(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの調節可能な一次共振キャビティであって、初期推進または高度制御に応じて、変化する周波数での動作に適合した機械的に調節可能な共振キャビティのサイズと、当該調節可能な一次共振キャビティ中に生じた加熱プラズマを放出して所望の推進力を生み出すためのノズルとを有する調節可能な一次共振キャビティを備え、
上記調節可能な一次共振キャビティの所望の可変のサイズを選択的に決定する作動装置とを備え、
動作の選択的な周波数のために選択された任意の所望のサイズの上記調節可能な一次共振キャビティは、水性燃料を含む推進剤／燃料の注入のための注入ポート開口部を有し、
上記燃料と相互作用して、上記ノズルを介して放出される場合に上記推進力を発生させる加熱ガスプラズマを生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティの中へ放射されるマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体を備えたマイクロ波発生器を備えている、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項２】
キャビティ内部のプラズマの回転を補助するためおよびプラズマと推進ガスとの間の効果的な対流熱伝達を可能にするために上記共振キャビティの少なくとも一部を囲んでいる外部電磁石を有する、請求項１に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項３】
少なくとも１つの調節可能な一次共振キャビティであって、変化する周波数での動作に適合した調節可能な共振キャビティと、当該調節可能な一次共振キャビティ中に生じた加熱プラズマを放出して所望の推進力を生み出すためのノズルとを有する調節可能な一次共振キャビティを備え、
上記調節可能な一次共振キャビティは、水性燃料を含む推進剤／燃料の注入のための注入ポート開口部を有し、
上記燃料と相互作用して、上記ノズルを介して放出される場合に上記推進力を発生させる加熱ガスプラズマを生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティの中へ放射されるマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体を備えたマイクロ波発生器を備えている、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタであって、
変化する周波数での動作に適合した、機械的に調節可能な可変のサイズの、上記調節可能な一次共振キャビティと、
上記調節可能な一次共振キャビティの所望の可変のサイズを選択的に決定する作動装置とを備え、
動作の選択的な周波数のために選択された任意の所望のサイズの上記調節可能な一次共振キャビティは、推進ガス／水性燃料の注入のための注入ポート開口部を有し、
上記燃料と相互作用して、加熱ガスプラズマを生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティの中へ放射されるマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体を備えたマイクロ波発生器と、
キャビティ内部のプラズマの回転を補助するためおよびプラズマと推進ガスとの間の効果的な対流熱伝達を可能にするために上記共振キャビティの少なくとも一部を囲んでいる外部電磁石と、
生じた加熱プラズマを放出して所望の推進力を生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティ中に動作可能に連結されたノズルとを備えた、調節可能な変化する周波数に基づいて動作する、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項４】
時計回りの様式で上記一次共振キャビティの周りにある外部電磁石のオンとオフとを切り替えるための切り替え手段を備えている、請求項２または３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項５】
上記外部電磁石は、変化する場の強さを有し、上記プラズマが上記ノズルの軸方向に中心に選択的に位置することを助け、上記プラズマが上記一次共振キャビティの表面に接触することを避けている、請求項２または３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項６】
低周波数動作モードおよび高周波数動作モードの二周波で動作可能なスラスタであって、
上記低周波数動作モードおよび高周波数動作モードでの動作に適合した、第１のキャビティ本体と第２のキャビティ本体とを有する、機械的に調節可能な可変のサイズの、上記一次共振キャビティを備え、
上記一次共振キャビティは、
（ｉ）上記外部電磁石により囲まれた上記第２のキャビティ本体および第１のキャビティ本体の組み合わせによって定義された、より大きい直径および長さの、低周波数動作モードの一次共振キャビティ、または、
（ｉｉ）上記キャビティ本体のみによって定義され、上記外部電磁石により囲まれた、比較的小さい直径および長さの高周波数動作モードの一次共振キャビティを構成する、請求項２または３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項７】
上記外部電磁石により囲まれた上記第１のキャビティ本体は、上記第２のキャビティ本体に対して上記作動装置により同軸上に移動して、上記一次共振キャビティの長さを変化させるように構成されており、
上記第１のキャビティ本体に比べて小さい直径を有している上記第２のキャビティ本体は、基板に堅く取り付けられた上記第１のキャビティ本体の中に位置するように構成され得る、請求項６に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項８】
比較的小さい直径および長さの上記高周波数動作モードの一次共振キャビティを選択的に決定するための上記作動装置は、上記外部電磁石に囲まれた第１のキャビティ本体を同軸上で移動させることができ、これにより、比較的小さい直径の上記第２のキャビティ本体は、上記第１のキャビティ本体の中に入り、そして、その中で、上記一次共振キャビティの長さを、所望のプラズマを発生させて上記ノズルを介して放出するために効果的な所望の長さに縮小するために伸縮自在に入れ子状となっている、請求項７に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項９】
比較的大きい直径および長さの上記低周波数動作モードの一次共振キャビティを選択的に決定するための上記作動装置は、上記外部電磁石に囲まれた第１のキャビティ本体を同軸上で移動させることができ、これにより、上記第１のキャビティ本体は、上記第２のキャビティ本体の固定された円形のＯ−リング部と一致して、低周波数動作モードのための上記第２および第１のキャビティ本体の組み合わせにより定義された上記一次共振キャビティを形成している、請求項７に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１０】
上記第１のキャビティ本体は、上記低周波数動作モードでの動作において、その動作のために、分離した推進剤注入ユニットを含み、かつ、上記第２のキャビティ本体は、上記高周波数動作モードでの動作において、その動作のために、その分離した推進剤注入ユニットを含む、請求項６に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１１】
上記第１のキャビティ本体は、上記一次共振キャビティにおける上記プラズマの形成を見るためののぞき窓を備えている、請求項６に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１２】
上記第１のキャビティ本体は、上記低周波数動作モードでの動作において、その動作のために、分離した推進剤注入ユニットを含み、かつ、上記第２のキャビティ本体は、上記高周波数動作モードでの動作において、その動作のために、その分離した推進剤注入ユニットを含み、
上記ＲＦ半導体を備えた上記マイクロ波発生器は、隣接した上記第２のキャビティ本体に対して挿入された同軸上の出力スタブを含み、上記マイクロ波発生器と、上記出力スタブに取り付けられたアンテナを備えた上記一次共振キャビティとの間の単一のインピーダンス整合要素を用いてプラズマを加熱するために、方位角対称で、上記第２のキャビティ本体の軸に沿って左右対称に垂直偏波を励起し、上記アンテナは、上記基板に近接して上記第２のキャビティ本体の中に突出し、また、上記ＲＦ半導体を支持し、
上記アンテナは、上記スラスタが低周波数動作モードで動作する場合に、上記一次共振キャビティが、上記第１のキャビティ本体の上記推進剤注入ユニットを介した上記推進剤の注入と、上記ＲＦ半導体を上記アンテナと関連させて、これにより、上記加熱プラズマを発生させるマイクロ波発生器の作動とによって作動することに適しているか、または、
上記アンテナは、上記スラスタが高周波数動作モードで動作する場合に、上記一次共振キャビティが、上記第２のキャビティ本体の上記推進剤注入ユニットを介した上記推進剤の注入と、上記ＲＦ半導体を上記アンテナと関連させて、これにより、上記加熱プラズマを発生させるマイクロ波発生器の作動とによって作動することに適している、請求項７に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１３】
上記スラスタを高周波数動作モードにおいて動作させる場合に一次共振キャビティの直径を縮小させる手段を備え、当該手段は、上記第２のキャビティ本体の第２の端板に取り付けられた、電気的に作動する耐熱性形状記憶合金（ＳＭＡ）シートを含み、
上記第２の端板は、上記第２のキャビティ本体の壁の上記直径を最適な調節のための所望の直径に増大および縮小するために上記ＳＭＡが自動的に作動するように作動する間、上記ＳＭＡを導くための内部ガイドレール／溝を含み、これにより、上記作動装置は、上記第１のキャビティ本体を、電気的に作動する同軸チューブおよび作動装置によって制御して同軸上に移動させることが可能であり、上記第２のキャビティ本体を、互いに離れた上記第１のキャビティ本体の内壁に配置された、開放された複数の円筒状プレートとともに上記第２のキャビティ本体に面した下端に沿って上記第１のキャビティ本体の中へ障害なく挿入することにより、上記第１のキャビティ本体の直径をより大きくし、これにより上記第２のキャビティ本体を、上記第１のキャビティ本体の内部で入れ子状にすることが可能になる、請求項６に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１４】
上記第１のキャビティ本体の上記円筒状プレートは、ソレノイド作動装置によって自動的にその中心に向かって作動し、当該ソレノイド作動装置は、上記第１のキャビティ本体が上記第２のキャビティ本体の固定された円形Ｏ−リング部と一致する場合、円筒状プレート間の隙間を閉鎖して円形キャビティを形成することにより、当該キャビティの同軸上の長さおよび直径を増大し、かつ、上記低周波数動作モードの動作を補助する、請求項１３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１５】
上記推進剤／燃料は、選択された共振キャビティの中に液体または気体の状態で注入される際、マイクロ波の場および低圧により蒸発し、その後、電気的に分解され、マイクロ波の放電において所望のプラズマを形成し、加熱によって高速ロケット排気を形成する、不活性ガス、水およびアンモニアを選択的に含む、請求項２または３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１６】
上記低周波数動作モードおよび高周波数動作モードでの動作は、２．４ＧＨｚの低周波数、および７．５ＧＨｚの高周波数を含む、請求項６に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１７】
上記アンテナは、予め定められた波長のマイクロ波アンテナであって、第２のキャビティ本体の第１の末端に担持され、上記アンテナは、上記燃料と相互作用して上記燃料を加熱するためにマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体と結合しており、好ましくは２波長未満の上記予め定められた波長を有する上記加熱プラズマを発生させる、請求項１２に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１８】
二次プラズマ形成を補助し、排気温度および放出ガスの速度を増大するために、上記ノズルと上記一次共振キャビティとの間に、二次共振キャビティを備えている、請求項２または３に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項１９】
上記ノズルは、高温の排気ガスに耐えるためおよびノズルの腐食を最小限に抑えるために、耐火性酸化物と融合したチタンから製造されている、請求項１８に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【請求項２０】
上記アンテナは、周波数可変の融合したＲＦ半導体を備えている、請求項１７に記載のマイクロ波電熱スラスタ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、宇宙空間における衛星／宇宙船の高度制御および初期推進のための周波数可変のマイクロ波電熱スラスタの推進モジュールを含む、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタに関する。さらに特に、本発明は、従来の大型マグネトロンの代わりにマイクロ波発生器としてＲＦ半導体を含む構造的特徴の進歩を伴う、衛星／宇宙船の推進調節のための、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することを目的とする。上記進歩は、効率性および応答時間を向上させることを目的とし、機械的にそのキャビティを調節することにより２つの周波数における動作を可能にし、同時にスラスタをコンパクト化および軽量化することを目的とする。有利には、上記スラスタは、初期推進および高度制御の両方の課題を解決することを目的とする。
【０００２】
〔背景技術〕
関連分野において、上記マイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）は、気体状の推進剤を加熱するためにマイクロ波を使用する電気推進デバイスであることが知られている。上記ＭＥＴは、マイクロ衛星および大きな衛星に応用するために適した低出力レベルおよび高出力レベルの両方（１０Ｗ〜３ｋＷ）にて機能することができる電熱推進デバイスである。その電極の少ないデザインは、上記デバイスに対して腐食がほとんどない着実かつ安定した動作を提供することを可能にする。マイクロ波エネルギーは、電磁共振キャビティの中に、推進ガスを加熱する自由浮動プラズマを発火させて維持するために供給される。加熱された推進剤は、その後、ガスダイナミックノズルを介して加速され、排出されて推進力を発生させる。加熱メカニズムは、アークジェットと類似しており、推進ガスを加熱するための２つの電極間に形成されるアーク放電を利用している。
【０００３】
先のアプローチによると、マイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）における主な欠点の一つは、マイクロ波シグナル発生器の使用および高出力増幅器に加えて上記発生器／増幅器と上記共振キャビティとの間の連結器の使用である。また、主な欠点の一つは様々なインピーダンス整合機器およびマイクロ波導波管をも含む。上記のようなハードウェアは、推進システムの複雑さ、重量および全体のサイズを大いに増加させており、宇宙飛行にとって実用的でないものとしている。この複雑なデザイン構造は上記ＭＥＴを衛星における初期推進手段として採用することを難しくしている。
【０００４】
先のアプローチによると、マイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）におけるもう一つの欠点は、使用する燃料（Ｈ２、Ｈｅ、ＮＨ３、ヒドラジン）である。これら燃料は、宇宙で長期間保管することが困難であり、ヒドラジンのような燃料は、取扱いにおいて極めて毒性が強い。これら燃料はまた、より広いスペースを占有し、その結果、有効な最大積載量が小さくなる。さらに、先のアプローチにおいて、異なる燃料と共に使用するためのＭＥＴプラットフォームを最適化することが困難であった。このことが宇宙におけるＭＥＴプラットフォームの実現を妨げている。
【０００５】
先のアプローチによれば、ＭＥＴスラスタにおけるもう一つの主な欠点は、燃料としての水蒸気の使用である。この手段は、宇宙空間の極寒の真空において、水を蒸気に変換することに関連している。宇宙空間において、ｍｇ／ｓのオーダーで正確な質量で流すことを維持することによって、水を蒸気に変換することは、複雑な挑戦である。
【０００６】
前述の問題は打開され、上記導波管およびインピーダンス整合機器を取り除くことだけではなく、上記シグナル発生器‐増幅器または大型マグネトロンも取り除くこと、および様々な不活性ガスで動くように最適化すること、並びに毒性および非毒性の液体燃料の両方で動く安全な方法を提供することという他の利点も提供される。
【０００７】
先のアプローチにおいて、シグナル発生器‐増幅器ユニットまたは大型マグネトロンは、マイクロ波を発生させるために用いられており、当該ハードウェアは、システムの重量およびサイズを大いに増加させ、宇宙飛行に実用的でないものとしている。さらに、先のアプローチにおいて、ＭＥＴは、１つの単一周波数において動作するために設計されており、異なる軌道マヌーバのための実用性はやはり限定的であった。
【０００８】
前述の問題は、実用的ではないハードウェアを取り除くこと、およびＲＦ半導体技術を含む進歩を伴うことにより打開され、有利に全体の重量を低減させ、ＭＥＴのパフォーマンスを向上させる。このことは、さらに、上記ＭＥＴを二周波モードで動作させることを可能にし、そのために革新的なメカニズムが上記ＭＥＴに導入され、ＭＥＴを宇宙飛行にとって、より実用的なものとする。
【０００９】
〔本発明の目的〕
本発明の基本的な目的は、宇宙における衛星／宇宙船の初期推進および高度制御のための、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタモジュールを備えた、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタを提供し、導波管およびインピーダンス整合機器だけでなく、上記シグナル発生器増幅器、または大型マグネトロンも使用せずに、上記スラスタの全体の重量を減らすことである。
【００１１】
本発明のその他の目的は、様々な不活性ガスで動くように最適化され、毒性および非毒性の液体燃料の両方で動く安全な方法を提供する、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、従来の大型マグネトロンの代わりに、マイクロ波発生器としてＲＦ半導体を導入した周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することであり、その効率性および応答時間を向上し、上記スラスタモジュールをコンパクト化および軽量化し、これによって、より大きな最大積載量を確保することである。
【００１３】
さらに、本発明のさらなる目的は、機械的にキャビティを調整することにより、２つの周波数における動作を可能にし、宇宙空間における衛星／宇宙船の推進および高度制御に適した周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１４】
さらに、本発明のさらなる目的は、上記スラスタキャビティの金属学的観点からもまた、推進剤として水蒸気を含む毒性および非毒性の燃料の両方において動作するように最適化された周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１５】
本発明のその他の目的は、機械的に調節可能な共振キャビティの設計により、スラスタが、異なる出力レベルで２つの異なる周波数において動作することを可能にし、これにより、衛星が、要求される軌道マヌーバを開始することを可能にする、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１６】
さらに、本発明のその他の目的は、形状記憶合金が上記スラスタキャビティに導入され、２つの使用可能な周波数の間で切り替える場合、上記キャビティの直径の速く効果的な調整が可能となった、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供することである。
【００１７】
さらに、本発明のさらなる目的は、低重量であり、かつ上記デバイスの二周波モードで動作し、最大積載量を大きくすることが可能な周波数可変のマイクロ波電熱スラスタを提供し、本発明を用いることにより、宇宙船の安価な発射コストおよび衛星の軌道寿命の増加を達成することである。
【００１８】
〔本発明の要約〕
従って、本発明の基本的な態様によれば、
少なくとも１つの一次共振キャビティであって、当該一次共振キャビティ中に生じた加熱プラズマを放出して所望の推進力を生み出すためのノズルを有する一次共振キャビティを備え、
上記一次共振キャビティは、水性燃料を含む推進剤／燃料の注入のための注入ポート開口部を有し、
上記燃料と相互作用して、上記ノズルを介して放出される場合に上記推進力を発生させる加熱ガスプラズマを生み出すために、上記一次共振キャビティ本体の中へ放射されるマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体系マイクロ波発生器を備えている、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタが提供される。
【００１９】
調節可能な変化する周波数に基づいた動作のための本発明のマイクロ波電熱スラスタの好ましい実施形態は、
変化する周波数での動作に適合した、機械的に調節可能な可変のサイズの、一次共振キャビティと、
上記調節可能な一次共振キャビティの所望の可変のサイズを選択的に決定する作動装置とを備え、
動作の選択的な周波数のために選択された任意の所望のサイズの上記調節可能な一次共振キャビティは、推進ガス／水性燃料の注入のための注入ポート開口部を有し、
上記燃料と相互作用して、加熱ガスプラズマを生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティの中へ放射されるマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体系マイクロ波発生器と、
キャビティ内部のプラズマの回転を補助するためおよびプラズマと推進ガスとの間の効果的な対流熱伝達を可能にするために上記共振キャビティの少なくとも一部を囲んでいる電磁石と、
生じた加熱プラズマを放出して所望の推進力を生み出すために、上記調節可能な一次共振キャビティ中に動作可能に連結されたノズルとを備える。
【００２０】
その他の態様によれば、本発明のマイクロ波電熱スラスタは、時計回りの様式で上記一次共振キャビティの周りにある電磁石のオンとオフとを切り替えるための切り替え手段を備えている。
【００２１】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記外部電磁石は、変化する場の強さを有し、上記プラズマが上記ノズルの軸方向に中心に選択的に位置することを助け、上記プラズマが上記一次共振キャビティの表面に接触することを避けている。
【００２２】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、低周波数モードおよび高周波数モードの二周波で動作可能なスラスタとして動作するように構成されたマイクロ波電熱スラスタは、
上記低周波数モードおよび高周波数モードでの動作に適合した、第１のキャビティ本体と第２のキャビティ本体とを有する、機械的に調節可能な可変のサイズの、上記共振一次キャビティを備え、
上記共振一次キャビティは、
（ｉ）上記外部電磁石により囲まれた上記第２のキャビティ本体および第１のキャビティ本体の組み合わせによって定義された、より大きい直径および長さの、低周波数動作モードの一次共振キャビティ、または、
（ｉｉ）上記キャビティ本体のみによって定義され、上記外部電磁石により囲まれた、比較的小さい直径および長さの高周波数動作モードの一次共振キャビティを構成する。
【００２３】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記外部電磁石により囲まれた上記第１の共振キャビティ本体は、上記第２の共振キャビティ本体に対して同軸上に移動して、上記一次共振キャビティの長さを変化させるように構成されており、
上記第１のキャビティ本体に比べて小さい直径を有している上記第２のキャビティは、基板に堅く取り付けられた上記第１のキャビティ本体の中に位置するように構成され得る。
【００２４】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、比較的小さい直径および長さの上記高周波数動作モードの一次共振キャビティを選択的に決定するための上記作動装置は、上記外部電磁石に囲まれた第１のキャビティ本体を同軸上で移動させることができ、これにより、比較的小さい直径の上記第２のキャビティ本体は、上記第１のキャビティ本体の中に入り、そして、その中で、上記一次共振キャビティの長さを、所望のプラズマを発生させて上記ノズルを介して放出するために効果的な所望の長さに縮小するために伸縮自在に入れ子状となっている。
【００２５】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、比較的大きい直径および長さの上記低周波数動作モードの一次共振キャビティを選択的に決定するための上記作動装置は、上記外部電磁石に囲まれた第１のキャビティ本体を同軸上で移動させることができ、これにより、上記第１のキャビティ本体は、上記第２のキャビティ本体の固定された円形のＯ−リング部と一致して、低周波数動作モードのための上記第２および第１のキャビティ本体の組み合わせにより定義された上記一次共振キャビティを形成している。
【００２６】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記第１のキャビティ本体は、上記低周波数モード動作において、その動作のために、分離した推進剤注入ユニットを含み、かつ、上記第２のキャビティ本体は、上記高周波数モード動作において、その動作のために、その分離した推進剤注入ユニットを含む。
【００２７】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記第１のキャビティ本体は、上記一次共振キャビティにおける上記プラズマの形成を見るためののぞき窓を備えている。
【００２８】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記ＲＦ半導体を備えた上記マイクロ波発生器は、隣接した上記第２のキャビティ本体に対して挿入された同軸上の出力スタブを有し、上記マイクロ波発生器と、上記出力スタブに取り付けられたアンテナを備えた上記一次共振キャビティとの間の単一のインピーダンス整合要素を用いてプラズマを加熱するために、方位角対称で、上記第２のキャビティ本体の軸に沿って左右対称に垂直偏波を励起し、上記アンテナは、上記基板に近接して上記第２のキャビティ本体の中に突出し、また、上記ＲＦ半導体を支持し、
上記アンテナは、上記スラスタが低周波数で動作する場合に、上記一次共振キャビティが、上記第１のキャビティ本体の上記注入ユニットを介した上記推進剤の注入と、上記ＲＦ半導体を上記共同アンテナと関連させて、これにより、上記加熱プラズマを発生させるマイクロ波発生器の作動とによって作動することに適しているか、または、
上記アンテナは、上記スラスタが高周波数で動作する場合に、上記一次共振キャビティが、上記第２のキャビティ本体の上記注入ユニットを介した上記推進剤の注入と、上記ＲＦ半導体を上記共同アンテナと関連させて、これにより、上記加熱プラズマを発生させるマイクロ波発生器の作動とによって作動することに適している。
【００２９】
その他の一態様によれば、本発明のマイクロ波電熱スラスタは、上記スラスタを高周波数モードにおいて動作させる場合に一次共振キャビティの直径を縮小させる手段を備え、当該手段は、上記第２のキャビティ本体の第２の端板に取り付けられた、電気的に作動する耐熱性形状記憶合金（ＳＭＡ）シートを含み、
上記第２の端板は、上記第２のキャビティの壁の上記直径を最適な調節のための所望の直径に増大および縮小するために上記ＳＭＡが自動的に作動するように作動する間、上記ＳＭＡを導くための内部ガイドレール／溝を含み、これにより、上記作動装置は、上記第１のキャビティ本体を、電気的に作動する同軸チューブおよび作動装置によって制御して同軸上に移動させることが可能であり、上記第２のキャビティ本体を、互いに離れた上記第１のキャビティ本体の内壁に配置された、開放された複数の円筒状プレートとともに上記第２のキャビティ本体に面した下端に沿って上記第１のキャビティ本体の中へ障害なく挿入することにより、上記第１のキャビティ本体の直径をより大きくし、これにより上記第２のキャビティ本体を、上記第１のキャビティ本体の内部で入れ子状にすることが可能になる。
【００３０】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記第１のキャビティ本体の上記円筒状プレートは、ソレノイド作動装置によって自動的にその中心に向かって作動し、当該ソレノイド作動装置は、上記第１のキャビティ本体が上記第２のキャビティ本体の固定された円形Ｏ−リング部と一致する場合、円筒状プレート間の隙間を閉鎖して円形キャビティを形成することにより、当該キャビティの同軸上の長さおよび直径を増大し、かつ、上記低周波数高出力モードの動作を補助する。
【００３１】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記推進剤／燃料は、選択された共振キャビティの中に液体または気体の状態で注入される際、マイクロ波の場および低圧により蒸発し、その後、電気的に分解され、マイクロ波の放電において所望のプラズマを形成し、加熱によって高速ロケット排気を形成する、不活性ガス、水およびアンモニアを選択的に含む。
【００３２】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記低周波数および高周波数での動作は、２．４ＧＨｚの低周波数、および７．５ＧＨｚの高周波数を含む。
【００３３】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記マイクロ波アンテナは、予め定められた波長のマイクロ波アンテナであって、第２のキャビティ本体の第１の末端に担持され、上記マイクロ波アンテナは、上記燃料と相互作用して燃料を加熱するためにマイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体と結合しており、好ましくは２波長未満の上記予め定められた波長を有する上記加熱プラズマを発生させる。
【００３４】
その他の態様によれば、本発明のマイクロ波電熱スラスタは、二次プラズマ形成を補助し、排気温度および放出ガスの速度を増大するために、上記ノズルと上記一次共振キャビティとの間に、二次共振キャビティを備えている。
【００３５】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記ノズルは、高温の排気ガスに耐えるためおよびノズルの腐食を最小限に抑えるために、耐火性酸化物と融合したチタンから製造されている。
【００３６】
本発明のマイクロ波電熱スラスタのその他の態様によれば、上記マイクロ波アンテナは、周波数可変の融合したＲＦ半導体を備えている。
【００３７】
本発明を特徴づける新規性の様々な特徴は、特に本明細書に添付された請求項において示され、本開示の一部を構成している。本発明、その利点および目的のより良い理解のために、添付された図面および記述された事項が参照されており、その中で好ましい、限定されない本発明の実施形態が説明されている。
【００３８】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明に係るマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）の実施形態の概略図であり、
図２は、図１において示された上記ＭＥＴデバイスの実施形態の、別の視点の図面を示し、可動式の同軸のキャビティの一部およびその内部を用いており、
図３は、本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態を断面図によって示しており、
図４は、高周波数での動作のためのコンパクトモードにおける、本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態の（Ａ）前面図および（Ｂ）背面図を示しており、
図５Ａは、低周波数での動作のための非コンパクトモードにおける、本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を示しており、
図５Ｂは、本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を、低周波数での動作のための断面図によって示しており、
図６Ａ〜６Ｅは、作動中にＳＭＡを導くための内部ガイドレール／溝を含む、キャビティの端板を用いて本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態を示しており、
図７Ａ〜７Ｄは、本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を、動作中に内部キャビティの直径を調節するための円筒状プレートを用いて示している。
【００３９】
〔添付図面を参照した本発明の詳細な説明〕
本発明は、より大きな衛星の任務能力を拡張するために、周波数可変のマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）ベースの推進モジュールを備えた、宇宙空間電熱推進に適したマイクロ波電熱スラスタを提供することを目的としている。本発明のＭＥＴは、好ましい実施形態によると、マイクロ衛星および大きな衛星の用途に適した、低出力レベルおよび高出力レベルの両方（１０Ｗ〜３ｋＷ）で機能することができる電熱推進デバイスを含む。
【００４０】
先のアプローチにおいて、シグナル発生器‐増幅器ユニットまたは大型マグネトロンは、マイクロ波を発生させるために用いられており、これらのマグネトロンは、システムの重量およびサイズを大いに増加させ、宇宙飛行に実用的でないものとしている。さらに、先のアプローチにおいて、上記ＭＥＴは、１つの単一周波数において動作するために設計されており、異なる軌道マヌーバのための実用性はやはり限定的であった。
【００４１】
前述の問題は、本発明のＭＥＴの設計において、実用的でないハードウェアを取り除くこと、および新しいＲＦ半導体技術を導入することにより打開され、このことは、全体の重量を低減させ、ＭＥＴの性能を向上させる。このことはまた、上記ＭＥＴを二周波モードで動作させることを可能にし、そのために革新的なメカニズムが上記ＭＥＴに導入され、ＭＥＴを宇宙飛行にとって、より実用的なものとする。
【００４２】
本発明の主な特徴は、マグネトロンを用いずに、マイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体を伴うことである。マイクロ波を発生させるためのＲＦ半導体を伴うこの新しい組合せは、上記スラスタの設計を極めてコンパクトにすることができ、さらに効率良く動作するであろう。
【００４３】
上記ＲＦ半導体技術の導入により、今回の進展は初めて機械的に調節可能な共振キャビティの設計を成し遂げている。この調節可能な特徴は、好ましい実施形態に係るスラスタが、異なる出力レベルで２つの異なる周波数において動作することを可能にしており、これにより、衛星が、要求される軌道マヌーバを開始することを可能にしている。
【００４４】
本発明のＭＥＴデバイスは、好ましい実施形態によると、２．４５ＧＨｚ（高出力‐低周波数）および７．５ＧＨｚ（低出力‐高周波数）モードで動作する。同様のスラスタデバイスは、初期推進手段と高度制御のための手段の両課題を実行できる。また、初めて、形状記憶合金が上記スラスタキャビティの内部に導入され、２つの使用可能な周波数の間で切り替える場合、上記キャビティの直径の速く効果的な調整が可能となった。
【００４５】
本発明の利点は、結果的な軽量化および二周波モードでの動作であり、そして、本発明を用いたことによる、宇宙船の安価な発射コストおよび衛星の軌道の寿命の増加である。二周波モードでの動作は、以下のように特徴づけられる：
（ａ）高出力‐低周波数‐初期推進のため
（ｂ）低出力‐高周波数‐衛星の高度制御および位置の維持のため。
【００４６】
衛星が発生させた最大出力は、通常５ｋＷを超えないことに注目することは重要である。低周波数を使用した高出力スラスタもまた使用することができる。しかしながら、５ｋＷを超えた出力は利用できないことから、宇宙空間における動作は制限されるだろう。したがって、本発明のＭＥＴデバイスにおいて、３つの主な理由から動作周波数として２．４５ＧＨｚが選択されてきた：（ｉ）産業用の周波数で業務用に利用可能であること、（ｉｉ）軌道上昇のために、２ｋＷを超える搭載出力が求められており、これは名目上の推進力に変換すると１００〜３００ｍＮの間であり、低周波数動作（例えば、９１５ＭＨｚ）は、５ｋＷを超える出力が求められ、さらに高周波数動作（５．８ＧＨｚ以上）は、高い推進力レベルには適していないこと、（ｉｉｉ）衛星において、利用できる空間が限られているため、設計されるスラスタのサイズが制限されていること。しかしながら、高度制御動作において、高出力動作は必須ではない。したがって、高周波数動作（すなわち７．５ＧＨｚ）は、出力の要件が非常に少ないと考えられる。
【００４７】
従って、一実施形態に係る本発明のＭＥＴデバイスは、好ましくは、２．５トンまでの重量の衛星のために設計される。これらの衛星は、３〜５ｋＷの搭載出力を発生させることが可能なソーラーパネルを有している。上記発生した出力合計のうち、２ｋＷは、軌道上昇の間、スラスタの動作のために利用できる。１００Ｗの追加出力は、上記ＭＥＴデバイスと関連している電磁回路および作動装置の動作に必要である。上記出力は、上記２ｋＷの出力の要件から独立しており、衛星バスにより供給できる。出力源はスラスタの設計から独立しており、上記衛星に不可欠な部分である。
【００４８】
まず図１および図２について、本発明の好ましい実施形態に係るマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）デバイスは、機械的に調節可能な共振キャビティ本体（一次共振キャビティを構成する１Ａ；２Ａ）を備え、第１のキャビティ本体（１Ａ）は可動式であり、一方、第１のキャビティ本体（１Ａ）の中に存在するように構成されている、第１のキャビティ本体（１Ａ）と比べて小さい直径を有する第２のキャビティ本体（２Ａ）は、図示されているように固定されて保持されており、上記第１のキャビティ本体（１Ａ）の第１の末端（１Ｈ）および上記第２のキャビティ本体（２Ａ）の第２の末端（２Ｈ）、推進剤の注入のための上記キャビティ本体（１Ａ、２Ａ）内の４つの注入ポート（１Ｉ、２Ｄ）、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）の上記第２の末端（２Ｈ）によって担持された多周波数マイクロ波アンテナ（２Ｅ）を有している。上記マイクロ波アンテナ（２Ｅ）は、上記キャビティ本体（１Ａ；２Ａ）の内部に放射されるマイクロ波を発生させる航空電子工学コンパートメント（３Ｄ）に含まれるＲＦ半導体と連結しており、そして、キャビティ本体（１Ａ；２Ａ）は推進剤と相互作用するとともに推進剤を加熱することにより、加熱された濃密なガスプラズマを生み出し、当該ガスプラズマは上記第１のキャビティ本体（１Ａ）の上記第１の末端（１Ｈ）の中のノズル（１Ｄ）を通って一次共振キャビティから放出され、上記宇宙船／衛星を調節／推進するための推進力を生み出す。
【００４９】
追加のＲＦ半導体（１Ｆ）を備えた二次共振キャビティ（１Ｅ）は、二次プラズマ形成を補助するために、ノズル（１Ｄ）と動作可能に連結されている。重要なことに、上記二次共振キャビティ（１Ｅ）が発生させた二次プラズマは、上記一次共振キャビティからの排出推進ガスの温度を上昇させる。結果として生じた高く特異的な衝撃は、宇宙船／衛星の軌道上昇動作を実行するために求められる必要な特異的な衝撃を達成する。
【００５０】
好ましくは、本発明のマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）は、介在する導波管なしに第２のキャビティ本体（２Ａ）の中に直接挿入される、調節可能な１／４自由空間波長アンテナに固定された二周波ＲＦ半導体と共に動作させてもよい。この進歩により、大型で非効率なマグネトロン、シグナル発生器‐増幅器を排除することができ、そしてその結果、上記マイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）のために、いっそうコンパクトで軽量な設計がもたらされる。このことは、上記ＭＥＴについてこれまでに実証されており、これにより、上記マイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）は、宇宙飛行にとって魅力的な技術となっている。
【００５１】
マイクロ波発生器、この場合、航空電子工学的コンパートメント（３Ｄ）に含まれるＲＦ半導体は、ほぼ一次共振キャビティの中に挿入されている上記マイクロ波発生器の出力スタブと同軸上の構造の中で、上記一次共振キャビティと直接連結している。上記一次共振キャビティは、熱ロケット排気の役割を果たすプラズマを加熱する目的のために、方位角対称で、軸（ＴＭ０１０モード）に沿って左右対称に、垂直偏波を励起する。
【００５２】
本発明のＭＥＴデバイスの推進において、ＴＭモードは、上記共振キャビティの構造に関する共振角周波数において変化を示さないことが見出されているため好ましい。ＴＭモードにおける電場は一定である一方で、ＴＥモードにおける電場は偏向し得る。振動において、一般的にＴＭ０ｎ０モードは、ｎの値に依存する多周波数をサポートすることから好まれている。Ｚ軸において電場要素はないため、粒子の偏向、または粒子加速との干渉はない。上記電場の強さは一定であり、上記共振キャビティの構造に関する角共振周波数において変動はない。
【００５３】
上記一次共振キャビティの共振条件は、キャビティの荷重に起因して放電によって概算されている。マイクロ波発生器と一次空洞共振器との間の単一のインピーダンス整合要素は、効果的な長さにおける自由空間波長の１／４に調整された発生器の出力スタブに取り付けられたアンテナであり、当該アンテナは上記一次共振キャビティの中に突出している。これにより、軽量なＭＥＴデバイスを宇宙空間において利用できる。
【００５４】
そして、上記好ましい実施形態に係る本発明のＭＥＴデバイスは、２つの異なる周波数において動作するように構成されている；上記アンテナは、それら特定の周波数だけで動作することに適している。上記一次共振キャビティのサイズもまた、上記アンテナの長さに直接影響している。上記好ましい実施形態に係る本発明のＭＥＴデバイスにおいて、高周波数および低周波数での動作のために、上記アンテナの長さは、上記一次共振キャビティのサイズと関連して様々である。
【００５５】
上記一次共振キャビティは、スペクトルのマイクロ波領域において電磁場を制限する。上記アンテナから放射されたマイクロ波は、一次共振キャビティの中に入る際に共振／振動する。上記一次共振キャビティの寸法は、上記周波数に基づいており、以下のような関係で決定され得る：
【００５６】
【数１】
0006661012.tif 000002
【００５７】
この場合、
ｆｍｎｐは、入力周波数（ＧＨｚ）であり、
Ｒは、上記キャビティの半径であり、
Ｌは、上記キャビティの長さであり、
Ｘｍｎは、ｍ番目のベッセル関数のｎ番目のゼロを示し、
Ｘ’ｍｎは、ｍ番目のベッセル関数の導関数のｎ番目のゼロを示す。
【００５８】
上記関係は、低周波数においてＲおよびＬの値は高く、かつ、高周波数において、ＲおよびＬの値は低いことを示している。
【００５９】
記述したように、本発明のＭＥＴデバイスは二周波モードで動作するために適している。本特徴は、一次共振キャビティを機械的に調節して異なる周波数において動作させるためにスラスタを必要とする。すなわち、好ましい実施形態によれば、上記第１のキャビティ本体（１Ａ）は、同軸上を移動して長さを変化させ、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）の壁の内径を変化させ得る。
【００６０】
図１および図２を参照すれば、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）は、基板（３Ａ）に堅く取り付けられている。そして、上記第１のキャビティ本体（１Ａ）は、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）に対して同軸上に移動するように構成されている。上記第１のキャビティ本体（１Ａ）の同軸上の動きは、同軸チューブ（３Ｃ）および作動装置（３Ｂ）を電気的に作動させることにより制御されている。
【００６１】
上記第１のキャビティ本体（１Ａ）は外部電磁石（１Ｃ）により囲まれている。プラズマが電場および磁場に反応した後、それら電磁石（１Ｃ）は、一次共振キャビティの内部の上記プラズマの回転を補助する。上記プラズマの回転は、時計回りの様式で上記キャビティの周りにある電磁石（１Ｃ）のオンとオフとを切り替えることにより引き起こされている。これは、プラズマと推進ガスとの間の効果的な対流熱伝達を可能にし得る。
【００６２】
上記外部電磁石（１Ｃ）の電磁場の強さは、上記プラズマがノズル（１Ｄ）の軸方向に中心にあることを確かめるために、特定の値に固定されている。
【００６３】
また図１においても、（１Ｉ）は、低周波数モードにおいて動作する場合に、第１のキャビティ本体（１Ａ）のための推進剤注入ユニットを形成している。一方、（２Ｄ）は、高周波数モードにおいて動作する場合に、第２のキャビティ本体（２Ａ）のための推進剤注入ユニットを形成している。のぞき窓（１Ｂ）は上記第１のキャビティ本体（１Ａ）においてプラズマの形成を見るために設けられている。
【００６４】
本発明のＭＥＴデバイスが高周波数モードで動作する際、上記一次共振キャビティは縮小されて、図４Ａおよび図４Ｂに示すように長さおよび直径が縮小されたコンパクトな構造を形成している。このために、上記第１のキャビティ本体（１Ａ）は、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）に向かって同軸上に作動し、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）を第１のキャビティ本体（１Ａ）の中で伸縮自在に入れ子状にしている。
【００６５】
上記一次共振キャビティの直径は、高周波数モードにおいて上記第２のキャビティ本体（２Ａ）でのみ効果的に示されており、電気的に作動させた耐熱性形状記憶合金（ＳＭＡ）シートと関連することによりさらに縮小される。上記ＳＭＡは、上記第２のキャビティ本体（２Ａ）の第２の末端（２Ｈ）に固定されている。
【００６６】
上記第２の端板（２Ｈ）は、ＳＭＡが作動する際、当該ＳＭＡを導くための内部ガイドレール／溝（図６Ａ〜６Ｅに示す）を有している。上記ＳＭＡは、最適な調節が要求された場合、第２のキャビティの壁（２Ａ）の直径を増大および縮小するために、自身で作動し得る。さらに図１において、航空電子工学的コンパートメント（３Ｄ）は二周波ＲＦ半導体ユニットおよび制御盤を含んでいる。
【００６７】
このスラスタの設計において、２通りのＳＭＡが利用されている。２通りのＳＭＡは、異なる電圧において電気的に作動させる場合に、２つの異なる形を記憶するために作られ得る。上記ガイドレールは、ここで、キャビティの直径を調節する間、ＳＭＡを適切に導くために使用されている。ＳＭＡはその形状を記憶しているが、上記ガイドレールはさらに、時間と関連して変化しないことが確認されている。
【００６８】
上記実施形態に係る本発明のＭＥＴデバイスによれば、図２に示しているように、スリット（１Ｋ）が第１のキャビティ本体（１Ａ）上に設けられており、第２のキャビティ本体（２Ａ）に固定した推進剤注入器（２Ｄ）のための障害のない通路を提供しており、一方で、第２のキャビティ本体（２Ａ）は高周波数モードでの収縮において、第１のキャビティ本体（１Ａ）の内部で伸縮自在に入れ子状となっている。
【００６９】
上記実施形態に係る本発明のスラスタは、図２に示しているように、第１のキャビティ本体（１Ａ）に複数の円筒状プレート（１Ｊ）を有している（図７にも示す）。上記複数の円筒状プレート（１Ｊ）は、第１のキャビティ本体の内壁（図７）において配置されており、そして、第１のキャビティ本体（１Ａ）に固定されているソレノイド作動装置（図１の１Ｇ）により、往復機構を作動させるために構成されている。
【００７０】
高周波数モードにおいて、上記円筒状プレート（１Ｊ）は、第１のキャビティ本体（１Ａ）の内壁に互いに離れて配置され（図７Ａおよび７Ｃに示す）、第１のキャビティ本体（１Ａ）において、より大きな直径を提供し、第２のキャビティ本体（２Ａ）が第１のキャビティ本体（１Ａ）の中で入れ子状になることを可能にしている。
【００７１】
低周波数モードにおいて動作する場合、それら円筒状プレート（１Ｊ）は、ソレノイド作動装置（１Ｇ）によってその中心に向かって作動し、円筒状プレート間の隙間を閉鎖することにより円形キャビティを形成している（図７Ｂおよび７Ｄに示す）。それらプレートは、第１のキャビティ本体（１Ａ）が、低周波数モード動作の間、第２のキャビティ本体（２Ａ）の固定された円形Ｏ−リング部位（２Ｂ）と一致した場合に、自動的にその中心に向かって作動する。これにより、低周波数‐高出力モード動作における補助のために、第２および第１のキャビティ本体の組み合わせによって定義される一次共振キャビティが形成される。低周波数の構成におけるキャビティ本体の構造は、添付の図５Ａおよび図５Ｂで示されている。
【００７２】
さらに、本発明の１つの重要な態様によれば、上記燃料は、好ましくは不活性ガス、水、もしくはアンモニアを含む。不活性推進剤の源である、純粋または不純な水またはアンモニアは、ガス状または液体状で、ＭＥＴデバイスの推進チャンバに注入され、その中でマイクロ波の場および低圧を経て蒸発する。そして、蒸発した水は電気的に分解され、そしてマイクロ波放電においてプラズマを形成し、加熱されて高速ロケット排気を形成する。
【００７３】
本発明に係るマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）デバイスの実験は、幅広い推進剤を用いた宇宙空間における効率的な初期推進および衛星／宇宙船の高度制御の点で適していることを立証するために行われ、得られた結果は以下の実施例Ｉに示されている。
【００７４】
〔実施例Ｉ〕
試作品実験は、ＦｒｅｅＳｃａｌｅ’ｓ  ＭＨＴ１００２Ｎ、２．４５／７．５ＧＨｚ半導体対を寸法１５３ｍｍ（アンテナ端板からノズル端板）および直径１０１ｍｍの共振モードキャビティに取り付けて実施した。突出したアンテナの長さは２．５ｍｍであった。試作品の寸法は周波数２．４５ＧＨｚにおいて動作するために計算されている。上で説明したように、これらは、低周波数‐高出力モードにおいて動作する寸法である。上記ＭＥＴの調節メカニズムは上記モードで動作するように作動した。上記ＭＥＴは、導波管の末端に備えられるように直接挿入モードにおいて動作し、そして放電は変化しなかった。固体の状態のＲＦ半導体溶液の導入は、荷重のために制御したエネルギーを、温度、出力およびキャビティの状況のリアルタイムのフィードバックおよびモニタリングと共に送達した。性能パラメータはモニタリングされ、大型マグネトロンおよびシグナル発生器‐増幅器ハードウェアを用いた先のアプローチと比較した場合に、より効果的および正確であることが見出された。上記ＦｒｅｅＳｃａｌｅ’ｓ  ＭＨＴ１００２ＮのＲＦ半導体の高解像度制御に起因して、形成されたプラズマは、濃密であり、正確にキャビティにおける中心に位置し、一方で最小のＱ放電を示した。ＭＨＴ１００２Ｎを動作させるために要求される電圧は、マグネトロンのための３０００Ｖと比較した場合、たったの２８Ｖである。上記動作の特徴により、出力調整ユニットを非常に小さくすることができ、そして、略１２０グラムの重さにした。
【００７５】
その後、同じスラスタを、７．５ＧＨｚで高周波数‐低出力モードにおいて動作させた。これは、スラスタの共振キャビティ本体の寸法を変更することを意味している。上記寸法は、キャビティの長さ６４ｍｍでキャビティの直径３０ｍｍに達した。（図４）で示したように、上記スラスタは縮小した。機械的な作動装置は期待されたとおりに動作し、上記実験は実施された。その結果は、同じ寸法の元で構造の固いタイプと同等であることが見出された。両モードでの動作の結果を、以下の表Ｉに示す。
【００７６】
【表１】
0006661012.tif 000003
【００７７】
従って、本発明の方法により、ＭＥＴを動作させるためにＲＦ半導体を導入した調節可能なマイクロ波電熱スラスタを提供することが可能になり、その結果、全体の性能が向上し、さらに重量を減少できた。さらに、二周波において軌道マヌーバのために効率的にスラスタを動作させる新しい方法、および本発明を製造および利用する様式が記載されている。
【００７８】
本発明の原理の適用を詳細に説明するために本発明の具体的な実施形態が示されている一方で、本発明は、そのような原理から離れなければ他に具体化されてもよく、さらに、本発明の開示の利益を前提として、さまざまな修正、代わりの構成、および同等物は、当業者に考えられると理解されるであろう。従って、本発明は、本明細書に記載された具体的な実施の形態に限定されるものではないが、添付の請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係るマイクロ波電熱スラスタ（ＭＥＴ）の実施形態の概略図である。
【図２】図１において示された上記ＭＥＴデバイスの実施形態の、別の視点の図面を示し、可動式の同軸のキャビティの一部およびその内部を用いている。
【図３】本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態を断面図によって示している。
【図４Ａ】高周波数での動作のためのコンパクトモードにおける、本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態の前面図を示している。
【図４Ｂ】高周波数での動作のためのコンパクトモードにおける、本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態の背面図を示している。
【図５Ａ】低周波数での動作のための非コンパクトモードにおける、本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を示している。
【図５Ｂ】本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を、低周波数での動作のための断面図によって示している。
【図６】作動中にＳＭＡを導くための内部ガイドレール／溝を含む、キャビティの端板を用いて本発明の上記ＭＥＴデバイスの実施形態を示している。
【図７】本発明のＭＥＴデバイスの実施形態を、動作中に内部キャビティの直径を調節するための円筒状プレートを用いて示している。
【図１】
0006661012.tif 000004
【図２】
0006661012.tif 000005
【図３】
0006661012.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図６（Ｃ）】
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【図６（Ｄ）】
0006661012.tif 000014
【図６（Ｅ）】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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