiagnostik und aktives monitoring der Plume-Profil, das Leistung des Thruster qualitativ bewertet. Schließlich wird eine Roboter-Faraday-Sonde, die ferngesteuert oder völlig autonomen Modus gesetzt werden kann verwendet, um schnelle fegt der Plume Profil zur Kollimation des Strahls durch parametrisch unterschiedlicher Entladungsbedingungen (Abbildung 3) Optimierung ableiten.

Integrierte Diagnose in PSAC

Der Luxus des physischen Raums in der PSAC ermöglicht die Installation mehrerer Thruster Systeme an verschiedenen Standorten aufgrund seiner modularen Bauweise ermöglicht Plug-und-Play-wie Installation für verschiedene Diagnosen gleichzeitig. Abbildung 4 zeigt die interne Querschnitt die PSAC in verschiedenen Konfigurationen mit voll gefedert Quadfilar Schub Messplattform wird seine bemerkenswerte und dauerhafte Befestigung. Turmsysteme, autonom gesteuert oder drahtlos über Android apps mit Mikrocontrollern und Bluetooth-Module, dann montiert werden auf modulare Weise mit Blick auf den Thruster Eigenschaften der Feder durch die Installation von verschiedenen Sonden wie Faraday, Langmuir und hemmen mögliche Analyzer (RPA). Auch in Abbildung 4 dargestellt, ist die Fähigkeit der PSAC für konfigurierbare Montage der Thruster Systeme zur gleichzeitigen Schnelldiagnostik von verschiedenen Plasmaparameter ermöglichen. Die Triebwerke können in einer einzelnen Spalte vertikal montiert werden und getestet schnell, einer nach dem anderen, Interaktionen zwischen den verschiedenen Thruster-Systemen zu vermeiden. Es wurde nachgewiesen, dass effiziente Auswertung von bis zu 3 verschiedene Module auf eine einzelne Instanz möglich ist, so deutlich reduziert die Ausfallzeit während der Evakuierung und Bereinigung Prozesse erforderlich sonst beim Systeme einzeln zu testen. Auf der anderen Seite ist dieses System eine wertvolle Gelegenheit zum Testen der Thruster-Assemblys, die Arbeiten sollten in einem Haufen auf dem gleichen Satelliten. Die Triebwerke können in einer einzelnen Spalte vertikal montiert werden und getestet schnell, einer nach dem anderen, Interaktionen zwischen den verschiedenen Thruster-Systemen zu vermeiden. Es wurde getestet, um bei der Bewertung von bis zu 3 verschiedene Module auf einer einzelnen Instanz, deutlich weniger Ausfallzeiten während der Evakuierung und Bereinigung Prozesse erforderlich sonst beim Testen der Systeme individuell wirksam zu sein.

Es ist wichtig, den Schub in Micropropulsion Systemen genau so zu bestimmen, dass Parameter wie Effizienz, ηEff und der spezifische Impuls ichsp, korrekt sind, damit, so dass eine zuverlässige Darstellung der Abhängigkeit der Thruster Leistung auf verschiedenen Eingabeparametern wie den Treibsatz Fluss und die Stromversorgung zu den verschiedenen Endgeräten die Triebwerke, wie in den Gleichungen 1 und 2 dargestellt. Explizit, dreht sich Leistungsbewertung der Micropropulsion Systeme in der Regel um die Messung des Schubes erzeugt aus dem System an verschiedenen Betriebsparameter. Performance-Auswertung-Systeme müssen daher entsprechend eine Reihe von Standards kalibriert werden, bevor Sie in die Raum-Umgebung für den Einsatz in der Diagnostik und Tests, um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit19installiert wird.

Equation 1

Equation 2

Typische Systeme beschäftigen Kraft Kalibrierung extern vor Schub Maßeinheiten in der Test-Umgebung38installiert sind. Aber solche Systeme berücksichtigen nicht für die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften der Kalibrierstandards Raum-Umgebungen und für Elektro-, Vakuum und thermische Einflüsse auf den Abbau der kalibrierten Standards im dynamischen Verlauf Leistungsbewertung von der Triebwerke. Die automatische drahtlose Kalibriereinheit in Abbildung 5dargestellten ermöglicht auf der anderen Seite für in-situ Kalibrierung des Systems in der simulierten Umgebung, bevor der Thruster in Betrieb ist. Dies die dynamischen Effekte der Testumgebung auf der Bühne Messung entfallen, und ermöglicht eine schnelle Re-Kalibrierung des Systems vor der Zündung der Triebwerke. Das System verfügt auch über eine symmetrische modulare null Schub Überprüfung Einheit, die die Ausrichtung unabhängig überprüft. Betrieben wird es während der Thruster für in situ Analyse von der abgeleiteten ist Schübe von bestimmten Bedingungen zu entladen. Der gesamte Prozess erfolgt über MATLAB-Anwendungen, so dass Anwender sich auf Optimierung der Hardware und Design von Antriebssystemen, und beschleunigt die Prüfung solcher Systeme. Details dieser Methode würde im folgenden Unterabschnitt ausgearbeitet werden.

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Protocol

Hier präsentieren wir die Protokolle für die Schub Kalibrierung Verfahren und Performance-Evaluierung, unabhängige Schub Verifikation über null Mess- und Plume Profilometry durch in-situ Geodaten zu spüren.

(1) Schub Kalibrierung Verfahren und Schub Leistungsbewertung

  1. Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten in der Kammer installiert sind, wie in Abbildung 5dargestellt.
  2. Testen Sie die Konnektivität des Diagnose-Tools nach außen vor der Versiegelung der Kammers.
  3. Verwenden Sie das integrierte Facility-Steuerelement, um die Kammer zu versiegeln.
  4. Schalten Sie die Vakuumpumpen in kaskadierende Reihenfolge beginnend aus den trockenen Pumpen (bis die Kammer 1 erreicht Pa), Turbo-Molekularpumpen (bis ca. 5 x 10-4 Pa erreicht), und dann die kryogenen Pumpen.
    Hinweis: PSAC bleibt Pumpe bis Hochvakuum (< ~ 10-5 Pa) um Raum Umgebung zu simulieren. Das Protokoll kann hier angehalten werden.
  5. Verwenden Sie die entwickelten apps, um die Geräte mit dem Wireless-Transponder in der Kammer zu synchronisieren. Die Synchronisierung ist abgeschlossen, wenn die Leuchtdiode (LED) auf dem Transponder aufhört zu blinken.
  6. Sobald das gewünschte Vakuum erreicht ist, nehmen Sie eine erste Lesung (analoge Spannung) aus der Laser-Wegsensor als Grundlage.
  7. Verwenden Sie die entwickelte app auslösen, die Senkung der ein Gewicht (der eine genau bekannte und kalibrierten Masse Kupfer Schleife) für die Übersetzung der Kraft auf der Quadfilar Bühne.
    Hinweis: Die Masse jeder Kupfer Schleife richtet sich nach der gewünschten Empfindlichkeit der Quadfilar Stufe verwendet wird. In diesem Fall war die Masse jeder Kupfer Schleife in der Größenordnung von 100 mg für das erweiterte Kalibrierung Regime und 10 mg für die Feinkalibrierung Regime. Sehen Sie die repräsentative Ergebnisse für weitere Informationen.
  8. Rekord ist die Verschiebung (analoge Spannung) von der Laser-Wegsensor wenn es ausgelöst wird, nachdem die Masse vollständig abgesenkt wird und sein Gewicht in eine horizontale Kraft übersetzt.
  9. Wiederholen Sie den Vorgang (Schritte 1.7 und 1.8) Senkung der Gewichte und der Verschiebung der Quadfilar Bühne aufzeichnen, bis alle Kalibrierungen Gewichte erweitert werden. Alle Gewichte werden automatisch in die Gleichgewichtslage durch die Kalibriereinheit zurückgegeben werden, nachdem die Sequenz abgeschlossen ist, damit kann die Quadfilar Bühne, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, bevor Thruster abgefeuert werden kann. Speichern der Kalibrierfaktor ( Datei | Speichern als | "Factor.txt").
  10. Ziehen einer Kalibrierkurve Erlangung der Kalibrierfaktor für das System auf der Quadfilar Bühne, wo der Kalibrierfaktor (in mN/V) beträgt die Steigung des Graphen Kraft/Spannung.
  11. Zeichnen Sie eine Grundlinie analoge Spannung von der Laser-Wegsensor wieder vor dem Brand des Thrusters.
  12. Aktivieren Sie die in-situ MATLAB-Programm zur Berechnung der Schub sofort mit Gleichung 3 (siehe die repräsentativen Ergebnisse) und Eingabe der Kalibrierfaktor im Schritt 1,9 abgeleitet ( Datei | Offen | "Factor.txt").
  13. Die Triebwerke können dann wieder entlassen werden. Erfassen Sie die gewünschten Parameter in Echtzeit mit dem betriebsinternen Daten-Übernahme-Programm.
    Hinweis: Alternativ eine integrierte app lässt sich vollständig automatisieren die Kalibrierung während der Betätigung Sequenz von Motoren und Datenerfassung von den Sensoren entsprechend synchronisieren.

(2) null Messprotokoll für unabhängige Schub Überprüfung

  1. Zuerst nehmen Sie eine Grundlinie (analoge Spannung) Lesung (aus der Laser-Wegsensor) des Thruster in Ruhelage.
  2. Betriebsparameter auf gewünschte Werte aus der Thruster-Systemsteuerung wechseln und den Thruster Feuer.
  3. Sobald der Thruster ausgelöst wird, warten Sie auf die Schwingungen des Quadfilar Pendels zu stabilisieren.
  4. Nachdem der Quadfilar zu einem ursprünglichen Zustand stabilisiert hat, verwenden der Control-app für das null-Messsystem auslösen, die Senkung der Gewichte. Lesungen aus der Laser-Wegsensor sind gleichzeitig überwacht. Die Gewichte sind ständig abgesenkt, bis die Quadfilar Bühne, wieder ins Gleichgewicht betätigt wird.
  5. Sobald die Gleichgewichtslage erreicht ist, kündigen Sie die Betätigung-Sequenz, und bestimmen Sie die erforderliche Kraft, um das Quadfilar-System wieder ins Gleichgewicht zu bringen.
  6. Lösen Sie einen Stopper-Block um die Quadfilar Bühne bewegen zu stoppen.
  7. Berechnen Sie die Masse entspricht die horizontale Kraft erforderlich, um das System wieder ins Gleichgewicht zu ziehen.

(3) Betätigung des Roboter-Türmchen für in-situ Geodaten sensing und Fahne profilometry

Hinweis: Während des Betriebs des Thruster können ein Operator zu betätigen das System manuell in den gewünschten Winkel zu erhalten Plume Merkmale an besonderen Orten oder eine automatisierte Sequenz auslösen.

  1. Montage des Thrusters auf einer beweglichen Bühne (wie im Fall der PSAC) vor Beginn des Experiments.
  2. Aktivieren Sie die Stop-Bar-Mechanismus verhindern, dass die Bühne Betätigung während des Experiments.
  3. Auslösen der Messprotokolle und Servo Motor zu die Sonde um die 0 °-Stellung zu betätigen.
  4. Erwerben Sie eine Messung von der Sonde.
    Hinweis: Je nach Art der Sonden installiert, können die Messverfahren gemäß der programmierbare Reihenfolge für den Erhalt der komplette räumliche Plume Profile der Entlastung variiert werden. (a) wenn eine Faraday-Sonde montiert ist, wird eine Lesung aus einem Quelle Meter genommen (wo bei einer Neigung von-30 V kontinuierlich auf die Schutzringe angewendet wird). (b) wenn eine Langmuir-Sonde montiert ist, eine Wellenform Sägezahn Spannung wird an der Sonde geliefert und die-V Eigenschaften sind erhalten und interpretiert. (c) wenn eine RPA montiert ist, eine Wellenform Sägezahn Spannung auf das unterscheidende Raster angewendet wird, und -V Eigenschaften sind erhalten und interpretiert.
  5. Lösen Sie die Servo-Motor mit den Mikrocontroller, der nächste Winkelposition bewegen wo die Sonde Sequenz ausgelöst wird, eine Messung wieder aus.
  6. Speichern Sie die Messungen in individuell markierten Arrays in einer Datenmatrix.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 3.5 und 3.6 bis eine vollständige fegen bis zu 180° ausgeführt wurde, und die Sonde wird auf 0° zurückgebracht.
  8. Die gespeicherten Daten zu analysieren.

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Representative Results

Kalibrierverfahren Schub und Schub Leistungsbewertung

Bewertung der Schub Werte aus der Quadfilar Schub-Messung-Bühne kommt in zwei Phasen. Die erste Phase ist durch den Erwerb Kalibrierfaktoren von der automatisierten drahtlose Kalibriereinheit auf der rechten Seite der Abbildung 5gezeigt. Bei dieser Kalibrierung sinken feine Gewichte über eine glatte Polytetrafluorethylen-Bar die vertikalen Auswirkungen eines Gewichtes in eine horizontale Kraft übersetzt, der Thruster auf der Quadfilar Bühne befestigt. Eine hochauflösende Laser Wegsensor misst dann die Verschiebung bei jedem Intervall entsprechend. Dies wird überwacht von einem Bediener über eine Daten-Übernahme-app wie in Abbildung 6dargestellt, und ein Kalibrierfaktor ergibt am Ende der Serie wo zahlreiche geeichte Gewichte auf das System abgesenkt. Der Kalibrierfaktor S ergibt sich aus der beste Fit Linie der horizontalen Kraft-Weg-Diagramm und die anschließende Schub errechnet sich mit Gleichung 3:

Equation 3

wobei VBasislinie ist die analoge Grundlinie Spannung aus der Laser-Wegsensor lesen vor dem Brennen des Thrusters und Vgemessen ist die gemessene Spannung vom Sensor beim in-situ Betrieb des Thrusters.

Eine klarere Darstellung des Systems der Kalibrierung ist in Abbildung 7dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die grüne Linie und rote Kreise nur zur Veranschaulichung sind lediglich als Anhaltspunkt für das Auge dienen. In Wirklichkeit ist die grüne Linie eine feine Madeira Polyamid-Faser, die den montierten Elektromotor verbindet. Die geeichte Gewichte sind kleine Kupfer Schleifen, die mit einer hohen Präzision Massenbilanz abgewogen, und sie können entsprechend angepasst werden, um für eine Feinkalibrierung Regime zunächst (mit kleineren Intervallen im Unterschied zwischen Massen), zu ermöglichen und eine erweiterte Regime (wo größere Massen gegen Ende der Kalibrierung Sequenz hinzugefügt werden).

Eine typische Kraft-Spannungs-Diagramm wird eine gerade Linie zu erzeugen, wie in Abbildung 8 dargestellt wenn die Kalibriereinheit Verschiebung Sensor- und Quadfilar Laserplattform sind richtig installiert. In diesem Fall ergibt die Handlung ein Kalibrierfaktor (Gradient) von 27.65 mN∙V-1 in eine standardisierte Einrichtung für Schub Messungen über einen weiten Bereich der Kräfte.

Der Kalibrierfaktor kann verändert werden, indem Sie die Empfindlichkeit der Quadfilar Plattform, die abhängig von mehreren Faktoren wie die Länge der Drähte Quadfilar ändern. In Abbildung 8wurde die Empfindlichkeit des Setups geändert, um in Kalibriergewichte für erweiterte Regime passen. Sowohl feine und grobe Kalibriergewichte sind enthalten, um eine Kalibrierung Plot hervorbringen, der linear in beiden Regimen.

Ein Beispiel der in-situ Messungen für Schub gemessen ist in Abbildung 9dargestellt. In diesem Fall zeigt es, wie ein Operator ist in der Lage, die Abhängigkeit des Schubes Entladespannung im Verlauf des Experiments zu überwachen, bis die Entlastung erloschen ist. Auswirkungen von anderen input-Parameter auf den Schub können auch auf die gleiche Weise überwacht werden.

Mit der Quadfilar Messung Bühne Schub, konnten wir den Schub erzeugt durch unsere Halle Thruster bei verschiedenen Eingabe Mächte durch die Entladespannung aktuelle und angewandte gegeben zu messen. Durch diese Informationen, die Variation der Equation 4 und Equation 5 in Bezug auf Leistung erzielt werden. Abbildung 10a,b zeigt wie die Schubkraft und variieren mit Eingangsleistung an 4 verschiedenen Massenströme. Schließlich ist die Effizienz der Eingangsleistung an unterschiedliche Massenströme in Abbildung 10 cdargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Thruster optimiert worden ist, zur Arbeit bei Eingabe Befugnisse unter 100 W, wo niedrige Durchflussmengen Wirkungsgrade von fast 30 %19geführt haben. Vor der Optimierung erreicht der Thruster kaum 20 % Wirkungsgrad bei 83 W und 5,5 Sccm. Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Thruster optimiert worden ist, zur Arbeit bei Eingabe Befugnisse unter 100 W, wo niedrige Durchflussmengen Wirkungsgrade von fast 30 %19geführt haben. Dies ist wohl eine anständige Leistung im Vergleich zu der SPT100 Hall-Thruster, deren Effizienz zwischen 30 % bis 40 %, und andere Halle-Triebwerke von ähnlicher Größe und Eingabe Befugnisse variiert. Abbildung 10 d zeigt das automatisch gezeichneten Profil der Ion Stromdichte.

Null Messprotokoll für unabhängige Schub Überprüfung

Während der Thruster ausgelöst wird, wird der Polyamid-Draht auf der rechten Seite entspricht der Kalibrierung Einheit Ende locker gelassen. Während der in-situ Betrieb der Thruster kann dann die symmetrische null Maßeinheit Prüfung ausgelöst werden. Die symmetrische null Maßeinheit arbeitet in einer ähnlichen Weise zu den Roboter Kalibriersystem in Abbildung 5dargestellten; die Miniatur-Kalibriergewichte an einem feinen Polyamid-Draht befestigt werden im System gesenkt und erzeugen eine horizontale Krafteinwirkung auf das Antriebssystem. In diesem Fall wird die horizontale Kraft angewendet, um das Quadfilar System zu ziehen, die beim Betrieb des Thruster zurück zum Gleichgewicht vertrieben wurden. Dieser Prozess ist in der zeitabhängigen schematische der Prozess Evolution in Abbildung 11dargestellt. Der Thruster feuert zuerst bei t = 0 s, Panel (a) in der Serie entspricht. Die Quadfilar Bühne verdrängt dann auf der rechten Seite durch die horizontale Kraft von der Antriebseinheit. Da die Umwelt in der Raum-Simulator verdunkelt ist, wird die Bewegung der Bühne als die scheinbare Bewegung der Thruster in (b) gesehen. Die Quadfilar-Bühne dann stoppt, oszillierende und erreicht eine Gleichgewicht-Steady-State-Verschiebung, wie in (c) gezeigt. In diesem Fall null System wird ausgelöst und der Schrittmotor wird aktiviert, um die Quadfilar Bühne ins Gleichgewicht zurück ziehen, wie in (d) dargestellt. Der Schrittmotor wird zu einem Punkt ausgelöst, wo der Laser-Wegsensor erkennt, dass die Bühne wieder in die Gleichgewichtslage und die Betätigung wird gestoppt. Eine Messung dann, und der Schub-Wert von diesem System ist dementsprechend gegeben.

Betätigung der Roboter Türmchen für in-situ Geodaten sensing und Fahne profilometry

Modulare Roboter Turmsysteme sind auch in PSAC und PSEC für anpassbare Diagnostik von Plume Profile installiert. Diese Roboter-Türme sind auch auf motor angetriebenes Bühnen für richtige Sonde Platzierung nach der axiale Mittellinie der Triebwerke extern montiert. Die Roboter-Türme bestehen aus geschirmte Edelstahl-Gehäuse mit programmierbaren Mikrocontroller mit drahtloser Transponder zur Aufnahme und Übertragung von Daten verbunden. Dies erlaubt auch Benutzern, die Bewegung der Sonde nach außen, beim Empfangen von Daten von Sensoren ohne zusätzliche elektrische Anschlüsse an das System zu kontrollieren. Es ist auch erwähnenswert, dass der modulare Aufbau des Mikro-Servomotors betätigten Revolver ermöglicht schnelle Verfeinerung der Messaufbau, die ermöglicht mehrere Sonde Arrays einschließlich Langmuir, Faraday-Sonde und RPAs auf dem gleichen montiert werden entsprechend eingerichtet betrieblichen Anforderungen zum Zeitpunkt. Abbildung 12 zeigt eine schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus zur Fahne Profilometry.

Während des Betriebs des Thruster ein Operator kann festlegen, dass das System zum gewünschten Winkel manuell zu betätigen, wie in Abbildung 12 , Plume Merkmale an besonderen Orten zu erhalten, oder eine automatisierte Sequenz ausgelöst werden. Je nachdem welche Sonden installiert sind können die Messverfahren nach der programmierbare Reihenfolge für den Erhalt der komplette räumliche Plume Profile der Entlastung variiert werden.

Eine solche Sequenz ermöglicht eine schnelle räumliche Visualisierung des Plume Profils wodurch Engineering und Prozessoptimierung in zulassend Strahl Kollimation für effiziente Thruster Betrieb optimieren. Betätigten Türmchen und programmierbare Sensorsysteme erlauben autonome Übernahme von Plume Merkmale an jedem Punkt, wo Plasmaparameter abgeleitet und durch programmierbare Systeme berechnet werden können. Dies kann Tests solcher Systeme mit einfachen Analyse und Manipulation von großen Mengen von Daten durch einfache Roboter und betätigten autonome Systeme zu beschleunigen. In Abbildung 10 dist zum Beispiel der Plasma-Parameter, die hier analysierten die Ion Stromdichte bei verschiedenen Winkelstellungen. Es zeigt, wie die Entlastung macht das Ausmaß der Peak Ion Stromdichte und der durchgehenden am halben Maxima entsprechend beeinflusst. Diese Ergebnisse zeigen, dass höhere Entlastung Spannungen nicht unbedingt zu einer besseren Leistung der Thruster übersetzen. Hier führt zu höheren macht die Verbreiterung der Plume-Profil, das eine unerwünschte Eigenschaft ein Thruster ist. Dies bedeutet, dass einige der Auspuff Teilchen Geschwindigkeiten sind nicht senkrecht zur Ebene Thruster Ausfahrt, wodurch ein Schub in eine ungewollte Richtung und macht präzise Manöver eine Herausforderung. Darüber hinaus können die Belastungen aus der Feder der Nutzlast oder andere Subsysteme auf das Raumschiff beschädigt werden. Zur Optimierung des Thrusters produzieren mehr kollimierten Plume einstellbar die Magnetspulen und der Spannungsabfall an der Anode gelieferte Strom bis eine zufriedenstellende voller Breite am halben Maxima (FWHM) Wert erreicht ist. Vor der Fahne Profil Optimierung seiner FWHM war 33,1 ° bei 140 W aber nach der Optimierung reduziert es auf 23,7 ° bei 110 w. Dies bedeutet, dass die Wolke jetzt mehr kollimiert ist.

Figure 1
Abbildung 1 : Großer Raum Umweltfazilität zur Prüfung von elektrischen Antrieben Schubdüsen. Dieses Flaggschiff-Anlage befindet sich am Space Propulsion Centre Singapur, National Institute of Education, Nanyang Technological University. (ein) Seitenansicht der Kammer zeigt transparente Bullaugen für visuelle Diagnostik von Testsystemen und die mehrere Vakuum Grade elektrische Durchführungen, die Kommunikation, Steuerung und Diagnostik der Systeme unter Test ermöglichen. (b) Vakuumpumpen. (c) Seitenansicht der Kammer mit einer Seite laden Luke öffnen. (d) Blick auf den Raum-Simulationsschrank mit einem Operator installieren Diagnosesysteme. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von J. Lim Et Al., IEEE Trans Plasma Sci. 46, 338 (2018) und J. Lim Et Al., IEEE Trans Plasma Sci. 46, 345 (2018). Copyright 2018 IEEE. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Rückansicht eines skalierten Plasma Raum Umwelt Simulators (PSEC). PSEC verfügt über insgesamt 6 Pumpen mit hoher Kapazität kryogenen Pumpen, Turbo-Molekularpumpen und Vakuumpumpen. Das Setup beinhaltet auch integrierte Thruster Diagnose. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Überblick über eine Plasma-Diagnose-Suite in der PSEC. Rechten Seite der Abbildung zeigt eine vergrößerte Darstellung der Systeme aus dem Bullauge aus der Vorderseite der Kammer. Die visuelle Diagnose Port dient auch als einen Weg für optische Emission-Spektroskopie (OES) erfolgen. Wie in der Außenansicht der Kammer dargestellt, ist einen Quadropole-Massenspektrometer für Restgas Analyse auszuwertende Materialabtrag Raten durch Sputtern in der Kammer während längerer Thruster Betrieb ausgestattet. Darüber hinaus sind drahtlos gesteuerte Roboter Faraday Sonden auch intern montiert, um Plume Profile die Triebwerke in der Leistungsbewertung zu bewerten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Überblick über die integrierte Plasma Diagnose Suite in der PSAC. (ein) anpassbare Design zeigt einen Roboter Faraday Sonde Turm neben eine Bühne Bewertung Quadfilar Schub und eine in-Situ Kalibrierung Gewichtseinheit platziert. (b) anpassbare Funktionen können für bis zu drei verschiedene Triebwerke montiert und getestet gleichzeitig reduziert Ausfallzeiten und Maximierung Forschung ausgegeben werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Schematischer Aufbau der symmetrischen modulare null Schub Überprüfung Einheit Im Gegensatz zum Kalibrierung ist die null Schub Überprüfung Bedienung während der Thruster ausgelöst wird, um eine unabhängige Überprüfung der erhaltenen Schub-Werte ermöglichen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Daten Akquisition app Benutzeroberfläche. Die Benutzeroberfläche der MATLAB-basierte app ermöglicht dem Bediener, den Schub und Spannung lesen aus der Laser-Wegsensor in Echtzeit zu überwachen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : Kalibrierung Einheit Ein Roboter Kalibrierung kann durch einen Funker-Eingang oder völlig autonom Kalibrierung Sequenzen für schnelle Kalibrierung eines Quadfilar-Systems betrieben werden. Überlegungen zum Design: minimieren Sie äußere Einflüsse; Verwenden Sie flaches, leichtes Gewicht Schnur und Millinewton Gewichte; Verwenden Sie niedrigen statischen Koeffizienten Bar; Linie muss flexibel genug sein, "u-Loop" zu produzieren. Verwenden Sie für die Kalibrierung Stand Steuereinheit, feinen Madeira Monofil Polyamid (Nylon) Faser (ca. 4,0 µm), kleine Kupfer Schleifen als Gewichte und eine glatte Polytetrafluorethylen-Bar. Rückseite des montierten Thruster auf Quadfilar Pendel oder im Einklang mit der Mitte der Reflektorplatte Linie beizufügen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 8
Abbildung 8 : Typische Kraft-Spannung und Kraft-Spannung Grafiken für modifizierte Setup. (ein) Kraft-Spannung Diagramm. Die Menge an Gewicht abgesenkt und in eine horizontale Kraft übersetzt wurde ist gegen die entsprechende Spannung lesen auf der Laser-Wegsensor aufgetragen. Der Kalibrierfaktor (in mN/V) beträgt die Steigung des Graphen Kraft/Spannung die in den Daten Akquisition ca. (b) Kraft/Spannung Diagramm verwendet werden. Die Empfindlichkeit des Setups in Richtung der Krafteinwirkung wurde erhöht, um Platz für feine und grobe Kalibrierung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 9
Abbildung 9 : In-Situ-Leistungsbewertung. Eine andere Software-Programm ermöglicht die Schubleistung in Echtzeit überwacht werden, wenn ein Eingabeparameter, die Entladespannung in diesem Fall wird nach und nach geändert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 10
Abbildung 10 : Bewertung der Thruster Merkmale. (ein, b) Schub und spezifischen Impuls als Funktionen der Eingangsleistung an vier unterschiedlichen Massenströme. (c) aufgetragen gegen die Eingangsleistung an unterschiedliche Massenströme Effizienz. (d) die automatisch gezeichneten Profil der Ion Stromdichte. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 11
Abbildung 11 : Zeit der Entwicklung des Referats null Schub Überprüfung im Betrieb während des Brennens eine Halle Thruster bei SPC-S. (ein) t = 0 s, wo der Halle Thruster erste ist gefeuert und bewegt sich weg von der Gleichgewichtslage. (b) Quadfilar Bühne verdrängt auf der rechten Seite dargestellt durch die Relativbewegung des Hall Thrusters. (c) Quadfilar Phase stoppt oszillierende und einer stationären Gleichgewichtszustand erreicht. Null-System wird ausgelöst und die Stepper motor Betätigung beginnt. (d) Null-System ist zu langsam ziehen ausgelöst der Thruster auf der Quadfilar Bühne zurück zum Gleichgewicht montiert. (e) Thruster erreicht eine Gleichgewichtslage. Null Maßeinheit hält die Stepper motor Betätigung. Messung. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 12
Abbildung 12 : Schematische Darstellung der Betätigung des modularen Multi-Sonde Revolver. Das gesamte System wird drahtlos gesteuert und Faraday Sonde kann schnell durch Einrasten auf verschiedene Sensormodule ersetzt werden. Verbindungen werden über BNC-Typ-Adapter für einfache Schraubanschlüsse Umwandlung und Installation hergestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 13
Abbildung 13 : Schaltpläne von einem Hall-Typ Thruster. Ähnliche Konfigurationen mit unterschiedlichen Konfigurationen basierend auf eine generalisierte Layout präsentiert in dieser Abbildung sind auch von anderen Gruppen eingesetzt worden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 14
Abbildung 14 : Induktiv gekoppelten Plasma Anlage zur Synthese neuer Materialien im Plasma Quellen Application Centre / Space Propulsion Center, Singapore. Eine mächtige Plasmaanlage ermöglicht die Synthese von Silizium-basierten Materialien für innovative, hocheffiziente Solarzellen sowie Bornitrid und andere nanostrukturierte Materialien für Anwendungen in der modernen miniaturisierte Triebwerke.  Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Typical Hall-Typ Triebwerke44 sind relativ einfach, billig und hocheffiziente Geräte, die eine Ionen-Fluss, die Geschwindigkeiten von mehreren zehn km/s, Bereitstellung von Schub beschleunigen könnte erforderlich für beschleunigte Satelliten und Raumfahrzeuge sowie für manövrieren, Ausrichtung, Position und Lageregelung, und am Ende ihrer Lebensdauer Betrieb de-Orbit. Anwendung der Halle Triebwerke auf Satelliten und anderen orbitalen Nutzlasten Mission Leben verbessern ermöglichen orbital Transfer und Bildung/Konstellation fliegen mehrere Satelliten und Multi-mission-Funktionen zu aktivieren. Strukturell (siehe Schaltpläne in Abbildung 13), einen Hall-Thruster ist eine koaxiale Kammer mit eine Anode installiert auf der einen Seite und einer Kathode in der Nähe der Ausfahrt. Einfach ionisierten aber relativ schwer, Xe Gas, dient in der Regel als Treibmittel, noch andere Elemente wie Jod in einigen Fällen45genutzt werden könnten. Ein Ionen-Fluss wird durch ein elektrostatisches Feld, das festgelegt ist zwischen Anode und Kathode, beschleunigt, während ein Magnetfeld durch eine Reihe von Spulen oder ein System von Dauermagneten erzeugt eine Elektron Drift aktuelle rund um den zentralen Teil der Kammer46sorgt. Dieses Elektron Drift Strom sorgt für effiziente Ionisation eines neutralen Gases und gleichzeitig, es bietet Entschädigung einer positiven Ionen-Änderung.

Die Effizienz der ein Elektroantrieb Thruster hängt maßgeblich von seinem Design, vor allem die Form und die Konfiguration von Elektroden und Parameter des magnetischen Feldes und Materialien für den beschleunigten Kanal, Anode und emissiven Einsätze in der Kathode. Beispielsweise die Magnetfeld-Topologie des Thruster kann so konfiguriert werden, dass die Lage der maximale magnetische Feldstärke und daher die Ionisation Zone geschoben weiter stromabwärts, der Kanal-Mündung, so reduziert die Interaktion zwischen den hochenergetischen Ionen und die Kanal-Wand-47. Dies reduziert wiederum Erosionsraten die Kanalwandung und seine Abhängigkeit von Materialeigenschaften Wand, so dass Wand Materialersatz mehr möglich ist. Die Lebensdauer der Triebwerke Hall-Typ hängt hoch für seine Komponenten, vor allem diejenigen, die in Kontakt mit dem Plasma verwendeten Materialien. Vorwärtsgehen, neuartige Materialien und Ausrüstung sowie Techniken für seine Synthese und Erprobung der48,49 sind erforderlich, um die Lebensdauer des Hall-Typ Triebwerke weiter zu verbessern.

Neuartige Materialien werden in den PSAC/Schutzzertifikate Labors verwenden vor allem eine starke, sehr anpassungsfähig, effiziente induktiv gekoppelten Plasma Anlage (Abbildung 14)50,51synthetisiert. Ein Spektrum neuartiger Materialien beinhaltet, aber beschränkt sich nicht auf Silizium-basierten Wafern für innovative, hocheffiziente Solarzellen sowie Bornitrid, Graphen-haltigen Nanostrukturen52,53, Metamaterialien54 ,55 und andere nanostrukturierte Materialien für Anwendungen in modernen miniaturisierte Triebwerke, wo sie für erhebliche Intensivierung und Optimierung der wichtigsten Parameter der Triebwerke56,57dienen. Andere verfügbare Ausrüstung gehören Bogen und kapazitive-gekoppelte Plasma-Anlagen für die für die erweiterte Plasmabehandlung von Materialien58. In der Tat konnte eine deutliche Verbesserung der Thruster Parameter durch Umsetzung von anspruchsvollen Test, Design, Materialien und Simulation Optimierung Techniken59,60erreicht werden. Darüber hinaus Anwendungen neuartige Werkstoffe und Werkstoffsysteme könnte sorgen für effiziente Wege, z. B. Hitze Übertragung61, Abnutzung Widerstand62, und andere Probleme im Zusammenhang mit der Effizienz und Lebensdauer der miniaturisierten Raum-Triebwerke. Plasma-basierte Material Einrichtungen ermöglichen Synthese, Test- und Anwendung der modernsten Materialien in die Triebwerke wird derzeit gestalteten63. In der Tat wurde es bereits nachgewiesen, dass Plasma-fähigen Techniken die hochenergetischen Flussmittel auf Materie und Energie, beinhalten ermöglichen effiziente Aktivierung von Oberflächen64,65 und somit die Kontrolle über Selbstorganisation, Keimbildung66,67,68 und andere anspruchsvolle flächenbasierte Prozesse, die zur Schaffung der fortschrittlichsten Materialien69,70, 71. Beachten Sie, dass kohlenstoffhaltiger Materialien wie Carbon Nanowalls, Nanoröhren und vertikal orientierten Graphen Arrays wäre sehr vielversprechend für den Einsatz in der Elektroantrieb-Triebwerke als Elektron emittierende Materialien72, 73 , 74 und vielversprechendes Material für die Wände der Beschleunigung Kanäle und Entlastung Kammern75.

Plasma-made vielschichtiger, Kern-Schale und porösen Materialien76 konnte auch Anwendungen in verschiedenen Teilen des elektrischen Antriebs Systeme77finden. Kontrollierte Synthese von metallischen einwandig Kohlenstoff-Nanoröhren78 und Plasma-fähigen, Katalysator-freie Wachstum von Carbonnanotubes auf mechanisch geschrieben Si Funktionen79 ist auch möglich in der Plasma-gesteuerten Prozess-80.

Zusammenfassend lässt sich sagen haben wir ein Protokoll zum Testen und optimieren von miniaturisierten Raum Antriebssysteme vorgestellt. Diversifizierten aufwendig konstruierte Geräte, große Vakuumkammern, leistungsstarke Pumpen Plattformen und verschiedenen diagnostischen komplexe wurden verwendet, um präzise, informativ Charakterisierung von Mikro-Antrieb Triebwerke unter Bedingungen nahe bei den gefunden Sie im offenen Raum. Qualifiziertes Personal, ausreichende Simulation und theoretische Unterstützung sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung für das Micropropulsion Design und Technik stetig voran zu halten. Entwicklung neuer Materialien ist der zweite entscheidende Faktor, der bedeutende Durchbrüche bei der Verbesserung der Leistungsmerkmale des modernen elektrischen Antriebssystemen, einschließlich Kleinsatelliten und CubeSats mit den Ganzsatz der Versorgungssysteme sicherstellen könnte, periphere Geräte, Werkzeuge und Nutzlast.

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Disclosures

Die Autoren erklären keine finanziellen oder sonstigen Interessenskonflikte.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde im Teil durch OSTIn-SRP/EDB, die National Research Foundation (Singapur), Academic Research Fund AcRF Stufe 1 RP 6/16 (Singapur) und George Washington Institut für Nanotechnologie (USA) unterstützt. I. L. anerkennt die Unterstützung durch die Schule der Chemie, Physik und Maschinenbau, Wissenschaft und Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Queensland University of Technology.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Arduino Microcontroller Arduino Arduino Uno Rev 3
Bluetooth communication device SG Botic WIR-02471
Cryogenic Pump ULVAC CRYO-U12HLE 
Digital Oscilloscope Yokogawa DLM 2054
Dry Pump Agilent Triscroll-600
High resolution laser displacement sensor Micro-Epsilon optoNCDT ILD-1420-50
Mass Flow Controller MKS MKS M100B
Optical Emission Spectrometer Avantes AvaSpec-ULS2048XL-EVO
Servo Motor Tower Pro Servo Motor SG90
Stepper Motor Oriental Motor PKP213D05A
Turbomolecular Pump Pfeiffer ATH-500M

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Lim, J. W. M., Levchenko, I., Rohaizat, M. W. A. B., Huang, S., Xu, L., Sun, Y. F., Potrivitu, G. C., Yee, J. S., Sim, R. Z. W., Wang, Y., Levchenko, S., Bazaka, K., Xu, S. Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters. J. Vis. Exp. (144), e58466, doi:10.3791/58466 (2019).

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