(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進軸線に沿って推力を発揮するためのホール効果推進機（１０）であって、前記ホール効果推進機は、
それの作動時に前記ホール効果推進機による粒子の収集、加速及び放出を可能にする流路（３０）であって、内壁（３２）及び外壁（３４）により半径方向に区切られた流路（３０）と、
アノード（６２）と、カソード（６４）と、前記カソード（６４）を介して電子を放出し更に前記アノード（６２）を介して電子を引き付けるための電圧源（６８）と、を具備する電気回路（６０）と、
前記アノードの軸方向に下流側で前記流路（３０）内において磁場（Ｂ）を発生させるための磁気回路（５０）であって、前記磁場（Ｂ）が前記推進軸線（Ｘ）に対して概略半径方向に配向させられる磁気回路（５０）と、を具備しており、
前記流路（３０）は、前記ホール効果推進機の上流側において開放されており、更に粒子（Ｐ）を収集するための粒子濃縮器（３６）を具備しており、
前記粒子濃縮器の形状は、前記推進軸線に垂直な平面内に位置していて且つそ推進軸線（Ｘ）を取り囲む、連続輪郭（Ｃ１）により画定される、推進機において、
前記連続輪郭（Ｃ１）の大部分において、前記連続輪郭（Ｃ１）に垂直な前記粒子濃縮器の各断面は、放物線形状を有し、更に前記連続輪郭（Ｃ１）に属する焦点（Ｆ１）を有しており、そして
前記磁気回路（５０）は、前記連続輪郭（Ｃ１）の近傍において磁場（Ｂ）を発生させるように配置される、ことを特徴とする推進機。
【請求項２】
前記磁気回路は、前記流路の前記内壁（３２）と前記外壁（３４）とを接続するように配置された複数の接続アーム（２４）を具備しており、前記流路は、環状形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の推進機。
【請求項３】
推進軸線に沿って推力を発揮するためのホール効果推進機（１１０）であって、この推進機は、
磁場（Ｂ）を発生させるための磁気回路（１５０）と、
アノード（１６２）と、第１のカソード（１６４）と、少なくとも前記第１のカソード（１６４）を介して電子を放出し更に前記アノード（１６２）を介して電子を引き付けるための電圧源（１６８）と、を具備する電気回路（１６０）と、を具備する推進機において、
前記ホール効果推進機（１１０）は、前記推進軸線（Ｘ）の周りに形成された壁（１２２）の内側に配置されており、
前記磁気回路（１５０）及び前記電気回路（１６０）は、前記壁（１２２）の周りに磁場（Ｂ）及び電界（Ｅ）を生成するように配置されており、そして
前記推進軸線（Ｘ）に平行で且つ前記壁（１２２）に対して垂直な任意の断面において、
前記磁気回路（１５０）は、実質的に前記壁の表面において、お互いから所定の距離で配設された、上流磁極（１７０）と下流磁極（１７２）とを有しており、
前記磁気回路（１５０）は、前記磁場（Ｂ）が前記上流磁極（１７０）の前方において前記推進軸線（Ｘ）に対して実質的に半径方向に沿って方向づけられるような状態で配置されており、
前記アノード（１６２）及び前記第１のカソード（１６４）は、前記上流磁極（１７０）の両側に位置しており、
前記壁（１２０）は、粒子（Ｐ）を濃縮するように作用する粒子濃縮器（１３６）を具備しており、
前記粒子濃縮器の形状は、前記推進軸線に垂直な平面内に位置していて且つ前記壁を取り囲む、閉鎖輪郭（Ｃ２）により画定されており、
前記閉鎖輪郭の大部分において、前記閉鎖輪郭に垂直な前記粒子濃縮器の各断面は、放物線形状を有し、更に前記閉鎖輪郭（Ｃ２）に属する焦点（Ｆ２）を有しており、
前記磁気回路（１５０）は、前記閉鎖輪郭（Ｃ２）の近傍において前記磁場（Ｂ）を発生させるように配置される、ことを特徴とする推進機。
【請求項４】
前記連続輪郭（Ｃ１）及び前記閉鎖輪郭（Ｃ２）は、円形又は楕円形又は長円形である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の推進機。
【請求項５】
前記アノード（６２，１６２）は、前記壁（１２２）の一部、又は該内壁（３２）及び該外壁（３４）の内の１つの一部を構成する、ことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の推進機。
【請求項６】
前記アノード（６２、１６２）は、前記壁（１２２）において、又は該内壁（３２）及び該外壁（３４）の内の１つにおいて、中空として形成される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の推進機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の少なくとも１つのホール効果推進機（１０；１１０）を組み込む、ことを特徴とする宇宙船（１、１０１）。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の少なくとも１つのホール効果推進機（１０；１１０）を組み込む宇宙船（１、１０１）において、
前記宇宙船は、前記流路（３０）の前記内壁（３２）の内側において半径方向に配設された、有用な荷重を保持するように構成される、ことを特徴とする宇宙船（１、１０１）。
【請求項９】
該連続輪郭（Ｃ１）は、円形又は楕円形又は長円形である、ことを特徴とする請求項８に記載の宇宙船。
【請求項１０】
前記アノード（６２）は、前記内壁（３２）と前記外壁（３４）の中の１つの一部を構成する、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の宇宙船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進剤としての大気気体を有する、ホール効果推進機の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある特許文献には、推進剤として大気気体を有する、ホール効果推進機が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。その様な推進機は、大気中において推進機が動作するように作用する、残余の大気の粒子を使用する。
【０００３】
推進剤として大気気体を有する、ホール効果推進機は、観測人工衛星を推進するように主に使用されており、これらの推進機は、低軌道において特に有用である。
【０００４】
この高度において、残余の大気は、人工衛星を減速させ、そのことは、人工衛星の寿命を制限する。推進剤として大気気体を有するホール効果推進機は、この抗力が補償されることを可能にし、そのことが従って、人工衛星の寿命を延張することが有利である。
【０００５】
しかし、高度による大気の希薄化を考慮すると、これらの推進機は、１００ｋｍ付近の高度より上では動作可能ではない。従って、推進機は、例えば、より高い軌道に向って人工衛星の移動を可能にするように、１００ｋｍ付近の高度に比べてより高い高度において使用可能ではない。
【０００６】
更に、別の特許文献には、外壁において実施可能である、プラズマ推進機技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０４６９２１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／１１６８０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、伝統的なホール効果推進機に比べてより高い高度において動作可能であって且つ推進剤としての大気気体を有する、ホール効果推進機を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態は、主に、粒子を加速するための（内部）流路を具備する、ホール効果推進機に関する。
【００１０】
本発明のこの第１の形態によれば、先に示した目的は、推進軸線に沿って推力を発揮するためのホール効果推進機により達成されており、推進機は、それの作動時に推進機による粒子の収集、加速及び放出を可能にする流路であって、内壁及び外壁により半径方向に区切られた流路と、アノード（陽極）と、カソード（陰極）と、カソードを介して電子を放出し更にアノードを介して電子を引き付けるための電圧源と、を具備する電気回路と、アノードの軸方向に下流側で流路内において磁場を発生させるための磁気回路であって、磁場が推進軸線に対して概略半径方向において配向させられる磁気回路と、を具備しており、流路は、推進機の上流側において開放されており、更に粒子を収集するための粒子濃縮器を具備しており、濃縮器の形状は、推進軸線に垂直な平面内に位置していて且つ推進軸線を取り囲む、連続輪郭により画定されており、輪郭の大部分において、即ち輪郭の少なくとも５０％及び好適には輪郭の少なくとも７５％で、輪郭に垂直な濃縮器の各断面は、放物線形状を有し、更に輪郭に属する焦点を有しており、そして磁気回路は、輪郭の近傍において磁場を発生させるように配置されることを、推進機は特徴とする。
【００１１】
それ自体公知の方法において、カソードは、アノードの下流に配設される。加えて、電気回路は、電界がアノードとカソードとの間の概略軸方向（推進軸線の軸方向）において発生させられるような状態で配置される。
【００１２】
一般的に、濃縮器の下流において、流路はまた、円筒状又は実質的に円筒状の後部分を有する。「円筒形状の」後部分により、ここでは、その表面が、閉鎖された輪郭の一方向に沿う移動により生成される、後部分が意味されており、ここでは、この方向が推進軸線である。次いで、流路の後部は、粒子の加速中及び推進機による粒子の放出中に粒子の流路を作り更に粒子を配向するように作用する。
【００１３】
この後部分は一般的に、濃縮器の下流側の限界から直接的に伸びる。
【００１４】
流路は一般的に、環状形状を有しており、流路は、従って、内壁と外壁とを有する。好適な実施の形態において、磁気回路は、流路の内壁と外壁とを接続するように配置された、複数の接続アームを具備する。
【００１５】
輪郭が推進軸線を取り囲む（もちろん、この軸線に沿って見た時に）という事実は、推進軸線に沿って見た時に、輪郭がこの軸線の周りを包むことを意味する。
【００１６】
更に、「電圧源」という用語は、本書において、電圧を生成することができる装置を幅広く指定する。この電圧は、必ずしも一定である必要はなく、あるいは時間的にも周期的でさえもある必要はない。結果的に、一定の強さの電流を供給するように構成される電流源は、本発明の意味の範囲内で電圧源を構成する。
【００１７】
一実施の形態において、電圧源は、制御可能であり、電圧源は、電圧源がアノードとカソードとの間において印加する、電圧が指令により反転可能であるように構成される。反転の場合において、電気回路におけるアノード及びカソードの役割は逆転する。
【００１８】
この逆転は、推進機により適用される力の方向を反転させることを可能にし、例えば大気内に再突入する間に人工衛星を制動するための制動システムとして推進機を利用することを可能にする。
【００１９】
他方で、本発明の第２の形態は、推進機の芯において、先に示した管の内部ではなく、むしろ管の外側、即ち壁の周りで、粒子が加速される、特定の推進機構成に関する。この重要な違いにもかかわらず、ホール効果推進機の動作原理はやはり、以前のホール効果推進機の動作原理と実質的に同一のままである。
【００２０】
本発明のこの第２の形態によれば、先に示した本発明の目的は、推進軸線に沿って推力を発揮するためのホール効果推進機により達成されており、推進機は、磁場を発生させるための磁気回路と、アノードと、第１のカソードと、少なくとも第１のカソードを介して電子を放出し更にアノードを介して電子を引き付けるための電圧源と、を具備する電気回路と、を具備しており、推進機は、推進軸線の周りに形成された壁の内側に配置されており、磁気回路及び電気回路は、壁の周りに磁場及び電界を発生させるように配置されており、そして推進軸線に平行で且つ壁に対して垂直な任意の断面において、磁気回路は、実質的に、壁の表面において、お互いから所定の距離で配設された、上流磁極と下流磁極とを有しており、磁気回路は、磁場が上流磁極の前方の推進軸線に対して実質的に半径方向に（及び従って垂直な方向に）沿って方向づけられるような状態で配置されており、アノード及び第１のカソードは、上流磁極の両側に位置しており、壁は、粒子を濃縮するように作用する粒子濃縮器を具備しており、濃縮器の形状は、推進軸線に垂直な平面内に位置していて且つ壁を取り囲む、閉鎖輪郭（又は曲線）により画定されており、輪郭の大部分において、即ち輪郭の少なくとも５０％及び好適には輪郭の少なくとも７５％で、輪郭に垂直な濃縮器の各断面は、放物線形状を有し、更に輪郭に属する焦点を有しており、磁気回路は、輪郭の近傍において磁場を発生させるように配置されることを、推進機は特徴とする。
【００２１】
前述の壁は、通常、推進機が取り付けられる宇宙船のケーシングの外壁である。
【００２２】
濃縮器の下流で、この壁は、円筒形又は実質的に円筒形の後部分を更に具備可能である。この後部分は、推進機により放出されたイオンと別の入射粒子とから人工衛星の後部を保護するように作用する遮蔽物を構成する。
【００２３】
本発明の第１又は第２の形態のいずれかに関して前述した特徴は、例え宇宙船が高高度において稼動しているとさえしても、推進機が粒子の十分に摂取することを可能にすることは有利である。
【００２４】
実際に、宇宙船の軌道上に位置する粒子の良好な部分は、濃縮器に衝突する。濃縮器は、放物線形状（即ち、放物線の一部の形状）を有する、断面を有する特定の形状を有する。
【００２５】
この形状により、濃縮器の壁に衝突する粒子は全て、実質的に同じ区域内に、即ち放物線の焦点に、向けられる。
【００２６】
結果として、濃縮器は、濃縮器が収集する全ての粒子をかなり小さな容積に濃縮することを可能にする。その後続いて、この点の近傍において、粒子の密度が増大し、残余大気の粒子の密度をかなり上回る。
【００２７】
従って、この区域内の粒子の密度を、ホール効果推進機に供給するのに十分な値（１ｍ3当たり１０20粒子程度）まで上昇させることが可能であることは有利である。
【００２８】
人工衛星を使用することが意図される、高度及び速度を考慮に入れることにより、この粒子密度が実際に達成されることを保証するように、濃縮器の壁の、直径、更により一般的には寸法、を寸法決めすることが適切であることが理解される。
【００２９】
放物線の焦点近傍において濃縮された粒子は、推進機の推進剤気体として使用される。
【００３０】
特にその電気回路及びその磁気回路の構成により、推進機は、これらの放物線の焦点の、地点又は少なくとも近傍において、磁場により阻止された電子により形成された、カソードグリッド（格子）を生成するように設計される。
【００３１】
従って、宇宙船により捕捉された粒子は、濃縮器により、放物線の焦点に向かって及び従って推進機の仮想カソードグリッドに向かって配向される。粒子は、その後イオン化され、そして電気回路のアノードとカソードとの間において生成される電界の影響下で推進機の後方に向かって加速される。
【００３２】
この様に、推進機及び特にはその濃縮器の構成は従って、人工衛星の軌道上に位置する粒子を小さな区域に濃縮させることにより、高高度での粒子の低密度が補償されることを可能にし、小さな区域において、粒子は、宇宙船のために推力を発生させるように加速可能である。
【００３３】
本発明の第２の形態に従って構成された推進機は、本発明の第１の形態と同様に、制動システムとしての推進機の使用を可能にするようにそれの極が反転可能である、制御可能な電圧源を具備可能である。
【００３４】
第１又は第２の形態に従うかどうかにかかわらず、本発明は、以下の改善点の１つ又は複数を統合することにより有利に実施可能であり、濃縮器の形状を規定する輪郭は、特に、円形又は楕円形又は長円形であることができ、アノードは、壁の一部又は該壁の内の１つの一部を構成可能であり、アノードは、壁又は該壁の１つにおいて中空として形成可能である。
【００３５】
最後に、本発明はまた、先に定義した少なくとも１つのホール効果推進機を組み込んだ宇宙船に関する。
【００３６】
この理由から、本発明は、特に、本発明の第１の形態による少なくとも１つのホール効果推進機を組み込んだ宇宙船に係わり、宇宙船は、推進機の流路の内壁の内側において半径方向に配設された有用な負荷を保持するように構成される。
【００３７】
その様な宇宙船の一実施の形態において、輪郭は、円形又は楕円形又は長円形であり得る。
【００３８】
その様な宇宙船の一実施の形態において、アノードは、推進機の流路の壁の内の１つの一部を構成可能である。
【００３９】
本発明は、非限定的な例として示される実施の形態の、以下の詳細な説明を読むことにより、より良く理解され、更にその利点がより明確になるであろう。説明は添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の第１の形態に従う、宇宙船のための推進機の縦断面図である。
【図２】図２は、図１の推進機を具備する人工衛星の斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の形態に従う推進機を具備する、宇宙船の縦断面図である。
【図４】図４は、図３の人工衛星の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
その第１と第２の形態にそれぞれ対応する本発明の２つの実施の形態は、ここでは、共に本発明に適合する推進機１０及び推進機１１０をそれぞれ具備する、２つの人工衛星１及び１０１により提示される。
【００４２】
これらの人工衛星１及び１０１は、１００から３００ｋｍの高度の間に留まりながら、地球の大気中で稼動することが意図される人工衛星である。
【００４３】
この高度は、比較的低いことが有利であり、そのことは、特定の装置（通信装置、カメラ等）が比較的小さい寸法、更に従って質量を有することを可能にする。逆に、この高度において、地球の大気は、人工衛星の通過に対して僅かではあるがゼロではない抵抗を提示する。従って、誘発される抗力を補償することが必要である。
【００４４】
これらの人工衛星の各々が具備する、ホール効果推進機の機能は、人工衛星に推力を供給し、所望の高度において推進機が動作を維持することを可能にする。
【００４５】
推進機はまた、軌道の変更又は修正を提供することを可能にする。
【００４６】
ソーラーパネル等の電気エネルギを供給するための手段と結合されていて且つこれらの人工衛星に搭載されたもののような本発明による推進機は、人工衛星の高度を維持するのに必要な推力を非常に長い期間にわたって供給可能であることが有利である。
【００４７】
第１の実施の形態は、図１及び２に関連して、本発明の第１の形態を示す。
【００４８】
図１及び図２は、推進剤として大気気体を有するホール効果推進機である、人工衛星１（宇宙船の一例）の推進機１０を示す。
【００４９】
推進機１０は、推進軸線Ｘの周りで全体的に回転対称形状を有する。推進機１０は、軸線Ｘを有する略円筒形状のケーシング（筐体）２０内に配置される。このケーシングの上流端部２２が開口する一方で、もう一方の端部２６（下流端部）は、軸線Ｘに垂直な実質的に平坦な底部２５により部分的に閉鎖される。しかし、底部２５は、環状の粒子放出通路２８により交差される。
【００５０】
底部２５は、軸線Ｘに垂直な円板の一般的な形状を有する。通路２８の存在により、底部２５は、円板５６と、環状通路２８の周りで半径方向に位置する環状領域５８と、により構成される。環状領域５８は、ケーシング２０の残部と一体的に形成される。
【００５１】
ケーシング２０の内部において、推進機１０は、軸線Ｘの周りで略環状の形状を有する、流路３０を具備する。より一般的には、この流路３０はまた、軸対称であり得る。しかし、非軸対称形状はまた、例えば、楕円形又はレーストラック（競走場）形状の断面により、代替的に考慮可能である。
【００５２】
流路３０は、概略環状形状を有しており、軸線Ｘの周りで同心である、半径方向外壁３４と半径方向内壁３２とを具備する。
【００５３】
流路３０は、本質的に、人工衛星の上流側（図１の左側）で開いていて且つ人工衛星の軌道上に位置する粒子を収集するように作用する、粒子濃縮器３６により構成される。
【００５４】
下流側において、濃縮器３６は、環状通路２８に通じており、環状通路２８自体は、人工衛星１の下流側で開いて、推進機１０により加速された粒子の放出を可能にする。
【００５５】
本発明に従って、濃縮器３６の形状は、連続的な輪郭Ｃ１により画定される。この実施に形態において、この輪郭Ｃ１は、推進軸線に垂直な平面内に位置する、円である。円Ｃ１は、軸線Ｘに中心を有する（そして従って、この軸線を取り囲む）。
【００５６】
円Ｃ１に垂直な任意の平面において（即ち、この実施の形態において、任意の子午面において）、濃縮器の断面は、図１に示されるものであり、濃縮器の断面は、その焦点ｆ１が円Ｃ１に属する、放物線形状Ｓを有する（放物線Ｓの一部のみが濃縮器３６の形状を画定するように作用する）。
【００５７】
円Ｃ１は、環状通路２８において軸方向に位置するように配置される。
【００５８】
上流側において、推進機１０はまた、流路３０の内壁３２と外壁３４との間の機械的接続を提供する、接続アーム（腕部）２４を具備する。４つの開口２５が、アーム２４の間に形成されており、開口２５を通り、粒子Ｐが流路３０内に進入する。
【００５９】
推進機１０は、磁気回路５０と、電気回路６０と、を具備する。
【００６０】
磁気回路５０は、強磁性材料から製作されていて更に従って外側磁芯（又は磁心）を形成する、ケーシング２０自体と、強磁性体から製作される底部２４及び２５と、軸線Ｘに沿って伸びる、シャフト（軸）の形態の中央磁芯５４と、を具備する。底部２５の一部を構成する円板５６は、シャフト５４の下流端部を形成する。
【００６１】
前述された磁気回路５０の要素全ては、磁気回路を通る磁場の無損失循環を可能にするように配置される。
【００６２】
流路の下流部分を摩耗から保護し更に、磁気回路の空隙に形成された電子雲を具備するために、壁３２及び３４の軸方向下流部分は、環状通路２８に配置されたセラミック材料のリング８２及び８４により形成される。
【００６３】
磁気回路５０は、ホール効果推進機の動作に必要な磁場Ｂを生成するように作用する、内側環状コイル７０及び外側環状コイル７２を更に具備する。これらの２つのコイルは、軸線Ｘの周りで同心円状に形成される。これら（コイル）は、実質的に円筒形のコイルであり、コイルの各巻線は実質的に、軸線Ｘを有する円である。
【００６４】
コイル７０は、壁３２の内側において（即ち、シャフト５４と壁３２との間において）シャフト５４の周りに（半径方向に）形成される。コイル７２は、円筒形ケーシング２０の内面に、より正確にはこの内面と流路３０の外壁３４との間に形成される。コイル７０及び７２は、図示されない電気エネルギ源により供給される。
【００６５】
磁気回路５０において、中央磁芯５４及び外側磁芯（ケーシング２０）は、それらの極性が逆になるように配設される。
【００６６】
回路５０は、環状通路２８内において実質的に半径方向の磁場Ｂを発生させるように配置されており、環状通路２８は従って、回路５０の空隙を構成する。従って、流路３０の下流部分は、回路５０の空隙２８において通過するか又は伸張する。
【００６７】
流路３０において、磁場Ｂの強度は、環状通路２８の（軸方向）レベルにおいて最大である。
【００６８】
他方で、先に示したように、推進機１０はまた、電気回路６０を具備する。
【００６９】
この回路は、環状通路２８の軸方向において若干上流に位置する、アノード（陽極）６２と、流路３０の端部２６の下流の（従って通路２８の下流の）大部分に位置するカソード（陰極）６４と、アノード６２をカソード６４に接続する電圧源６８と、を具備する。
【００７０】
この実施の形態において、電圧源６８は、制御可能であり（これは図面に示されないが）、その電圧は、推進機の推力を反転させるように逆転可能である。
【００７１】
アノード６２は、流路３０の内壁３４の一部を形成しており、アノード６２は従って、この流路内に統合される一方で、流路３０から（及び特には壁３４から）やはり電気的に絶縁される。
【００７２】
アノード６２の近傍において、磁気回路５０により発生させられた磁場Ｂは、ケーシング２０の内面及びシャフト５４の外面にそれぞれ形成された内外の磁気スクリーン（遮蔽）７７により減衰させられる。これらのスクリーン７７はまた、コイル７０及び７２を機械的に支持するように作用する。
【００７３】
カソード６４は、環状流路２８の開放された下流端部の外側に位置する。図１及び２の実施の形態において、カソード６４は、外側において、円板５６に、即ちシャフト５４の下流に取り付けられる。図２において、カソード６４は点線で示される。
【００７４】
別の実施の形態において、カソード６４は、円板５６ではなく、むしろ環状領域５８の外側表面（下流側又は後側に）に取り付け可能である。カソードはその場合、図２に示すようなスタッドの形状ではなく、特には環状形状を有することができる。
【００７５】
カソード６４は、流路３０の内壁３２の内側に、そしてより正確にはシャフト５４の内側において循環するケーブルにより電圧源６６に接続される。
【００７６】
図１及び２の実施の形態において、壁３２の内側（半径方向）において利用可能な容積は、人工衛星１の有用な負荷３５を収容するように備えられる。
【００７７】
負荷３５は、図１及び２に示されるように、内壁３２の内側において半径方向に配設される。
【００７８】
別の実施の形態において、推進機は、特に、壁３２の内側のかなりより大きな内部容積を有するように設計可能である。大きな部分は、例え有用な負荷の全体であっても、その際、推進機の流路３０の内壁３２内において、この容積の内に配設可能である。
【００７９】
この場合、推進機は、実際には、人工衛星又はより一般的には宇宙船の有用な負荷の周囲に配設された環状構造の形態で配置される。
【００８０】
次に、推進機１０の動作について説明する。この動作は、米国特許出願公開第２００３／０４６９２１号明細書に記載される、推進機の動作と全体的に同じである。
【００８１】
人工衛星１が大気中において高速で移動している時に、その軌道上に位置する粒子は、濃縮器３６により捕捉され、濃縮器３６の内に進入する。
【００８２】
図１に示すように、粒子Ｐがこの様に濃縮器３６内に進入すると、粒子Ｐは、濃縮器３６の壁３２又は３４の内の１つに最も頻繁に衝突する。
【００８３】
ここで、粒子が人工衛星又は宇宙船の壁に準鏡面的状態で跳ね返ることが観察されてきた。言い換えれば、粒子と人工衛星の壁との間の衝突は、摩擦なしで起こるように見えており、即ち、壁に対する粒子の入射角及び放出角は等しい。
【００８４】
結果的に、この衝突の結果として及び放物線の焦点の特性により、濃縮器３６の壁３２又は３４に衝突する、粒子Ｐは、焦点Ｆ１に、即ち円Ｃ１の地点に向けて送り戻される。
【００８５】
従って、濃縮器は、人工衛星１により捕捉された粒子が円Ｃ１の近傍に位置するやや小さな区域内に配向されることを可能にすることが有利である。
【００８６】
円Ｃ１は、磁気回路により発生させられる磁場Ｂがその最も強い地点、即ち環状通路２８、に位置するように配置される。
【００８７】
同時に、加えて、一般的には１５０〜８００Ｖのオーダー（程度）の電圧が、流路３０の下流端部の下流のカソード６４とアノード６２との間に確立される。従ってカソード６４は、電子を放出し、電子は、磁場Ｂにより形成される「磁気囲い」内に主に捕えられる。この磁気囲いは、所望の性能に適しており、一般的に１００〜３００ガウス程度である。この磁気囲い内に捕えられた電子は従って、仮想カソードグリッド（格子）６５を形成し、更に従って流路３０内の円Ｃ１に沿ってリングを実質的に形成する。
【００８８】
電界Ｅはこのようにして、流路３０内において、環状通路２８（図１）において及びアノード６２に対して環状通路２８の上流に、及び特に仮想カソードグリッド６５において発生させられる。
【００８９】
しかしながら、この様に捕捉された電子の小部分、即ち最もエネルギの高い（一般的には１０〜４０ｅＶ）電子は、磁気囲いから漏れ出してアノード６２に到達する。
【００９０】
先に示したように、人工衛星１により捕捉された粒子Ｐは、円Ｃ１の近傍において濃縮器３６により濃縮される。従って、粒子Ｐは、磁場Ｂにより捕えられる電子により形成される、仮想カソードグリッド６５に入る。
【００９１】
これらの電子と粒子Ｐとの間の衝突は、粒子Ｐをイオン化する。粒子Ｐの電荷によって、イオン化された粒子はその場合、電界Ｅにより流路３０の下流端部２６に向かって加速される。イオン化された粒子の質量が電子の質量よりも数桁大きいので、磁場は、これらのイオンを、磁場が電子に行うように、閉じ込めない。従って推進機１０は、流路３０の下流端部を介して極めて高速で放出される、プラズマジェットを生成する。従って推進機１０は、中心軸線Ｘと実質的に整列する、推力を生成する。
【００９２】
本発明の第２の形態を示す第２の実施の形態は、図３及び４に関連してここで提示される。
【００９３】
図３は、本発明によるホール効果推進機１１０を具備する、人工衛星１０１を表す。
【００９４】
人工衛星１０１は、軸線Ｘの周りで回転対称形状を有する、外側ケーシング１２０内に配置される。推進機１１０は、ケーシング１２０の外壁１２２の内側に配置される。
【００９５】
推進機１１０は、軸線Ｘの周りに軸対称構造を有する。本文脈における「上流」及び「下流」という用語は、人工衛星の、従って推進機の循環の法線方向に関して定義される。
【００９６】
壁１２２は、所謂、人工衛星１０１の軌道上に又は人工衛星１０１の近傍に配置された粒子Ｐを濃縮するように作用する、粒子濃縮器１３６と、濃縮器１３６の下流に位置する後部分１２４との、２つの部分を有する。
【００９７】
濃縮器１３６の形状は、連続的な輪郭Ｃ２により画定される。先の実施の形態と同様に、輪郭Ｃ２は円である。輪郭Ｃ２は、推進軸線Ｘに垂直な平面内に位置しており、壁１２０の周りを包む。
【００９８】
輪郭Ｃ２に垂直な任意の平面における断面において、濃縮器１２２は、輪郭Ｃ２に属する焦点Ｆ２を有する放物線形状を有する。
【００９９】
濃縮器１３６及び後部分１２４は、円Ｃ３を形成する縁部において収束する（図４）。
【０１００】
壁１２０の後部分１２４は、軸線Ｘを有する円筒形状を有しており、その形状は、軸線Ｘの方向において後方に向う円Ｃ３の移動により形成されるものである。
【０１０１】
推進機１１０は、磁気回路１５０と電気回路１６０とを具備する。
【０１０２】
磁気回路１５０は、壁１２２の上流部分のレベル（軸線Ｘに関して軸方向に）において実質的に半径方向の磁場を生成するように配置される。
【０１０３】
この目的のために、磁気回路は、軸線Ｘの周りで軸対称に分配された複数の同一の要素磁気回路１３２を具備する。
【０１０４】
各回路１３２は、軸方向断面においてＵ形状を有する、鉄芯１３４を具備する。芯１３４は、壁１２２に近接して（及び壁１２２の内部において）軸線Ｘに平行に伸びる、長いロッド（棒部）１３６を具備する。回路１３２はまた、これらの構成部分の端部が壁１２２の表面の真下に配設されるような状態で、壁１２２に向かって半径方向の平面において曲げられた、２つの曲がった構成部分１３８を具備する。これらの構成部分１３８に関して、ケーシング１２０は、磁場の通過を可能にするように、非磁性材料のリング１４０を具備する。リング１４０は、例えば、セラミックス、多結晶立方晶炭素（即ち、ダイヤモンド）又はアルミナにより製作可能である。
【０１０５】
各回路１３２はまた、ロッド１３６の周りに配置されたソレノイドを形成する、コイル１４６を具備する。
【０１０６】
回路１３２のコイル１４６の端子は、電圧源１４４の端子に接続される。この電圧源は、コイル１４６に印加される電圧の影響下で、安定した磁場Ｂが壁の周りに生成可能であるような状態で選択される。電流源もまた、使用可能である。
【０１０７】
その結果として、電圧が電圧源１４４によりコイル１４６に印加されると、各磁気回路１３２は磁場Ｂを発生させる。この磁場は、人工衛星の近傍の空間において、人工衛星１０１の外側の回路１３２により放射される。形成された磁力線は、図３に示される。この図により示されるように、屈曲構成部分１３８の端部は従って、回路１３２の磁極、即ち上流磁極１７０と下流磁極１７２とを形成する。
【０１０８】
上流磁極１７０の前面において（又はそれに対面して）、磁場Ｂは、推進軸線（Ｘ）に対して実質的に半径方向に（即ち、この軸線に垂直に且つ前面を通過して）向けられる。
【０１０９】
図４に見ることができるように、２つの隣接する要素磁気回路１３２の上流磁極１７０は、お互いに近接するか又は可能であれば接触さえもするように形成される。下流磁極１７２についても同様である。これにより、磁気回路が、磁場Ｂを発生させる、任意の軸方向平面内の上流磁極及び下流磁極を有することを可能にする。これにより、磁場Ｂは、壁１２２の全周にわたって実質的に均一に発生させられる。
【０１１０】
上流磁極１７０は、輪郭Ｃ２のレベル（軸方向）において形成される。このように、磁気回路１５０は、上流磁極の前方において発生した磁場Ｂが輪郭Ｃ２の近傍において発生するような状態で配置される。
【０１１１】
推進機１１０はまた、電気回路１６０を具備する。この回路は、アノード１６２と、第１のカソード１６４と、第２のカソード１６６と、第３のカソード１６７と、アノード１６２を第１、第２及び第３のカソード１６４、１６６、１６７に接続する電圧源１６８と、を具備する。アノード１６２は、上流磁極１７０の軸方向上流に位置する。第１のカソード６４は、上流磁極１７０の下流に位置するが、しかし上流磁極１７０の直ぐ近くに位置しており、従って、下流磁極１７２の上流で所定の距離に位置する。
【０１１２】
第２のカソード１６６は、上流磁極１７０と下流磁極１７２との間に位置する。第２のカソード１６６は従って、上流磁極１７０の下流で且つ下流磁極１７２の上流にある。
【０１１３】
第３のカソード１６７は、下流磁極１７２の下流に位置する。
【０１１４】
更に、カソード１６６及び１６７の各々は、下流磁極１７２に近接して、及び従って第１のカソード１６４の下流で所定の距離に位置する。
【０１１５】
アノード１６２、並びに第１、第２及び第３のカソード１６４、１６６、１６７は各々、リングの形状を有する。これらのリングの各々は、軸線Ｘに垂直な平面全体において（又はより正確には、軸線Ｘに垂直な２つの閉じた平面の間において）、壁１２２の全周にわたって伸びる。これらのカソードの各々は、壁１２２の表面と同一平面にあり、従って、この壁の一部を構成する。
【０１１６】
推進機１１０は、推進機１０と同様な状態において動作する。
【０１１７】
前述の実施の形態における電圧源６８と同様に、電圧源１６８は、制御可能であり、その電圧は、推進機の推力を反転させるように逆転可能である。
【０１１８】
電圧源１６８により電圧に与えられる方向に応じて、推進機１１０により発生させられる力は、方向Ｘに沿って一方向又はもう一方の方向にあることができ、場合によっては、推進機は従って、駆動システムとして又は制動システムとしてのいずれかで作用する。
【０１１９】
ここで説明する推進機の動作モード（方式）は、駆動モードである。電圧がアノード１６２とカソード１６４、１６６、１６７との間において電圧源１６８により印加されると、電界Ｅが、壁１２２の周りの人工衛星の外側の空間において、本質的にアノード１６２と第１のカソードとの間において形成される。この電界は、実質的に軸線Ｘに平行な方向に沿って配向される。
【０１２０】
更に、下流のカソードと上流のアノード１６２との間に確立された電圧の影響下で、カソード１６４，１６６及び１６７は、電子を放出し始める。これら（電子）の大部分は、所望の性能に適していて且つ一般的に１００〜３００ガウス程度であり得て且つ磁気回路１５０により形成される、磁場により形成される、磁気囲い内に捕えられる。従って、この磁気囲い内に捕えられる電子は、仮想磁気グリッド１６５を形成するであろう。しかしながら、特定の高エネルギ電子（一般的に１０〜４０ｅＶ）は、磁気囲いから漏れ出て、アノード６２に到達する。
【０１２１】
大気に対する人工衛星１０１の相対的な移動により、あらゆる瞬間において、粒子は、仮想カソードグリッド１６５内に進入する。このグリッドに保持された電子とこれらの粒子の原子との間の衝突によって、原子のイオン化を引き起こす。電気回路１６０により生成された、電界Ｅの影響下で、イオン化された粒子はその場合に、人工衛星の後方に向かって加速される。従って、推進機１１０は、壁１２２の下流で、人工衛星の後方に向かって、方向Ｘにおいて非常に高速で放出される、プラズマジェットを生成する。対称性により、発生した推力は、中心軸線Ｘに実質的に整列する 。
【０１２２】
推進機１１０が作動している時に、第２及び第３のカソード１５５及び１６７は、人工衛星１００の下流で遊離する粒子に電子を供給し、更に従って粒子の電気的中立性を確保する。
【０１２３】
第２のカソード１６６の使用は、選択可能である。推進機１０により加速された粒子の中和に必要な電子を供給するものは主に、下流磁極５２の下流に位置する、第３のカソード６７である。
【０１２４】
本発明による推進機は、殆どのホール効果推進機に反して、推進剤気体の供給を必要としないことが有利である。
【０１２５】
更に、人工衛星の外壁上のその配置は、人工衛星の内部空間の大部分を解放し、そのことは、大きな有用な負荷がそこに配設されることを可能にする。
【０１２６】
また、電気回路１６０により発生した電界Ｅが、下流磁極１７２の近傍において非常に弱いことも留意される。結果として、推進機１１０により発生した力は、上流磁極１７０の近傍において生成されており、下流磁極１７２の近傍に電界Ｅが存在しない場合において、本質的に逆方向の力は、後者（下流）の磁極の近傍において生成されない。
【０１２７】
本発明によれば、濃縮器が、その壁（推進機１０の場合において）又はその複数の壁（推進機１１０の場合において）により画定された放物線の焦点に向って濃縮器が正確に集める、粒子を配向する必要がないことが有利である。仮想カソードグリッドがこの焦点を囲む特定の容積内に形成されるので、濃縮器により捕捉された粒子がこの容積内に配向させられれば十分である。これは、濃縮器への壁の形状に関して所定の許容差を与える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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