(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部ポールピース、
上記内部ポールピースに接続された内部磁気コア、
上記内部ポールピース外側に配置された外部ポールピース、
上記外部ポールピースに接続された外部磁気コア、
上記内部ポールピース及び外部ポールピースに対向配置され、上記内部磁気コアと外部磁気コアを接続し、中央部に上記内部磁気コア側に突出した円筒形状の凸部を有したリターンヨーク、
上記内部磁気コアの周囲に配置された内部磁気コイル、
及び、上記外部磁気コアの周囲に配置された外部磁気コイルとから成り、
上記内部ポールピースと外部ポールピースの間に環状ギャップを有した磁気回路と、
出口端部が上記環状ギャップに配設され、底部が上記リターンヨークの凸部の径方向外周周辺に配置された環状チャネルと、
上記環状チャネル底部の、上記リターンヨークの凸部の径方向外周周辺に配置されたアノードディストリビュータと、
上記環状チャネルに電子を供給する外部電子源と、
を備えたホールスラスタ。
【請求項２】
上記環状チャネルの底部に熱的に接続され、上記アノードディストリビュータに推進剤を供給するプレナムリングと、
上記内部磁気コイルと上記環状チャネルの間に配置され、上記内部磁気コイルの周囲を取り囲む多層断熱シールドと、
上記プレナムリングと接した円板状のヒートスプレッタと、
上記ヒートスプレッタに接して立設された伝熱支柱と、
上記環状チャネルの出口端部の周囲に配置され、上記伝熱支柱及び上記環状チャネル外壁に熱的に接続された放熱板と、
を備えた請求項１記載のホールスラスタ。
【請求項３】
上記リターンヨークの凸部は、
環状チャネルの出口端面からアノードディストリビュータ上面迄の距離をｚ１、環状チャネルの出口端面から凸部上面迄の距離をｚ２、内部ポールピース半径をｒ１、凸部外半径をｒ２とした場合、−０．２０≦（ｒ２−ｒ１）／ｒ１≦０、０.９＜ｚ２／ｚ１≦１を満足することを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載のホールスラスタ。
【請求項４】
面内方向の熱伝導率が高くかつ板厚方向の熱伝導率が低い熱特性を有したヒートスプレッタと、
上記環状チャネルの底部に接して、上記アノードディストリビュータに推進剤を供給する複数の孔を有した推進剤分配用リングプレートと、
上記推進剤分配用リングプレートの複数の孔に推進剤を供給するプレナムリングとを更に備え、
上記プレナムリングは、上面が上記推進剤分配用リングプレートに接するとともに、底面に推進剤導入孔を有したリング状の溝が形成されて、上記ヒートスプレッタの上面に接続されたことを特徴とする請求項１項記載のホールスラスタ。
【請求項５】
上記アノードディストリビュータの上面付近で、磁力線の接線ベクトルが当該上面に対し垂直となることを特徴とする請求項１項記載のホールスラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星や宇宙探査機等の宇宙航行体の軌道制御や姿勢制御に使用される、プラズマを利用して推力を発生するホールスラスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、宇宙飛行体が大型化、大電力化する傾向にあり、宇宙航行体に搭載もしくは搭載が計画されているホールスラスタにおいては、累積数百時間から数千時間に及ぶ繰り返し作動や連続作動で、安定に大推力が発生できることが要求されるようになってきた。
【０００３】
このようなホールスラスタの一例として、アノードディストリビュータを取り巻くように環状チャネルの内外に円筒形状の磁気シールドを配置し、プラズマ生成領域をチャネル出口に限定することでイオンの生成効率を向上させ、推進効率を向上させる従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許  第２６５１９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のホールスラスタは、環状チャネルの内外に円筒形状の磁気シールドと電磁コイルを配置しており、磁気シールドを設ける分だけ、環状チャネルと電磁コイル間の実装空間が限られている。この限られた実装空間には、断熱シールドを多層配置する程の余裕がなく、環状チャネルに生成されるプラズマの発熱に対して、電磁コイルを十分に断熱することができないという問題があった。
【０００６】
また、磁気シールドを保持するため、磁気シールドやチャネルホルダーが磁気パスもしくは外部ポールピースに対して熱的に接続されている。このことが、磁気回路の温度上昇を招き、磁気特性を劣化させ、寿命を低減するという問題があった。
【０００７】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、磁気シールドをアノード周囲に配置せずに、推進効率の向上を図ったホールスラスタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるホールスラスタは、内部ポールピース、上記内部ポールピースに接続された内部磁気コア、上記内部ポールピース外側に配置された外部ポールピース、上記外部ポールピースに接続された外部磁気コア、上記内部ポールピース及び外部ポールピースに対向配置され、上記内部磁気コアと外部磁気コアを接続し、中央部に上記内部磁気コア側に突出した円筒形状の凸部を有したリターンヨーク、上記内部磁気コアの周囲に配置された内部磁気コイル、及び、上記外部磁気コアの周囲に配置された外部磁気コイルとから成り、上記内部ポールピースと外部ポールピースの間に環状ギャップを有した磁気回路と、出口端部が上記環状ギャップに配設され、底部が上記リターンヨークの凸部の径方向外周周辺に配置された環状チャネルと、上記環状チャネル底部の、上記リターンヨークの凸部の径方向外周周辺に配置されたアノードディストリビュータと、上記環状チャネルに電子を供給する外部電子源と、を備えたものである。
【０００９】
また、上記環状チャネルの底部に熱的に接続され、上記アノードディストリビュータに推進剤を供給するプレナムリングと、
上記内部磁気コイルと上記環状チャネルの間に配置され、上記内部磁気コイルの周囲を取り囲む多層断熱シールドと、
上記プレナムリングと接した円板状のヒートスプレッタと、
上記ヒートスプレッタに接して立設された伝熱支柱と、
上記環状チャネルの出口端部の周囲に配置され、上記伝熱支柱及び上記環状チャネル外壁に熱的に接続された放熱板とを備えても良い。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、内部ポールピースとそれを支持する内部コア、複数の外部ポールピースとそれを支持する外部コア、内部及び外部コアを支持する凸部を有するリターンヨークを備えることにより、チャネル内部のイオン生成を抑制することができ、推進効率が上昇するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、図を用いて、この発明に係る実施の形態１について説明する。
図１〜図４は、実施の形態１によるホールスラスタの構成を示している。図に記載するホールスラスタ１は、各種の部品からなるが、ここではこの発明の要旨とする部分のみを説明する。
図１はホールスラスタ１の外観を示す斜視図、図２は図１のＡＡ線を中心として電子源２０の中心線を面内に含む断面図、図３は電子源２０を除くホールスラスタ１の分解図、図４は図１のＡＡ線を中心として外部電磁コア７の中心線を面内に含む半断面図である。図４では、磁気回路の主要構成のみ記載している。
【００１２】
図において、ホールスラスタ１は、環状ギャップ５０を有する磁気回路１００と、環状ギャップ５０に出口端（開放端）が配置される環状チャネル２を有する。磁気回路１００は、中央に配置され高透磁性材料から作られる内部ポールピース３、内部ポールピース３と同一面の外側に配置される外部ポールピース４、凸部５ｂを有するリターンヨーク５、内部磁気コア６、外部磁気コア７、内部電磁コイル８及び外部電磁コイル９からなる。
【００１３】
内部ポールピース３は円板リング形状を成し、内部ポールピース３の面外方向に立設して配置された円柱状の内部磁気コア６によって支持される。リターンヨーク５は、中央部に底側が開口し、外周側の底面から立設した中空円柱形状の凸部５ｂが設けられている。内部磁気コア６はリターンヨーク５の凸部５ｂ上面に支持される。これによって内部ポールピース３とリターンヨーク５とが内部磁気コア６によって接続される。外部ポールピース４は円板リング形状を成し、外部ポールピース４の面外方向に立設して環状に配置された複数個の円柱状の外部磁気コア７によって、支持される。外部磁気コア７は内部磁気コア６の外周側に配置される。外部磁気コア７はリターンヨーク５に支持され、これによって外部ポールピース４とリターンヨーク５とが外部磁気コア７によって接続される。すなわち、内部ポールピース３及び外部ポールピース４とリターンヨーク５とは、内部磁気コア６及び外部磁気コア７によって鳥かご状に支持される。内部ポールピースと外部ポールピースの間には、環状ギャップ５０が形成される。
【００１４】
内部磁気コア６の外周には内部電磁コイル８が巻かれており、内部電磁コイル８において磁力を発生させる。外部磁気コア７の外周には外部電磁コイル９が巻かれており、外部電磁コイル９において磁力を発生させる。
【００１５】
環状チャネル２はリング形状のチャネル内壁１０とチャネル外壁１１からなる。これらは上流端にアノードディストリビュータ１２のフランジ部を挟み込むリング状の部品１０ｂ、１１ｂと、リング状の部品１０ｂ、１１ｂの上部に接続されたリング状の部品１０ａ、１１ａを有している。すなわち、チャネル内壁１０は、それぞれ上下に２分割された部品１０ａ、１０ｂが当接し、押えリング７０で押え付けられて一体となっている。チャネル内壁１１は、それぞれ上下に２分割された部品１１ａ、１１ｂが当接し、押えリング７１で押え付けられて一体となっている。押えリング７０、７１は図示しないねじ部品によってリターンヨーク５に締結される。なお、部品１０ａ及び部品１１ａは、押えリング７０、７１の配置上、部品１０ｂ及び部品１１ｂよりも壁の肉厚が薄くなっている。
環状チャネル２の底部は、リターンヨーク５の凸部５ｂの外周周辺で、リターンヨーク５の底面上に配置される。
【００１６】
アノードディストリビュータ１２は、断面が凸状のリングで内部は空洞であり、そのリングの内側側面及び外側側面には、各側面に沿って環状に複数の孔１３が開いている。アノードディストリビュータ１２の上流側（図２ではアノードディストリビュータ１２の下面側）には、円周上に多数の孔２００の開いた推進剤分配用のリングプレート１４が設けられており、孔１３と孔２００とは互いに連通している。推進剤はイオン化ガスが用いられる。リングプレート１４の下流側（図２ではリングプレート１４の上面側）には環状チャネル２の底部が接している。リングプレート１４の上流側（図２ではリングプレート１４の下面側）に、リング状の溝２０１を有したプレナムリング１５が接している。プレナムリング１５は、溝２０１の底面に、一箇所の推進剤の導入孔２０２を有している。この溝２０１は、導入孔２０２から流入する推進剤を、リングプレート１４の各孔２００に分配する流路を構成する。
【００１７】
プレナムリング１５は、上流（図２ではプレナムリング１５の下面）で異方性の熱伝導率を有する材料からなる中央に孔の開いた、円板状のヒートスプレッタ１６と接している。ヒートスプレッタ１６は、板厚方向に熱伝導率ρ１が低く、面内方向に熱伝導率ρ２が高い材料を用いている。この際、ρ１とρ２は１０倍以上の差があると良い。リングプレート１４及びプレナムリング１５は熱伝導率の高いものを用いており、環状チャネル２で発生した熱の一部を、直下のヒートスプレッタ１６に伝導する。プレナムリング１５の導入孔２０２はヒートスプレッタ１６の導入孔２０３と連通し、リターンヨーク５を貫通している孔２０４に接続されたガス導入継手３１から、推進剤であるイオン化ガスが注入される。
【００１８】
ヒートスプレッタ１６と接して、その外周縁部に高い熱伝導率を有する複数の伝熱用支柱１７が立設される。伝熱用支柱１７はリング状の外部ポールピース４に空けられたスルーホールもしくは切欠き３００を、非接触に貫通している。また、伝熱用支柱１７は、ヒートスプレッタ１６を間に介在して、リターンヨーク５と非接触に結合されている。これによって、伝熱用支柱１７はリターンヨーク５及び外部ポールピース４に対し熱絶縁される。
【００１９】
伝熱用支柱１７には、中央部が開口したフランジを有する凹形円筒状のプルームシールド１８が接続されている。プルームシールド１８はプラズマに対する耐性を有すると供に、高い輻射率を有する材料、例えばグラファイト、から成る。
【００２０】
更に、伝熱用支柱１７には、フランジを有する凸形円筒状の高い熱伝導率を有し、かつ、高い輻射率を有する伝熱リング１９が熱的に接続されている。円筒状の伝熱リング１９は外部チャネル１１の外壁面と接するように配置されている。図２の例では、プルームシールド１８の上面に伝熱リング１９が接して、プルームシールド１８が伝熱用支柱１７に支持され、伝熱リング１９とプルームシールド１８が締結用のねじ３０１で共に固定されている。
【００２１】
プルームシールド１８の側面は一部に切欠き１８ｂを有する。この切欠き部１８ｂから電子源２０の電子放出孔２１を有する前面が、プルームシールド１８内部に入るように設置されている。一般に、電子源２０としてはプラズマ電子源であるホローカソードを使用することが多く、ホローカソードへはガス導入継手３２からイオン化ガスが注入される。
【００２２】
内部電磁コイル８周囲には、環状チャネル２のチャネル内壁１０との間に、高融点金属からなる熱シールド２２が配置されている。熱シールド２２は、多層配置された複数の薄いフランジ付き円筒から成る。熱シールド２２は、円板状の内部ポールピース３もしくはリターンヨーク５にそれぞれフランジを介して固定されている。図３の例では、内部電磁コイル８側の複数個が内部ポールピース３に固定され、環状チャネル２側の複数個がリターンヨーク５に固定されている。
【００２３】
内部ポールピース３の深宇宙に面する表面に接して、高い輻射率を有する材料からなる円板状のプレート２３が設置されている。これによって、環状チャネル２のチャネル内壁１０からの輻射熱は、一部がプレート２３に伝達されて、プレート２３から宇宙空間に積極的に放熱される。これによって、内部ポールピース３の温度上昇が抑制される。また、環状チャネル２のチャネル内壁１０からの輻射熱は、熱シールド２２によって遮断される。このため、熱強度の低い内部磁気コイル８への輻射熱伝達を抑制することができ、チャネル内壁１０から内部磁気コイル８への輻射熱の直撃を避けることが可能となる。
【００２４】
また、プルームシールド１８及び伝熱リング１９は、環状チャネル２で発生する大部分の熱が伝達され、宇宙空間に放熱するための放熱板として作用する。環状チャネル２は、プラズマ生成やチャネル壁面とイオンとの衝突等によって、主に出口端部の内側付近で発熱する。この発生熱は、環状チャネル２の出口端部から宇宙空間に放熱されるが、その一部はチャネル外壁１１から伝熱リング１９に伝導され、更に伝熱リング１９を介在してプルームシールド１８に伝導される。また、環状チャネル２のチャネル外壁からの輻射熱は、伝熱用支柱１７を介してプルームシールド１８に伝導される。更に、環状チャネル２からプレナムリング１５及びヒートスプレッタ１６に伝導される熱は、伝熱用支柱１７を介してプルームシールド１８に伝導される。これによって、プルームシールド１８及び伝熱リング１９から宇宙空間に対して大部分の熱が放熱される。また、環状チャネル２から外部ポールピース４及び外部磁気コイル９への熱伝達が減少し、その温度上昇が抑制される。
【００２５】
次に、ホールスラスタ１の動作について、以下に説明する。
電子源２０を動作させ、電子が供給できる状態としておき、内部電磁コイル８及び外部電磁コイル９に通電し、磁場を発生させる。アノードディストリビュータ１２の孔１３から、キセノンやクリプトン等の電離電圧が低いイオン化ガスを環状チャネル２に供給する。ここで、アノードディストリビュータ１２に３００Ｖ程度の正の高電圧を印加すると、電子源２０とアノードディストリビュータ１２間に放電が発生し、電子はチャネル内で磁界Ｂと電界ＥのＥ×Ｂ方向に力を受け、周方向に運動する。これがいわゆるホール電流である。
【００２６】
尚、図４では内部ポールピース３がＮ極、外部ポールピース４がＳ極となるように磁界Ｂを記しているが、磁界の方向は逆でも構わない。周方向に飛行する電子はイオン化ガスと衝突電離を起こし、プラズマが持続的に生成する。プラズマ中のイオンは磁力線に拘束された電子により形成される電界でチャネル外部に静電加速される。その際、イオンが形成する空間電位により電子源２０から電子が供給され、スラスタ自体の電気的中性が保たれる。
【００２７】
次に、磁気回路１００の主要部分について図４、図５を用いて説明する。
磁気回路の目的はチャネル内に径方向磁界Ｂを形成し、チャネル深奥に位置するアノードディストリビュータの形成する電界Ｅとのベクトル積Ｅ×Ｂ方向に電子を運動させることである。チャネル出口であってもチャネル深奥であっても十分な径方向磁界が存在すれば電子は周方向に運動し、イオン化ガスと衝突し、イオンを生成する。チャネル出口付近で生成したイオンはチャネル外に噴出し、イオン流束の持つ運動量の総和が推力となる。一方、チャネル深奥で生成したイオンはチャネル壁面に衝突し、中性粒子に戻る。すなわち、イオン生成に消費された電力が推力に変換されるかどうかはイオンの生成する領域により、電力を有効に利用するためにはチャネル深奥でのイオン生成を減らすことが肝要である。そのためにチャネル深奥で周方向運動をする電子を低減することが必要であり、チャネル深奥での径方向磁界強度を低下させることが有効である。
【００２８】
この実施の形態１では、環状チャネル２のチャネル深奥でのイオン生成を低減するために、磁気回路１００を構成するリターンヨーク５に凸部５ｂを形成した。図５はリターンヨーク５の凸部５ｂによる作用を説明するための図であり、図５（ａ）は実施の形態１による凸部５ｂを有したリターンヨーク５に生じる磁力線分布を示す。図５（ｂ）は比較例として示す図であって、凸部５ｂが無い平坦なリターンヨーク５に生じる磁力線分布を示す。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、アノード近傍の磁力線はリターンヨークの凸部５ｂに吸い込まれることによって、アノードディストリビュータ１２の上面付近で、磁力線の接線ベクトルが垂直となる。このため、環状チャネル２のチャネル深奥での環状チャネル径方向の磁界強度Ｂが０に近づく。
【００３０】
一方、比較例の図５（ｂ）では、アノードディストリビュータ１２の上面付近で、磁力線の接線ベクトルがアノードディストリビュータ１２の上面に対し斜め方向となる。このため、環状チャネル径方向の磁界強度Ｂは０にならない。すなわち、凸部５ｂの無いリターンヨーク５では、環状チャネル２のチャネル深奥での径方向磁界強度の低減効果が小さい。
【００３１】
磁気回路１００を構成するリターンヨーク５の中央に、円筒形状の凸部５ｂを設けたホールスラスターを試作した。その結果、アノードディストリビュータ１２上面での径方向磁界Ｂｒ２が、環状チャネル出口での径方向磁界Ｂｒ１の、０〜５％になるような磁界分布である場合、推進効率に有意な上昇が見られた。なお、凸部を有さない従来の平板リターンヨークでは、Ｂｒ２／Ｂｒ１＝１５％程度となる。
【００３２】
尚、推進効率μは、推力Ｆ、単位時間当りのキセノン流量Ｍ、及び投入電力Ｐから、μ＝Ｆ２／（２ＭＰ）で計算される。推進効率μは、値が高い程、電力が有効に推力に変換されたことを意味する指標である。
【００３３】
ここで、図４において、内部ポールピース半径ｒ１、凸部外半径をｒ２、環状チャネル２の出口端面からアノードディストリビュータ１２上面迄の距離ｚ１、環状チャネル２の出口端面から凸部５ｂ上面迄の距離ｚ２とする。
このとき、以下の条件式１、２が満足される形状の場合に、環状チャネル中心での環状チャネル深さで規格化したＢｒ２／Ｂｒ１が０〜５％となることが判明している。
−０.２≦（ｒ２−ｒ１）／ｒ１≦０                        （式１）
０.９＜ｚ２／ｚ１≦１                                  （式２）
ここで、ｒ２／ｒ１−１＝０はｒ１がｒ２に等しい場合に該当し、ｚ２／ｚ１＝１はｚ１がｚ２に等しい場合に該当する。ｚ２／ｚ１＝１の時、ｒ２／ｒ１−１が正になると、径方向磁界Ｂｒ２が正から負へ逆転する。また、ｒ２／ｒ１−１＝０の時、ｚ２／ｚ１が１より小さくなると、径方向磁界Ｂｒ２が正から負へ逆転する。因みに、ｒ２／ｒ１−１が負でｚ２／ｚ１が１より小さい場合、Ｂｒ２の極性が相殺してＢｒ２／Ｂｒ１の値が良くなる安定領域がある。
【００３４】
図６は、寸法ｒ１、ｒ２、ｚ１、ｚ２を変化させた場合に、アノードディストリビュータ１２の上面中心でのＢｒ２を、環状チャネル出口のＢｒ１で規格化したＢｒ２／Ｂｒ１値の変化を示す図である。
【００３５】
図において、横軸のアノード位置は、環状チャネル出口が０、アノード位置が−１となっている。中央に集まった黒塗り４種類及び白抜き△のマーカ群は、チャネル出口Ｂｒ１に対するアノード上面のＢｒ２の比が０〜５％を満たす形状の場合であり、最上方の黒塗りマーカはリターンヨーク５が平坦形状（凸部がない）の場合を示している。
【００３６】
同図によれば、次の（Ａ）〜（Ｃ）が判る。
（Ａ）ｒ２／ｒ１−１＝０の場合、
ｚ２／ｚ１が１、１．１のとき、Ｂｒ２／Ｂｒ１が０〜５％の境界点を満たす。しかし、ｚ２／ｚ１が０．９４、１．２のときは満足しない。
（Ｂ）ｚ２／ｚ１＝１の場合、
ｒ２／ｒ１−１＝−０．１、０のとき、Ｂｒ２／Ｂｒ１が０〜５％を満たし、ｒ２／ｒ１−１＝−０．１の方がいい値となる。また、ｒ２／ｒ１−１＝−０．２のときは満足しない。
（Ｃ）ｚ２／ｚ１＝０．９４の場合、
ｒ２／ｒ１−１が−０．１３、−０．２のとき、Ｂｒ２／Ｂｒ１が０〜５％を満たし、ｒ２／ｒ１−１が−０．１３でＢｒ２／Ｂｒ１が０〜５％の中央値となり良い値が得られている。また、ｒ２／ｒ１−１が０〜０．１のときは満足しない。
従って、上記条件式（１）、（２）が満足されるとき、Ｂｒ２／Ｂｒ１が０〜５％を満足することが判る。特に、ｚ２／ｚ１＝０．９４、ｒ２／ｒ１−１＝−０．１３のとき、Ｂｒ２／Ｂｒ１が０〜５％の中央値となるので好適である。また、ｒ２／ｒ１−１＝０の場合に限ればｚ２／ｚ１＝１〜１．１でも良いことが判る。
【００３７】
以上述べた構成で、直径２５０ｍｍ、チャネル中心径１４０ｍｍ、チャネル幅２５ｍｍ、ｒ１＝５０ｍｍ、ｒ２＝４３ｍｍ、ｚ１＝５０ｍｍ、ｚ２＝４７ｍｍのホールスラスタを試作し、評価を行った。
図７は推力Ｆと推進効率μの関係の評価結果を示す図である。図において、白塗りマーカーが凸部のない平板リターンヨークを有したスラスタであり、黒塗りマーカーが中央に凸部５ｂを持つリターンヨーク５を有したスラスタである。
図に示す通り、アノードディストリビュータへのキセノン流量１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍ、アノード電圧２７５Ｖ〜３５０Ｖの条件で、平板リターンヨークを有したスラスタと比較して、凸部５ｂを持つリターンヨーク５では同一推力で推進効率が５〜１０％上昇したという結果が得られた。
【００３８】
この実施の形態１によれば、スラスタ１の内部ポールピース３と、それを支持する内部コア６、複数の外部ポールピース４とそれを支持する外部コア７、内部及び外部コアを支持する凸部５ｂを有するリターンヨーク５を備えることにより、環状チャネル２内部でのイオン生成を抑制することができ、推進効率が上昇するという効果がある。
【００３９】
また、プレナムリング１５を介した熱伝導によって環状チャネル２と熱的に接続されたヒートスプレッタ１６、ヒートスプレッタ１６に熱的に接続された伝熱支柱７及びプルームシールド１８と、熱伝導によって環状チャネル２と熱的に接続された伝熱リング１９を備えたので、環状チャネル２の内部発生熱を、環状チャネル２の出口側の前面から宇宙空間に効率良く放熱することができる。また、環状チャネル２と内部磁気コイル８の間に熱シールド２２を設けているので、内部磁気コイル８への入熱量を低減でき、内部磁気コイル８の耐熱強度を低下させることができる。
【００４０】
また、磁気シールドがないので、磁気回路の温度上昇をもたらす熱伝導による熱パスがなく、内部ポールピース３、外部ポールピース４、及びリターンヨーク５を含む磁気回路１００の性能劣化や、寿命低下を抑制することができる。
【００４１】
また、環状チャネル２の内側に磁気シールドを設ける必要が無いため、内部電磁コイル８の周囲に、十分な層数の断熱用の熱シールド２２を配置することができ、内部電磁コイル８の温度上昇を抑制することができる。従って、耐熱強度の高いセラミック被覆線を使用せずに、内部電磁コイル８を構成できる。
【００４２】
なお、セラミック被覆線は、電磁コイルを構成する絶縁被覆された電線として、５００℃以上の高温に耐えられるセラミック被覆された電線である。セラミック被覆電線は、高分子材料被覆電線、例えば、ポリイミド線と比較して、被覆が厚いため電磁コイルの巻数を少なくせざるを得ず、必要な磁場を得るために電流値を高くする必要がある。
【００４３】
このため、電磁コイル自体の発熱量が増加し、内部磁気コアの温度を上昇させる。このような磁気回路を有するホールスラスタでは、磁気回路を構成する部品、特に内部電磁コイルが高温となる場合、内部磁気コアも高温環境に曝されるため、磁気特性の劣化が早くなってしまう。また、セラミック被覆電線は機械的な衝撃に弱く、取扱いが煩雑であるだけでなく、非破壊検査では内層の被覆の損傷が検出できないため、品質保証が難しい。
【００４４】
一方、この実施の形態では、セラミック被覆線のような耐熱強度の高い電線を使用せずに内部電磁コイル８を構成できるので、電線の信頼度を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の実施の形態１によるホールスラスタを説明する斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるホールスラスタを説明する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるホールスラスタを説明する分解図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるホールスラスタを説明する概略断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による磁力線分布を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるリターンヨークの凸部形状による径方向磁界の変化を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１による推進上昇の効率効果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ホールスラスタ、２  環状チャネル、３  内部ポールピース、４  外部ポールピース、５  リターンヨーク、５ｂ  凸部、６  内部磁気コア、７  外部磁気コア、８  内部電磁コイル、９  外部電磁コイル、１０  チャネル内壁、１０ｂ  （チャネル内壁のリング状）部品、１１  チャネル外壁、１１ｂ  （チャネル外壁のリング状）部品、１２  アノードディストリビュータ、１３  推進剤供給孔、１４  （推進剤分配用）リングプレート、１５  プレナムリング、１６  ヒートスプレッタ、１７  伝熱用支柱、１８  プルームシールド（放熱板）、１８ｂ  （プルームシールド用）切欠き、１９  伝熱リング（放熱板）、２０  電子源、２１  電子放出孔、２２  熱シールド（多層断熱シールド）、２３  （高輻射率）プレート、３１  アノードディストリビュータガス導入継手、３２  電子源ガス導入継手、５０  環状ギャップ、１００  磁気回路、２０１  溝、２０２  ガス導入孔、３００  （外部ポールピース用）切欠き。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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