Waiting
Login processing...

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

Engineering

En iyi duruma getirme, Test ve kırılan Hall iticileri teşhis

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

Burada, sınamak ve uzay itiş sistemleri küçültülmüş Hall-türü roketleri göre en iyi duruma getirmek için bir iletişim kuralı mevcut.

Abstract

Kırılan uzay aracı ve uydular akıllı, son derece verimli ve dayanıklı düşük-itme iticileri, katılım ve ayarlama genişletilmiş, güvenilir çalışma yeteneğine gerektirir. Gazların termodinamik özellikleri ivme aracı olarak kullanan termokimyasal iticileri fiziksel sınırlamalar düşük verimlilik sonucunda onların egzoz gaz hız var. Ayrıca, bu motorlar küçük bindirmeler son derece düşük verimlilikle göstermek ve sürekli olarak uzay aracının yönlendirme, hız ve konum gerçek zamanlı adaptif kontrol sağlayan ailesi için uygun olabilir. Buna ek olarak, elektromanyetik alanlar iyonize gazların (yani, plazmaları) hızlandırmak için kullandığı elektrik itiş sistemleri egzoz hız, hemen hemen herhangi bir kitle verimlilik ve özel dürtü izin açısından fiziksel herhangi bir sınırlama yoktur. Düşük-itme Hall iticileri birkaç bin saat bir süresi vardır. Deşarj gerilim aralıkları 100 ile 300 V, nominal bir gücünü faaliyet arasında < 1 kW. Onlar 20 ila 100 mm boyutunda değişir. Büyük salon iticileri kesirler itme millinewton sağlayabilir. Son birkaç on yıl boyunca, küçük kütle, düşük güç ve yüksek verim itiş sistemleri 50-200 kg sürücü uydular için artan bir ilgi oluştu. Bu çalışmada, biz nasıl oluşturmak, sınamak ve küçük (30 mm) Hall pervane yaklaşık 50 kg ağırlığında küçük bir uydu iten yeteneğine sahip en iyi duruma getirmek için gösterecektir. Biz bir geniş alan çevre simülatörde işletim pervane göstermek ve itme nasıl ölçüleceğini tanımlamak ve plazma özellikleri, dahil olmak üzere elektrik parametreleri toplanan ve anahtar pervane parametrelerini değerlendirmek için işlenir. Biz de nasıl pervane şimdiye kadar yapılmış en verimli küçük iticileri biri yapmak için optimize edilmiştir gösterecektir. Biz de zorluklar ve fırsatlar yeni pervane malzemeleri tarafından sunulan adresi olacaktır.

Introduction

Uzay sanayi ilgiyi kısmen yüksek verimli elektrikli itiş sistemleri tarafından teslim gelişmiş görev yetenekleri giderek azalan açılışında maliyeti1,2,3katalize. Alan elektrik itiş cihazlar birçok farklı türde son zamanlarda teklif etmiş ve test4,5,6,7,8 alan günümüz ilgi tarafından desteklenen keşif9,10. Bunlar arasında yaklaşık % 80 herhangi bir kimyasal itici, aşan çok yüksek verimlilik ulaşmak için yeteneklerini nedeniyle birincil ilgi gridded iyon11,12 ve salon tipi iticileri13,14 vardır, en verimli oksijen hidrojen sistemleri dahil olmak üzere hangi verimliliğini 5000 m için sınırlı/s fiziksel sorumlusu tarafından15,16,17,18yasalar.

Kapsamlı, güvenilir küçültülmüş uzay roketleri genellikle test test odaları, vakum tesisatı (pompalar), kontrol ve tanılama araçları, plazma parametrelerinin ölçüm için bir sistem içerir test tesisleri büyük bir kompleks gerektirir 19ve ölçüm standı ve diğer pek çok itme gibi bir elektrik güç kaynağı sistemi, yakıt kaynağı ünitesi, pervane işlemi sürdürmek yardımcı malzemeleri geniş bir yelpazesi20,21. Ayrıca, tipik alanı itici pervane ayrı olarak verimliliği etkileyen birkaç üniteden oluşmaktadır ve servis ömrü bütün sistem itme ve bu nedenle, hem ayrı ayrı ve pervane derleme22bir parçası olarak test olabilir, 23. Bu önemli ölçüde test prosedürleri olmak zordur ve uzun test süreleri24,25anlamına gelir. Güvenilirlik bir pervane'nın katot biriminin yanı sıra farklı İtici motorları kullanıldığında iticileri işleyişi de özel dikkat26,27gerektirir.

Bir elektrikli tahrik sistemi performansını ölçmek ve gerçekçi uzay simülasyonu sağlayan imkanlar test uzay görevleri, operasyonel dağıtım için modülleri hak kazanmak için zemin için ortamlar itici güç multi-terazi test etmek için gerekli olan birimleri28,29,30. Böyle bir sistem, alan itici güç merkezi-Singapur (SPC-S, Şekil 1a, b)31, bulunan bir büyük ölçekli alan çevre simülasyon odası örneğidir. Böyle bir simülasyon ortamı geliştirme, aşağıdaki birincil ve ikincil önemli noktalar dikkate alınması gerekir. Birincil endişeleri böylece oluşturulan alanı ortamı doğru ve güvenilir bir şekilde gerçekçi uzay ortamı simüle etmek gerekir ve yerleşik tanılama sistemleri hassas ve doğru teşhis bir sistem performans değerlendirilmesi sırasında sağlamanız gerekir vardır. Simüle alanı ortamlarında hızlı yükleme etkinleştirmek için son derece özelleştirilebilir olmalıdır ve test edilmesini farklı itici güç ve Tanı modülleri ve çevrenin yüksek işlem hacmi optimize etmek için test karşılamak gerekir ikincil endişeleriniz var akıntı ve birden fazla birim çalışma koşullarda aynı anda.

Alan çevre simülatörleri ve pompa tesisler

Burada, Mini elektrikli itiş sistemlerinin, de entegre modüller sınamaları için uygulanmış olan iki simülasyon tesislerinde SPC-S göstermektedir. Bu iki özellikleri farklı ölçekler ve öncelikle aşağıda açıklandığı şekilde sürecinde performans değerlendirme, farklı rollere sahip.

Büyük plazma alanı çalıştırma odası (PSAC)

PSAC 4,75 m (uzunluk) boyutları vardır 2.3 m (çap) x ve tandem çalışmak çok sayıda yüksek kapasiteli pompaları oluşur suite pompalama bir vakum vardır. Temel baskı 10-6 PA alt ulaşmak mümkün Tahliye ve TMMOB Temizleme için bir tümleşik vakum denetim okuma ve pompa harekete geçirmek/tasfiye sistemi vardır. Bu çok sayıda özelleştirilebilir flanşlar, elektrik feedthroughs ve görsel teşhis kabinlerin satırı test tesisi sağlamak için donatılmıştır. Bu, hızla multi-modal teşhis için değiştirilmesi eksiksiz bir paketi ile birlikte dahili olarak monte tanılama yetenekleri sağlar. PSAC ölçeğini de simüle bir ortamdaki uygulamalar için tamamen entegre modüllerin test etmek için izin verir.

PSAC SPC-S amiral gemisi uzay ortamında simülasyon (Şekil 1 c, d) tesisidir. Onun büyüklüğü kadar bir kaç U tam modüllerin test quadfilar sahnede monte sağlar. Bu yöntemin avantajı in payloads uzayda yerinde manevra üzerinde farklı payloads monte gibi itici güç modülleri nasıl etkileyebilir gerçek zamanlı görselleştirme olacaktır. Bu montaj ile simüle ve özel bir quadfilar üzerinde tüm yükü askıya ölçüm platformu itme. Pervane sonra ateş ve pervane ve yükü ile askıya alınmış platform uzay koşullarına göre test edilir. Sınama ortamı elektrik itiş modülleri girin itici gaz feedstocks dışarı verimli odası 's genel basınç, böylece, bir gerçekçi uzay ortamı32 sürdürmek değiştirilmediğinden emin olmak için vakum Oda tarafından pompalanır ,33,34. Ayrıca, elektrik itiş sistemleri genellikle plazmasının üretimini içerir ve parçacıklar itme35oluşturmak için sistem çıkmadan yörüngeleri manipülasyon yararlanmak. Daha küçük simülasyon ortamlarda ücret ya da plazma kaplamalar duvarda birikimini deşarj performans özellikle micropropulsion için tahrik sistemi olan yakınlığı nedeniyle plazma duvar etkileşimleri aracılığıyla nerede tipik etkileyebilir itme millinewtons sırasına göre değerlerdir. Bu nedenle, özel ilgi ve vurgu için hesap ve katkıları bu tür Etkenler36marjinalize yapılmalıdır. PSAC'ın büyük boyutlu plazma duvar etkileşimleri, onları önemsiz, deşarj parametreleri daha doğru bir gösterimini veren ve tüy profilleri elektrik itiş modüllerinde izlemeyi etkinleştirme işleme en aza indirir. PSAC genellikle roket prototipleri hızlı çeviri yer alan nitelik için hazırlık test için operasyonel hazır sistemleri içine izin veren tam modül değerlendirme ve sistemleri entegrasyon/en iyi duruma getirme işlemlerinde kullanılır.

Ölçekli plazma alanı ortamı Simülatörü (PSEC)

PSEC 65 cm x 40 cm x 100 boyutları vardır cm ve altı yüksek kapasiteli pompaları tandem (Kuru vakum pompası, turbomoleküler ve soguk vakum pompaları) çalışma oluşur bir vakum pompa paketi vardır. Bütün sistem Pompa çalışırken temel baskı 10-5 Pa alt ulaşmak mümkün (tüm pompalar kullanılmaktadır). Basınç ve yakıt akışı izlenir entegre kütle akış okuma kutuları ve Basınç ölçü aygıtları aracılığıyla gerçek zamanlı. PSEC öncelikle iticileri dayanıklılık testi istihdam edilmektedir. İticiler deşarj kanalları ve ömrünü plazma hasar etkilerini değerlendirmek için zaman uzun bir süre için harekete geçirdi. Ek olarak, Şekil 2' de gösterildiği gibi bu tesis bir karmaşık gaz akışı denetleyicisi ağda diğer geridönüşümü İtici motorları katot ve anotlar iticiler roman İtici motorları ile uyumluluğunu ve etkilerini test etmek için hızlı bağlantı sağlar ikincisi pervane performansı üzerinde. Bu roman İtici motorları kullanan işlemi sırasında "hava-solunum" elektrik roketler üzerinde çalışan araştırma gruplarına artan ilgi var.

Entegre tanılama özellikleri (multi-modal tanılama)

Farklı Entegre tanılama özellikleri, otomatik entegre robotik sistemler (fiyaka-µS)19,23ile donatılmış iki sistemi PSEC ve PSAC teşhis farklı ölçekler ve amaçları karşılamak üzere geliştirilmiştir.

PSEC entegre teşhis

PSEC tanılama araçları esas deşarj genişletilmiş işlemleri üzerinden gerçek zamanlı izleme üzerinde menteşe. Kalite yönetim sistemi arta kalan gaz tesisi için bir deşarj sırasında malzeme SAÇTIRMA ortaya kirletici tür izler. Bu eser miktarda kantitatif deşarj kanalının erozyon oranları ve pervane'nın ömür boyu tahmin etmek için pervane elektrotlar değerlendirmek için zaman içinde izlenir. Optik emisyon spektrometre (OES)--dan elektronik bakır gibi erozyon nedeniyle kirletici türlerin elektronik geçişler karşılık gelen çizgisinde izleyerek bu yordamı tamamlar. OES Ayrıca non-invaziv plazma tanılama ve niteliksel pervane performansını değerlendirir tüy profil etkin izleme olanak sağlar. Son olarak, uzaktan kontrol veya tamamen özerk moduna ayarlanmış bir robot Faraday sonda kolimasyon ışınının parametrik deşarj koşulları (Şekil 3) değişen aracılığıyla en iyi duruma getirmek için tüy profili hızlı piyango türetmek için kullanılır.

Tümleşik işlem tanı PSAC'daki

PSAC fiziksel uzayda lüks birden fazla pervane sistemleri aynı anda çeşitli tanılama bir Tak ve kullan gibi kurulum için izin ile modüler tasarımı çeşitli yerlerinde yüklenmesini sağlar. Şekil 4 PSAC iç kesit çeşitli yapılandırmalarda, tam olarak askıya alınan quadfilar itme ölçüm platform onun en önemli ve kalıcı bir fikstür varlık gösterir. Taret sistemleri, özerk kontrollü veya kablosuz olarak mikrodenetleyiciler ve Bluetooth modülleri kullanarak Android Uygulamaları sonra pervane tüy çeşitli probları kurulumu aracılığıyla özelliklerini elde etmek için karşı karşıya modüler bir şekilde monte edilebilir Faraday, Langmuir ve geciktirici potansiyel Analyzer (RPA) gibi. Ayrıca Şekil 4 ' te gösterilen çeşitli plazma parametreleri yedekleyen hızlı eş zamanlı teşhis için yapılandırılabilir montaj için izin vermek için PSAC yeteneğidir. İticiler dikey olarak tek bir sütunda monte edilebilir ve hızla, birbiri ardına farklı pervane sistemleri arasındaki etkileşimler önlemek için test edilmiştir. 3 farklı modülleri tek bir örneği de verimli değerlendirilmesi mümkün, böylece önemli ölçüde tahliye sırasında kapalı kalma süresini azaltır ve aksi takdirde sistemleri tek tek test ederken gerekli işlemleri tasfiye doğrulandı. Öte yandan, bu sistem aynı uydu üzerinde bir grup çalışması pervane derlemeleri testleri için değerli bir fırsattır. İticiler dikey olarak tek bir sütunda monte edilebilir ve hızla, birbiri ardına farklı pervane sistemleri arasındaki etkileşimler önlemek için test edilmiştir. 3 farklı modülleri önemli ölçüde tahliye sırasında kapalı kalma süresini azaltır ve aksi takdirde sistemleri tek tek test ederken gerekli işlemleri tasfiye tek bir örneği de değerlendirilmesinde etkili olduğu test edilmiştir.

İtme micropropulsion sistemlerinde doğru çok belirlemek için çok önemlidir bu parametreleri verimliliği, ηeff ve özel dürtü gibi bensp, böylece doğru olduğundan, bağımlılığının güvenilir bir gösterimini veren pervane performans yakıt akışı ve denklemler 1 ve 2 gösterildiği gibi iticileri farklı terminalleri için sağlanan güç gibi çeşitli giriş parametreleri. Açıkça, performans değerlendirme micropropulsion sistemleri genellikle, çeşitli işletim parametrelerini sisteminden oluşturulan itme ölçümü etrafında döner. Bu nedenle, performans değerlendirme sistemleri kullanılmak üzere tanılama ve onların güvenilirliği ve doğruluğu19emin olmak için sınama alanı ortamına yüklenen önce standartlar bir dizi göre ayarlanması gerekir.

Equation 1

Equation 2

İtme ölçü birimlerini test ortamı38yüklenmeden önce tipik sistemleri harici güç kalibrasyon istihdam. Ancak, bu tür sistemlere kalibrasyon standart malzeme özellikleri etkileyen uzay ortamlar için ve elektrik, vakum için hesap yapmak ve termal kalibre edilmiş standartları bozulması dinamik boyunca etkiler. Roket motorları performans değerlendirme. Roket çalışır durumda önce Şekil 5' te, gösterilen otomatik kablosuz kalibrasyon birim öte yandan, in situ olarak kalibrasyon sisteminin simüle ortamda sağlar. Bu sınama ortamını dinamik etkileri için ölçüm sahne alanı'nda hesapları ve iticiler, işten önce sisteminin hızlı yeniden kalibrasyon için sağlar. Sistem Ayrıca, itme bağımsız olarak denetleyen bir simetrik modüler null itme doğrulama birim bulunmaktadır. Pervane yerinde analiz türetilmiş için çalışır durumda iken işletilmektedir bindirmeler üzerinden verilen deşarj koşulları. Tüm süreç MATLAB apps, kullanıcılar donanım duruma getirilmesi ve itiş sistemlerinin tasarım odaklanmak için izin üzerinden yapılır ve bu tür sistemlerin test hızlandırır. Bu yöntem ayrıntılarını aşağıdaki alt bölümünde Gelişmiş.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Burada protokoller itme kalibrasyon prosedürü ve performans değerlendirme için uzamsal yerinde veri algılama aracılığıyla boş ölçüm ve tüy profilometrisi aracılığıyla bağımsız itme doğrulama mevcut.

1. basınç kalibrasyon prosedürü ve itme performans değerlendirme

  1. Şekil 5' te gösterildiği gibi tüm bileşenleri odasında yüklenmiş olduğundan emin olun.
  2. Tanılama araçları bağlantısını dışarıdan odası sızdırmazlık önce sınayın.
  3. Entegre tesis kontrol odası mühür için kullanın.
  4. Vakum pompaları kuru pompalar başlayan basamaklı sırayla açın (odası 1 ulaşıncaya kadar Pa), (~ 5 x 10-4 Pa ulaşıncaya kadar) turbo moleküler pompa ve kriyojenik pompalar.
    Not: PSAC kaldıysa aşağı yüksek vakum pompa (< ~ 10-5 Pa) alanı ortamı simüle etmek için. Protokol burada duraklatılmış.
  5. Gelişmiş apps odasında kablosuz verici ile aygıtları eşitlemek için kullanın. Işık yayan diyot (LED) etiket üzerinde yanıp sönmesi bittiğinde eşitleme işlemi tamamlanır.
  6. Bir kez elde istenen vakum, bir ilk okuma (analog voltaj) Lazer Deplasman sensörü kapalı bir temel olarak almak.
  7. Bir ağırlığı (bakır döngü tam olarak bilinen ve kalibre edilmiş kütlesi) kuvvet çevirisi quadfilar sahnede düşürülmesi tetiklemek için gelişmiş app kullanın.
    Not: Bakır her döngü kitle kullanılan quadfilar sahne amaçlanan hassasiyetini bağlıdır. Bu durumda, bakır her döngü kitle için genişletilmiş kalibrasyon rejim 100 mg ve 10 mg iyi kalibrasyon rejim için sırasına göre yapıldı. Daha fazla bilgi için temsilcisi sonuçları görmek.
  8. Kayıt kitle tamamen indirilir sonra tetiklendiğinde Lazer Deplasman sensörü ve ağırlığını deplasman (analog voltaj) yatay yürürlüğe çevrilir.
  9. (Adım 1.7 ve 1.8) ağırlıkları düşürücü ve bütün Kalibrasyonlar ağırlıkları genişletilmiş kadar quadfilar sahne alanı'nın yerinden kayıt işlemi yineleyin. Sıra pervane ateş etmeden önce bir denge konuma ulaşmak için quadfilar sahne izin tamamlandıktan sonra tüm ağırlıkları otomatik olarak denge konumuna kalibrasyon birimi tarafından döndürülür. Kalibrasyon faktörü kaydedin ( Dosya | Farklı kaydet | "Factor.txt").
  10. Kalibrasyon faktörü (içinde mN/V) kuvvet/gerilim grafiği degrade nerede quadfilar sahnede yüklü sistem için kalibrasyon faktörü elde etmek için bir kalibrasyon eğrisi çizin.
  11. Bir temel analog voltaj Lazer Deplasman algılayıcı tekrar pervane ateş önce kaydedin.
  12. İn situ olarak etkinleştirmek hesaplamak için MATLAB programı anında Denklem 3 (temsilcisi sonuçlarını görmek) kullanarak itme ve adım 1.9 türevi kalibrasyon faktörü Giriş ( Dosya | Açık | "Factor.txt").
  13. İticiler sonra tekrar atış sahip. Gerçek zamanlı şirket içi veri satın alma programı kullanarak istediğiniz parametreleri yakalayın.
    Not: Alternatif olarak, entegre bir app tamamen süre buna göre motor çalıştırma serisinden ve veri toplama sensörler dan synchronizing kalibrasyon işlemi otomatik hale getirmek için kullanılabilir.

2. null bağımsız itme doğrulama için ölçüm iletişim kuralı

  1. İlk olarak, pervane (algılayıcıdan Lazer Deplasman) bir temel (analog voltaj) okuma denge bulunduğu alır.
  2. Operasyonel parametreleri için istenen değerleri pervane Denetim Masası'ndan geçiş yapmak ve pervane yangın.
  3. Bir kez pervane harekete geçirilir, salınım stabilize etmek quadfilar sarkaç üzerinde bekleyin.
  4. Quadfilar kararlı bir duruma stabilize sonra ağırlıkları düşürücü tetiklemek için null ölçüm sistemi için kontrol app kullanın. Lazer Deplasman algılayıcı okumaları aynı anda izlenir. Quadfilar sahne denge uyarılır kadar ağırlıkları sürekli indirdi.
  5. Denge konumu ulaşıldığında, çalıştırma sırası sonlandırmak ve kuvvet quadfilar sistemin denge geri getirmek için gerekli belirlemek.
  6. Hareket quadfilar sahne durdurmak için bir tıpa blok tetikler.
  7. Yatay kuvvet denge belgili tanımlık sistem çekmek için gerekli toplu karşılık gelen hesaplamak.

3. uzamsal yerinde veri algılama ve tüy profilometrisi için robot taret çalıştırma

Not: pervane işlemi sırasında el ile istenen açılardan tüy özellikleri belirli yerlerde veya otomatik bir sıra tetiklemek için sisteme harekete bir işleç seçin.

  1. Pervane (PSAC şubesinde) hareketli bir sahne deneme başlamadan önce bağlama.
  2. Deneme sırasında kumanda üzerinden sahne alanı önlemek için stop-bar mekanizmasını aktif hale getirin.
  3. Ölçüm iletişim kuralı ve servo tetiklemek motor 0 ° konuma sonda harekete için.
  4. Bir ölçüm sonda gelen kazanır.
    Not: yüklü probları türüne bağlı olarak, ölçüm işlemleri tam kayma tüy profilleri deşarj elde etmek için programlanabilir sırasına göre değiştirilebilir. (a) bir Faraday sonda bağlanmışsa, bir kaynak metre uzakta bir okuma (-30 V bir önyargı sürekli görevlisi halkaları uygulandığı) alınır. (b) bir Langmuir sonda bağlanmışsa, testere dişi gerilim dalga sonda için sağlanan ve ben-V özellikleri elde edilen ve yorumlanır. (c) bir RPA bağlanmışsa, testere dişi gerilim dalga ayrımcılık kılavuza uygulanır ve ben-V özellikleri elde edilen ve yorumlanır.
  5. Nerede sonda sıra tekrar bir ölçüm yapmak için tetiklenir sonraki açısal konumuna taşımak için mikroişlemci kullanarak servo motor tetikler.
  6. Ölçüleri tek tek işaretli bir veri matris dizide kaydedin.
  7. Adımları yineleyin 3.5 ve tam bir tarama kadar 180 °'ye kadar 3.6 gerçekleştirilen ve sonda geri 0 ° ile sağlanmaktadır.
  8. Kaydedilen verileri analiz.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

İtme kalibrasyon prosedürü ve itme performans değerlendirme

İtme değerleri itme quadfilar ölçüm sahne alanı'ndan değerlendirilmesi iki aşamada gelir. Şekil 5sağında gösterilen otomatik kablosuz kalibrasyon biriminden kalibrasyon faktörleri alma yoluyla ilk aşamasıdır. Bu kalibrasyon sürecinde iyi ağırlıkları arasında bir ağırlık dikey etkileri yatay yürürlüğe için pervane quadfilar sahne alanı'nda bağlı olarak çeviren bir pürüzsüz Politetrafloroetilen bar indirdi. Yüksek çözünürlüklü Lazer Deplasman sensörü o zaman buna göre her aralıkta deplasman ölçer. Bu Şekil 6' da gösterildiği gibi bir veri alma uygulaması üzerinden bir operatör tarafından izlenir ve kalibrasyon faktörü nerede çok sayıda kalibre edilmiş ağırlık sistemi indirdi seriyi sonunda elde edilir. Kalibrasyon faktörü S yatay kuvvet-deplasman grafiği en uygun doğrunun alınır ve sonraki itme Denklem 3 kullanılarak hesaplanır:

Equation 3

nerede Vtemel itici ateş önce okuyun Lazer Deplasman algılayıcı analog temel gerilim ise Völçülen algılayıcıdan ölçülen gerilim pervane yerinde işlemi sırasında.

Kalibrasyon sisteminin daha net bir temsil Şekil 7' de gösterilmiştir. O yeşil hat ve kırmızı daireler yalnızca gösterim amaçlıdır ve sadece göz için bir rehber olarak hizmet etmektir. Gerçekte, yeşil hat takılı pervane bağlayan iyi bir Madeira Polyamid fiber olduğunu. Kalibre edilmiş ağırlık dikkatle yüksek hassasiyetli kütle denge tarafından tartılır küçük bakır döngüler vardır ve onlar buna göre başlangıçta (ile kitleler arasındaki fark daha küçük aralıklar) iyi kalibrasyon rejimi ve için izin vermek için ayarlanabilir bir Genişletilmiş rejimi (nerede büyük kitleler kalibrasyonu dizilimini sonuna doğru eklenir).

Tipik kuvvet-gerilim grafiği Şekil 8 ' de gösterildiği gibi düz bir çizgi üretecek Lazer Deplasman sensör ve quadfilar platform kalibrasyon birim olduğunda düzgün yüklü. Bu durumda, arsa çok çeşitli kuvvetler üzerinde itme ölçümler için bir standart kurulum 27.65 mN∙V-1 bir kalibrasyon faktörü (gradient) verir.

Kalibrasyon faktörü quadfilar kablo uzunluğu gibi çeşitli etkenlere bağlıdır quadfilar platformu duyarlılığını değiştirerek değiştirilebilir. Şekil 8' de, belgili tanımlık tertibat duyarlılığını kalibrasyon ağırlıkları genişletilmiş rejimleri için sığdırmak için değiştirildi. Her iki ince ve kaba kalibrasyon ağırlıkları her iki rejimler doğrusal bir kalibrasyon Arsa verim dahil edilir.

Ölçülen itme yerinde ölçülerini örneği Şekil 9' da gösterilmiştir. Bu durumda, nasıl bir işleç akıntı sönmüş kadar bağımlılık itme deşarj gerilim üzerinde deney süresince izlemek mümkün olduğunu gösterir. Diğer giriş parametreleri itme etkisi de aynı şekilde izlenebilir.

Quadfilar kullanarak ölçüm sahne itme, akıntı mevcut ve uygulanan gerilim tarafından verilen, çeşitli giriş güçler, bizim hall pervane tarafından oluşturulan itme ölçmek başardık. Bu bilgi, varyasyon ile Equation 4 ve Equation 5 ile ilgili olarak giriş gücü elde edilebilir. Şekil 10a,b gösterir nasıl itme ve 4 farklı kütle akış oranları, giriş gücü ile değişir. Son olarak, verimlilik Şekil 10c farklı kütle akış hızlarında giriş gücü karşı çizilir. Sonuçlar bizim pervane 100 W nerede düşük akış oranları neredeyse % 3019verimliliği neden olmuş, aşağıda giriş yetkileri çalışmak için optimize gösterir. Önce optimizasyonu, pervane zar zor %20 83 W ve 5.5 sccm verimlilikle elde. Sonuçlar bizim pervane 100 W nerede düşük akış oranları neredeyse % 3019verimliliği neden olmuş, aşağıda giriş yetkileri çalışmak için optimize gösterir. Bu tartışmalı olan verimlilik % 30-40 ve diğer Hall iticileri benzer boyutlarda ve giriş güçler arasında değişir SPT100 Hall pervane göre iyi bir başarı var. Şekil 10 d iyon akım yoğunluğu otomatik olarak çizilen profil gösterir.

Bağımsız itme doğrulama için null ölçüm iletişim kuralı

Pervane ateş ederken, kalibrasyon birim sonuna karşılık gelen sağ tarafta poliamid tel gevşek bırakılır. Pervane yerinde işlemi sırasında simetrik null ölçü doğrulama birimi sonra tetiklenebilir. Simetrik null ölçü birimi Şekil 5' te gösterilen robot kalibrasyon sistemine benzer bir şekilde çalışır; iyi poliamid tel ekli minyatür kalibrasyon ağırlık sistemdeki indirdi ve tahrik sistemi için bir yatay yük oluşturmak. Bu durumda, yatay kuvvet denge başa pervane operasyon üzerine yerlerinden olan quadfilar sistem çekmek için uygulanır. Bu işlem saat-bağımlı Şekil 11' deki işlem evrimin şematik gösterilir. Pervane önce t ateş = 0 s, paneli (a) serisi karşılık gelen. Quadfilar sahne sonra sağdaki yatay kuvvet sonucunda itiş biriminden displaces. Çevre alanı simülatörde koyultur beri sahne alanı'nın hareket pervane (b) belirgin hareket olarak görülür. Quadfilar sahne sonra salınımı durur ve (c) gösterildiği gibi bir denge kararlı duruma deplasman ulaşır. Bu örnek, null sistemi tetiklenir ve step motor quadfilar sahne geri (d) gösterildiği gibi denge için çekmek için etkinleştirilir. Step motor nerede Lazer Deplasman sensörü sahne yeniden denge konumuna ve çalıştırma durdu algılar bir noktasına tetiklenir. Bir ölçüm sonra alınır ve bu sistemi itme değeri buna göre verilir.

Kayma yerinde veri algılama ve tüy profilometrisi için robot taret çalıştırma

Modüler robotik taret sistemleri de hem PSAC hem de PSEC tüy profilleri özelleştirilebilir teşhis için yüklenir. Bu robot taret de uygun prob iticileri dışarıdan Aksiyel Merkez göre konumlandırma için motor Aktuatörlü aşamaları monte edilmiştir. Robot taret alma ve veri aktarımı için kablosuz transponder bağlı programlanabilir mikrodenetleyiciler içeren korumalı paslanmaz çelik kasaları oluşmaktadır. Bu da kullanıcıların sisteme sensörler olmadan ek elektrik bağlantıları üzerinden veri alınırken sonda harici, hareketi kontrol sağlar. Bu da Aktuatörlü taret Langmuir, Faraday sonda ve RPAs de dahil olmak üzere birden çok sonda diziler aynı takılmasını sağlar ölçüm Kurulum hızlı arıtma sağlayan mikro-servo motor modüler tasarım göre kurmak dikkati çekiyor Operasyonel talepleri zaman noktasında. Şekil 12 tüy profilometrisi için deneysel kurulumunun Şematik çizimde gösterilmektedir.

Pervane işlemlerde bir operatör sistemi istenen açılarla tüy özellikleri belirli yerlerde Şekil 12 gösterildiği gibi el ile harekete seçebilirsiniz veya otomatik bir sıra tetiklenebilir. Hangi probları yüklü bağlı olarak, ölçüm işlemleri tam kayma tüy profilleri deşarj elde etmek için programlanabilir sırasına göre değiştirilebilir.

Böyle bir sıra mühendislik ve işlem optimizasyonu için ışın kolimasyon verimli pervane operasyon için izin yardımcı olan en iyi duruma getirme tüy profil hızlı kayma görselleştirme sağlar. Aktuatörlü taret ve programlanabilir algılama sistemleri tüy özellikleri her noktada, nerede plazma parametreleri türetilmiş olabilir ve programlanabilir sistemler hesaplanan özerk edinimi için izin verir. Bu tür sistemlere kolay analiz ve basit Robotik ve Aktuatörlü özerk sistemler üzerinden veri büyük miktarda manipülasyon ile test hızlandırmak. Şekil 10 diçinde örneğin, burada analiz ediliyor plazma iyon akım yoğunluğu farklı açısal pozisyonlarda parametresidir. Bu nasıl deşarj güç büyüklüğü en yüksek iyon akım yoğunluğu ve tam genişlikli yarım maxima, buna göre etkiler gösterir. Bu sonuçlar yüksek deşarj voltaj mutlaka daha iyi pervane performans için çevirmek değil olduğunu gösterir. Burada, yüksek güç bir pervane istenmeyen bir karakteristik olan tüy profilini genişletme sonuçlanır. Bu bazı egzoz parçacıkların pervane çıkış uçağın dikey olmayan hızları var, bir itme istenmeyen doğrultusunda sonuçlanan ve kesin yapmak zor manevraları anlamına gelir. Ayrıca, tüy giderlerin payload ya da diğer alt uzay aracı üzerinde zarar verebilir. Bir tatmin edici tam genişlikli yarım maxima (FWHM) değerinde elde kadar itici bir daha collimated tüy üretmek için en iyi duruma getirmek için manyetik bobin ve anot potansiyel teslimatın sağlanan geçerli ayarlanabilir. Tüy profil optimizasyon önce onun FWHM 140 W itibariyle 33.1 ° oldu ama sonra optimizasyonu, 110 W. at 23,7 ° azaltılmış Bu tüy daha collimated anlamına gelir.

Figure 1
Resim 1 : Elektrikli tahrik motorları test için büyük alan ortamı tesis. Bu Amiral gemisi tesis alanı itici güç merkezi Singapur, Ulusal Enstitüsü Eğitim, Nanyang Teknoloji Üniversitesi yer alır. odası (bir) yan görünüm görsel teşhis test sistemleri ve birden fazla vakum sınıf elektrik besleme iletişim, denetim ve tanılama sistemleri test altındaki izin throughs için şeffaf kabinlerin göstermektedir. (b) vakum pompaları. (c) yan görünüm odası kapağı yükleme bir tarafı ile açın. (d) tanılama sistemi yükleme bir işleç ile uzay simülasyon odası görünümünü. Üzerinden J. Lim vd., IEEE Trans. plazma bilm 46, 338 izinle yeniden basıldı (2018) ve J. Lim ve ark., IEEE Trans. plazma bilm 46, 345 (2018). Telif hakkı 2018 IEEE. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : Arka görünümünde ölçeklenen plazma alanı ortamı Simülatörü (PSEC). PSEC toplam 6 pompalar yüksek kapasiteli Kondansat pompaları da dahil olmak üzere, turbo moleküler pompa ve kuru pompalar oluşmaktadır. Kur ayrıca entegre pervane tanılama içerir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 : PSEC. plazma tanılama süitte genel bakış Sağ tarafı rakam sistemlerinin her lombar odasının önden bakıldığında olarak büyütülmüş görünümü gösterilmektedir. Görsel tanılama bağlantı noktası da optik emisyon spektroskopisi (OES) yapılması için bir cadde olarak hizmet vermektedir. Odasının dış görünümünde gösterildiği gibi bir quadropole kütle spektrometre odasında uzun süreli pervane işlemi sırasında SAÇTIRMA nedeniyle malzeme erozyon oranları değerlendirmek arta kalan gaz analiz için outfitted olduğunu. Ayrıca, radyo kontrollü robot Faraday probları aynı zamanda dahili olarak performans değerlendirme geçiren iticileri tüy profilleri değerlendirmek için monte edilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 : PSAC entegre plazma tanılama süitte bakış. (bir) özelleştirilebilir tasarım bir itme quadfilar performans değerlendirme sahne ve bir in-situ ağırlık kalibrasyon birim yanında yerleştirilen bir robot Faraday sonda taret gösterir. (b) özelleştirilebilir özellikler en çok üç farklı iticileri monte edilebilir ve aynı anda, azalan bakiyeli operasyonel kesinti ve maximizing araştırma çıkış test izin verir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5 : Simetrik modüler null itme doğrulama Şematik düzeni Gordon Pervane elde edilen itme değerler bağımsız doğrulanması için izin vermek için ateş ederken kalibrasyon sisteminden farklı olarak, null itme doğrulama birim işletilmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6 : Veri alma app kullanıcı arayüzü. MATLAB tabanlı App kullanıcı arabirimi itme ve Lazer Deplasman sensörü gerçek zamanlı okuma gerilim izlemek operatör sağlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7 : Kalibrasyon Gordon Bir robot kalibrasyon birim kablosuz operatör giriş veya tamamen özerk kalibrasyon dizileri bir quadfilar sisteminin hızlı kalibrasyonunun aracılığıyla çalıştırılabilir. Tasarım konuları: dış etkisi; en aza indirmek ince, hafif dize ve millinewton ağırlık kullanın; düşük statik katsayısı çubuğunu kullanın; satırın "u-döngü" üretmek için esnek olması gerekir. Kalibrasyon ayakta durmak için kablosuz kontrol ünitesi, iyi Madeira monofilament poliamid (naylon) fiber (yaklaşık 4,0 µm), ağırlık olarak küçük bakır döngüler ve pürüzsüz Politetrafloroetilen çubuğu kullanın. Hat takılı pervane quadfilar sarkaç veya yansıtıcı plaka ortasına doğrultusunda arkası iliştirilmesi gerekir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8 : Tipik kuvvet-gerilim ve değiştirilmiş kurulum için kuvvet-gerilim grafiklerinin. (bir) kuvvet-gerilim grafik. Hangi indirdi ve yatay yürürlüğe tercüme ağırlık miktarı Lazer Deplasman sensör üzerinde okuma karşılık gelen gerilim karşı çizilir. Kalibrasyon (mN/V) veri edinme uygulama (b) kuvvet/gerilim grafikte kullanılan kuvvet/gerilim grafiği degrade faktördür. Kurulum uygulanan kuvvet karşı duyarlılığını ince ve kaba ayarlaması için karşılamak için yükseltilmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 9
Şekil 9 : İn-situ performans değerlendirme. Başka bir yazılım program gerçek zamanlı olarak bir girdi parametresini ne zaman izlenecek itme performans sağlar, deşarj gerilim bu durumda, yavaş yavaş değişti de. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 10
Şekil 10 : Pervane özellikleri değerlendirilmesi. (bir, b) İtme ve görev-in dört farklı kütle akış hızlarında giriş gücü olarak belirli darbe. (c) karşı farklı kütle akış hızlarında giriş gücü verimliliği çizilen. İyon akım yoğunluğu (d) otomatik olarak çizilen profil. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 11
Şekil 11 : Zaman Hall pervane SPC-s ateş sırasında işlem null itme doğrulama biriminde evrimi (bir) t = 0 s, Hall pervane nerede ilk ateş ve denge konumu uzak taşır. (b) Quadfilar sahne sağdaki Hall pervane bağıl hareket tarafından gösterildiği gibi değiştirir. (c) Quadfilar sahne salınımı durur ve bir denge kararlı durum pozisyon ulaşır. Boş sistem tetiklenir ve step motor çalıştırma başlar. (d) Null sistem yavaş yavaş başa denge quadfilar sahnede pervane monte çekme için tetiklenir. (e) itici bir denge konumu ulaşır. Null ölçü birimi Step motor çalıştırma durdurur. Ölçü alınır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 12
Şekil 12 : Modüler çok sonda taret çalıştırma şematik gösterimi. Tüm sistemi kablosuz olarak kontrol edilir ve Faraday sonda üzerinde bir farklı sonda modül yapışma aracılığıyla hızlı bir şekilde değiştirilebilir. Bağlantı çevirmeli kolay dönüştürme ve yükleme için BNC tipi bağdaştırıcılar üzerinden yapılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 13
Şekil 13 : Bir salon tipi pervane şemaları. Genelleştirilmiş bir düzeni bu şekilde sunulan dayalı çeşitli konfigürasyonları ile benzer kurulumları da diğer gruplar tarafından istihdam edilmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 14
Şekil 14 : İndüktif birleştiğinde plazma tesis plazma kaynakları Uygulama Merkezi, yeni malzemelerin sentezi için / uzay itici güç merkezi, Singapur. Bir plazma sistemi bor nitrit yanı sıra yenilikçi, yüksek verimli güneş hücreleri için silikon bazlı malzeme sentezi ve nanostructured malzemelerde modern minyatür roket motorları uygulamalarında sağlar.  Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tipik Hall-türü iticileri44 nispeten basit, ucuz ve bir iyon akı km/s, itme sağlayan birkaç on hızları için hızlandırmak yüksek verimli cihazlar yanı sıra, hızlanan uyduları ve uzay aracı için gerekli manevra, yönlendirme, pozisyon ve kontrol ve de-işlem servis ömrünü sonunda etrafında dönen. Uygulama misyonu ömür boyu, uydular ve diğer yörünge payloads iticileri geliştirmek Hall yörünge aktarımı ve oluşumu/takımyıldızı uçan birden fazla uydu izin ve çoklu görev özelliklerini etkinleştirir. Yapısal olarak (bkz. Şekil 13' te şemaları), Hall itici bir tarafa yüklü bir anot ve çıkış yerleştirilen bir katot bir koaksiyel dolu bir yer. Xe gaz, kolayca iyonize ama nispeten ağır genellikle kullanılan bir yakıt iyot gibi diğer öğeleri bazı durumlarda45' kullanılabilir henüz. Bobinler veya bir sistem kalıcı mıknatıslar kümesi tarafından oluşturulan bir manyetik alan odası46orta kesiminde geçerli bir elektron drift sağlar iken bir iyon akı anot ve katot, arasında ayarlanır bir elektrostatik alan tarafından hızlandırılır. Bu elektron drift akım verimli iyonlaşma tarafsız bir gaz ve aynı anda sağlar, pozitif iyon değişim tazminat sağlar.

Bir elektrikli itiş pervane verimliliğini önemli ölçüde tasarımı, özellikle şekli ve yapılandırma elektrot ve manyetik alan ve hızlanan kanal, anot ve yayıcı ekler için kullanılan malzemelerin parametrelerini bağlıdır katot. Örneğin, pervane manyetik alan topolojisinin-ebilmek var olmak configured şekilde bu en yüksek manyetik alan şiddeti konumunu ve dolayısıyla, iyonlaşma bölge itti daha da, kanal çıkış, böylece, etkileşim azaltılması yüksek enerji iyonları ve kanal duvar47arasında. Bu sırayla kanal duvar ve duvar malzeme özellikleri, duvar malzeme yerine daha uygun yapmak onun bağımlılığı erozyon oranda azaltır. Salon tipi iticileri ömrünü bileşenleri, özellikle plazma ile temas halinde olanlar için kullanılan malzemeler son derece bağlıdır. Yeni malzemeler, yanı sıra ekipman ve teknikleri onun sentezi için ileriye ve48,49 test daha fazla salon tipi iticileri ömrünü artırmak için ihtiyaç vardır.

Roman malzemeleri bir güçlü, son derece uyumlu, verimli İndüktif Eşleşmiş Plazma tesisi (Şekil 14)5150,esas olarak kullanarak PSAC/SPCS laboratuarlarda sentezlenmiş. Roman malzeme yelpazesi içerir ama silikon tabanlı gofret bor nitrit, grafin içeren yanı sıra yenilikçi, yüksek verimli güneş hücreleri için sınırlı değildir nanoyapıların52,53, metamalzemeler54 ,55 ve nanostructured malzemelerde uygulamalarında modern minyatür motorlar, nerede onlar önemli yoğunlaştırılması ve iticiler56,57anahtar parametrelerinin optimizasyonu için kullanılır. Diğer kullanılabilir donanım dahil ark ve kapasitif eşleşmiş plazma sistemleri için gelişmiş plazma tedavisi malzemeleri58için. Gerçekten de, gelişmiş test, tasarım, malzeme ve simülasyon optimizasyon teknikleri59,60uygulanması önemli enhancement pervane parametrelerinin elde edilebilir. Ayrıca, yeni malzeme ve malzeme sistemleri uygulamaları verimli yaklaşımlar, örneğin, ısı transferi61, aşınma direnci62, emin olun ve verimliliği ve servis ömrü ile ilgili diğer sorunlar minyatür uzay roketleri. Şu anda maddi olanakları plazma tabanlı etkinleştirme sentezi, test ve en gelişmiş malzeme roketler içinde uygulama tasarlanmış63olmak. Gerçekten, o zaten madde ve enerji, üzerinde son derece enerjik tozlar içeren plazma etkin teknikler yüzeyler64,65 verimli harekete geçirmek için izin ve dolayısıyla, kontrol kanıtlanmıştır kendi kendine organizasyon, çekirdekleşme66,67,68 ve en gelişmiş malzeme69,70yaratılmasına yol sofistike diğer yüzey tabanlı işlemler, 71. Karbon Nanoduvarları, nanotüpler ve dikey yönelimli grafen diziler gibi karbon içeren malzemeler için elektrikli tahrik motorları uygulamada malzemeleri72, yayan elektron olarak oldukça umut verici olabilir unutmayın 73 , 74 ve ivme kanalları ve deşarj chambers75duvarları için umut verici malzeme.

Plazma yapımı çok katmanlı, çekirdek-kabuk ve gözenekli malzeme76 da uygulamaları elektrik itiş sistemleri77çeşitli bölümlerinde bulabilirsiniz. Metalik tek duvarlı karbon nanotüpler78 kontrollü sentezi ve mekanik olarak yazılı Si özellikleri79 üzerinde karbon nanotüpler plazma-etkin, catalyst-Alerjik gelişmesi içinde plazma temelli işlem80olanağı da sağlar.

Özetle, biz test ve kırılan uzay itiş sistemleri optimize etmek için bir protokol sundu. Çeşitlendirilmiş ediyorlar tasarlanmış ekipman, büyük Vakum odaları, güçlü pompa platformlar ve çeşitli tanı kompleksleri mikro-itici roketler yakın koşullarda kesin, bilgilendirici karakterizasyonu gerçekleştirmek için kullanılan açık alanda bulundu. Yetenekli personel, yeterli simülasyon ve teorik destek de micropropulsion tasarım ve teknoloji sürekli ilerleme tutmak için anahtar önemlidir. Roman malzemeleri tedarik sistemleri dizi ile küçük uydular ve CubeSats dahil olmak üzere modern elektrikli itiş sistemlerinin performans özelliklerini iyileştirilmesinde önemli buluşlar emin olmak ikinci önemli faktör bir gelişmedir, Araçlar ve yükü çevresel aygıtlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip finans ya da diğer ilgi bildirin.

Acknowledgments

Bu eser bölümü tarafından OSTIn-SRP/EDB, Ulusal Araştırma Vakfı (Singapur), akademik araştırma fonu AcRF Tier 1 RP 6/16 (Singapur) ve George Washington Enstitüsü Nanoteknoloji (ABD) desteklenmiştir. I. L. kimya okul, fizik ve mekanik mühendislik, bilim ve Mühendislik Fakültesi, Queensland University of Technology desteğinden kabul eder.

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

Mühendislik sayı: 144 elektrikli itiş test Hall iticileri uzay teknolojisi deşarj teknoloji
En iyi duruma getirme, Test ve kırılan Hall iticileri teşhis
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