Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetic Shielding of Ion Beam Thruster Walls

15.02.2013
Electric rocket engines known as Hall thrusters, which use a super high-velocity stream of ions to propel a spacecraft in space, have been used successfully onboard many missions for half a century.

Erosion of the discharge channels walls, however, has limited their application to the inner solar system. A research team at Caltech’s Jet Propulsion Laboratory, in Pasadena, Calif., has found a way to effectively control this erosion by shaping the engine’s magnetic field in a way that shields the walls from ion bombardment.

Ions are produced in Hall thrusters when electrons from an electric current collide with the propellant atoms to form a plasma in the discharge chamber. Thrust is then generated by the interaction of this current with an applied magnetic field that creates a strong electric field. The magnetic field is mostly perpendicular to the channel walls whereas the electric field is mostly parallel to the walls. This electric field then acts as the driving force on the ions, accelerating them to very high speeds (>45,000 mph) toward the exhaust opening. However, the presence of a plasma in the thruster’s discharge chamber leads also to a small component of the electric field parallel to the magnetic field lines.

This component then accelerates some ions toward the discharge chamber (rather than the exhaust opening) causing erosion by sputtering material from the walls. Guided by theory and numerical simulations, the research team designed a thruster configuration in which the effect of the plasma on the magnetic field lines along the walls is minimized, forcing the electric field to be perpendicular to the lines. Based on the numerical predictions, the effect of this magnetic field topology would be to accelerate ions away from walls while also significantly reducing their energy adjacent to the walls. Erosion then would be reduced without degrading propulsive performance. The method now known as magnetic shielding was verified by experiments in a vacuum facility using a modified thruster. The combined results of the simulations and experiments demonstrated that there was 100 to 1,000 times less wall erosion when using magnetic shielding. The results were published in the American Institute of Physics (AIP) journal Applied Physics Letters.

Article: “Magnetic shielding of walls from the unmagnetized ion beam in a Hall thruster” is published in the journal Applied Physics Letters.

Link: http://apl.aip.org/resource/1/applab/v102/i2/p023509_s1

Authors: Ioannis G. Mikellides (1), Ira Katz (1), Richard R. Hofer (1), and Dan M. Goebel (1).

(1) Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California

Catherine Meyers | Newswise
Further information:
http://www.aip.org

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Hubble survey unlocks clues to star birth in neighboring galaxy
04.09.2015 | NASA/Goddard Space Flight Center

nachricht Tiny Drops of Early Universe 'Perfect' Fluid
02.09.2015 | Brookhaven National Laboratory

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanoperlen für die Stahlschmiede

Stahl gibt es seit rund 3000 Jahren und heute sogar in mehreren Tausend Variationen, und trotzdem ist er immer wieder für Überraschungen gut. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf haben in einem manganhaltigen Stahl nun beobachtet, dass die Legierung an linienförmigen Defekten eine andere Kristallstruktur bildet, als sie typisch ist für das Material. Sie berichten darüber im Fachjournal Science. Da sich die Länge der Liniendefekte in einem Kubikmeter Stahl auf ein Lichtjahr summieren kann, dürfte die Entdeckung große praktische Bedeutung haben. Denn von der Mikrostruktur eines Stahls hängen auch seine Eigenschaften ab.

Versetzungen können Leben retten. Solche Liniendefekte, genauer gesagt Stufenversetzungen entstehen, wenn eine Atomlage eines Kristalls unvollständig bleibt,...

Im Focus: LARA - Luftgekühlter Radnabenmotor mit hoher Drehmomentdichte auf Basis gegossener Aluminiumspulen

LARA umfasst die Entwicklung, Fertigung und Erprobung eines robusten luftgekühlten Radnabenmotors mit hoher Drehmomentdichte. Dieser kommt als Direktantrieb an allen vier Rädern eines leichten Stadtfahrzeugs als Demonstrator zum Einsatz. Wesentliche Herausforderung ist, das für die Fahrzeugnutzung im urbanen Umfeld notwendige Drehmoment bei hohen Wirkungsgraden aufzubringen und zugleich eine technologisch einfache Luftkühlung zur Abführung der thermischen Verlustleistungen umzusetzen.

Für die Wicklung des Elektromotors werden die vom Fraunhofer IFAM entwickelten gegossenen Spulen mit maximalem Nutfüllgrad eingesetzt, die zur Minimierung von...

Im Focus: Hubble survey unlocks clues to star birth in neighboring galaxy

In a survey of NASA's Hubble Space Telescope images of 2,753 young, blue star clusters in the neighboring Andromeda galaxy (M31), astronomers have found that M31 and our own galaxy have a similar percentage of newborn stars based on mass.

By nailing down what percentage of stars have a particular mass within a cluster, or the Initial Mass Function (IMF), scientists can better interpret the light...

Im Focus: Fraunhofer ISE entwickelt hochkompakten Wechselrichter für unterbrechungsfreie Stromversorgungen

Bauteile aus Siliziumkarbid ermöglichen Wirkungsgrad von 98,7 Prozent

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben einen hochkompakten und -effizienten Wechselrichter für die unterbrechungsfreie...

Im Focus: Fraunhofer ISE Develops Highly Compact Inverter for Uninterruptible Power Supplies

Silicon Carbide Components Enable Efficiency of 98.7 percent

Researchers at the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE have developed a highly compact and efficient inverter for use in uninterruptible power...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

HMI 4.0 in mobilen Arbeitsmaschinen

04.09.2015 | Veranstaltungen

Innovative Citizen – Festival für neue urbane Fertigkeiten

04.09.2015 | Veranstaltungen

Seilroboter mit Passagier

04.09.2015 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

HMI 4.0 in mobilen Arbeitsmaschinen

04.09.2015 | Veranstaltungsnachrichten

Hinweise auf mikrobielles Leben im Erdmantel unterhalb des Meeresbodens entdeckt

04.09.2015 | Biowissenschaften Chemie

Gleichgewichtsorgan - Flexibler Sensor

04.09.2015 | Biowissenschaften Chemie