(57)【要約】【課題】スラスタ表面積を有効に利用し、又は、作動領域を縮小させて出力密度を増大させた、ホール効果スラスタ１０を実現する。【解決手段】スペースクラフトや人工衛星を推進するホール効果スラスタ１０は、閉鎖端１６と開放端１４とをそれぞれ備えた少なくとも２つの加速チャンネルと、上記チャンネルの各々に隣接した複数の磁束ガイド２２，２４，２６と、を備えている。上記複数の磁束ガイドは、最も内側の磁束ガイド２２と、最も外側の磁束ガイド２４と、少なくとも１つの中間磁束ガイド２６と、を含む。上記中間磁束ガイド２６の各々は、上記２つの隣接する加速チャンネル１２の各々において磁界の発生を助長する。上記磁束ガイドは、電磁コイルもしくは永久磁石２８，３０，３２，３４と、ガス分配陽極１８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖端と開放端とをそれぞれ備えた、少なくとも２つの加速チャンネルと、
上記チャンネルの各々に隣接した複数の磁束ガイドと、
を備えたホール効果スラスタ。
【請求項２】
上記加速チャンネルの各々は、環状構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項３】
上記加速チャンネルの各々は、非環状構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項４】
上記複数の磁束ガイドは、最も内側の磁束ガイドと、最も外側の磁束ガイドと、２つの隣接するチャンネルの間に配置された少なくとも１つの中間磁束ガイドと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項５】
上記中間磁束ガイドの各々は、上記２つの隣接するチャンネルの各々において磁界の発生を助長することを特徴とする請求項４に記載のホール効果スラスタ。
【請求項６】
上記磁束ガイドの各々は、電磁コイルを備えることを特徴とする請求項４に記載のホール効果スラスタ。
【請求項７】
上記磁束ガイドの各々は、永久磁石を備えることを特徴とする請求項４に記載のホール効果スラスタ。
【請求項８】
上記加速チャンネルの各々は、推進燃料を導入するガス分配陽極を備えることを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項９】
第１の加速チャンネル内のガス分配チャンネルが、第１の推進燃料を導入し、かつ、第２の加速チャンネル内のガス分配チャンネルが、上記第１の推進燃料とは異なる第２の推進燃料を導入することを特徴とする請求項８に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１０】
第１の加速チャンネルは、第２の加速チャンネルの放電電圧とは異なる放電電圧を有することを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１１】
電流を中和する少なくとも１つの陰極をさらに備えた請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１２】
上記複数の磁束ガイドは、隣接する２つの上記加速チャンネルの中間に配置された少なくとも１つの中間磁束ガイドを備え、かつ、上記中間磁束ガイドに設けられた孔に上記陰極の各々が配置されることを特徴とする請求項１１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１３】
隣接する上記加速チャンネルは、逆回転の排気流を発生することを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１４】
上記チャンネルの各々は、互いに平行ではない表面を備えることを特徴とする請求項１に記載のホール効果スラスタ。
【請求項１５】
少なくとも２つの加速チャンネルと、
上記チャンネルの各々に隣接した複数の磁束ガイドと、
を備え、かつ、
上記チャンネルの第１のチャンネルが上記チャンネルの第２のチャンネルを取り囲み、
上記チャンネルの各々は閉鎖端と開放端とを備えることを特徴とする小型設計のホール効果スラスタ。
【請求項１６】
上記チャンネルが同軸を有することを特徴とする請求項１５の小型設計のホール効果スラスタ。
【請求項１７】
上記チャンネルが入れ子状になることを特徴とする請求項１５の小型設計のホール効果スラスタ。
【請求項１８】
上記チャンネルの各々が環状になることを特徴とする請求項１５の小型設計のホール効果スラスタ。
【請求項１９】
上記チャンネルの各々が非環状になることを特徴とする請求項１５の小型設計のホール効果スラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星や他のスペースクラフトに用いられるホール効果スラスタに関する。本発明のホール効果スラスタは、複数のスラスタつまり加速チャンネルを用いて出力密度を増大させる点で、従来の設計思想を発展させたものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、ホール効果スラスタは、磁気システムと、キセノンやその他のガス推進燃料をイオン化させ、加速させて、排出ビームを生成するチャンネルと、からなる。一般的な構造として、環状のチャンネルが付いた円形のリング、つまり、レーストラックのような形状をなす。電磁石システムもしくは永久磁石システムが、チャンネルの外側に設けられ、
このチャンネルを取り囲む。Yashnovらによる特許文献１および特許文献２や、Petrosovらによる特許文献３には、公知なホール効果スラスタの設計が例示されている。
【０００３】
サイズの拡大や出力の増大のための調整をするには、上記チャンネルがより大きな活性化（active）プラズマ領域を収容できるように、上記チャンネルの長さと幅の双方を増大させる必要がある。これにより、通常の設計では、より大きなリングもしくはその他の形状が採用され、その中心部分には空いたスペースが生じてしまう。より大きなリングを取り囲むには、磁束ガイド(flux guide)用の強磁性体構造をより大きくする必要があるため、大型のスラスタの質量は著しく増大する。何もない中心部分ついては、その大部分が無駄なスペースとなってしまう。また、環状スラスタリングの大型化は排気噴流の断面を広げてしまう。
【０００４】
スラスタの表面積全体を利用し、作動領域を縮小させて出力密度を増大させることが望ましい。
【特許文献１】米国特許第５，７５１，１１３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８４７，４９３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８４５，８８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、スラスタ表面積を有効に利用したホール効果スラスタを実現することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、作動領域を縮小させて出力密度を増大させたホール効果スラスタを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は本発明のホール効果スラスタによって達成される。
【０００８】
本発明によれば、あるホール効果スラスタが実現する。このホール効果スラスタは、開放端と閉鎖端とを備えた少なくとも２つの加速チャンネルと、上記チャンネルの各々に隣接した複数の磁束ガイドと、を備える。
【０００９】
本発明のマルチチャンネルホール効果スラスタにおける、その他の目的、利点、詳細は、以下の詳細な説明や添付図面に開示されている。添付図面においては、同様の要素に同様の参照符号が付されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
各図面には、本発明によるマルチチャンネルホール効果スラスタ１０が示されている。図に示すように、上記スラスタ１０は複数の加速チャンネル１２を有する。２つのチャンネル１２が図示されているが、２つより多くの加速チャンネル１２を備えたスラスタ１０についても、本発明の特許請求の範囲に包含される。各チャンネル１２は、断面形状において、開放端１４と閉鎖端１６とを備える。さらに、各チャンネル１２は、キセノン、クリプトン、アルゴン等の推進燃料もしくは推進燃料ガスの混合気を分配するガス分配陽極１８を備える。パイプ２０は、推進燃料源（図示せず）と上記陽極１８との間を連通する。上記陽極１８は、中空方形断面のチューブ形状をなし、かつ、そのチューブ周囲に連続して延びた溝を備えた、形状付きの陽極であってもよい。電気的な接続（図示せず）によって、陽電位が各陽極１８に供給される。
【００１１】
本発明によれば、各加速チャンネル１２は、セラミック材料（静止プラズマスラスタ）もしくは少なくとも１つの伝導性材料（陽極層スラスタ）のいずれかからなる。各加速チャンネル１２は、環状構造もしくは環状以外の構造を備えた閉ループをなす。例えば、図１に示す２つのチャンネルは同心円となる。
【００１２】
必要に応じて、図２に示すように、２つより多くの加速チャンネル１２を入れ子状にして互いの内側に設けるようにしてもよい。スラスタ排出ビームがらせん運動となるように、磁界の方向が代わる替わる発生するように磁界が形成される。また、必要に応じて、各チャンネル１２は、互いに平行とはならない表面を備えていてもよい。
【００１３】
上記スラスタ１０は、各々が磁気を通す材料からなる複数の強磁性体構造をさらに備える。該構造は、上記チャンネル１２を取り囲み、上記磁界の磁束ガイドとしての機能を果たす。強磁性体構造２２は最も内側の磁束ガイドをなし、強磁性体構造２４は最も外側の磁束ガイドをなす。また、上記スラスタ１０は、少なくとも１つの中間強磁性体構造２６を備え、この中間強磁性体構造２６は、隣接する上記チャンネル１２の間に設けられた少なくとも１つの中間磁束ガイドをなす。上記中間強磁性体構造２６は、上記隣接するチャンネル１２の双方に作用し、それぞれのチャンネル１２に磁界を及ぼすものであってもよい。上記のような構成によって、潜在的な質量の削減が可能となる。
【００１４】
上記強磁性体構造２２は、内側壁４０と、外側壁４２と、下側接続壁４４とを備え、これらによって、電磁コイルもしくは永久磁石２８のためのエンクロージャ４６が構成される。図１に示すように、内側壁４０は外側壁４２よりも短い。フランジ４８が上記外側壁４２の上面に取り付けられる。
【００１５】
上記強磁性体構造２４は、内側壁５０と、外側壁５２と、下側接続壁５４とを備え、これらによって、電磁コイルもしくは永久磁石３４のためのエンクロージャ５６が構成される。図１に示すように、内側壁５０は外側壁５２よりも短い。フランジ５８が上記外側壁５２の上面に取り付けられる。
【００１６】
各強磁性体構造２６は、Ｕ字形の下側壁構造６０と、内側と外側の各足部６２，６４と、該下側壁構造６０から上方向に延びた中間壁６６と、上側壁構造６８とを備える。上記の中間壁６６と上側壁構造６８と内側足部６２とによって、電磁コイルもしくは永久磁石３０のためのエンクロージャ７０が構成される。上記の中間壁６６と上側壁構造６８と外側足部６４とによって、電磁コイルもしくは永久磁石３２のためのエンクロージャ７２が構成される。
【００１７】
前述の記載から明らかなように、適切な磁界の発生源として機能する電磁コイルや永久磁石２８，３０，３２，３４に、上記強磁性体構造２２，２４，２６がそれぞれ設けられる。
【００１８】
また、上記スラスタ１０は、ビーム電流を中和する少なくとも１つの陰極３６を備える。図３に示すように、上記陰極３６は、強磁性体構造２６の孔３８に必要に応じて設けられる。各陰極３６には、電気コネクタ（図示せず）を介して陰(negative)電位源が供給される。
【００１９】
ホール効果スラスタは、静電イオン加速器である。各々のスラストつまり加速チャンネル１２を横切って半径方向磁界が生成され、この半径方向の磁界により、外部の陰極３６から各チャンネル１２の底部に設けられた陽極１８への電子の移動は制限される。上記磁界は、上記電子と相互作用して、各スラストチャンネル出口１４において方位角ホール電流を発生させる。上記磁界によって上記チャンネル出口に集まった電子により、プラズマの負電荷領域が生ずる。キセノンガスやその他のイオン化推進燃料は、各陽極１８内の経路を通って各チャンネル１２に供給される。推進燃料原子と電子との衝突によって、各陽極１８付近に陽イオンが発生する。上記チャンネル内側下方に位置したイオン化領域と出口における電子との間には軸方向電界が生じ、上記イオンを加速し、推進力を発生させる。
【００２０】
本発明の上記スラスタ１０は、高出力スラスタに付随する潜在的な問題を解消する。スラスタ排気噴流には小さな回転成分が存在するため、上記排気噴流のらせん運動に応じてスペースクラフトに作用する小さなトルクが生ずる。隣接するチャンネル１２から逆回転する排気噴流を発生させるように電磁コイルや磁石２８，３０，３２，３４を構成することによって、上記トルクが相殺され得る。
【００２１】
スラスタリングの内側スペースを有効に使用することによって、よりコンパクトなエンジンが実現する。磁束ガイドの強磁性体を共用させることにより、質量削減が可能となり、電磁コイルの電力を減少させることができる。等しい放電電圧で上記チャンネル全てを動作させる必要はない。より最適なスラスタ性能が得られるように、異なる電位差を上記各陽極１８に加えてもよい。上記排気噴流のプロファイルを最適化するために、それぞれのチャンネル１２の磁界形状を異なるように構成してもよい。
【００２２】
必要に応じて、種々の運転状態や特殊な衝撃を最適化するために上記チャンネル１２のそれぞれに別々の推進燃料ガスを用いてもよい。
【００２３】
本発明に従って、本明細書に開示された目的、手段、長所を完全に充足させるマルチチャンネルホール効果スラスタが実現したことが明らかである。本明細書の特定の態様に照らして本発明を説明したが、本明細書を参照した当業者であれば、その他の代替、改良、変更を容易に想到し得るだろう。従って、これらの代替、改良、変更は、添付の特許請求の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるマルチチャンネルホール効果スラスタの部分断面図。
【図２】入れ子状の陽極構造をそなえた本発明のマルチチャンネルホール効果スラスタのもう１つの態様を示した図。
【図３】本発明のマルチチャンネルホール効果スラスタに使用可能な陰極構造を示した図。
【符号の説明】
【００２５】
１０…マルチチャンネルホール効果スラスタ
１２…加速チャンネル
１４…開放端
１６…閉鎖端
１８…ガス分配陽極
２２，２４，２６…磁束ガイド
２８，３０，３２，３４…永久磁石
【図１】
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【図２】
2005163785.tif 000004
【図３】
2005163785.tif 000005