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Comparative study of electron temperature and ion energy in two different magnetic nozzle thruster designs

Schäfer, Clara und Schmidt, Jens und Plettenberg, Felix und Chan, Yung-An und Grabe, Martin und Martinez Schramm, Jan und Holste, Kristof und Klar, P. J. (2024) Comparative study of electron temperature and ion energy in two different magnetic nozzle thruster designs. Journal of Electric Propulsion, 3 (32), Seiten 1-20. Springer. doi: 10.1007/s44205-024-00094-x. ISSN 2731-4596.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s44205-024-00094-x

Kurzfassung

Conventional ion thruster technologies face challenges such as electrode and grid erosion and the need for additional neutralizer devices. In this article, we discuss two thruster concepts that achieve plasma acceleration by means of a magnetic nozzle, and thus avoid the need of a neutralizer device. The concept of a magnetic nozzle converting the thermal energy available in the electrons movement to ion kinetic energy is a well accepted model in the community. We discuss a novel thruster concept based on electrode-less electron cyclotron resonance plasma generation via a slot antenna design. The geometry of this thruster concept results in a converging- diverging character of the magnetic field topology along the plume direction. To this date it is not known in which way this new thruster design influences the electron dynamics and thus the ion energy. To understand the correlation between ion energy and electron temperature of this thruster system, it is compared with a well known thruster prototype operating on similar principles, however, realizing microwave coupling and magnetic field topology in a different way. Both thruster designs operate within comparable power, frequency, and volume flow ranges. The ion energy with maximum probability is measured for both thrusters using a retarding potential analyzer in the same vacuum environment. Additionally, the electron temperature is measured with a Langmuir probe for various operation points of the thrusters, differing in input power level, volume flow, set excitation frequency, and argon or xenon as propellant.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210495/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Comparative study of electron temperature and ion energy in two different magnetic nozzle thruster designs
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schäfer, Claraclara.schaefer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, JensJens.Schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2052-8588175244838
Plettenberg, Felixfelix.plettenberg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chan, Yung-Anyung-an.chan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5494-0514175244840
Grabe, MartinMartin.Grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Martinez Schramm, JanJan.Martinez (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8891-6253NICHT SPEZIFIZIERT
Holste, KristofJustus-Liebig-Universitä t Gießen, I. Physikalisches Institut, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 GießenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klar, P. J.Physikalisches Institut, Justus-Liebig Universität Gießen, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Dezember 2024
Erschienen in:Journal of Electric Propulsion
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:3
DOI:10.1007/s44205-024-00094-x
Seitenbereich:Seiten 1-20
Verlag:Springer
ISSN:2731-4596
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electric propulsion, ECR, Plasma
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Decentralized Energy supplied Electrical Propulsion
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Schäfer, Clara
Hinterlegt am:08 Jan 2025 10:51
Letzte Änderung:13 Jan 2025 12:59

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