Vacuum Chamber Adaptation for Low-Power Electric Propulsion Testing : Optimizing Anode Configuration and Electrical Interface for Hollow Cathode Testing, and Conceptualizing a Setup for Field Emission Electric Propulsion Testing

Autor: Bäckström, Therese
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Electric Propulsion (EP) is widely acknowledged as a crucial technology for future space missions, offering significant propellant savings and enabling exploration of planetary missions with smaller spacecraft (s/c). For precise attitude control of these smaller spacecraft, Field Emission Electric Propulsion (FEEP) has emerged as a favorable option due to its exceptional thrust controllability. However, the successful operation of FEEP, as well as most other EP systems, relies on an electron source, typically a Hollow Cathode (HC), to neutralize the ion beam. This cathode’s behavior must be characterized through ground testing before being integrated with the thruster. Once integrated, the whole thruster undergoes further testing. While the testing phase plays an essential role in achieving mission objectives, there is a scarcity of comprehensive papers describing the design of test setups for cathodes, such as Heaterless Hollow Cathode (HHC), or EP thrusters like FEEP. The lack of detailed information makes it challenging for those not well-versed in this particular testing methodology to effectively replicate the tests. In an effort to address this issue, this thesis utilizes literature studies and thermal analyses to propose a HHC test setup by focusing on the anode configuration and the electrical interface; Subsequently, parts of this HHC test setup are reused in a conceptual vacuum chamber adaptation, facilitating testing of FEEP. Specifically, for the HHC setup, two stainless steel plate-shaped anodes are manufactured, and an accompanying electrical schematic diagram is presented to demonstrate the proper connection of power supplies and other necessary equipment. For the FEEP setup, a chevron beam target, an aluminum shield to protect the pump, and a heat-dissipating stand are introduced. These two test setups, along with the underlying motivation, can ideally simplify future cathode and thruster testing processes, especially for those having limited familiarity with this subject matter.
Elektrisk framdrivning är allmänt erkänt som en avgörande teknologi för framtida rymduppdrag eftersom elektrisk framdrivning erbjuder betydande bränslebesparingar och möjliggör utforskning av planetära uppdrag med mindre rymdfarkoster. För exakt styrning av dessa mindre rymdfarkoster har fältjonisationsframdrivning framträtt som ett fördelaktigt alternativ på grund av sin exceptionellt styrbara drivkraft. Dock är den framgångsrika driften av fältjonisationsframdrivning, liksom de flesta andra elektriska framdrivningssystem, beroende av en elektronkälla, vanligtvis en hålkatod, för att neutralisera jonstrålen. Denna katods beteende måste karakteriseras genom marktester innan den integreras med drivsystemet. Efter integrationen genomgår hela drivsystemet ytterligare tester. Trots att testfasen spelar en avgörande roll för att uppnå uppdragsmålen finns det en brist på omfattande rapporter som beskriver utformningen av testupplägg för katoder, såsom värmelösa hålkatoder, eller elektriska framdrivningssystem så som fältjonisationsframdrivning. Den bristfälliga informationen gör det svårt för dem som inte är insatta i denna specifika testmetodik att effektivt replikera testerna. I ett försök att lösa detta problem använder denna avhandling litteraturstudier och termiska analyser för att föreslå en testuppsättning för en värmelös hålkatod genom att fokusera på anodkonfigurationen och det elektriska gränssnittet; Därefter återanvänds delar av denna värmelösa hålkatods-testuppsättning i en konceptuell vakuumkammar-anpassning för att underlätta testning av fältjonisationsframdrivning. Specifikt för den värmelösa hålkatods-uppsättningen tillverkas två platta anoder av rostfritt stål, och ett tillhörande schematiskt diagram över det elektriska gränssnittet presenteras för att demonstrera korrekt anslutning av strömförsörjning och annan nödvändig utrustning. För fältjonisationsframdrivnings-uppsättningen introduceras ett chevron-mönstrat jonstråle-mål, ett aluminiumskydd för pumpen och ett värmeavledande stativ. Dessa två testuppsättningar, tillsammans med den underliggande motiveringen, kan i bästa fall förenkla framtida testprocesser för katoder och drivsystem, särskilt för dem som har begränsad kännedom om ämnet.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: