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Development of techniques for directly measuring thrust from a superconducting applied field magnetoplasmadynamic thruster

Mallett, Benjamin P.P. und Jane, Celine und Webster, Emile und Schmidt, Jens (2025) Development of techniques for directly measuring thrust from a superconducting applied field magnetoplasmadynamic thruster. Journal of Electric Propulsion, 4 (6), Seiten 1-16. Springer. doi: 10.1007/s44205-025-00105-5. ISSN 2731-4596.

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Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s44205-025-00105-5#article-info

Kurzfassung

Superconducting magnet technology can significantly improve the system-level performance of electromagnetic thrusters by reducing the size, weight and power of the magnet module. However, a superconducting magnet poses some unique challenges to accurate and direct thrust measurement, a key performance metric of any thruster. The Robinson Research Institute (Robinson) in New Zealand and the DLR Institute of Aerodynamics and Flow Technology (DLR) in Göttingen, Germany, are working together on a project to directly measure thrust from a kW-class applied-field magnetoplasmadynamic thruster (AFMPDT) with a conduction-cooled superconducting magnet for its applied field module. This paper presents results of the characterization and modification of the thrust stands at DLR and Robinson to meet the additional challenges of stray magnetic fields, cryocooler vibrations and thermal gradients associated with the superconducting magnet system. We find that after some modifications to thrust stand parts and data analysis methods, the stray magnetic field and vibrations of a cryocooler, although large at approximately 1g peak acceleration, should have negligible impact on accuracy of thrust measurement. Moreover, the vibrations may improve the quality of the measurement by reducing hysteresis arising from bearing stiction. A variety of methods will need to be carefully employed to reduce sensitivity to temperature, particularly to an uneven temperature distribution across the pivot axis. We deem it feasible to make direct thrust measurement in our facilities of a flight-like superconducting AFMPDT accurate to within mN for thrust up to 100 mN. The key next stage of this project involves comparative measurements of a superconducting AFMPDT planned for 2025.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212787/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Development of techniques for directly measuring thrust from a superconducting applied field magnetoplasmadynamic thruster
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mallett, Benjamin P.P.ben.mallett (at) vuw.ac.nzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jane, Celineceline.jane (at) vuw.ac.nzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Webster, Emileemile.webster (at) vuw.ac.nzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, JensJens.Schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2052-8588178546148
Datum:13 Februar 2025
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:4
DOI:10.1007/s44205-025-00105-5
Seitenbereich:Seiten 1-16
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSpringer Nature LinkNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer
ISSN:2731-4596
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electric Propulsion, Superconductor, Thrust Balances, Magnetoplasmadynamic Thuster, Elektrische Raumfahrtantriebe, Schubwaage, Magnetoplasmadynamisches Triebwerk, Supraleiter
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
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: Schmidt, Jens
Hinterlegt am:20 Feb 2025 17:46
Letzte Änderung:20 Feb 2025 17:47

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