Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

التحسين، واختبار وتشخيص للدفاعات قاعة المنمنمة

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

نقدم هنا، وضع بروتوكول لاختبار وتحسين أنظمة الدفع الفضائي استناداً إلى المنمنمة القاعة من نوع الدفاعات.

Abstract

المنمنمة المركبات الفضائية والأقمار الصناعية تتطلب الذكية، وكفاءة عالية ودائمة الاتجاه المنخفض الدفاعات، قادرة على العملية الموسعة، ويمكن الاعتماد عليها دون الحضور والتكيف. الدفاعات الكيميائي الحراري التي تستخدم الخصائص الحرارية للغازات كوسيلة لتسريع على القيود المادية سرعة غاز العادم، أدى إلى انخفاض الكفاءة. وعلاوة على ذلك، هذه المحركات تثبت كفاءة منخفضة للغاية في المحاور الصغيرة، وقد يكون غير ملائم لأنظمة التشغيل التي توفر في الوقت الحقيقي التحكم التكيفي اتجاه المركبة الفضائية، والسرعة والموقف بشكل مستمر. وفي المقابل، نظم الدفع الكهربائي الذي استخدم الحقول الكهرومغناطيسية للتعجيل بالغازات المتأينة (البلازما مثلاً) لا تملك أي الحد الفعلي من حيث سرعة العادم، مما يتيح كفاءة تقريبا على أي أسلحة ودفعه محددة. الدفاعات قاعة الاتجاه المنخفض يكون مدى حياة لساعات عدة آلاف. نطاقاتها الجهد التفريغ بين 100 و 300 الخامس، العاملة في قوة رمزية < 1 كيلوواط. أنها تتفاوت من 20 إلى 100 ملم في الحجم. يمكن أن توفر الدفاعات قاعة كبيرة كسور ميللي نيوتن للاتجاه. على مدى العقود القليلة الماضية، كان هناك اهتمام متزايد في كتلة صغيرة ومنخفضة الطاقة، ونظم الدفع عالية الكفاءة للأقمار الصناعية بالسيارة من 50-200 كجم. في هذا العمل، نحن سيتم شرح كيفية بناء واختبار وتحسين صغيرة (30 ملم) قاعة الصاروخ قادر على دفع ساتل صغير وزنها حوالي 50 كجم. أننا سوف تظهر ستدمر العاملة في جهاز محاكاة بيئة الفضائية كبيرة، وتصف كيفية قياس الاتجاه ومعلمات الكهربائية، بما في ذلك خصائص البلازما، وتم جمعها وتجهيزها لتقييم المعلمات ستدمر الرئيسية. وسوف نظهر أيضا كيف الصاروخ هو الأمثل لجعلها واحدة من الدفاعات الصغيرة الأكثر فعالية التي بنيت من أي وقت مضى. وسنتناول أيضا التحديات والفرص التي تتيحها ستدمر المواد الجديدة.

Introduction

تجدد الاهتمام في صناعة الفضاء قد جزئيا قد تحفزها نظم الدفع الكهربائية عالية الكفاءة أن تسليم تعزيز قدرات البعثة على الإطلاق يزداد انخفاض تكلفته1،،من23. اقترحت مؤخرا العديد من أنواع مختلفة من أجهزة الدفع الكهربائي الفضاء و اختبار4،،من56،،من78 يدعمها الاهتمام المعاصر بالفضاء استكشاف9،10. من بينها، أيون الشبكية11،12 والقاعة من نوع الدفاعات13،14 ذات أهمية أساسية نظراً لقدرتها على الوصول إلى كفاءة عالية جداً من حوالي 80%، تفوق أي ستدمر الكيميائية، بما في ذلك نظم الأكسجين-الهيدروجين الأكثر فعالية، كفاءة الذي يقتصر على حوالي 5000 متر/s بالرئيسية المادية قوانين15،16،،من1718.

اختبار شامل وموثوق بها من الدفاعات الفضائية المنمنمة عادة يتطلب مجمع كبير من مرافق الاختبار التي تشمل اختبار الدوائر، مرافق التفريغ (المضخات)، أدوات المراقبة والتشخيص، ونظام لقياس البارامترات البلازما 19، وطائفة واسعة من المعدات الإضافية التي تدعم تشغيل الصاروخ، مثل نظام إمداد طاقة كهربائية، وحدة الإمداد بالوقود، فحوى موقف القياس وغيرها الكثير20،21. وعلاوة على ذلك، ستدمر الدسر مساحة نموذجية يتكون من عدد من الوحدات التي تؤثر بشكل منفصل على الكفاءة وخدمة الحياة بكامل هيئته فحوى النظام، وعليه، يمكن اختبار كل على حدة، وكجزء من الصاروخ الجمعية22، 23. هذا إلى حد كبير من تعقيد إجراءات الاختبار ويعني الاختبار الطويل فترات24،25. موثوقية ستدمر الكاثود وحدة، وكذلك تشغيل الدفاعات عندما تستخدم مختلف أنواع الوقود الدفعي يتطلب أيضا دراسة خاصة26،27.

لقياس أداء نظام الدفع الكهربائي، وإلى تأهيل الوحدات النمطية للنشر التشغيلي في بعثات الفضاء، أرضية اختبار المرافق التي تمكن من محاكاة الفضاء واقعية البيئات اللازمة لاختبار الدفع تحجيم متعدد وحدات28،،من2930. مثال على هذا النظام غرفة محاكاة بيئة الفضائية ذات مقياس كبير يقع في الفضاء الدسر المركز-سنغافورة (توافق آراء ساو باولو-S، الشكل 1 أ، ب)31. عند تطوير بيئة محاكاة، الاعتبارات الأولية والثانوية التالية التي تحتاج إلى أن تؤخذ في الاعتبار. الشواغل الرئيسية هي أن البيئة الفضائية التي تم إنشاؤها ومن ثم يجب أن دقة وموثوقية محاكاة بيئة الفضاء واقعية، ويجب أن توفر أنظمة التشخيص التي بنيت في تشخيص دقيقة ودقيقة أثناء تقييم أداء النظام. الاهتمامات الثانوية هي أن البيئات محاكاة الفضاء يجب أن تكون عالية للتخصيص لتمكين التثبيت السريع واختبار الدفع المختلفة ووحدات التشخيص والبيئة يجب أن تكون قادرة على استيعاب التجارب الإنتاجية العالية لتحسين التفريغ والظروف التشغيلية لوحدات متعددة في وقت واحد.

محاكاة البيئة الفضائية ومرافق الضخ

هنا، نحن توضيح المحاكاة مرفقين في توافق آراء ساو باولو-S التي تم تنفيذها للاختبار لنظم الدفع الكهربائية المنمنمة، وحدات متكاملة، كذلك. هذه المرافق اثنين من نطاقات مختلفة، وأساساً بأدوار مختلفة في عملية تقييم الأداء، كما هو مبين أدناه.

بلازما الفضاء يشتغل الدائرة (بساك)

بساك أبعاد 4.75 متر (طول) × 2.3 م (القطر)، وفراغ ضخ جناح يضم العديد مضخات عالية القدرة تعمل في ترادف. وقادر على تحقيق قاعدة ضغط أقل من 10-6 السلطة الفلسطينية. أنه لدى تحكم متكامل في فراغ قراءات ومضخة نظام تنشيط/تصريف للإجلاء، وتطهير للدائرة. أنه مجهز بالعديد من الشفاه للتخصيص، فيدثروغس الكهربائية والبصرية للكوي التشخيصية لتوفير مرفق اختبار الخط. هذا، جنبا إلى جنب مع مجموعة كاملة من قدرات التشخيص شنت داخليا، يسمح لها بتعديل سرعة التشخيص المتعدد الوسائط. مقياس بساك يسمح أيضا لاختبار وحدات متكاملة تماما للتطبيقات في بيئة محاكاة.

بساك هو توافق آراء ساو باولو-S رائد الفضاء المحاكاة مرفق البيئة (الشكل 1 ج، د). يسمح حجمها الهائل لاختبار نماذج كاملة لتصل إلى بضعة يو التي شنت على مرحلة قوادفيلار. وميزة هذا الأسلوب سيكون في التصور في الوقت الحقيقي من كيف وحدات الدفع كما شنت على حمولات مختلفة قد تؤثر على المناورة في الموقع من الحمولات في الفضاء. هذا هو محاكاة عن طريق التركيب وفحوى تعليق حمولة كاملة في كوادفيلار ملكية منصة قياس. ثم يمكن أن تطلق الصاروخ، وأن يختبر منصة علقت بالصاروخ وحمولة وفقا لظروف الفضاء. ويتم ضخ غاز الوقود المواد الخام التي تدخل إلى بيئة الاختبار عن طريق وحدات الدفع الكهربائي بجناح فراغ التأكد من أن الضغط العام للدائرة هو لم تتغير، وبالتالي، الحفاظ على بيئة الفضاء واقعية32 كفاءة ،،من3334. وعلاوة على ذلك، نظم الدفع الكهربائي عادة ما تنطوي على إنتاج البلازما واستغلال التلاعب بمسارات الجسيمات المشحونة الخروج النظام من أجل توليد الزخم35. في بيئات المحاكاة، أصغر وتراكم مانعات تهمة أو البلازما على الجدار قد تؤثر على أداء التصريف عن طريق التفاعلات جدار البلازما بسبب قربها من نظام الدفع، خاصة بالنسبة ميكروبروبولسيون حيث نموذجي التوجه القيم حسب ترتيب ميلينيوتونس. ولذلك، يجب بذل اهتماما خاصا والتركيز لحساب وتهميش المساهمات من هذه العوامل36. بساك حجم كبير يقلل من التفاعلات جدار البلازما، مما يجعلها إعطاء تمثيل أكثر دقة لتفريغ معلمات لا يعتد بها، ويمكن من رصد الملامح بلوم في وحدات الدفع الكهربائي. بساك يستخدم عادة في كامل وحدة التقييم ونظم التكامل/التحسين العمليات التي تسمح بترجمة النماذج ستدمر سريعة إلى نظم عمليا جاهزاً للاختبار في التحضير لتأهيل مساحة الأرض.

تحجيم بلازما الفضاء بيئة محاكاة (بسيك)

بسك أبعادا من 65 سم × 40 سم × 100 سم ولديه مجموعة ضخ فراغ الذي يتألف من ست مضخات عالية القدرة تعمل في ترادف (مضخة فراغ الجافة، ومضخات التفريغ توربوموليكولار والبرد). وقادر على تحقيق قاعدة ضغط أقل من 10-5 السلطة الفلسطينية عندما الجامع ضخ النظام قيد التشغيل (جميع المضخات قيد الاستخدام). ويتم رصد تدفقات الضغط والوقود في الوقت الحقيقي من خلال مربعات قراءات التدفق الجماعي المتكامل ومقاييس الضغط. بسيك المقام الأول يعمل في اختبار التحمل للدفاعات. وتطلق الدفاعات لفترات طويلة من الوقت لتقييم آثار الضرر البلازما في قنوات التصريف، وعلى عمر البطارية. بالإضافة إلى ذلك، كما هو مبين في الشكل 2، شبكة تحكم تدفق غاز معقدة في هذا المرفق يتيح الاتصال السريع الأخرى الوقود كمادة وسيطة إلى الكاثود ومصاعد لاختبار التوافق بين الدفاعات بالوقود الدفعي الرواية والآثار المترتبة هذا الأخير على أداء الصاروخ. وهذا الاهتمام المتزايد لمجموعات بحثية تعمل على الدفاعات الكهربائية "تتنفس الهواء" استخدام الوقود الدفعي رواية أثناء عملية.

مرافق التشخيص المتكاملة (تشخيص النقل المتعدد الوسائط)

وقد وضعت مختلف مرافق التشخيص المتكاملة، مجهزة بالنظم الآلية الروبوتية المتكاملة (يهوى-المايكروثانيه)19،23، لهذين النظامين في بسك وبساك لتلبية للتشخيص في جداول مختلفة وأغراض.

التشخيص المتكاملة في بسك

أدوات التشخيص في بسك يتوقف أساسا على الرصد في الوقت الحقيقي للتصريف من خلال العمليات الموسعة. نظام إدارة الجودة مراقبة الغاز المتبقية في مرفق لأنواع الملوثات التي تنشأ من اﻷخرق للمواد أثناء عملية تفريغ. وتراقب هذه الكميات النزرة كمياً مع مرور الوقت لتقييم معدلات تآكل من قناة التصريف واقطاب للصاروخ لتقدير مدى الحياة للصاروخ. ويكمل مطياف الانبعاثات الضوئية (OES) هذا الإجراء برصد الخطوط الطيفية المقابلة للانتقالات الإلكترونية من الأنواع ملوث بسبب التآكل، مثل النحاس من الإلكترونيات. كما تمكن OES البلازما غير الغازية التشخيص والرصد النشط للشخصية بلوم الذي يقيم أداء ستدمر نوعيا. وأخيراً، يتم استخدام مجس فاراداي روبوتية التي يمكن التحكم عن بعد، أو تعيينها إلى وضع الحكم الذاتي الكامل، لاشتقاق الاحتلالات سريعة من التشكيل الجانبي بلوم لتحسين collimation شعاع من خلال باراميتريكالي اختلاف ظروف التصريف (الشكل 3).

التشخيص المتكامل في بساك

تمكن متسع المساحة الفعلية في بساك تركيب نظم ستدمر متعددة في مواقع مختلفة نظراً لتصميمها المرن، مما يسمح لتثبيت التوصيل والتشغيل مثل لتشخيص مختلف في نفس الوقت. ويبين الشكل 4 المقطع العرضي الداخلية بساك في تشكيلات مختلفة، مع منصة قياس الاتجاه قوادفيلار تماما مع وقف التنفيذ يجري به لاعبا أساسيا آخر ملحوظة ودائمة. نظم البرج، الخاضعة لسيطرة مستقلة أو لاسلكياً عبر تطبيقات الروبوت باستخدام ميكروكنترولر ووحدات تقنية Bluetooth، يمكن ثم تركيبة على نحو نمطي يواجه الصاروخ الحصول على الصفات المميزة للوم من خلال تركيب مجسات مختلفة مثل فاراداي، لانغموير وتؤخر محلل المحتملة (RPA). كما هو موضح في الشكل 4 هو قدرة بساك السماح لتركيب شكلي ستدمر نظم التشخيص السريع المتزامن من مختلف البلازما المعلمات. الدفاعات يمكن تركيبة رأسياً في عمود واحد واختبار سرعة، الواحد تلو الآخر لتجنب التفاعلات بين النظم المختلفة ستدمر. وقد تم التحقق من أن التقييم الفعال ليصل إلى 3 وحدات مختلفة في مثيل واحد ممكن، وبالتالي إلى حد كبير الحد من التوقف خلال عملية الإجلاء وتطهير العمليات المطلوبة إلا عند اختبار نظم فردية. من ناحية أخرى، أن هذا النظام هو فرصة ثمينة لاختبار الصاروخ التجميعات التي يجب أن تعمل في مجموعة، على متن الساتل نفسه. الدفاعات يمكن تركيبة رأسياً في عمود واحد واختبار سرعة، الواحد تلو الآخر لتجنب التفاعلات بين النظم المختلفة ستدمر. قد تم اختباره لتكون فعالة في تقييم تصل إلى 3 وحدات مختلفة في مثيل واحد، إلى حد كبير تقليل وقت التوقف عن العمل خلال عملية الإجلاء وتطهير العمليات المطلوبة إلا عند اختبار نظم فردية.

أنها حيوية لتحديد التوجه العام في نظم ميكروبروبولسيون بدقة حتى أن المعلمات مثل الكفاءة و ηالمؤسسة ودفعه محددة أناس، وهي دقيقة، وبالتالي، إعطاء تمثيل موثوقة للاعتماد أداء الصاروخ في معلمات الإدخال مختلفة مثل تدفق الوقود والطاقة الموردة إلى محطات مختلفة من الدفاعات كما هو مبين في المعادلات 1 و 2. صراحة، تقييم أداء نظم ميكروبروبولسيون عادة ما تدور حول قياس قوة الدفع المتولدة من المنظومة على معلمات التشغيل المختلفة. ولذلك، يحتاج نظم تقييم الأداء للمعايرة وفقا لمجموعة من المعايير قبل تثبيت في بيئة الفضاء لاستخدامها في التشخيص والفحص لضمان موثوقيتها ودقتها19.

Equation 1

Equation 2

نظم نموذجية تستخدم معايرة القوة خارجياً قبل أن يتم تثبيت وحدات قياس الاتجاه إلى بيئة اختبار38. ومع ذلك، لا تراعي مثل هذه الأنظمة في بيئات الفضاء التي تؤثر على خصائص المواد للمعايير المعايرة، وفراغ الكهربائية، والتأثيرات الحرارية على تدهور معايير معايرة مدى دينامية تقييم أداء الدفاعات. وحدة المعايرة اللاسلكية الآلي هو موضح في الشكل 5، من ناحية أخرى، يسمح للمعايرة في الموقع للنظام في بيئة محاكاة قبل الصاروخ جاهز. هذه الحسابات للآثار الدينامية لبيئة الاختبار في مرحلة القياس، ويسمح لسرعة إعادة معايرة للنظام قبل إطلاق الدفاعات. كما يضم النظام وحدة تحقق فحوى فارغة نمطي متماثل التي تتحقق التوجه بشكل مستقل. هو يعمل في حين الصاروخ جاهز للتحليل في الموقع المشتقة المحاور من معين الوفاء بالشروط. العملية بأكملها عن طريق تطبيقات MATLAB، مما يسمح للمستخدمين بالتركيز على الاستغلال الأمثل للأجهزة وتصميم لنظم الدفع، ويعجل اختبار نظم من هذا القبيل. سيتم وضع التفاصيل لهذا الأسلوب في الفرع التالي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

نقدم هنا البروتوكولات للتقييم الداخلي وأداء المعايرة الفحوى، التحقق المستقل التوجه عبر بروفيلوميتري القياس ولوم فارغة عن طريق الاستشعار من البيانات المكانية في الموقع.

1-التوجه تقييم الأداء الداخلي والتوجه المعايرة

  1. تأكد من أن يتم تثبيت كافة المكونات في الدائرة كما هو موضح في الشكل 5.
  2. اختبار اتصال أدوات التشخيص خارجياً قبل ختم الدائرة.
  3. استخدام عنصر تحكم مرفق متكامل لختم الدائرة.
  4. قم بتشغيل مضخات التفريغ في الترتيب المتتالية بدءاً من المضخات الجافة (حتى يصل إلى الدائرة 1 السلطة الفلسطينية)، المضخات التوربينية-الجزيئية (حتى يصل إلى ~ 5 x 10-4 باسكال)، ومن ثم مضخات التبريد.
    ملاحظة: يتم ترك بساك بمضخة وصولاً إلى التفريغ العالي (< ~ 10-5 باسكال) لمحاكاة بيئة الفضاء. يمكن أن يكون مؤقتاً البروتوكول هنا.
  5. استخدام التطبيقات المتقدمة لمزامنة الأجهزة مع المستجيب اللاسلكية في الدائرة. اكتمال عملية المزامنة عند أدى (الصمام) على المستجيب يتوقف عن الوميض.
  6. بمجرد الفراغ المطلوب قد حصل، تأخذ قراءة أولى (الجهد التناظرية) قبالة الاستشعار التشرد الليزر كخط أساس.
  7. استخدام التطبيق البلدان المتقدمة النمو أن تؤدي إلى خفض الوزن (من كتلة معروفة من الدقة ومعايرة حلقة النحاس) لترجمة القوة في مرحلة كوادفيلار.
    ملاحظة: الكتلة من كل حلقة النحاس يعتمد على حساسية المرحلة كوادفيلار قيد الاستخدام المقصود. وفي هذه الحالة، كان الكتلة من كل حلقة النحاس حوالي 100 مغ لنظام المعايرة الموسعة و 10 ملغ لنظام المعايرة الدقيقة. راجع نتائج تمثيلية للحصول على مزيد من المعلومات.
  8. سجل والتشريد (الجهد التناظرية) من أجهزة الاستشعار التشرد ليزر عند فإنه يتم تشغيلها بعد أن خفضت الشامل الكامل ووزنه تترجم إلى قوة أفقية.
  9. كرر العملية (الخطوات 1.7 و 1.8) تخفيض الأوزان وتسجيل التشريد لمرحلة كوادفيلار حتى يتم توسيع كافة الأوزان التحديدات. جميع الأوزان تلقائياً سترجعها إلى موقف التوازن وحدة المعايرة بعد اكتمال التسلسل للسماح لمرحلة كوادفيلار للوصول إلى وضع توازن قبل أن يمكن إطلاق الصاروخ. حفظ عامل المعايرة ( الملف | حفظ باسم | "Factor.txt").
  10. رسم منحنى معايرة للحصول على معامل معايرة النظام المثبت على المسرح كوادفيلار، حيث أن العامل المعايرة (في مينيسوتا/V) هو التدرج من الرسم البياني القوة/الجهد.
  11. سجل جهد أساس تناظرية من أجهزة الاستشعار والليزر التشرد مرة أخرى قبل إطلاق الصاروخ.
  12. تنشيط في الموقع برنامج MATLAB لحساب التوجه فورا باستخدام المعادلة 3 (انظر نتائج تمثيلية) وإدخال معامل المعايرة المستمدة في الخطوة 1، 9 ( الملف | فتح | "Factor.txt").
  13. ثم يمكن أن تطلق الدفاعات مرة أخرى. التقاط المعلمات المطلوبة في الوقت الحقيقي باستخدام برنامج اقتناء البيانات الداخلية.
    ملاحظة: بدلاً من ذلك، تطبيق متكامل يمكن استخدام لأتمتة عملية المعايرة أثناء مزامنة التسلسل يشتغل من المحركات، والحصول على البيانات من أجهزة الاستشعار وفقا لذلك.

2-قياس بروتوكول للتحقق المستقل التوجه null

  1. أولاً، أن قراءة خط أساس (الجهد التناظرية) (من أجهزة الاستشعار والتشرد الليزر) الصاروخ في وضع التوازن.
  2. معلمات تبديل التشغيلية للقيم المطلوبة من الصاروخ لوحة التحكم وإطلاق الصاروخ.
  3. وبمجرد الصاروخ أطلق, انتظر التذبذبات على البندول كوادفيلار لتحقيق الاستقرار.
  4. بعد أن يستقر قوادفيلار إلى حالة مستقرة، استخدام التطبيق التحكم لنظام القياس فارغة لإحداث تخفيض الأوزان. وتراقب القراءات من أجهزة الاستشعار والتشرد الليزر في نفس الوقت. يتم باستمرار خفض الأوزان حتى مرحلة كوادفيلار هو مفتاح العودة إلى التوازن.
  5. حالما يتم التوصل إلى موقف التوازن، إنهاء تسلسل يشتغل، وتحديد القوة المطلوبة لإعادة النظام كوادفيلار إلى التوازن.
  6. تحريك كتلة سداده لوقف مرحلة كوادفيلار من التحرك.
  7. حساب المقابل الشامل للقوة الأفقية اللازمة لسحب النظام بالعودة إلى التوازن.

3-يشتغل الأبراج الروبوتية للبيانات المكانية في الموقع بروفيلوميتري الاستشعار ولوم

ملاحظة: أثناء العملية ستدمر، قد اختيار عامل تشغيل تحفيز النظام يدوياً إلى زوايا المطلوب الحصول على خصائص بلوم في مواقع معينة أو تشغيل تسلسل الآلي.

  1. جبل الصاروخ في مرحلة الانتقال (كما في حالة بساك) قبل البدء التجربة.
  2. تنشيط إليه وقف-بار للحيلولة دون تحرك خلال التجربة المرحلة.
  3. تشغيل البروتوكول القياس ومضاعفات موتور يفجر المسبار إلى الموضع 0°.
  4. الحصول على قياس من التحقيق.
    ملاحظة: اعتماداً على نوع المجسات المثبتة، يمكن أن تختلف في عمليات القياس وفقا للتسلسل للبرمجة للحصول على ملفات كاملة بلوم المكانية للاضطلاع. (أ) إذا كان يتم تحميل تحقيق فاراداي، أخذ قراءة إيقاف عداد مصدر (حيث وجود تحيز-30 V باستمرار تطبيق لعصابات الحرس). (ب) إذا كان محمل مسبار لانغموير، يتم تزويد الموجي جهد مسننة للتحقيق والخصائص-V يتم الحصول عليها وتفسيرها. (ج) إذا كانت هي التي شنت الجيش الوطني الرواندي، يتم تطبيق الموجي جهد مسننة إلى شبكة تمييزية، والخصائص-V يتم الحصول عليها وتفسيرها.
  5. تشغيل المحرك مضاعفات استخدام متحكم دقيق، للانتقال إلى الموضع الزاوي التالي حيث يتم تشغيل تسلسل التحقيق جعل قياس مرة أخرى.
  6. حفظ القياسات في صفائف ملحوظ على حدة في مصفوفة بيانات.
  7. كرر الخطوات من 3-5 و 3.6 حتى اكتساح كامل يصل إلى 180° قد أنجز، والتحقيق هو إعادته إلى 0°.
  8. تحليل البيانات المحفوظة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

فرضت إجراء المعايرة وفحوى تقييم الأداء

تقييم القيم التوجه من مرحلة القياس كوادفيلار التوجه يأتي على مرحلتين. المرحلة الأولى من خلال الحصول على عوامل المعايرة من وحدة المعايرة اللاسلكية الآلي سيظهر الحق في الشكل 5. في هذا عملية المعايرة، يتم خفض الأوزان الدقيقة عبر شريط تترافلوروايثيلين سلس الذي يترجم آثار عمودي على وزن قوة أفقية كما يلحق الصاروخ في مرحلة كوادفيلار. جهاز استشعار تشرد ليزر عالية الدقة ثم اتخاذ تدابير التشرد في كل فاصل زمني تبعاً لذلك. ويرصد هذا مشغل عن طريق تطبيق اقتناء بيانات كما هو موضح في الشكل 6، ويتم الحصول على عامل معايرة في نهاية السلسلة حيث تخفض أوزان معايرة عديدة على النظام. يتم الحصول على معامل المعايرة S من أفضل احتواء خط الرسم البياني القوة-الإزاحة الأفقية، وفحوى اللاحقة يحسب باستخدام المعادلة 3:

Equation 3

الخامسالأساس هو الجهد الأساس التناظرية من أجهزة الاستشعار والتشرد الليزر قراءة قبل إطلاق الصاروخ، حيث Vقياس هو الجهد المقاسة من أجهزة الاستشعار أثناء العملية في الموقع للصاروخ.

ويرد في الشكل 7تمثيل أكثر وضوحاً لنظام المعايرة. جدير بأن الخط الأخضر ودوائر حمراء لأغراض التوضيح فقط، وإلا تكون بمثابة دليل للعين. في الواقع، هو الخط الأخضر غرامة من ألياف بولي أميد ماديرا الذي يربط ستدمر المحملة. معايرة الأوزان الحلقات النحاسية الصغيرة بعناية بتوازن شامل عالية دقة، والتي يمكن تعديلها تبعاً لذلك للسماح لنظام معايرة دقيقة في البداية (مع أصغر فترات في الفرق بين الجماهير)، وإلى النظام الموسع (حيث يتم إضافة الجماهير الكبيرة نهاية تسلسل المعايرة).

رسم بياني قوة الفلطية نموذجية سوف ينتج خط مستقيم كما هو مبين في الشكل 8 عند وحدة المعايرة، الليزر التشرد كوادفيلار واستشعار النظام الأساسي بشكل صحيح مثبت. وفي هذه الحالة، غلة المؤامرة معامل معايرة (التدرج) 27.65 mN∙V-1 في مجموعة موحدة حتى لقياسات الاتجاه عبر طائفة واسعة من القوات.

ويمكن تغيير عامل المعايرة عن طريق تعديل حساسية منصة كوادفيلار، الذي يعتمد على العديد من العوامل مثل طول الأسلاك كوادفيلار. في الشكل 8، تم تعديل الحساسية للإعداد لتناسب في معايرة الأوزان للنظم الموسعة. وترد الأوزان المعايرة الناعمة والخشنة على حد سواء تسفر عن مؤامرة معايرة خطي في كلا النظامين.

يتم عرض عينة من القياسات في الموقع لقياس الاتجاه في الشكل 9. وفي هذه الحالة، فإنه يظهر كيف عامل تشغيل قادرة على رصد الاعتماد للتوجه على الاضطلاع بالجهد أثناء التجربة حتى يسقط أداء. يمكن أيضا رصد آثار أخرى من معلمات الإدخال على الاتجاه بنفس الطريقة.

استخدام كوادفيلار اتجاه مرحلة القياس، كنا قادرين على قياس فحوى تولدها لدينا ستدمر قاعة في مختلف القوى الإدخال، نظراً بالاضطلاع بالجهد الحالي والتطبيقية. من خلال هذه المعلومات، الاختلاف من Equation 4 و Equation 5 فيما يتعلق بمدخلات الطاقة يمكن الحصول عليها. الرقم 10a، يظهرب كيفية التوجه العام وتختلف مع مدخلات الطاقة في 4 معدلات تدفق أسلحة مختلفة. وأخيراً، المرسومة الكفاءة ضد مدخلات الطاقة في معدلات تدفق أسلحة مختلفة في الشكل 10 ج. وتبين النتائج أن لدينا الصاروخ تم الأمثل للعمل في صلاحيات الإدخال أقل من 100 واط، حيث أدت معدلات تدفق منخفضة الكفاءة تقريبا 30%19. قبل التحسين، تحقيق ستدمر الكاد 20% كفاءة في 83 ث و 5.5 sccm. وتبين النتائج أن لدينا الصاروخ تم الأمثل للعمل في صلاحيات الإدخال أقل من 100 واط، حيث أدت معدلات تدفق منخفضة الكفاءة تقريبا 30%19. يمكن القول أن هذا يعد إنجازا لائقة مقارنة بالصاروخ قاعة SPT100، الكفاءة التي تتراوح ما بين 30 و 40 في المائة، والدفاعات قاعة أخرى أحجام مماثلة وصلاحيات الإدخال. ويوضح الرقم 10 د الشخصية المرسومة تلقائياً من الكثافة الحالية أيون.

قياس فارغة بروتوكول للتحقق المستقل التوجه

بينما يجري أطلق الصاروخ، هو ترك السلك بولي أميد على الجهة اليمنى المقابلة لنهاية وحدة المعايرة سماح. خلال العملية في الموقع للصاروخ، ثم يمكن أن تسبب وحدة التحقق قياس فارغة متماثل. وحدة القياس فارغة متماثل وتعمل بطريقة مشابهة لنظام المعايرة الآلية هو موضح في الشكل 5؛ مصغرة معايرة الأوزان المرفقة إلى سلك بولي أميد غرامة تخفض في النظام وإنشاء قوة أفقية المطبقة على نظام الدفع. وفي هذه الحالة، يتم تطبيق القوة الأفقية لسحب النظام كوادفيلار التي شردت عند تشغيل الصاروخ العودة إلى التوازن. هذه العملية تظهر في تعتمد على الوقت التخطيطي لتطور العملية في الشكل 11. الصاروخ هو أولاً أطلقت t = 0 s، المقابلة للفريق (أ) في هذه السلسلة. ثم يزيح مرحلة كوادفيلار إلى اليمين نتيجة للقوة الأفقية من وحدة الدفع. نظراً للبيئة تغمق في محاكاة الفضاء، يعتبر الاقتراح بالمرحلة الحركة الواضحة للصاروخ في (ب). مرحلة كوادفيلار ثم توقف تتأرجح ويصل تشرد حالة ثابتة توازن كما هو موضح في (ج). في هذه الحالة، يتم تشغيل النظام لاغيا ويتم تنشيط المحرك السائر الانسحاب في المرحلة قوادفيلار إلى التوازن كما هو مبين في الفقرة (د). يتم تشغيل المحرك السائر إلى نقطة حيث استشعار التشرد الليزر يكشف أن المرحلة العودة في موقف التوازن وتوقفت يشتغل. ثم أخذ قياس، ويتم إعطاء قيمة المضمون من هذا النظام تبعاً لذلك.

يشتغل الأبراج الروبوتية للبيانات المكانية في الموقع بروفيلوميتري الاستشعار ولوم

يتم تثبيت أنظمة وحدات برج الروبوتية أيضا بساك وبسيك لتشخيص للتخصيص من التشكيلات الجانبية للوم. وتقام هذه الأبراج الروبوتية أيضا على مراحل دفعتها الحركية للتحقيق السليم لتحديد المواقع وفقا لخط الوسط المحوري للدفاعات خارجياً. الأبراج الروبوتية تتألف من الفولاذ المقاوم للصدأ محمية مرفقات تتضمن برمجة ميكروكنترولر يعلق على مرسلا لاسلكية لتلقي وإرسال البيانات. كما يسمح هذا للمستخدمين بالتحكم في حركة المسبار خارجياً، بينما تلقي البيانات من أجهزة الاستشعار دون توصيلات كهربائية إضافية للنظام. كما أنها الجدير بالذكر أن تصميم وحدات من السيارات الصغيرة-مضاعفات برج دفعتها يسمح التحسين السريع قياس الإعداد الذي يسمح لتركيبة صفائف مسبار متعددة بما في ذلك لانغموير، مسبار فاراداي ورباس على نفس إعداد استناداً إلى المتطلبات التشغيلية عند نقطة الوقت. ويبين الشكل 12 مثالاً تخطيطي للإعداد التجريبية للوم بروفيلوميتري.

خلال العملية ستدمر، يمكنك اختيار عامل تحفيز النظام إلى زوايا المطلوب يدوياً كما هو موضح في الشكل 12 للحصول على خصائص بلوم في مواقع معينة، أو تسلسل الآلي يمكن أن تسبب. استناداً إلى التحقيقات التي يتم تثبيتها، يمكن أن تختلف في عمليات القياس وفقا للتسلسل للبرمجة للحصول على ملفات كاملة بلوم المكانية للاضطلاع.

يسمح هذا تسلسل للتصور المكاني سريعة من التشكيل الجانبي بلوم مما يساعد على تحسين الهندسة وعملية التحسين في السماح لشعاع collimation ستدمر كفاءة العملية. الأبراج دفعتها ونظم الاستشعار للبرمجة تسمح باقتناء المتمتعة بالحكم الذاتي من الخصائص بلوم في كل نقطة، حيث قد تكون مشتقة معلمات البلازما وحسابها عن طريق النظم القابلة للبرمجة. هذا قد يعجل باختبار هذه النظم مع التحليل السهل والتلاعب بكميات كبيرة من البيانات من خلال أنظمة الحكم الذاتي الروبوتية ودفعتها بسيطة. في الشكل 10 د، على سبيل المثال، المعلمة البلازما يجري تحليله هنا هو كثافة الحالي أيون في مختلف المواقف الزاوي. ويبين كيفية تأثير قوة أداء حجم الكثافة الحالية أيون الذروة وذات العرض الكامل في نصف ماكسيما تبعاً لذلك. تظهر هذه النتائج أن أعلى تصريف الفولتية لا تترجم بالضرورة إلى تحسين أداء الصاروخ. هنا، ينتج السلطة العليا الآخذة في الاتساع من التشكيل الجانبي الذي سمة مرغوب فيه للصاروخ لوم. وهذا يعني أن بعض جزيئات العادم السرعات التي لا عمودي على الطائرة خروج الصاروخ، وأسفر عن دفعة في اتجاه غير مقصودة وصنع الدقيق مناورات صعبة. وعلاوة على ذلك، قد تضر التهم من العمود الحمولة أو الأنظمة الفرعية الأخرى على متن المركبة الفضائية. لتحسين أمثلية ستدمر لإنتاج عمود وتحديدالمنطقه أكثر، يمكن تعديلها الحالية المقدمة للفائف مغناطيسية والانخفاض المحتمل في اﻷنود حتى يتحقق عرض كامل مرضية في قيمة نصف ماكسيما (فوم). قبل لوم الشخصية الأمثل، في فوم ° 33.1 في 140 ث لكن بعد التحسين، أنها خفضت إلى درجة 23.7 في 110 دبليو وهذا يعني أن لوم هو الآن أكثر وتحديدالمنطقه.

Figure 1
الشكل 1 : مساحة كبيرة مرفق البيئة لاختبار الدفاعات الدفع الكهربائي. ويقع هذا المرفق الرئيسي في الفضاء الدسر مركز سنغافورة، المعهد الوطني للتعليم، جامعة نانيانغ التكنولوجية. () عرض الجانب الدائرة يوضح للكوي شفافة لتشخيص البصرية نظم الاختبار ومتعددة الصف فراغ الكهربائية التغذية الأقدام التي تسمح للاتصال والمراقبة والتشخيص لنظم تحت الاختبار. مضخات تفريغ (ب). (ج) عرض الجانب الدائرة مع جانب تحميل هاتش المفتوحة. (د) عرض غرفة محاكاة الفضاء مع عامل تشغيل تثبيت أنظمة التشخيص. طبع بإذن من جيه ليم et al., IEEE فيديكس البلازما عشر 46، 338 (2018) وياء ليم et al., IEEE فيديكس البلازما عشر 46، 345 (2018). حقوق الطبع والنشر عام 2018 IEEE. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : خلفية عرض لمحاكاة بيئة الفضاء البلازما المقاس (بسك). ويتكون بسك من مضخات 6 بما في ذلك مضخات عالية القدرة المبردة، والمضخات التوربينية-الجزيئية، والمضخات الجافة. الإعداد يحتوي أيضا على تشخيص ستدمر المتكاملة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : لمحة عامة عن مجموعة تشخيص البلازما في PSEC. الجانب الأيمن من الشكل يوضح طريقة عرض تضخيم النظم كما ينظر إليها من الكوة من الجزء الأمامي الدائرة. المنفذ التشخيص البصري أيضا بمثابة وسيلة للانبعاث الضوئي الطيفي (OES) ينبغي القيام به. كما هو موضح في طريقة العرض الخارجي للدائرة، هو تجهيزه النترون مطياف كتلة تحليل الغاز المتبقية لتقييم معدلات تآكل المواد بسبب اﻷخرق في الدائرة أثناء العملية ستدمر المطول. بالإضافة إلى ذلك، تحقيقات فاراداي الروبوتية التي تسيطر عليها لاسلكياً أيضا شنت داخليا لتقييم الملامح بلوم من الدفاعات يجري تقييم الأداء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : لمحة عامة عن جناح تشخيص البلازما المتكاملة في بساك. () تخصيص تصميم يظهر برج مسبار فاراداي روبوتية وضعها جنبا إلى جنب مع مرحلة تقييم أداء كوادفيلار التوجه، ووحدة معايرة وزن في الموقع. (ب) تخصيص ميزات تسمح للدفاعات مختلفة تصل إلى ثلاثة تركيبها واختبارها في الوقت ذاته، تقليل وقت التعطل التشغيلية والبحثية إلى أقصى حد الإخراج. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 : تخطيط التخطيطي التحقق فحوى فارغة نمطي متماثل unit. خلافا لنظام المعايرة، تشغل وحدة التحقق فارغة المضمون في حين الصاروخ أطلق للسماح للتحقق المستقل من فحوى القيم التي تم الحصول عليها. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الرقم 6 : واجهة المستخدم التطبيق الحصول على البيانات- واجهة المستخدم للتطبيق على أساس MATLAB يسمح للمشغل لرصد الاتجاه والجهد القراءة من أجهزة الاستشعار والتشرد الليزر في الوقت الحقيقي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
الشكل 7 : Unit. المعايرة وحدة معايرة إليه يمكن أن تعمل على إدخال عامل لاسلكي، أو من خلال تسلسل المعايرة مستقلة تماما لمعايرة سريعة لنظام كوادفيلار. اعتبارات التصميم: التقليل من التأثير الخارجي؛ استخدام أوزان السلسلة وميللي نيوتن رقيقة وخفيفة الوزن؛ استخدام شريط انخفاض معامل ثابت؛ يجب أن يكون خط مرنة بما يكفي لإنتاج "يو-حلقة". لموقف المعايرة، استخدم وحدة تحكم لاسلكية وغرامة ماديرا شعيرات الألياف بولي أميد (النايلون) (حوالي 4.0 ميكرومتر)، حلقات نحاسية صغيرة الأوزان وبار تترافلوروايثيلين سلس. يجب إرفاق خط إلى الجزء خلفي الصاروخ المحمل على البندول كوادفيلار أو تمشيا مع مركز لوحة العاكس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8 : قوة الفولت نموذجية وقوة الفولت الرسوم البيانية للإعداد المعدلة. () قوة الفولت الرسم البياني. مقدار الوزن الذي قد خفضت وتترجم إلى قوة أفقية المرسومة ضد الجهد المقابل القراءة على استشعار التشرد الليزر. معامل المعايرة (في مينيسوتا/V) هو التدرج من الرسم البياني القوة/الجهد الذي سيتم استخدامه في الرسم البياني القوة/الجهد التطبيق (ب) الحصول على البيانات. كان زيادة حساسية الإعداد اتجاه القوة المطبقة لاستيعاب لمعايرة كل خير والخشنة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 9
الرقم 9 : تقييم الأداء في الموقع. برنامج آخر يتيح أداء التوجه إلى رصد في الوقت الحقيقي عند معلمة الإدخال، الاضطلاع بالجهد في هذه الحالة، يتم تغيير تدريجيا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 10
الرقم 10 : تقييم لخصائص ستدمر. (، ب) زخم ونبض محددة كوظائف مدخلات الطاقة في أربع معدلات تدفق أسلحة مختلفة. (ج) كفاءة تآمروا ضد مدخلات الطاقة في معدلات تدفق أسلحة مختلفة. (د) المرسومة تلقائياً الشخصية لايون الكثافة الحالية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 11
الرقم 11 : الوقت تطور وحدة التحقق فارغة المضمون في تشغيل أثناء إطلاق النار قاعة ستدمر في توافق آراء ساو باولو-س. () t = 0 s، حيث ستدمر القاعة الأولى أطلقت ويتحرك بعيداً عن موقف التوازن. المرحلة (ب) كوادفيلار إزاحة إلى اليمين كما هو موضح بالحركة النسبية للصاروخ القاعة. توقف تتأرجح المرحلة (ج) كوادفيلار وتصل إلى وضع دولة ثابت توازن. يتم تشغيل نظام فارغة ويبدأ يشتغل المحرك السائر. يتم تشغيل نظام (د) Null إلى سحب ببطء الصاروخ التي شنت على مرحلة كوادفيلار العودة إلى التوازن. (ﻫ) الصاروخ يصل إلى وضع توازن. وحدة قياس فارغة توقف يشتغل المحرك السائر. يتم أخذ القياس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 12
الرقم 12 : التمثيل التخطيطي ليشتغل البرج مسبار متعدد وحدات. النظام بأكمله يتم التحكم لاسلكياً، ويمكن استبدال التحقيق فاراداي بسرعة عن طريق العض في وحدة نمطية مختلفة مسبار. إجراء اتصالات عن طريق محولات نوع BNC سهلة تويست على التحويل والتثبيت. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 13
الرقم 13 : الخطط ستدمر القاعة من نوع. كما استخدمت الأجهزة المماثلة مع تكوينات مختلفة استناداً إلى تخطيط معمم الواردة في هذا الشكل بالمجموعات الأخرى. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 14
الرقم 14 : "الحث يقترن البلازما مرفق" لتوليف مواد جديدة في "مركز تطبيق مصادر بلازما" الفضاء الدسر المركز، سنغافورة- ويتيح نظام بلازما قوية توليف للمواد القائمة على السليكون للخلايا الشمسية المبتكرة وذات كفاءة عالية، فضلا عن نتريد البورون وغيرها من المواد ذات البنية النانومترية للتطبيقات في الدفاعات المنمنمة الحديثة.  الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

قاعة نموذجية من نوع الدفاعات44 بسيطة نسبيا، ورخيصة وأجهزة عالية الكفاءة التي يمكن أن تعجل الجريان أيون إلى السرعات من عدة عشرات من كم/ث، توفير الزخم اللازم للأقمار الصناعية المتسارعة والمركبات الفضائية، فضلا عن يناور، التوجه والموقف ومراقبة الموقف، ومدارها في نهاية حياتهم خدمة العملية. تطبيق قاعة تعزيز الدفاعات على الأقمار الصناعية والأخرى حمولات المداري عمر البعثة، السماح بنقل المداري والطيران تشكيل/كوكبة من سواتل متعددة، وتمكين قدرات متعددة المهام. هيكلياً (انظر الخطط في الشكل 13)، الصاروخ قاعة دائرة متحد محور مع أنود مثبت في جانب واحد، وكاثود وضعت بالقرب من المخرج. الغاز Xe المتأين بسهولة ولكن ثقيلة نسبيا، ويستخدم عادة وقود، ولكن العناصر الأخرى مثل اليود يمكن أن تستخدم في بعض الحالات45. تتسارع الجريان أيون قبل حقل الكهربائي التي يتم تعيينها بين اﻷنود والكاثود، بينما يضمن حقل مغناطيسي تم إنشاؤها بواسطة مجموعة من لفائف أو نظام للمغناطيس الدائم انجراف إلكترون الحالية حول الجزء المركزي من الدائرة46. هذا التيار الانجراف إلكترون يضمن كفاءة تاين غاز محايد وفي نفس الوقت، فإنه يوفر تعويضاً لتغيير أيون إيجابية.

كفاءة الصاروخ الدفع الكهربائي يتوقف على التصميم، خصوصا بالشكل وتكوين أقطاب ومعلمات المجال المغناطيسي، والمواد المستخدمة للقناة المتسارع والانود وإدراج انبعاثاتها في الكاثود. على سبيل المثال، يمكن تكوين طبولوجيا المجال المغناطيسي ستدمر في مثل هذه طريقة أن موقع أقصى قوة الحقل المغناطيسي و ومن ثم منطقة التأين دفعت زيادة المصب، قرب مأخذ القناة، وبالتالي، الحد من التفاعل بين الأيونات ذات الطاقة العالية و جدار القناة47. وهذا بدوره يقلل معدلات تآكل جدار القناة واعتمادها على خصائص المواد الجدار، مما يجعل الجدار استبدال المواد أكثر جدوى. عمر القاعة من نوع الدفاعات عالية يعتمد على المواد المستخدمة لعناصرها، لا سيما تلك التي على اتصال بالبلازما. تسير إلى الأمام، مواد جديدة، فضلا عن المعدات والتقنيات لملخص واختبار48،49 ضرورية لمواصلة تحسين عمر القاعة من نوع الدفاعات.

يتم توليف مواد جديدة في مختبرات بساك/البلدان تستخدم أساسا بلازما الحث يقترن قوية ودرجة عالية من التكيف، كفاءة مرفق (الشكل 14)50،51. يتضمن طائفة مواد جديدة، ولكن لا يقتصر على رقائق السليكون المستندة للخلايا الشمسية المبتكرة وذات كفاءة عالية، فضلا عن نتريد البورون، المحتوية على الجرافين النانو52،53، ميتاماتيريالس54 ،55 وغيرها من المواد ذات البنية النانومترية للتطبيقات في الدفاعات المنمنمة الحديثة، حيث أنها تستخدم لتكثيف كبير والاستفادة المثلى من المعالم الرئيسية للدفاعات56،57. المعدات المتاحة الأخرى وتشمل القوس والبلازما بالسعة إلى جانب نظم للمعاملة البلازما المتقدمة للمواد58. في الواقع، يمكن تحقيق زيادة كبيرة في معلمات ستدمر من خلال تنفيذ اختبار متطورة، والتصميم والمواد ومحاكاة الأمثل تقنيات59،60. وعلاوة على ذلك، تطبيقات المواد الجديدة والنظم المادية يمكن أن يكفل النهج الفعالة من حيث اتجاه، مثل الحرارة نقل61، ارتداء المقاومة62، والمشاكل الأخرى المرتبطة بالكفاءة وخدمة الحياة من المنمنمة الدفاعات الفضائية. توليف تمكين المرافق المادية المستندة إلى البلازما واختبار وتطبيق المواد الأكثر تقدما في الدفاعات يجري حاليا تصميم63. وفي الواقع، قد ثبت بالفعل أن البلازما-تمكين التقنيات التي تنطوي على تدفقات نشيطة جداً في هذه المسألة، والطاقة، والسماح لتفعيل كفاءة من السطوح64،65 والتحكم فيها ومن ثم التنظيم الذاتي والتنو66،،من6768 وأخرى متطورة العمليات المستندة إلى السطح مما يؤدي إلى خلق الأكثر تقدما المواد69،70، 71. ملاحظة أن المواد التي تحتوي على الكربون مثل نانووالس الكربون والأنابيب النانوية والمصفوفات الجرافين رأسياً المنحى يمكن أن تكون واعدة جداً للتطبيق في الدفاعات الدفع الكهربائي إلكترون انبعاث المواد72، 73 , 74 والمواد الواعدة لجدران القنوات التسارع وتفريغ الدوائر75.

أدلى البلازما متعدد الطبقات، وشل الأساسية والتي يسهل اختراقها المواد76 يمكن أيضا العثور على التطبيقات في أجزاء مختلفة من نظم الدفع الكهربائي77. من الممكن أيضا توليف الخاضعة للكربون المعدني الجدران واحد الأنابيب النانوية78 والنمو تمكين البلازما، وخالية من محفز للأنابيب النانوية الكربونية في كتب ميكانيكيا Si ميزات79 في عملية يحركها البلازما80.

وخلاصة القول، وقد قدمنا بروتوكول لاختبار وتحسين نظم الدفع الفضائي المنمنمة. واستخدمت معدات تصميم متطور متنوع ودوائر فراغ كبير ومنصات ضخ قوية ومجمعات التشخيصية المختلفة لإجراء توصيف دقيق والزاخر بالمعلومات للدفاعات الدفع الجزئي في ظروف قريبة من تلك العثور على مساحة مفتوحة. الموظفين المهرة ومحاكاة الكافية والدعم النظري أيضا ذات أهمية رئيسية للحفاظ على ميكروبروبولسيون التصميم والتكنولوجيا تقدما مطردا. تطوير مواد جديدة هي العامل الرئيسي الثاني الذي يمكن أن يضمن تحقيق اختراقات هامة في تحسين خصائص الأداء لنظم الدفع الكهربائية الحديثة، بما في ذلك السواتل الصغيرة والكيوبسات مع مجموعة كاملة من نظم الإمداد، أدوات الطرفية وأدوات والحمولة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب يعلن لا تضارب المصالح المالية أو غيرها.

Acknowledgments

كان يؤيد هذا العمل في جزء من OSTIn--حزب سام رانسى/EDB، والمؤسسة الوطنية للبحوث (سنغافورة)، وأكاديمية بحوث الصندوق أكرف الطبقة 1 روبية 6/16 (سنغافورة)، ومعهد جورج واشنطن "تقنية النانو" (الولايات المتحدة الأمريكية). أولاً L. تعترف بالدعم من مدرسة الكيمياء، الفيزياء والهندسة الميكانيكية، والعلوم وكلية الهندسة، جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Levchenko, I., Keidar, M., Cantrell, J., Wu, Y. L., Kuninaka, H., Bazaka, K., Xu, S. Explore space using swarms of tiny satellites. Nature. 562, 185-187 (2018).
  2. Kishi, N. Management analysis for the space industry. Space Policy. 39-40, 1-6 (2017).
  3. Chen, Y. China's space policy-a historical review. Space Policy. 37, 171-178 (2016).
  4. Levchenko, I., Bazaka, K., Mazouffre, S., Xu, S. Prospects and physical mechanisms for photonic space propulsion. Nature Photonics. 12, 649-657 (2018).
  5. Mazouffre, S. Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel approaches. Plasma Sources Sciency and Technology. 25, 033002 (2016).
  6. Rafalskyi, D., Aanesland, A. Brief review on plasma propulsion with neutralizer-free systems. Plasma Sources Sciency and Technology. 25, 043001 (2016).
  7. Levchenko, I., Bazaka, K., Ding, Y., Raitses, Y., Mazouffre, S., Henning, T., Klar, P. J., et al. Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: from proximate targets to furthermost frontiers. Applied Physics Reviews. 5, 011104 (2018).
  8. Garrigues, L., Coche, P. Electric propulsion: comparisons between different concepts. Plasma Physics and Controlled Fusion. 53, 124011 (2011).
  9. Levchenko, I., Xu, S., Mazouffre, S., Keidar, M., Bazaka, K. Mars Colonization: Beyond Getting There. Global Challenges. 2, 1800062 (2018).
  10. Grimaud, L., Mazouffre, S. Performance comparison between standard and magnetically shielded 200 Hall thrusters with BN-SiO2 and graphite channel walls. Vacuum. 155, 514-523 (2018).
  11. Choueiri, E. Y. A critical history of electric propulsion: the first 50 years (1906-1956). Journal of Propulsion and Power. 20, 193-203 (2004).
  12. In-Orbit Operation of 20 mN Class Xenon Ion Engine for ETS-VIII. Ozaki, T., Kasai, Y., Nakagawa, T., Itoh, T., Kajiwara, K., Ikeda, M. 28th International Electric Propulsion Conference, September 17–20, Florence, Italy, , IEPC-2007-084 (2007).
  13. Ding, Y., Li, H., Li, P., Jia, B., Wei, L., Su, H., Sun, H., Wang, L., Yu, D. Effect of relative position between cathode and magnetic separatrix on the discharge characteristic of hall thrusters. Vacuum. 154, 167-173 (2018).
  14. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Wei, L., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Performance characteristics of No-Wall-Losses Hall thruster. The European Physical Journal - Special Topics. 226, 2945-2953 (2017).
  15. Ahedo, E. Plasmas for space propulsion. Plasma Physics and Controlled Fusion. 53, 124037 (2011).
  16. Charles, C. Plasmas for spacecraft propulsion. Journal of Physics D: Applied Physics. 42, 163001 (2009).
  17. Ding, Y., Sun, H., Li, P., Wei, L., Su, H., Peng, W., Li, H., Yu, D. Application of hollow anode in Hall thruster with double-peak magnetic fields. Journal of Physics D: Applied Physics. 50, 335201 (2017).
  18. Conversano, R. W., Goebel, D. M., Mikellides, I. G., Hofer, R. R. Performance analysis of a low-power magnetically shielded Hall thruster: computational modeling. Journal of Propulsion and Power. 33, 992-1001 (2017).
  19. Chen, F. F. Langmuir probe analysis for high density plasmas. Physics of Plasmas. 8, 3029-3041 (2001).
  20. Neumann, A. Update on diagnostics for DLR’s electric propulsion test facility. Procceedins of Engineering. 185, 47-52 (2017).
  21. Snyder, J. S., Baldwin, J., Frieman, J. D., Walker, M. L., Hicks, N. S., Polzin, K. A., Singleton, J. T. Recommended practice for flow control and measurement in electric propulsion testing. Journnal of Propulsion and Power. 33, 556-565 (2017).
  22. Conversano, R. W., Goebel, D. M., Hofer, R. R., Mikellides, I. G., Wirz, R. E. Performance analysis of a low-power magnetically shielded hall thruster: Experiments. Journal of Propulsion and Power. 33, 975-983 (2017).
  23. Pottinger, S., Lappas, V., Charles, C., Boswell, R. Performance characterization of a helicon double layer thruster using direct thrust measurements. Journal of Physics D: Applied Physics. 44, 235201 (2011).
  24. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Wei, L., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Visual evidence of suppressing the ion and electron energy loss on the wall in Hall thrusters. Japanese Journal of Applied Physics. 56, 038001 (2017).
  25. Ding, Y., Peng, W., Wei, L., Sun, G., Li, H., Yu, D. Computer simulations of Hall thrusters without wall losses designed using two permanent magnetic rings. Journal of Physics D: Applied Physics. 49, 465001 (2016).
  26. Rovey, J. L., Gallimore, A. D. Dormant cathode erosion in a multiple-cathode gridded ion thruster. Journal of Propulsion and Power. 24, 1361-1368 (2008).
  27. Linnell, J. A., Gallimore, A. D. Efficiency analysis of a hall thruster operating with krypton and xenon. Journnal of Propulsion and Power. 22, 1402-1412 (2006).
  28. Laboratory Testing of Hall Thrusters for All-electric Propulsion Satellite and Deep Space Explorers. Funaki, I., Iihara, S., Cho, S., Kubota, K., Watanabe, H., Fuchigami, K., Tashiro, Y. 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Prop. Conf., AIAA Propulsion and Energy Forum (AIAA 2016-4942), , (2016).
  29. Ding, Y., Sun, H., Li, P., Wei, L., Xu, Y., Peng, W., Su, H., Yu, D. Influence of hollow anode position on the performance of a Hall-effect thruster with double-peak magnetic field. Vacuum. 143, 251-261 (2017).
  30. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Xu, Y., Wei, L., Li, H., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Effect of oblique channel on discharge characteristics of 200-W Hall thruster. Physics of Plasmas. 24, 023507 (2017).
  31. Lim, J. W. M., Huang, S. Y., Xu, L., Yee, J. S., Sim, R. Z., Zhang, Z. L., Levchenko, I., Xu, S. Automated Integrated robotic systems for diagnostics and test of electric and μ-propulsion thrusters. IEEE Transaction of Plasma Sciency. 46, 345-353 (2018).
  32. Underwood, C., Sergio, P., Lappas, V. J., Bridges, C. P., Baker, J. Using CubeSat/micro-satellite technology to demonstrate the autonomous assembly of a reconfigurable space telescope (AAReST). Acta Atronaut. 114, 112-122 (2015).
  33. Kamahawi, H., Huang, W., Haag, T. Investigation of the effects of facility background pressure on the performance and voltage-current characteristics of the high voltage hall accelerator. AIAA. , (2014).
  34. Lim, J. W. M., Huang, S. Y., Sun, Y. F., Xu, L., Sim, R. Z. W., Yee, J. S., Zhang, Z. L., Levchenko, I., Xu, S. Precise calibration of propellant flow for practical applications and testing in Hall thruster setups. IEEE Transaction on Plasma Science. 46, 338-344 (2018).
  35. Boeuf, J. P. Tutorial: Physics and modeling of Hall thrusters. Journal of Applied Physics. 121, 011101 (2017).
  36. Ikeda, T., Togawa, K., Tahara, H., Watanabe, Y. Performance characteristics of very low power cylindrical Hall thrusters for the nanosatellite ‘PROITERES-3. Vacuum. 88, 63-69 (2013).
  37. Jackson, S. W., Marshall, R. Conceptual design of an air-breathing electric thruster for CubeSat applications. J. Spacecraft Rockets. , (2018).
  38. Rohaizat, M. W. A. B., Lim, M., Xu, L., Huang, S., Levchenko, I., Xu, S. Development and calibration of a variable range stand for testing space micropropulsion thrusters. IEEE Transaction on Plasma Science. 46, 289-295 (2018).
  39. Raitses, Y., Fisch, N. J. Parametric investigations of a nonconventional Hall thruster. Physics of Plasmas. 5, 2579 (2001).
  40. Vaudolon, J., Mazouffre, S., Henaux, C., Harribey, D., Rossi, A. Optimization of a wall-less Hall thruster. Applied Physics Letters. 107, 174103 (2015).
  41. Mazouffre, S., Grimaud, L. Characteristics and Performances of a 100-W Hall Thruster for Microspacecraft. IEEE Transactions on Plasma Science. 46, 330-337 (2018).
  42. Levchenko, I., et al. Recent progress and perspectives of space electric propulsion systems based on smart nanomaterials. Nature Communications. 9, 879 (2018).
  43. Goebel, D. M., Katz, I. Fundamentals of electric propulsion. , Wiley. (2008).
  44. Choueiri, E. Y. Fundamental difference between the two Hall thruster variants. Physics of Plasmas. 8, 5025 (2001).
  45. Ding, Y., Sun, H., Peng, W., Xu, Y., Wei, L., Li, H., Li, P., Su, H., Yu, D. Experimental test of 200 W Hall thruster with titanium wall. Journal of Physics D: Applied Physics. 56, 050312 (2017).
  46. Lemmer, K. Propulsion for CubeSats. Acta Astronautics. 134, 231-243 (2017).
  47. Ding, Y., et al. A 200-W permanent magnet Hall thruster discharge with graphite channel wall. Physics Letters A. 382 (42), 3079-3082 (2018).
  48. Levchenko, I., Bazaka, K., Belmonte, T., Keidar, M., Xu, S. Advanced Materials for Next Generation Spacecraft. Advanced Materials. 30, 1802201 (2018).
  49. Jacob, M. V., Rawat, R. S., Ouyang, B., Bazaka, K., Kumar, D. S., Taguchi, D., Iwamoto, M., Neupane, R., Varghese, O. K. Catalyst-Free Plasma Enhanced Growth of Graphene from Sustainable Sources. Nano Letters. 15, 5702-5708 (2015).
  50. Baranov, O., Bazaka, K., Kersten, H., Keidar, M., Cvelbar, U., Xu, S., Levchenko, I. Plasma under control: Advanced solutions and perspectives for plasma flux management in material treatment and nanosynthesis. Applied Physics Reviews. 4, 041302 (2017).
  51. Levchenko, I., Bazaka, K., Baranov, O., Sankaran, M., Nomine, A., Belmonte, T., Xu, S. Lightning under water: Diverse reactive environments and evidence of synergistic effects for material treatment and activation. Applied Physics Reviews. 5, 021103 (2018).
  52. Bazaka, K., Jacob, M. V., Ostrikov, K. Sustainable Life Cycles of Natural-Precursor-Derived Nanocarbons. Chemical Reviews. 116, 163-214 (2016).
  53. Levchenko, I., Ostrikov, K. K., Zheng, J., Li, X., Keidar, M., Teo, K. B. K. Scalable graphene production: perspectives and challenges of plasma applications. Nanoscale. 8, 10511 (2016).
  54. Levchenko, I., Bazaka, K., Keidar, M., Xu, S., Fang, J. Hierarchical Multi-Component Inorganic Metamaterials: Intrinsically Driven Self-Assembly at Nanoscale. Advanced Materials. 30, 1702226 (2018).
  55. Baranov, O., Levchenko, I., Bell, J. M., Lim, J. W. M., Huang, S., Xu, L., Wang, B., Aussems, D. U. B., Xu, S., Bazaka, K. From nanometre to millimetre: a range of capabilities for plasma-enabled surface functionalization and nanostructuring. Materials Horizons. 5, 765-798 (2018).
  56. Koizumi, H., Kuninaka, H. Miniature Microwave Discharge Ion Thruster Driven by 1 Watt Microwave Power. Journal of Propulsion and Power. 26, 601-604 (2010).
  57. Ding, Y., Su, H., Li, P., Wei, L., Li, H., Peng, W., Xu, Y., Sun, H., Yu, D. Study of the Catastrophic Discharge Phenomenon in a Hall Thruster. Physics Letters A. 381, 3482-3486 (2017).
  58. Baranov, O., Xu, S., Ostrikov, K., Wang, B. B., Bazaka, K., Levchenko, I. Towards universal plasma-enabled platform for the advanced nanofabrication: plasma physics level approach. Reviews of Modern Plasma Physics. 2, 4 (2018).
  59. Taccogna, F. Monte Carlo Collision method for low temperature plasma simulation. Journal of Plasma Physics. 81, 305810102 (2014).
  60. Furukawa, T., Takizawa, K., Kuwahara, D., Shinohara, S. Electrodeless plasma acceleration system using rotating magnetic field method featured. AIP Advances. 7, 115204 (2017).
  61. Levchenko, I., Beilis, I. I., Keidar, M. Nanoscaled metamaterial as an advanced heat pump and cooling media. Advanced Materials Technologies. 1, 1600008 (2016).
  62. Zidar, D. G., Rovey, J. L. Hall-Effect Thruster Channel Surface Properties Investigation. Journal of Propulsion and Power. 28, 334-343 (2012).
  63. Pai, D. Z., Ostrikov, K. K., Kumar, S., Lacoste, D. A., Levchenko, I., Laux, C. O. Energy efficiency in nanoscale synthesis using nanosecond plasmas. Scientific Reports. 3, 1221 (2013).
  64. Rider, A. E., Levchenko, I., Ostrikov, K. Surface fluxes of Si and C adatoms at initial growth stages of SiC quantum dots. Journal of Applied Physics. 101, 044306 (2007).
  65. Bazaka, K., Baranov, O., Cvelbar, U., Podgornik, B., Wang, Y., Huang, S., Xu, L., Lim, J. W. M., Levchenko, I., Xu, S. Oxygen plasmas: a sharp chisel and handy trowel for nanofabrication. Nanoscale. 10, 17494-17511 (2018).
  66. Levchenko, I., Ostrikov, K., Murphy, A. B. Plasma-deposited Ge nanoisland films on Si: is Stranski–Krastanow fragmentation unavoidable? Journal of Physics D: Applied Physics. 41, 092001 (2008).
  67. Hundt, M., Sadler, P., Levchenko, I., Wolter, M., Kersten, H., Ostrikov, K. Real-time monitoring of nucleation-growth cycle of carbon nanoparticles in acetylene plasmas. Journal of Applied Physics. 109, 123305 (2011).
  68. Levchenko, I., Cvelbar, U., Ostrikov, K. Kinetics of the initial stage of silicon surface oxidation: Deal–Grove or surface nucleation? Applied Physics Letters. 95, 021502 (2009).
  69. Han, Z. J., Rider, A. E., Ishaq, M., Kumar, S., Kondyurin, A. Carbon nanostructures for hard tissue engineering. RSC Advances. 3, 11058-11072 (2013).
  70. Levchenko, I., Ostrikov, K. Carbon saturation of arrays of Ni catalyst nanoparticles of different size and pattern uniformity on a silicon substrate. Nanotechnology. 19, 335703 (2008).
  71. Baranov, O., Levchenko, I., Xu, S., Lim, J. W. M., Cvelbar, U., Bazaka, K. Formation of vertically oriented graphenes: what are the key drivers of growth? 2D Materials. 5, 044002 (2019).
  72. Singh, L. A., Sanborn, G. P., Turano, S. P., Walker, M. L. R., Ready, W. J. Operation of a carbon nanotube field emitter array in a Hall effect thruster plume environment. IEEE Transactions on Plasma Science. 43, 95 (2015).
  73. Levchenko, I., Ostrikov, K. Plasma/ion-controlled metal catalyst saturation: Enabling simultaneous growth of carbon nanotube/nanocone arrays. Applied Physics Letters. 92, 063108 (2008).
  74. Milne, W. I., Teo, K. B. K., Amaratunga, G. A. J., Legagneux, P., Gangloff, L., Schnell, J. P., Semet, V., Binh, V. T., Groening, O. Carbon nanotubes as field emission sources. Journal of Materials Chemistry. 14, 933 (2004).
  75. Lee, C., Wei, X., Kysar, J. W., Hone, J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science. 320, 385 (2008).
  76. Fang, J. Plasma-enabled growth of single-crystalline SiC/AlSiC core–shell nanowires on porous alumina templates. Crystals Growth and Design. 12, 2917-2922 (2012).
  77. Fang, J., Levchenko, I., van der Laan, T., Kumar, S., Ostrikov, K. Multipurpose nanoporous alumina–carbon nanowall bi-dimensional nano-hybrid platform via catalyzed and catalyst-free plasma CVD. Carbon. 78, 627-632 (2014).
  78. Han, Z. J., Yick, S., Levchenko, I., Tam, E., Yajadda, M. M. A., Kumar, S., Martin, P. J., Furman, S., Ostrikov, K. Controlled synthesis of a large fraction of metallic single-walled carbon nanotube and semiconducting carbon nanowire networks. Nanoscale. 3, 3214-3220 (2011).
  79. Kumar, S., Levchenko, I., Ostrikov, K. K., McLaughlin, J. A. Plasma-enabled, catalyst-free growth of carbon nanotubes on mechanically-written Si features with arbitrary shape. Carbon. 50, 325-329 (2012).
  80. Levchenko, I., Ostrikov, K., Keidar, M., Xu, S. Deterministic nanoassembly: Neutral or plasma route? Applied Physics Letters. 89, 033109 (2006).

Tags

الهندسة والمسألة 144، الدفع الكهربائي، اختبار، قاعة الدفاعات، تكنولوجيا الفضاء، التصريف، والتكنولوجيا
التحسين، واختبار وتشخيص للدفاعات قاعة المنمنمة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lim, J. W. M., Levchenko, I.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter