(57)【要約】  スラスタは、筒状部（２）の中に画定されたチャンバ（６）を有する。筒状部は、スラストの軸（４）を画定する縦軸を有し、インジェクタ（８）が、チャンバの一端部において、筒状部の中にイオン化可能なガスを注入する。２つのコイル（１２、１４）を有する磁場発生装置が、軸に平行な磁場を発生させ、磁場は軸（４）に沿って２つの最大値を有し、電磁場発生装置は、２つのコイルの間に共鳴空洞（１６）を有し、磁場の２つの最大値間で、チャンバ（６）における電子サイクロトロン共鳴においてマイクロ波イオン化場を発生させる。電磁場発生装置は、第２コイル（１４）の他の側に第２共鳴空洞（１８）を有する。第２共鳴空洞（１８）は、イオン化されたガスを加速する動重量加速場を発生させる。スラスタは、電子サイクロトロン共鳴によってガスをイオン化し、続いて磁化動重量力によって電子とイオンとの両方を加速する。
2007524784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラストの軸を画定するチャンバと、
該チャンバの中にイオン化可能なガスを注入するようにしたインジェクタと、
該軸に沿って少なくとも１つの最大値を有する磁場を発生させるようにした磁場発生装置と、
該チャンバ内において前記最大値の１つの側にマイクロ波イオン化の場と、前記最大値の他の側に磁化動重量加速の場とを発生させるようにした、電磁場発生装置と
からなるスラスタ。
【請求項２】
前記磁場と前記軸とのなす角度が４５°以下、好ましくは２０°以下である請求項１に記載のスラスタ。
【請求項３】
前記スラスタにおけるイオン・サイクロトロン共鳴周期が、該スラスタにおけるイオンの遷移時間より少なくとも１桁高い大きさである請求項１に記載のスラスタ。
【請求項４】
前記磁場の最小値に対する最大値の比が２〜２０である請求項１に記載のスラスタ。
【請求項５】
前記電磁場と正法線方向とのなす角度が４５°以下、好ましくは２０°以下である請求項１に記載のスラスタ。
【請求項６】
前記スラスタにおける前記電磁場と前記磁場との間の局所的角度が６０°〜９０°間にある請求項１に記載のスラスタ。
【請求項７】
前記電磁場の周波数が、該電磁場が発生する場所で電子サイクロトロン共鳴周波数の１０％以内にある請求項１に記載のスラスタ。
【請求項８】
前記マイクロ波イオン化の場と前記磁場が、前記チャンバ内に注入されたガスの少なくとも５０％をイオン化するようにした請求項１に記載のスラスタ。
【請求項９】
前記磁場発生装置が、実質的に磁場の最大において前記軸に沿って置かれた少なくとも１つのコイルからなる請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１０】
前記磁場発生装置が、前記少なくとも１つのコイルと前記インジェクタとの間に置かれた第２コイルからなる請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１１】
前記磁場発生装置が前記最大の値を変えるようにした請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１２】
前記磁場発生装置が、少なくとも前記最大の前記他の側において、前記磁場の方向を変えるようにした請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１３】
前記電磁場発生装置が少なくとも１つの共鳴空洞を含む請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１４】
前記電磁場発生装置が、前記最大の前記１つの側に少なくとも１つの共鳴空洞を含む請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１５】
前記電磁場発生装置が前記最大の前記他の側に少なくとも１つの共鳴空洞を含む請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１６】
前記チャンバが筒状部の中に形成されている請求項１に記載のスラスタ。
【請求項１７】
前記筒状部が、前記インジェクタに対向するその端部に増加した断面を有する請求項１６に記載のスラスタ。
【請求項１８】
前記筒状部が放射性アイソトープからなる請求項１６に記載のスラスタ。
【請求項１９】
前記インジェクタと前記チャンバとの間に消音チャンバが更に設けられている請求項１に記載のスラスタ。
【請求項２０】
スラストの軸を画定するチャンバと、
該チャンバの中にイオン化可能なガスを注入するようにしたインジェクタと、
該軸に沿って少なくとも１つの最大を有する磁場を発生させるようにした磁場発生装置と、
該チャンバ内において前記最大の１つの側にマイクロ波イオン化の場と、前記最大の他の側に磁化動重量加速の場とを発生させるようにした、電磁場発生装置と
からなり、
該スラスタ内におけるイオン・サイクロトロン共鳴周期が、該スラスタにおけるイオンの遷移時間より少なくとも１桁高い大きさからなるスラスタ。
【請求項２１】
前記電磁場の周波数が、該電磁場が発生する場所で電子サイクロトロン共鳴周波数の１０％以内にある請求項２０に記載のスラスタ。
【請求項２２】
スラストを発生させるための方法であって、
チャンバの中にガスを注入する工程と、
該ガスの少なくとも一部をイオン化するために第１磁場と第１電磁場とを印加する工程と、
続いて、磁化動重量力により、部分的にイオン化された該ガスを加速するために、第２磁場と第２電磁場とを印加する工程と
からなる方法。
【請求項２３】
前記電磁場の周波数が、該電磁場が発生する場所で電子サイクロトロン共鳴周波数の１０％以内にある請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガスが電子サイクロトロン共鳴によってイオン化される請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオンが前記第１磁場にほとんど影響されない請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１電磁場と前記第１磁場との間の局所的角度が６０〜９０°間にある請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２電磁場と前記第２磁場との間の局所的角度が６０〜９０°間にある請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記ガスの少なくとも５０％がイオン化される請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２磁場の方法を変更する工程からなる請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラスタの分野に関する。スラスタは、２ｋｍ／秒から５０ｋｍ／秒を越えるまでの範囲にある代表的排出速度と約１Ｎ／ｍ２またはそれ以下のスラスト密度を有し、宇宙船を推進するために使用される。スラスタが押すかまたは寄りかかる可能性のある物質が全くない場合には、スラスタは宇宙船の質量の一部の放出に依存する。放出速度はスラスタの効率を査定するためのキーファクタであり、一般的に最大限に高くすべきである。
【背景技術】
【０００２】
宇宙開発用スラスタのさまざまな解決策が提案された。特許文献１は、いわゆるイオン・グリッド・スラスタを開示している。この装置では、推進ガスは先ずイオン化され、結果として生じたイオンが、グリッド間に作り出される静電磁場によって加速される。加速されたイオンは電子の流れによって中和される。推進ガスをイオン化するために、この文献は、磁場のＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）周波数で調整閉じ込め磁場と電磁場とを同時に使用することを示唆している。同様なスラスタが特許文献２にも開示されており、ここではガスをイオン化するために誘導が使用されている。この形式のスラスタは、約３０ｋｍ／秒の放出速度と、２．５ｋＷの電力で１Ｎ／ｍ２以下のスラスト密度とを有する。
【０００３】
この形式の装置における問題の１つは、加速グリッドの間に非常に高い電圧を必要とすることである。もう１つの問題は、イオンの衝撃によるグリッドの腐食である。最後に、中和装置とグリッドは一般に非常に傷つき易い装置である。
【０００４】
特許文献３は、ホール効果スラスタを開示している。このスラスタもまた、正に荷電された粒子を加速するために電磁場を使用している。この形式のスラスタにおける放出速度は約１５ｋｍ／秒で、１．３ｋＷの電力で５Ｎ／ｍ２以下のスラスト密度とを有する。イオン・グリッド・スラスタにおけるように、ここでも腐食の問題があり、中和装置の存在はスラスタを故障しやすくする。
【０００５】
特許文献４、または非特許文献１は、マイクロ波電熱スラスタを論述している。これらのスラスタは、マイクロ波の場による推進ガスの加熱に依存している。加熱されたガスはノズルを通じて放出され、スラストを発生する。この形式のスラスタは、約９〜１２ｋｍ／秒の放出速度と、２００〜２０００Ｎのスラストを有する。
【０００６】
非特許文献２、および非特許文献３は、ＥＣＲプラズマ・スラスタを論述している。このようなスラスタでは、磁気ノズルにおいて電子サイクロトロン共鳴を使用してプラズマを作り出す。電子は磁気双極子モーメント力によって軸方向に加速され、電場を作り出し、この電場はイオンを加速してスラストを生成する。言い換えれば、プラズマは自然に減速磁場の磁場線に沿って流れる。この形式のスラスタは、３５ｋｍ／秒までの放出測度を有する。特許文献１２はＲＦプラズマ・スラスタを論述しており、これは同じ原理に従って動作するが、主な相違は、プラズマがＢＣＲ場を使用するのではなく、ロワー・ハイブリッド波によって作られることである。
【０００７】
特許文献５、特許文献６、または非特許文献４は、可変特殊インパスル電磁プラズマ・スラスタ（略してＶａＳＩＭＲ）を開示している。このスラスタは、プラズマ放出、加熱、および磁気タンデム・ミラー構成での制御された排出の、３段階過程を使用する。プラズマ源はヘリコン・ジェネレータまたはマグネトプラズマダイナミック（ＭＰＤ）スラスタであり、プラズマ加熱器はイオン・サイクロトロン周波数で働くサイクロトロン発生装置である。冷ガスによって囲まれたホット・プラズマ・コアからなる「ハイブリッド・プルーム」は、冷ガス・ブランケットによってホット・プラズマから保護されるノズルの中に含まれている。ノズルにおけるこの熱膨張は、内部エネルギーの一部を、方向を持ったスラストに変換する。ＥＣＲまたはＲＦプラズマ・スラスタにおけるように、イオン化された粒子は加速されないが、先ず減少する磁場の線に沿って、次に圧力勾配に沿って流れる。この形式のスラスタは、約１０〜３００ｋｍ／秒の放出速度と、５０〜１０００Ｎのスラストを有する。
【０００８】
別の分野では、特許文献７および特許文献８は、真空ポンピングまたはイオン注入のために使用されるＥＣＲプラズマ発生装置を論述している。同様なプラズマ発生装置の別の例が特許文献９に記載されている。
【０００９】
特許文献１０は、粒子を加速するための方法と装置とを論述している。この目的は、融合反応のための粒子ビームを作り出すことである。重ね合せた軸方向および径方向の磁場を受ける円筒形共鳴空洞の中に、ガスが注入される。ＥＣＲ周波数の電磁場が、ガスをイオン化するために印加される。磁場の強度は空洞の軸に沿って減少するので、イオン化された粒子はこの軸に沿って流れる。この加速装置はまた非特許文献５にも開示されている。これらの装置の目的は、融合反応のための粒子ビームを作り出すことである。したがって、放出速度は約６０ｋｍ／秒であるが、スラスト密度は非常に低く、一般的に１．５Ｎ／ｍ２である。
【００１０】
特許文献１１は、イオン化されたガスを生成して閉じ込めるための装置を開示している。磁場は、ガスがイオン化されるチャンバの両端部で最大である。
【特許文献１】米国特許第５２４１２４４号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２７９９５７６号明細書
【特許文献３】米国特許第５５８１１５５号明細書
【特許文献４】米国特許第６２０５７６９号明細書
【特許文献５】米国特許第６３３４３０２号明細書
【特許文献６】米国特許第４８９３４７０号明細書
【特許文献７】米国特許第４６４１０６０号明細書
【特許文献８】米国特許第５４４２１８５号明細書
【特許文献９】米国特許第３１６０５６６号明細書
【特許文献１０】米国特許第３５７１７３４号明細書
【特許文献１１】米国特許第３４２５９０２号明細書
【特許文献１２】米国特許第６２９３０９０号明細書
【非特許文献１】ディー・ジェー・スリバン他（Ｄ．Ｊ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ  ｅｔ．ａｌ）の「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｃａｖｉｔｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｔｈｒｕｓｔｅｒ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ」（マイクロ波共鳴空洞電熱スラスタのプロトタイプの開発）（ＩＥＰＣ１９９３年、第３６号３３７〜３５４ページ）
【非特許文献２】ディー・エー・カウフマン他（Ｄ．Ａ．Ｋａｕｆｍａｎ  ｅｔ．ａｌ）の「Ｐｌｕｍｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ａｎ  ＥＣＲ  ｐｌａｓｍａ  ｔｈｒｕｓｔｅｒ」（ＥＣＲプラズマ・スラスタのプルーム特性）（ＩＥＰＣ１９９３年、第３７号３５５〜３６０ページ）
【非特許文献３】エッチ・タバラ他（Ｈ．Ｔａｂａｒａ  ｅｔ．ａｌ）の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ａ  ｓｐａｃｅ  ｐｌａｓｍａ  ｓｉｍｕｌａｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｐｌａｓｍａ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏｍａｔｅｒｉａｌ  ａｎｄ  ｐｌａｓｍａ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｒｅｓｅｒａｃｈ」（電子サイクロトロン共鳴プラズマ加速器を使用する宇宙プラズマ・シミュレータの性能特徴とその材料およびプラズマ相互作用研究への適用）（ＩＥＰＣ１９９７年、第１６３号９９４〜１０００ページ）
【非特許文献４】フランクリン・アール・チャングーデアス博士（Ｄｒ．Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｒ．Ｃｈａｎｇ−Ｄｉａｚ）の「Ｄｅｓｉｇｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ＩＳＰ  ｐｌａｓｍａ  ｒｏｃｋｅｔ」（可変ＩＳＰプラズマ・ロケットの設計特性）（ＩＥＰＣ１９９１年、第１２８号）
【非特許文献５】「Ｃｏｍｐｔｅ  Ｒｅｎｄｕ  ｄｅ  ｌ‘Ａｃａｄｅｍｉｅ  ｄｅｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ」誌  （１９６３年１１月４日、第２５７巻、２８０４〜２８０７ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、すぐれた放出速度を有し、容易に製造することができ、堅牢で故障に強いスラスタが必要とされている。これは、方向を持つ質量力の印加によって両粒子を加速する無電極装置を定義する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、一実施形態において、
スラスト軸を画定するチャンバと、
チャンバの中にイオン化可能ガスを注入するようにしたインジェクタと、
磁場を発生し、前記磁場は軸に沿って少なくとも１つ最大値を有する磁場発生装置と、
電磁場発生装置であって、
前記最大値の一方の側で、チャンバ（６）においてマイクロ波イオン化の場と
前記最大値の他方の側で、磁化された動重量加速の場と
を発生するようにした電磁場発生装置と
を有する、スラスタを提供する。
【００１３】
スラスタはまた、下記の特徴の１つまたは複数を示すことが可能である。すなわち、
磁場の軸とのなす角度は４５°未満、好ましくは２０°未満であり、
電磁場の周波数は、電磁界が発生する場所で電子サイクロトロン共鳴周波数の１０％以内であり、
磁場の最大値と最小値の比は、１．１〜２０の間であり、
電磁場の電気成分と正法線方向とのなす角度は、４５°未満、好ましくは２０°未満であり、
電磁場の電気成分とスラスタ内の磁場との間の局所角度は、６０〜９０°の間であり、
スラスタ内のイオン・サイクロトロン共鳴周期は、スラスタにおけるイオンの特性衝突時間の少なくとも２倍高く、
マイクロ波イオン化の場及び磁場は、チャンバ内に注入されるガスの少なくとも５０％をイオン化するようにし、
磁場発生装置は、実質的に磁場の最大値において軸に沿って位置する少なくとも１つのコイルからなり、
磁場発生装置は、前記少なくとも１つのコイルと前記インジェクタとの間に、第２コイルを備え、
磁場発生装置は、前記最大値の値を変えるようにし、
磁場発生装置は、少なくとも前記最大値の前記別の側で、前記磁場の方向を変えるようにし、
電磁場発生装置は、少なくとも１つの共鳴空洞を含み、
電磁場発生装置は、前記最大値の前記一方の側に少なくとも１つの共鳴空洞を含み、
電磁場発生装置は、前記最大値の前記他方の側に少なくとも１つの共鳴空洞を含み、
チャンバは筒状部の中に形成され、
筒状部は、インジェクタに対向する端部で増加した部分を有し、
スラスタは、インジェクタとチャンバとの間に消音チャンバを含む。
【００１４】
本発明はさらに、スラストを発生するためのプロセスを提供し、そのプロセスは、
ガスをチャンバ内に注入することと、
ガスの少なくとも一部分をイオン化するために、第１磁場と第１電磁場とを印加することと、
磁化動重量力によって部分的にイオン化されたガスを加速するために、第２磁場と第２電磁場とを続いてガスに印加することとを含む。
【００１５】
このプロセスはさらに、下記の特色の１つを特徴とすることが可能である。すなわち、
ガスは、電子サイクロトロン共鳴によってイオン化され、磁化動重量力によって加速されること、
イオンは、第１磁場にほとんど反応しないこと、
電磁場の第１電気成分と第１磁場との間の局所角度は６０〜９０°の間にあること、
電磁場の第２電気成分と第２磁場との間の局所角度は６０〜９０°の間にあること、
ガスの少なくとも５０％がイオン化されること、及び
第２磁場の方向が変化すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を具体化するスラスタを、限定されない例を通じて、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態によるスラスタの概略断面図である。図１のスラスタは、プラズマを生成するための電子サイクロトロン共鳴と、スラストを生成するためにこのプラズマを加速するための磁化動重量力に依存する。動重量力は、高周波電磁場の密度における勾配によりプラズマに行使される力である。この力は、エッチ・モツ（Ｈ．Ｍｏｔｚ）およびシー・ジェー・エッチ・ワトソン（Ｃ．Ｊ．Ｈ．Ｗａｔｓｏｎ）（１９６７年）の「Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｐｈｙｓｉｃｓ  ２３」１５３〜３０２ページに論述されている。磁場がない場合には、この力を次のように表すことが可能である。
【００１７】
１つの粒子については
【００１８】
【数１】
2007524784.tif 000003
プラズマについては
【００１９】
【数２】
2007524784.tif 000004
、ただし
【００２０】
【数３】
2007524784.tif 000005
非均一磁場がある場合には、この力を次のように表すことが可能である。
【００２１】
【数４】
2007524784.tif 000006
図１の装置は筒状部２を含む。筒状部は、スラスト軸を画定する縦軸４を有し、実際に、スラスタによって生成されるスラストは、図１０〜１３を参照して以下に説明されるようにも案内されるが、この軸に沿って方向付けられる。筒状部の内部はチャンバ６を画定し、この中で推進ガスがイオン化され加速される。
【００２２】
図１の例では、筒状部は円筒形の管である。これは、磁場及び電磁場がチャンバの中で生成可能であるように、非導電性材料で作られており、誘電率の低いセラミック、石英、ガラス、または同様の材料を使用してもよい。筒状部はまた、ＢＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ４Ｃなどの二次電子の高い放出率を有する材料であってもよい。これはチャンバ内の電子密度を増加し、イオン化を改善する。
【００２３】
筒状部は、スラスタに沿って連続的に延在し、ガスは筒状部の一端部において放出される。しかし筒状部のためにさまざまな形状を企画することも可能である。例えば、この例では円形である筒状部の断面を、スラスタの出力部において必要なプラズマ流にしたがって、別の形状にすることも可能である。他の可能な断面の一例を、図１４を参照して後で挙げる。また、筒状部がインジェクタとスラスタの出力部との間に連続的に延在する必要はなく（この場合には、筒状部を鋼、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｈ−Ｗ、またはＣｕ−Ｗなどの金属または合金で作ることも可能であり、これをまた酸化バリウムまたは酸化マグネシウムで含浸または被覆することも可能であり、または放射性アイソトープを含んでイオン化を促進することも可能である。）、後で論述するように、プラズマは筒状部によって閉じ込められず、むしろスラスタに印加される磁場および電磁場によって閉じ込められる。したがって、筒状部は２つの別個のセクションを含むことのでき、同時にチャンバはなおも筒状部の２つのセクション間をスラスタに沿って延在することになる。
【００２４】
筒状部の一端部にインジェクタ８が備えられている。インジェクタは、図１において矢印１０によって示すように、イオン化可能なガスを筒状部の中に注入する。ガスは、不活性ガスとしてＸｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｈｅ、またＨ２、Ｎ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、Ｈ２Ｏ、またはＣＨ４などの化学組成物、またはＣｓ、Ｎａ、Ｋ、またはＬｉ（アルカリ金属）またはＨｇなどの金属も含む。ほとんど通常使用されるものはＸｅおよびＨ２であり、これらのイオン化のために必要なエネルギーは少ない。
【００２５】
スラスタは、チャンバ６の中に磁場を発生するための磁場発生装置をさらに含む。図１の例では、磁場発生装置は、２つのコイル１２および１４を含む。これらのコイルはチャンバ６の中に磁場Ｂを生成し、磁場Ｂの縦方向成分を図２に示す。図２に示すように、磁場の縦方向成分は２つの最大値を有し、この位置はコイルに対応する。第１コイル１２に対応する第１最大値Ｂｍａｘｌは、インジェクタの近傍に位置する。これはプラズマを閉じ込めるためにのみ使用され、スラスタの動作のためには必要ではない。しかしながら、これはプラズマ電子を縦方向に閉じ込めるという利点を有し、したがってイオン化は磁気ボトル効果によって容易になり、さらに、筒状部の端部とインジェクタ・ノズルは腐食に対して保護される。第２コイル１４に対応する第２最大値Ｂｍａｘ２は、プラズマをチャンバの中に閉じ込めることを可能にする。これはまた、スラスタのイオン化体積を（最大値の片側では加速度体積から）最大値の他の側に分離する。この最大値における磁場の縦方向成分の値を、以下に論述するようにすることも可能である。２つの最大値の間、またはガスが注入される第２最大値の側において、磁場はより低い値を有する。図１の例では、磁場はチャンバの実質的に中間において最小値Ｂｍｉｎを有する。
【００２６】
スラスタのイオン化体積では（図１の例における磁場の２つの最大値間では）、磁場の径方向成分と正法線方向成分（スラスタの縦軸に直角な平面における磁場の成分）は、スラスタの動作に関連せず、これらが磁場の縦方向成分より小さな強度を有することは好ましい。実際、これらは単に、チャンバ内のイオンと電子の壁に向かって不必要な運動を誘導することによってスラスタの効率を低下させることがある。
【００２７】
スラスタの加速体積（図１の例では磁場の第２最大値Ｂｍａｘ２の右側）では、磁場の方向は実質的にスラストの方向を与える。したがって、磁場はスラストの軸に沿っていることが好ましい。磁場の径方向および正法線方向の成分はできるだけ小さいことが好ましい。
【００２８】
したがって、イオン化体積ならびに加速体積では、磁場は実質的にスラスタの軸に平行であることが好ましい。磁場とスラスタの軸４との間の角度は４５°以下であることが好ましく、２０°以下ではさらに好ましい。図１および２の例では、この角度は実質的に０°であるから、図２の線図は、スラスタの軸に沿ってプロットされた磁場の強度に対応するのみならず、磁場の軸方向成分にも対応する。
【００２９】
磁場発生装置によって発生する磁場の強度（値はＢｍａｘ１、Ｂｍａｘ２、Ｂｍｉｎ）は、次のように選択されることが好ましい。最大値は、プラズマの電子をチャンバの中に閉じ込めることが可能であるように選択され、ミラー比Ｂｍａｘ／Ｂｍｉｎの値が高いほど、電子はよりよくチャンバの中に閉じ込められる。この値を、望みの（質量流量）スラスト密度に従って、および電磁イオン化の場の力（または所定の流量の力）に従って選択することもでき、したがってガスの９０％またはそれ以上が、磁場の第２ピークを通過した後にイオン化される。より低い値Ｂｍｉｎはコイルの位置に依存する。これは、図４および５の実施形態を除いて大きな関連性は持たない。ボトルから失われるパーセントで表す電子の小部分を次のように表すことが可能である。
【００３０】
【数５】
2007524784.tif 000007
所定の質量流と所定のスラストのために、より小さなαｌｏｓｔは、同じ流量とイオン化小部分については、イオン化力の減少を可能にする。
【００３１】
さらに、磁場はイオンが磁場にほとんど影響されないように選択されることが好ましい。言い換えれば、磁場の値は、推進ガスのイオンが磁場によって偏向されないかまたは実質的に偏向されないほど十分に低い。この状態は、推進ガスのイオンが実質的に直線で筒状部を通過することを可能にし、スラストを向上させる。イオン・サイクロトロン周波数を
【００３２】
【数６】
2007524784.tif 000008
として定義すると、
イオン・サイクロトロン周波数がイオン衝突周波数よりもはるかに小さい（すなわち、これらの比であるイオン・ホール・パラメータが１より低い）、すなわち
【００３３】
【数７】
2007524784.tif 000009
である場合には、イオンは磁化されていないと定義される。ただしｑは電荷であり、Ｍはイオンの質量であり、Ｂｍａｘは磁場の最大値である。この制約では、ｆ１ＣＲはイオン・サイクロトロン共鳴周波数であり、イオンが磁場線のまわりに旋転する周波数であり、すなわちこの制約は、チャンバにおける旋転時間が衝突周期と比較して、イオンの移動が磁場によって事実上変化しないほど長いことを表す。ｆｉｏｎ−ｃｏｌｌｉｓｉｏｎは、それ自体知られているように、
【００３４】
【数８】
2007524784.tif 000010
として定義され、
ただしＮは電子の体積密度、σは電子・イオン衝突断面、ＶＴＨは電子熱速度である。電子熱速度は次のように表すことが可能である。
【００３５】
【数９】
2007524784.tif 000011
ただし、ｋは微視的ボルツマン定数、Ｔは温度、ｍｅは電子の質量である。ｆｉｏｎ−ｃｏｌｌｉｓｉｏｎは、密度Ｎと温度Ｔを有する電子雲における１個の電子が秒当り衝突する回数を表す。
【００３６】
好ましくは、
【００３７】
【数１０】
2007524784.tif 000012
または
【００３８】
【数１１】
2007524784.tif 000013
にさえなるように磁場の最大値を選択する。
こうして、スラスタにおけるイオン・サイクロトロン共鳴周期は、チャンバにおける、またはスラスタにおけるイオンの衝突周期よりも少なくとも２倍長い。
【００３９】
これは、下に挙げる数値的例によって明らかなように、スラスタのイオン化体積の中にガスの十分な閉じ込めを有しながら、なお可能である。イオンが磁場にほとんど影響されないことは、先ずイオンと電子ビームの集束においてスラスタの出力を助け、こうして通過量を増加する。さらに、これは、イオンがスラスタを離れた後にイオンが磁場に付いたままになることを防止し、これは正味スラストの生成を確実にする。
【００４０】
スラスタはさらに、チャンバ６内に電磁場を発生させる電磁場発生装置を含む。図１の例では、電磁場発生装置は、コイル１２および１４の近くにそれぞれ位置する第１共鳴空洞１６と第２共鳴空洞１８とを含む。第１共鳴空洞１６は、空洞内で、磁場の２つの最大値間に、またはインジェクタを含む最大値Ｂｍａｘ２の少なくとも側部に発振電磁場を発生させるようにした。発振場は、９００ＭＨｚと８０ＧＨｚとの間にあるマイクロ波範囲における周波数ｆＥ１を有するイオン化の場である。電磁場の周波数は、イオン化の重要なまたは実質的な部分が電子サイクロトロン共鳴によるように、磁場の局所値に適合することが好ましい。特定すれば、磁場の所定値Ｂｒｅｓについて、電子サイクロトロン共鳴周波数ｆＥＣＲは下記の式
【００４１】
【数１２】
2007524784.tif 000014
によって与えられ、ここでｅは電荷、ｍは電子の質量である。電磁場の周波数のこの値は、電子サイクロトロン共鳴によって推進ガスのイオン化を最大にするようにした。電磁界の周波数ｆＥ１の値が、加えられる電磁場が最大の場合に計算されたＥＣＲ周波数と同じであることは好ましい。もちろんこれは、磁場の強度が軸に沿って変化するので、また電磁場が単一点ではなく局所的に加えられるので、近似にほかならない。
【００４２】
この好ましい値に精密に等しくない周波数の値を選択してもよく、すなわちＥＣＲ周波数に対して±１０％の範囲が好ましい。±５％の範囲はさらによい結果をもたらす。推進ガスの少なくとも５０％がイオン化体積またはチャンバを横断しながらイオン化されることも好ましい。イオン化されたガスのこのような量は、イオン化用のＥＣＲの使用によってのみ可能になり、電磁場の周波数が上記の±１０％以上変化する場合には、推進ガスのイオン化度は５０％の好ましい値以下に低下する可能性がある。
【００４３】
イオン化体積における電磁場の電気成分の方向は、磁場の方向に直角であることが好ましく、いずれの場所でも、電磁場の局所的磁場と局所的発振電気成分との間の角度は、６０〜９０°であることが好ましく、７５〜９０°であることはさらに好ましい。これはＥＣＲによるイオン化を最適化する。図１の例では、電磁場の電気成分は正法線方向または径方向である。すなわちこれは縦軸に直角な平面に含まれ、また軸を通るこの平面の直線に直交し、これは、共鳴空洞の内部で共鳴モードを選択することによって簡単に得られる。図１の例では、電磁場はモードＴＥ１１１で共鳴する。正法線方向の場も、イオン化体積におけるプラズマの閉じ込めを改善し、チャンバの壁との接触を制限するという利点を有する。電磁場の電気成分の方向は、この好ましい正法線方向に対して変化することもでき、電磁場と正法線方向との間の角度は４５°以下であることガ好ましく、２０°以下ではさらに好ましい。
【００４４】
加速体積では、電磁場の周波数はＥＣＲ周波数の近くか同じになるように選択されることがやはり好ましい。これによって、上記の式２に示すように、磁化動重量力の強度を電磁場の最大値の両側において加速することが可能である。やはり、電磁場の周波数はＥＣＲ周波数に正確に同一である必要はない。上記と同じ範囲が、周波数のために、および磁場と電磁場との間の角度のために適用される。この段階で、イオン化と加速とのために使用される電磁場の周波数を同じにしてもよいことに留意されたい。これは、両共鳴空洞を駆動するために同じマイクロ波発生装置を使用することが可能であるので、電磁場発生装置を簡略化する。
【００４５】
やはり、磁化動重量力を最大にするように、電磁場の電気成分を純粋に径方向または正法線方向にすることが好ましい。さらに、電磁場の正法線方向成分はスラスタの出力部においてブラズマ・ビームを集束することになる。電磁場の電気成分と径方向または正法線方向との間の角度は、４５°以下であることがやはり好ましく、２０°以下ではさらに好ましい。
【００４６】
図２は、図１のスラスタの軸に沿った磁場と電磁場との強度を示す線図である。磁場と電磁場との強度は縦軸にプロットされている。スラスタの軸に沿った位置は横軸にプロットされている。先に論述したように、磁場（スラスタの軸にほとんど平行である）の強度は２つの最大を有する。電磁場の電気成分の強度は、第１共鳴空洞の中間平面にある第１最大値Ｅｍａｘ１と、第２共鳴空洞の中間平面にある第２最大値Ｅｍａｘ２とを有する。第１最大値の強度の値は、イオン化チャンバ内の質量流量と共に選択される。第２最大値は、スラスタの出力部において必要なＩｓｐに適合させてもよい。図２の例では、電磁場の第１および第２最大値の周波数は等しい。実際、共鳴空洞は同一であり、同じマイクロ波発生装置によって駆動される。図２の例では、スラスタの軸に沿った源泉はインジェクタのノズルにある。
【００４７】
次の値は本発明を例示するものである。ガス流は６ｍｇ／秒、全マイクロ波電力は約１５５０Ｗであり、これはイオン化のためには〜３５０Ｗ、約１２０ｍＮのスラストの加速のためには〜１２００Ｗに対応する。マイクロ波周波数は約３ＧＨｚである。次に磁場は、約１８０ｍＴの最大値と〜５７ｍＴの最小値とを伴う強度を有することも可能である。図２はまた、共鳴空洞がある場所では磁場の値Ｂｒｅｓを示す。先に論述したように、電磁場の周波数は関連ＥＣＲ周波数ｅＢｒｅｓ／２πｍに等しいことが好ましい。
【００４８】
次の数値は、２０ｋｍ／秒を超える放出速度と１００Ｎ／ｍ２以上のスラスト密度を提供するスラスタを例示するものである。筒状部はＢＮの管であり、内径は４０ｍｍ、外径は４８ｍｍ、長さは２６０ｍｍである。インジェクタは、筒状部に入るときは１３０ｍ／秒の速度でＸｅを供給し、質量流量は〜６ｍｇ／秒である。
【００４９】
磁場の第１最大値Ｂｍａｘ１は、インジェクタのノズルからｘＢ１＝２０ｍｍにあり、磁場の強度Ｂｍａｘ１は〜１８０ｍＴである。電磁場の第１共鳴空洞は、インジェクタのノズルからｘＥ１＝１２５ｍｍにある。磁場の強度Ｅ１は〜４１０００Ｖ／ｍである。磁場の第２最大値Ｂｍａｘ２は、インジェクタのノズルからｘＢ２＝１７０ｍｍにあり、磁場の強度Ｂｍａｘ２は〜１８０ｍＴである。電磁場の第２共鳴空洞は、インジェクタのノズルからｘＥ２＝２０５ｍｍにある。磁場の強度Ｅ２は〜７７０００Ｖ／ｍである。
【００５０】
加速体積（ｘ＞ｘＢ２）の中に入るガスの約９０％がイオン化される。
ｑ＝ｅおよびＭ＝１３０ａｍｕであるから、ｆＩＣＲは１５．９ＭＨｚである。したがって、イオン・ホール・パラメータは０．２であり、こうしてイオンは磁場にほとんど影響されない。
【００５１】
これらの数値は例示的なものである。これらは、本発明のスラスタが１５ｋｍ／秒を超える放出速度と１００Ｎ／ｍ２以上のスラスト密度とを同時に提供可能にすることを、実証するものである。プロセスに関しては、図１のスラスタは次のようの動作する。すなわち、ガスがチャンバの中に注入される。次にガスは第１磁場と第１電磁場とを受け、したがって少なくとも部分的にイオン化される。次に、部分的にイオン化されたガスは磁場のピーク値を通り過ぎる。次いでガスは第２磁場と第２電磁場とを受け、これらは磁化動重量力によってガスを加速する。イオン化と加速は個別なものであり、順番に発生し、独立して制御可能である。
【００５２】
したがって、上に例示したスラスタは従来の技術の装置よりもかなり効率的である。これはさらに次の利点を有する。先ず、これは電極を持たない。したがって、このような電極によって起る問題（腐食、高電圧など）はすべて回避される。
【００５３】
第２に、磁化動重量力によって、電子とイオンが同じ方向に加速される。スラスタの出力部に中和装置を設ける必要はない。
第３に、電磁力の同じ周波数がイオン化と加速とのために使用される。これにより、電磁発生装置を駆動するために同じマイクロ波発生装置を使用することが可能になる。
【００５４】
第４に、イオン化と加速は磁場のピークのそれぞれ反対側に発生するので、これらは分離される。これによって、上に説明したように、スラスタの性能を必要性に適合するためにイオン化と加速とに個別に作用させることが可能になる。これはまた、イオン化の効率を向上し、推進ガスのイオン化に必要なエネルギーを減少させる。
【００５５】
第５に、電子がイオン化体積の中で励起され磁化されるが、イオンは実質的に磁場に対して影響されない。これは、従来の技術のＶａＳＩＭＲスラスタまたは従来の技術のプラズマ・ポンプと比較して、スラスタの効率を向上させる。さらにまた、電子はＥＣＲ周波数またはこの周波数の近くで励起され、これはイオン化効率を改善する。
【００５６】
図３は、本発明の第２実施形態におけるスラスタの概略断面図である。図３の例は、第１共鳴空洞１６の位置が、磁場の第２最大値を生成するコイル１４の近くにある点で、図１の例とは異なる。具体的には、共鳴空洞は軸に沿って座標ｘ＝ｘＢ３＝２０５ｍｍに位置する。図２に示すように、この位置は、この位置における磁場の値が位置ｘＥ１における磁場の値と同一になるように選択される。これによって、電磁場の周波数の値に適合させることを必要とせずに、同じ共鳴空洞を使用することが可能になる。また、イオン化体積の中に電磁場を発生させるために座標ｘＢ１およびｘＥ２において２つの共鳴空洞を使用することも可能であろう。これもやはり、イオン化体積の中でイオン化されるガスの割合を改善可能である。右側に空洞を有すると、腐食を減少させることもある。
【００５７】
図４は、本発明の第３実施形態におけるスラスタの概略断面図である。図５は、図４のスラスタの軸に沿った磁場と電磁場の強度の線図である。図４のスラスタは図１のものと同様である。しかし、第１共鳴空洞１６は実質的にコイル１２および１４の中間に位置する。図５は図２と同様であるが、図４における実施形態の磁場の強度を示す。これは、第１共鳴空洞が実質的に、磁場の最小値Ｂｍｉｎに対応する座標ｘＥ４にあることを示している。電磁場の周波数は、ｅ．Ｂｍｉｎ／２πｍとして選択される。第２共鳴空洞は、磁場が同じ値を有する位置にある。やはり、これによって両空洞を駆動するために同じマイクロ波発生装置を使用することが可能になる。図４および５の実施形態の利点は、磁場の値がＥＣＲの場が印加される体積全体にわたって実質的に同じであることである。これは、他の事情が同じであれば、イオン化されたガスの割合を増加する。
【００５８】
図６は、本発明の第４実施形態におけるスラスタの概略断面図である。図７は、図６のスラスタの軸に沿った磁場の強度の線図である。この実施形態では、磁場ミラー比の値を、スラスタのイオン化体積内におけるイオン化度を変えるように適合させてもよい。具体的には、イオン化度を増すと、イオン化体積内の電子の閉じ込め増加によってより高い電荷のイオンが生成されることになる。これらのイオンはより高い速度を得るので、全スラストを増す。
【００５９】
図６のスラスタは図３のものと同様である。しかし、磁場発生装置は３つの追加コイル２２、２４，２６からなる。第１および第３追加コイル２２および２６はコイル１２および１４の中に位置するが、第２追加コイル２４は実質的にコイル１２および１４の中間の近くに位置する。第１および第３追加コイルは、コイル１２および１４によって生成された場を強化する磁場を生成する。これによって、磁場の最大値Ｂｍａｘ１およびＢｍａｘ２の強度を増加することが可能になる。第２追加コイルは、コイル１２および１４によって提供された磁場とは反対側の磁場を生成する。これは磁場の値Ｂｍｉｎを減少させ、次いでミラー比を増加する。
【００６０】
図７は、追加コイルに印加される電流のさまざまな値に対する磁場の強度のグラフを示す。グラフ２８は、追加コイルが全く磁場を生成していない場合に対応する。グラフ３０は、追加コイルを通る第１電流値に対応するが、グラフ３２は、実質的により高い電流値に対応する。第２追加コイルが存在するので、磁場の値は、共鳴空洞が位置する座標ｘＥ３およびｘＢ２において実質的に同一のままである。これは、電磁場の周波数または空洞の位置を変える必要性を排除し、磁場の値に関係なく必要なＥＣＲイオン化が得られることを確証する。言い換えれば、磁場の最大値は変化するが、磁場の値は、共鳴空洞の場所において実質的に一定のままである。磁場の値は、これらのコイルによって１００％の範囲で変化し、これは、イオン化度の９０％までの変化を導き出す。これはスラストの９０％までの変化を生じさせる。この例では、放出される物質の輪郭と方向とを変えるためにスラスタの出力部において、追加のコイルを使用してもよい。図８は、本発明の第５実施形態におけるスラスタの概略断面図である。図９は、図９のスラスタの軸に沿った磁場の強度の線図である。この実施形態では、磁場の勾配を、磁化動重量力の強度を変化させるように、加速体積において適合させてもよい。実際に、上に論述したように、磁化動重量力の成分は磁場の勾配に比例する。
【００６１】
図８のスラスタは図４のものと同様であるが、これはさらに、第２共鳴空洞１８の両側に位置する追加勾配制御コイル３４、３６を含む。第１勾配コイル３４は第２コイル１４と第２共鳴空洞１８との間に位置し、第２コイルによって発生する磁場と平行な磁場を発生させる。第２勾配コイル３６は第２コイル１４とは反対の第２共鳴空洞１８の側に位置し、第２コイルによって発生する磁場と対向する磁場を発生させる。こうして、これらの勾配制御コイルは、スラスタの加速体積における磁場の勾配を変えるようにした。さらに、これらのコイルは、第２コイルによって生成される磁場の最大値を増加して、共鳴場の位置を空洞の中間面の近くに保持するために、使用することも可能である。勾配制御コイルの存在は、スラスタの加速体積における共鳴空洞の位置を僅かに変えることになる。
【００６２】
図９は、図８の例における磁場の強度のグラフを示す。グラフ３８は、勾配制御コイルが励起されない場合に対応する。グラフ４０は、勾配制御コイルが励起されるときの磁場の値を示す。第２共鳴空洞１８の勾配の値は２．３Ｔ／ｍから４．５Ｔ／ｍまで変化し、これは１００％までの相対的変化である。図６の例におけるように、共鳴空洞における磁場の値は一定のままであり、共鳴空洞を駆動する電力の周波数を変える必要はない。
【００６３】
図９はさらに、磁場の最大値Ｂｍａｘ２に到達した位置が、勾配制御コイルが励起されるときに僅かに片寄ることを明示している。片寄りδｘは図９にプロットされている。これはイオン化チャンバの長さを変えることになり、最大値の増加と共に、推進ガスのさらなるイオン化に貢献することになる。このようなさらなるイオン化は、図６および７を参照して説明したようにスラストを増加させる。
【００６４】
図８のような勾配制御コイルを、図１および４の例において使用することも可能であり、単なる制約はコイルによって使用される体積である。図８は、筒状部の端部を越えて延在する磁場発生装置のよい例でもある。これは、筒状部がインジェクタからスラスタの端部まで連続的に延在する必要はないことを示している。勾配制御コイルを、やはり同じ体積の制約を受ける図７の例において、組み合わせて使用してもよい。
【００６５】
図１０〜１３は、スラストの方向の変更を可能にするスラスタのさまざまな実施形態の概略図である。上述のように、動重量力は磁場の線に沿って向いている。したがって、スラスタの加速体積におけるこの場の線を変化させることによって、スラストの方向の変化が可能になる。図１０は、スラスタの別の実施形態の断面図である。スラスタは図４のものと同様である。しかし、図１０の例では、スラスタは、第２共鳴空洞１８の下流側に位置する３つの追加方向制御コイル４２、４４、および４６をさらに備えている。これらのコイルは、第２コイル１４の下流にある磁場の方向を変えるように、スラスタの軸に対して片寄っている。図１１は、３つのコイルと筒状部２を示す側面図であり、これはさらに、筒状部２の中で矢印によって表象的に表わされた３つのコイルの１つまたはいくつかを励起することによって作ることが可能であるさまざまな磁場を示す。コイルが、コイル１２および１４によって作られるものとは逆の方向を有する磁場を発生させることは好ましく、これは磁場の勾配をさらに増加し、したがってスラストを増加する。他方では、可逆電流によってコイルを励起することによって、広い範囲にわたってスラスト方向を変え、より少ない（４個の代わりに２または３個の）コイルを使用するが、コイルを駆動するためにより複雑な電源を使用することを可能にする。
【００６６】
図１２は、図１１のものと同様な側面図であるが、２つだけの追加コイルを有するスラスタにおけるものであり、図１１と比較して、要素１４および１８の外径の示している。図１３は図１１のものと同様な側面図であるが、４つだけの追加コイルを有するスラスタにおけるものである。
【００６７】
図１０〜１３の例では、方向制御コイルは、加速体積における磁場に作用するように、第２空洞のできるだけ近くに置かれている。方向制御コイルにおける磁場の強度が、磁場がスラスタの下流側でなおも連続的に減少するように選択されることは有利であり、これは、プラズマ電子を局部的に捉えることもあるあらゆるミラー効果を回避する。また、スラスタの軸に対して傾斜した軸を有するコイルを使用することも可能である。これは、スラスタベクトルのための可能な方向範囲を増加させることも可能である。方向制御コイルによって作られる磁場の値は、磁場の方向がどこでも反転しないように主磁場の２０％〜８０％であることが好ましい。
【００６８】
図１４は、筒状部におけるさまざまな可能な変化を示す概略断面図である。これらの変化は図１４の例においては組み合わされているが、これらを、図１〜１３の実施形態のいずれか、または図１５〜１７に実施形態において個別に使用することが可能であろう。先ず、上記の実施形態と比較して、図１４のチャンバ６はより小さな断面を有する。これは、同じ質量流量ではチャンバにおけるガスの密度を増加させ、したがってイオン化体積におけるイオン化衝突の頻度を増大させる。これはイオン化を改善する。
【００６９】
第２に、筒状部は、チャンバ６の上流側に位置する消音チャンバ４８からなることも可能である。このチャンバは、磁場の第１最大Ｂｍａｘ１によって作り出される障壁を通り過ぎることもある高エネルギー電子に対して、インジェクタ・ノズルを保護する利点を有する。さらに、このような消音チャンバは、チャンバ内の流れの均一性を向上させ、チャンバ内の密度勾配を制限する。
【００７０】
第３に、筒状部はさらに、加速チャンバ内部に追加のガス・インジェクタ５０からなる。これは、スラスタによって加速される高エネルギー電子による腐食から筒状部の壁を保護する。
【００７１】
図１５は、本発明のさらに別の実施形態におけるスラスタの概略断面図である。図１５の例では、チャンバ５２はリング形状である。さらに図１５のスラスタはコイルの代わりに永久磁石を使用する。図は、一端部においてガスの注入（矢印５４および５６）を伴うチャンバ５２を示す。こうして筒状部は、同じ軸のまわりに配置された内側シリンダ５８と外側シリンダ５９とを含む。ガスの注入は実際には、１つまたはいくつかのインジェクタ（図１５には図示せず）によって、チャンバの端部を形成するリングのまわりで実施することが可能である。第１および第２共鳴空洞６０および６２が筒状部に沿って備えられ、空洞の各々は、筒状部５８の内側に位置する内側部分と、筒状部の外側に位置する外側部分とによって形成されている。図１５のスラスタは永久磁石を使用する。２つの内側リング形状磁石６４および６６は、シリンダ５８の内側に備えられ、対応する外側リング形状磁石６８および７０は外側シリンダ５９の外側にあり、内側のリング形状磁石に面している。第３磁石７２がチャンバ５２の左に設けられている。これは円形形状であり、外側リング形状磁石の外径と同じ外径を伴って実質的に延在している。磁場線を案内するために、軟鉄などの材料による第１円形筒状部が外側リング形状磁石の外側に設けられ、円形磁石７２の外側周辺と接触している。同様な材料の第２円形筒状部７６が内側リング形状磁石６４の内側に設けられ、円形磁石７２の中心の近くに連結している。ロッド７８が磁場線を、第２内側リング形状磁石６６の内側周辺から円形磁石７８の中心へ案内する。もちろん、磁場線の他の構造の可能である。
【００７２】
図１６は、図１５のスラスタの軸に沿った磁場と電磁場の強度の線図である。これは、ここでは磁場がほとんど径方向であることを除いて、図２の線図と実質的に同一である。
図１７は、図１５のものと同様なチャンバ５２を有するスラスタの概略図である。しかし、図１７のスラスタは、磁場を発生させるためにコイルを使用する。構造は図１５のものと同様であるが、下記の条件付である。すなわち、
磁石６４、６６、６８、７０、および７２は、実質的に同じ形状の磁場線ガイド手段によって置き換えられ、
第１リング形状コイル８０が、ロッド７８の外径上の、エレメント６６の近くに備えられ、
第２リング形状コイル８２が、ロッド７６の外径上の、エレメント６４の近くに備えられている。
【００７３】
やはり、磁場および電磁場は図１６のものと同様である。図１５および１７のリング形状チャンバなどのチャンバによって、磁場発生装置および電磁場発生装置の位置を容易に変えることも可能である。
【００７４】
下に挙げる表は、１〜３３の番号が付けられた本発明の多くの実施形態の例を提供している。これらの表において、
出力は、表の他の例と比較した場合の、スラスタの相対的出力を表す。
【００７５】
Ｂａｎｄは、マイクロ波周波数帯域である。
Ｐｔｏｔａｌは、スラスタの全動力（Ｗ）である。
Ｐｔｈｒｕｓｔは、推力（Ｗ）である。
【００７６】
Ｐｉｏｎは、イオン化のために使用される電力（Ｗ）である。
Ｔｈｒｕｓｔは、得られるスラスト（ｍＮ）である。
Ｍｄｏｔは、質量流量（ｍｇ／秒）である。
【００７７】
Ｉｓｐは、海水位における排出速度と重力加速度ｇとの比（秒）である比推力。
Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙは、スラスタにおいて使用される出力と機械的推力との比であって、スラスタの効率である。
【００７８】
Ｂは、共鳴磁場（ｍＴ）である。
Ｆｃｅは、電子サイクロトロン周波数（ＧＨｚ）である。
Ｂｍａｘ／Ｂｍｉｎは、磁場の最大と最小の比である。
【００７９】
Ｔ／Ｓは、スラスト密度（Ｎ／ｍ２）である。
Ｒｏｕｔｐｕｔは、出力部におけるスラスタの半径（ｃｍ）である。
Ｒｉｎは、磁気コイルの内側半径（ｃｍ）である。
【００８０】
Ｌは、空洞の全長（ｃｍ）である。
Ｄｂｏｂは、磁気コイル間の距離（ｃｍ）である。
Ｉｂｏｂは、磁気コイル内の電流強度（Ａ）である。
【００８１】
Ｎｂｏｂは、コイルにおける巻き数である。
さまざまな実施例によって、各々についての範囲または例示的数値が提供されている。例えば、Ｂｍａｘ／Ｂｍｉｎ比の値は、１．６９（例１８および２４）と１７．６１（例５）の間にある。この値が１．２〜２０の間に含まれることになるのは好ましい。この表から導出可能なさまざまな範囲は特定の例に関するものであるが、本発明は、表に提供された全範囲の中で動作可能である。したがって、この表から導き出されるさまざまな範囲は、実際には互いに独立している。
【００８２】
【表１】
2007524784.tif 000015
【００８３】
【表２】
2007524784.tif 000016
【００８４】
【表３】
2007524784.tif 000017
上に挙げた例は、調整および変更することも可能である。例えば図１５に例示するように、永久磁石などの、磁場を発生させるためにコイル以外の手段を使用することも可能である。これは他のスラスタも適用する。共鳴空洞またはコイルの数を必要に応じて変えてもよい。例えば、体積の制約を条件に、磁場の最大値の両側に電磁場を発生させるために単一の共鳴空洞を使用することも可能である。図６および７の例では、３つの追加コイルが使用され、追加コイルの個数ならびにこれらの位置は異なってよく、例えばスラスタの加速体積において１つの追加コイルを加えることも可能である。また、図１、３、４、８、１０、１４、１５、または１６の実施形態において、このような追加コイルを使用することも可能である。同様に、勾配制御コイルの数ならびにこれらの位置も図８の例とは異なってもよく、他の例では勾配コイルを使用してもよい。また、図９のグラフ４０におけるように、より高い勾配の磁場を永続的に作り出すことも可能である。図１０〜１３の方向制御コイルなどのコイルも、図１〜９または１５および１７の実施形態において使用することも可能である。すべての例において、電磁場のイオン化および加速をするために同じ周波数を使用することが可能であり、これは電磁場の発生を簡略化するが、異なる発生装置からの異なる周波数を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図２】図１のスラスタの軸に沿った磁場と電磁場との強度を示す線図。
【図３】本発明の第２実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図４】本発明の第３実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図５】図４のスラスタの軸に沿った磁場の強度を示す線図。
【図６】本発明の第４実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図７】図６のスラスタの軸に沿った磁場の強度を示す線図。
【図８】本発明の第５実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図９】図８のスラスタの軸に沿った磁場の強度を示す線図。
【図１０】スラストの方向を変更可能にするスラスタのさまざまな実施形態の概略図。
【図１１】スラストの方向を変更可能にするスラスタのさまざまな実施形態の概略図。
【図１２】スラストの方向を変更可能にするスラスタのさまざまな実施形態の概略図。
【図１３】スラストの方向を変更可能にするスラスタのさまざまな実施形態の概略図。
【図１４】筒状部のさまざまな可能な変化を示す概略断面図。
【図１５】本発明のさらに別の実施形態におけるスラスタの概略断面図。
【図１６】図１５のスラスタの軸に沿った磁場と電磁場との強度を示す線図。
【図１７】さらに別のスラスタの概略断面図。
【図１】
2007524784.tif 000018
【図２】
2007524784.tif 000019
【図３】
2007524784.tif 000020
【図４】
2007524784.tif 000021
【図５】
2007524784.tif 000022
【図６】
2007524784.tif 000023
【図７】
2007524784.tif 000024
【図８】
2007524784.tif 000025
【図９】
2007524784.tif 000026
【図１０】
2007524784.tif 000027
【図１２】
2007524784.tif 000028
【図３】
2007524784.tif 000029
【図１１】
2007524784.tif 000030
【図１４】
2007524784.tif 000031
【図１５】
2007524784.tif 000032
【図１６】
2007524784.tif 000033
【図１７】
2007524784.tif 000034
【国際調査報告】
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