Strona główna | Kontakt | Zespół | IFPiLM | English version PL

Silniki typu Halla

Historia

Historia silników Halla sięga początków lat 60-tych XX wieku kiedy badania nad tego typu silnikami rozpoczęły się równocześnie i niezależnie w ZSRR oraz USA. Nowoczesne konstrukcje tych silników odziedziczyły wiele z radzieckich badań, również większość teorii w tej dziedzinie została opracowana przez rosyjskich naukowców. Radziecki program naukowy zawdzięcza wiele rosyjskiemu naukowcowi A. I. Morozovowi, który wprowadził wariant silnika Halla używany do dziś, często określany jako Stationary Plasma Thruster (SPT).

Pomijając wielką złożoność procesów fizycznych zachodzących podczas pracy takiego rodzaju silników, dziś ich technologia jest dojrzała i doskonale przetestowana w przestrzeni głównie za sprawą ponad stu jednostek wysłanych w przestrzeń kosmiczną na pokładach Rosyjskich statków kosmicznych od 1970 roku. Rosyjski sukces spowodował w ostatnich latach znaczący wzrost ilości badań i rozwoju silników typu Halla na całym świecie, dokładnie mówiąc w USA, Japonii i Europie gdzie pierwszy "zachodni" silnik Halla został użyty w kosmosie podczas misji SMART-1 w roku 2003.

Zasady działania

Schemat silnika typu Halla

Działanie źródeł plazmowych typu Halla jest możliwe dzięki schwytaniu elektronów w polu magnetycznym co umożliwia efektywną jonizację gazu zasilającego. Wykorzystując fakt, że promień cyklotronowy elektronów jest dużo mniejszy niż jonów, stosuje się pole magnetyczne B o natężeniu wystarczającym do zmiany ruchu elektronów ale jednocześnie odpowiednio słabym tak by ruch jonów w kanale nie został znacznie zmieniony. Uwięzienie elektronów jest wzmocnione przez zastosowanie pierścieniowego kanału wyładowań, który zamyka azymutalny dryf w kierunku E × B.

Względnie mała część strumienia elektronów emitowanych z katody wpływa do kanału i jest częściowo uwięziona przez promieniowe pole magnetyczne. Dyfuzja elektronów w kierunku anody jest mocno zahamowana i jest głównie zapewniona przez zderzenia z neutrałami oraz ściankami lub przez niestabilności azymutalnego pola elektrycznego. Złapane w pułapkę magnetyczną elektrony jonizują gaz (przeważnie Ksenon) i wyprodukowane jony są przyspieszane w obszarze wysokiego pola magnetycznego ulokowanego przy wylocie z kanału. Wystrzelone jony są neutralizowane przez pozostałe wyemitowane przez katodę elektrony.

Typowe możliowści i zastosowanie

Typowe prędkości właściwe uzyskiwane przez silniki typu Halla to 15 do 25 km/s przy sprawności około 50%. Silniki te rozwijają siłę ciągu rzędu 0.1 N, aczkolwiek NASA zaprezentowała prototypowy silnik o sile ciągu kilku Newtonów.

Takie parametry sprawiają, że te silniki najbardziej nadają się do użycia w misjach takich jak utrzymywanie satelity geostacjonarnego na właściwej orbicie (north-south station-keeping - NSSK), transferu satelitów miedzy orbitami oraz jako główny napęd w misjach eksploracji kosmosu. Silniki Halla są często stosowane do misji NSSK przez Rosjan od lat 70-tych. Obecnie są wyznaczone do lotów na amerykańskich oraz europejskich satelitach, i już zostały wykorzystane jako napęd sondy księżycowej SMART-1.

Zdjęcie silnika SPT-100 w laboratorium Pivoine
SPT-100 - silnik typu Halla w laboratorium Pivoine (Francja)
Artystyczna prezentacja sondy Smart-I
Artystyczny obraz sondy księżycowej SMART-I, napędzanej przez silnik PPS-1350.

Back to the top