Optimisation du mode « sans parois »

Optimisation d’un propulseur de Hall « sans parois ». Configuration standard : les lignes de champ magnétique sont perpendiculaires aux parois qu’elles interceptent (gauche). Configuration à écran magnétique : les lignes épousent la géométrie du canal et s’étendent jusqu’à l’anode (milieu). Configuration WL optimisée : les lignes magnétiques sont tangentes à l’anode dont la forme est adaptée (droite).

J’ai présenté dans un article écrit le 19 novembre 2014 le nouveau concept de propulseur de Hall « sans parois » ou Wall-Less (WL) en anglais.
Il s’agit de localiser la décharge plasma d’un propulseur à l’extérieur du canal afin de limiter l’interaction avec les parois diélectriques et ainsi augmenter la durée de vie du système et autoriser un fonctionnement à haute-tension, c’est à dire à haute impulsion spécifique.
Après avoir validé le concept avec le propulseur PPI de 200 W, nous avions réalisé des expériences à l’EPL à l’autonome dernier avec une nouvelle version du propulseur PPS-Flex capable d’opérer jusqu’à 2 kW. Nous avions ainsi montré qu’une modification de la topologie magnétique permettait de diminuer le courant de décharge et d’améliorer le rendement.

Des expériences complémentaires à celles conduites à l’EPL ont été menées à l’ICARE au printemps dans le banc d’essais PIVOINE-2g. Nous avons, avec mon équipe, optimisé à la fois la géométrie de l’anode et la topologie magnétique. Le principe de l’optimisation est résumé sur la figure ci-dessus. L’anode est toujours située au plan de sortie du canal. Sa forme doit-être telle qu’aucune ligne de champ magnétique ne vient intercepter la surface de l’anode. On reconstitue ainsi une barrière magnétique efficace. Lors des essais réalisés avec le PPS-Flex, nous avons mesuré la poussée et de la distribution de courant ionique dans la plume. On a ainsi pu accéder à l’efficacité de conversion de l’ergol (Xe), à la divergence du faisceau d’ions et au rendement propulsif.
Les premiers résultats sont très encourageants. On a atteint un rendement de 35 % pour une puissance inférieur à 1 kW. Cette valeur est proche de celle obtenue avec un PH standard optimisé tel que le SPT100 ou le PPS1350 dans des conditions similaires. Il existe encore des marges d’amélioration sur le design. Un rendement de 50 % à terme nous paraît tout à fait réaliste. Les expériences vont donc se poursuivre avec très certainement la construction d’une troisième version du propulseur PPS-Flex capable de produire flux magnétique plus intense.

Ces travaux vont être prochainement présentés lors de deux grands congrès internationaux : l’IEPC qui se déroulera dans une semaine à Kobe au Japon ainsi qu’à la JPC qui se tiendra à Orlando en Floride à la fin du mois de juillet. J’ai hâte d’avoir le retour et les critiques de la communauté sur nos avancés et l’intérêt d’un PH-WL pour la propulsion des satellites et sondes interplanétaires.

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