(57)【要約】    本発明は、チャンバ（１０）と、固体推進剤（ＰＳ）を備え、チャンバ（１０）内に収容され、オリフィス（２２）を具備した導電性ジャケット（２１）を含むリザーバ（２０）と、チャンバ（１０）内にイオン‐電子プラズマを形成する手段（３０、４０）であって、リザーバ（２０）内の固体推進剤を昇華させることができ、次にオリフィス（２２）を通ってリザーバ（２０）から来る昇華した推進剤からチャンバ（１０）内にプラズマを発生させることができる手段（３０、４０）と、チャンバ（１０）からプラズマのイオンまたは電子を抽出および加速する手段（５０）であって、チャンバ（１０）の一端（Ｅ）に少なくとも２つのグリッド（５２´、５１）を備える手段（５０）と、イオンおよび電子のプラズマ周波数の間に含まれる周波数の高周波信号を生成するための高周波ＡＣ電圧源（３０）であって、コンデンサ（５３）と直列に配置され、その出力部の１つでこのコンデンサ（５３）を介してグリッドの一方（５２´）に接続され、他方のグリッド（５１）は電圧源（３０）の他方の出力部に接続されている電圧源とを備えるイオンスラスタ（１００）に関する。  【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−チャンバ（１０）と、
−固体推進剤（ＰＳ）を備えるリザーバ（２０）であって、前記チャンバ（１０）内に収容され、少なくとも１つのオリフィス（２２）が設けられた導電性ジャケット（２１）を備える前記リザーバ（２０）と、
−前記チャンバ（１０）内にイオン‐電子プラズマを形成する手段の組（３０、３０´、４０）であって、ガス状の推進剤を形成するために前記リザーバ（２０）内の前記固体推進剤（ＰＳ）を昇華させることができる手段と、次に前記少なくとも１つのオリフィス（２２）を通って前記リザーバ（２０）から来る前記ガス状の推進剤から前記チャンバ（１０）内に前記プラズマを発生させることができる手段の組と、
−少なくとも前記プラズマのイオンを前記チャンバ（１０）から抽出および加速する手段（５０）であって、
・前記チャンバ（１０）の一端（Ｅ）に位置するグリッド（５１）に関連付けられた、前記チャンバ（１０）内に収容された電極（５２）であって、前記グリッド（５１）の表面よりも大きい表面を有する前記電極（５２）、または
・前記チャンバ（１０）の前記一端（Ｅ）に位置する組になった少なくとも２つのグリッド（５２´、５１）
を備える抽出および加速手段（５０）と、
−コンデンサ（５３）と直列に配置され、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間にある高周波の信号を生成するように適合されたＤＣ電圧源（３０´´）または高周波ＡＣ電圧源（３０）であって、その出力部の１つによって前記チャンバ（１０）から前記少なくともプラズマのイオンを前記抽出および加速する手段（５０）、より正確には、
・前記電極（５２）、または
・前記組になった少なくとも２つのグリッド（５１、５２´）のうちの１つのグリッド（５２´）
に接続され、
前記グリッド（５１）は前記電極（５２）に関連付けられ、または場合によっては、前記組になった少なくとも２つのグリッド（５１、５２´）の他方のグリッド（５１）が基準電位（５５）に設定されるか、または前記高周波ＡＣ電圧源（３０）の他方の出力部に接続され、
前記抽出および加速手段（５０）と前記高周波ＤＣまたはＡＣ電圧源（３０、３０´´）が、前記チャンバ（１０）の出力部で少なくともイオンを含むビーム（７０、７０´）を形成することを可能にする、前記ＤＣ電圧源（３０´´）または前記高周波ＡＣ電圧源（３０）と
を備えることを特徴とするイオンスラスタ（１００）。
【請求項２】
・前記抽出および加速手段（５０）に接続された電圧源が、前記高周波ＡＣ電圧源（３０）であって、
・前記イオン‐電子プラズマ形成手段の組（３０、４０）は、一方では少なくとも１つのコイル（４０）の方向に、他方では前記抽出および加速手段（５０）の方向に、前記高周波電圧源（３０）によって供給される信号を管理する手段（６０）を介して、この同じ前記高周波ＡＣ電圧源（３０）によって給電される前記少なくとも１つのコイル（４０）を備え、
前記チャンバ（１０）の前記出力部で前記イオンおよび電子のビーム（７０）を形成する、
請求項１に記載のスラスタ（１００）。
【請求項３】
前記イオン‐電子プラズマ形成手段の組（３０、４０、３０´）が、
・前記抽出および加速手段（５０）に接続された前記高周波ＤＣ（３０´´）またはＡＣ（３０）電圧源とは異なる高周波ＡＣ電圧源（３０´）によって給電される少なくとも１つのコイル（４０）、または
・マイクロ波ＡＣ電圧源（３０´）によって給電される少なくとも１つのマイクロ波アンテナ（４０）
を備える、請求項１に記載のスラスタ（１００）。
【請求項４】
前記抽出および加速手段（５０）に接続された前記電圧源が、前記チャンバ（１０）の出力部で前記イオンおよび電子のビーム（７０）を形成するために、前記高周波ＡＣ電圧源（３０）である、請求項１〜請求項３に記載のスラスタ（１００）。
【請求項５】
前記抽出および加速手段（５０）が、前記チャンバ（１０）の一端（Ｅ）に配置された組になった少なくとも２つのグリッド（５２´、５１）である場合、前記抽出および加速手段（５０）に接続された前記高周波ＡＣ電圧源（３０）から来る正電位および／または負電位の印加持続時間を調整することによって、前記イオンおよび電子のビーム（７０）の電気的中性が少なくとも部分的に得られる、請求項２または請求項４のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項６】
前記抽出および加速手段（５０）が、前記チャンバ（１０）の一端（Ｅ）に配置された組になった少なくとも２つのグリッド（５２´、５１）である場合、前記抽出および加速手段（５０）に接続された前記高周波ＡＣ電圧源（３０）から来る正電位および／または負電位の振幅を調整することによって、前記イオンおよび電子のビーム（７０）の電気的中性が少なくとも部分的に得られる、請求項２または請求項４のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項７】
前記抽出および加速手段（５０）に接続された前記電圧源が、前記チャンバ（１０）の出力部で前記イオンのビーム（７０´）を形成するためにＤＣ電圧源（３０´´）であって、前記スラスタ（１００）が、電気的中性を提供するために、前記イオンのビーム（７０´）に電子を注入する手段（８０、８１）をさらに備える、請求項３に記載のスラスタ（１００）。
【請求項８】
前記リザーバ（２０）が、前記固体推進剤（ＰＳ）と前記少なくとも１つのオリフィス（２２）が設けられた前記ジャケット（２１）との間に配置された膜（２２´）を備え、前記膜（２２´）が少なくとも１つのオリフィス（２２´´）を備え、前記膜（２２´）の前記１つまたは各々のオリフィス（２２´´）の表面が、前記リザーバ（２０）の前記ジャケット（２１）の前記１つまたは各々のオリフィス（２２）の表面よりも大きい、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項９】
前記１つまたは各々のグリッド（５１、５２´）が、円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式の形状から選択される形状のオリフィスを有する、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項１０】
前記１つまたは各々のグリッド（５１、５２´）が、直径０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍの円形オリフィスを有する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項１１】
前記チャンバ（１０）から前記抽出および加速する手段（５０）が、前記チャンバ（１０）の前記端部（Ｅ）に配置された前記組になった少なくとも２つのグリッド（５２´、５１）を備える場合、前記２つのグリッド（５２´、５１）間の距離が０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍである、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）。
【請求項１２】
前記固体推進剤（ＰＳ）が、二原子ヨウ素、他の化学成分と混合された二原子ヨウ素、フェロセン、アダマンタンまたはヒ素から選択される、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のスラスタ（１０）。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）と、前記スラスタ（１００）の前記１つまたは各々のＤＣ（３０´´）またはＡＣ（３０、３０´）電圧源に接続されたエネルギー源（ＳＥ）（例えばバッテリまたはソーラーパネル）とを備える衛星（Ｓ）。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載のスラスタ（１００）と、前記スラスタ（１００）の前記１つまたは各々のＤＣ（３０´´）またはＡＣ（３０、３０´）電圧源に接続されたエネルギー源（ＳＥ）（例えばバッテリまたはソーラーパネル）とを備える宇宙探査機（ＳＳ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体型固体推進剤を備えるプラズマスラスタに関する。
本発明は、より詳細には、一体型固体推進剤を備えるグリッド付きイオンスラスタに関する。
【０００２】
本発明は、衛星または宇宙探査機に適用することができる。
【０００３】
より詳細には、本発明は、小型衛星に適用することができる。典型的には、本発明は、６ｋｇ〜１００ｋｇ、場合によっては５００ｋｇまでの範囲とすることができる重量を有する衛星用に適用することができる。特に興味深い適用例は、ベースモジュール（Ｕ）の重量が１ｋｇ未満で、１０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの寸法を有する「ＣｕｂｅＳａｔ」に関する。本発明によるプラズマスラスタは、特に、モジュール１Ｕまたはデミモジュール（１／２Ｕ）に一体化することができ、２（２Ｕ）、３（３Ｕ）、６（６Ｕ）、１２（１２Ｕ）以上のいくつかのモジュールの積層で使用することができる。
【背景技術】
【０００４】
固体推進剤プラズマスラスタはすでに提案されている。
それらは、プラズマチャンバを実装するか否かに応じて、２つのカテゴリに分類することができる。
【０００５】
Ｋｅｉｄａｒらの論文「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ」、Ｐｌａｓｍａ  Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｆｕｓｉｏｎ、５７（２０１５）（Ｄ１、非特許文献１）には、固体推進剤からプラズマを発生させるための様々な技術が記載されており、全て固体推進剤のアブレーションに基づく。固体推進剤は、プラズマチャンバなしで、外部空間、すなわち衛星または宇宙探査のための空間上に直接供給される。
【０００６】
第１の技術によれば、放電が行われるアノードとカソードとの間にテフロン（登録商標）（固体推進剤）が配置される。この放電により、テフロンのアブレーション、そのイオン化およびその加速が主として電磁気的に引き起こされ、外部空間に直接イオンビームを発生させる。
【０００７】
第２の技術によれば、レーザビームを用いて固体推進剤、例えばＰＶＣまたはＫａｐｔｏｎ（登録商標）のアブレーションおよびイオン化を行う。イオンの加速は、一般に電磁気的に行われる。
【０００８】
第３の技術によれば、アノードとカソードとの間に絶縁体が配置され、全てが真空状態にある。カソード金属は、イオンを発生させるためにアブレーション材料として使用される。加速は電磁気的に行われる。
【０００９】
この文献に記載された技術は、比較的コンパクトなスラスタを得ることを可能にする。実際、固体推進剤はアブレーションされ、イオン化され、オールインワン装置で推進を確実にするためにイオンが加速される。
【００１０】
しかしながら、結果として、固体推進剤、プラズマおよびイオンビームの昇華に対する別個の制御がない。
【００１１】
特に、イオンのビームは、固体推進剤のアブレーションおよびイオンの速度によって誘導されるプラズマの密度を制御する別個の手段がないという事実によって、多かれ少なかれ制御される。その結果、スラスタとスラスタの特定のパルスとを別個に制御することができない。
【００１２】
一般的に、プラズマチャンバが実装されている場合には、この種の欠点を有することはない。
【００１３】
Ｐｏｌｚｉｎらによる論文「Ｉｏｄｉｎｅ  Ｈａｌｌ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  Ｆｅｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａ  ＣｕｂｅＳａｔ」、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ（Ｄ２、非特許文献２）では、ホール効果下で動作するスラスタのための固体推進剤供給システムが提案されている。
【００１４】
この供給システムは、プラズマチャンバを実装する任意のスラスタに使用することができる。
【００１５】
実際に、論文Ｄ２（非特許文献２）では、固体推進剤（ここでは、ヨウ素Ｉ２）がリザーバに貯蔵される。加熱手段がリザーバに関連付けられている。この加熱手段は、外部放射線を受けることができ、リザーバの外側に配置される。このように、リザーバが加熱されると、二原子ヨウ素が昇華する。ガス状の二原子ヨウ素は、リザーバから出て、リザーバから離れたところに位置するチャンバに向けられ、そこでプラズマを形成するためにイオン化される。ここではホール効果によってイオン化が行われる。プラズマチャンバに流入するガスの流量は、リザーバとこのチャンバとの間に配置されたバルブによって制御される。文献Ｄ１に記載されている技術に関して、二原子ヨウ素の昇華およびプラズマ特性は、このようにより良好に制御することができる。
【００１６】
さらに、チャンバから出るイオンビームの特性は、固体推進剤を昇華させてプラズマを発生させるために実施される手段から分離された、イオンを抽出および加速する手段によって制御することができる。
したがって、このシステムは、非特許文献１（Ｄ１）に記載されたものと比較して多くの利点を有する。
【００１７】
しかしながら、非特許文献２（Ｄ２）では、このような供給システムの存在により、プラズマスラスタをコンパクト化することはほとんどできず、その結果、特に「ＣｕｂｅＳａｔ」タイプのモジュール用の小型衛星についてはほとんど考慮することができない。
【００１８】
米国特許第８，６１０，３５６号（Ｄ３、特許文献１）では、プラズマチャンバから離れて配置されたリザーバに貯蔵されるヨウ素（Ｉ２）などの推進剤を使用するシステムも提案されている。リザーバから出る二原子ヨウ素ガスの流量制御は、リザーバの出口に設置されリザーバ温度の制御ループに接続された温度センサおよび圧力センサによって行われる。
【００１９】
ここでもシステムはあまりコンパクトではない。
【００２０】
非特許文献２（Ｄ２）または特許文献１（Ｄ３）で提案されたシステムと同じタイプのシステムとしては、米国特許第６，６０９，３６３号（Ｄ４、特許文献２）にも言及することができる。
【００２１】
なお、プラズマチャンバ内の一体型推進剤プラズマスラスタは、米国特許第７，０５９，１１１号（Ｄ５）で既に提案されている。このプラズマスラスタは、ホール効果に基づき、したがって非特許文献２（Ｄ２）、特許文献１（Ｄ３）または特許文献２（Ｄ４）で提案されたものよりもコンパクト化することができる。また、非特許文献１（Ｄ１）に関連して、推進剤の蒸発、プラズマ、およびイオンの抽出をより良好に制御することができる。しかしながら、推進剤は液体状態で貯蔵され、リザーバから出るガスの流量を制御するために追加の電極システムを使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】米国特許第８，６１０，３５６号公報（Ｄ３）
【特許文献２】米国特許第６，６０９，３６３号公報（Ｄ４）
【特許文献３】米国特許第７，０５９，１１１号公報（Ｄ５）
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｋｅｉｄａｒら著「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ  ｆｏｒ  ｓｍａｌｌ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ」、Ｐｌａｓｍａ  Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｆｕｓｉｏｎ、５７（２０１５）（Ｄ１）
【非特許文献２】Ｐｏｌｚｉｎら著「Ｉｏｄｉｎｅ  Ｈａｌｌ  Ｔｈｒｕｓｔｅｒ  Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ  Ｆｅｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａ  ＣｕｂｅＳａｔ」、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ（Ｄ２）
【非特許文献３】「Ｔｈｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｉｏｄｉｎｅ」Ｇ．Ｐ．Ｂａｘｔｅｒ、Ｃ．Ｈ．Ｈｉｃｋｅｙ、Ｗ．Ｃ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９０７、２９（２）ｐｐ．１２−１３６
【非特許文献４】「Ｔｈｅ  ｎｏｒｍａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｉｏｄｉｎｅ」、Ｌ．Ｊ．Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ，＆ａｌ．、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ  Ｓｏｃ．、１９３６、ｖｏｌ．５８（１１）、ｐｐ２２６０−２２６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、前述の欠点の少なくとも１つを克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この目的を達成するために、本発明は、
−チャンバと、
−固体推進剤を含むリザーバであって、チャンバ内に収容され、少なくとも１つのオリフィスが設けられた導電性ジャケットを備えるリザーバと、
−チャンバ内にイオン‐電子プラズマを形成する手段の組であって、ガス状の推進剤を形成するためにリザーバ内の固体推進剤を昇華させることができる手段と、次に少なくとも１つのオリフィスを通ってリザーバから来るガス状の推進剤からチャンバ内にプラズマを発生させることができる手段の組と、
−少なくともプラズマのイオンをチャンバから抽出および加速する手段であって、抽出および加速手段が、
・チャンバの一端に位置するグリッドに関連付けられた、チャンバ内に収容された電極であって、グリッドの表面よりも大きい表面を有する電極、または
・チャンバの一端に位置する組になった少なくとも２つのグリッド
を備える抽出および加速手段と、
−コンデンサと直列に配置され、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間にある高周波の信号を生成するように適合された高周波ＤＣ電圧源またはＡＣ電圧源であって、その出力部の１つによってチャンバから少なくともプラズマのイオンを抽出および加速する手段、より正確には、
・電極、または
・組になった少なくとも２つのグリッドのうちの１つのグリッド
に接続され、
グリッドは電極に関連付けられ、または場合によっては、組になった少なくとも２つのグリッドの他方のグリッドが基準電位に設定されるか、または高周波ＡＣ電圧源の他方の出力部に接続され、抽出および加速手段と高周波ＤＣまたはＡＣ電圧源とがチャンバの出力部で少なくともイオンを含むビームを形成することを可能にする高周波ＤＣまたはＡＣ電圧源と
を備えることを特徴とするイオンスラスタを提案する。
【００２６】
スラスタ（ｔｈｒｕｓｔｅｒ）は、
−抽出および加速手段に接続された電圧源は高周波ＡＣ電圧源であり、イオン‐電子プラズマ形成手段の組は、チャンバの出力部でイオンビームおよび電子ビームを形成するために、一方では少なくとも１つのコイルの方向に、他方では抽出および加速手段の方向に、高周波電圧源によって供給される信号を管理する手段を介して、この同じ高周波ＡＣ電圧源によって給電される少なくとも１つのコイルを備え、
−イオン−電子プラズマ形成手段の組は、抽出および加速手段に接続された高周波ＡＣまたはＤＣ電圧源とは異なる高周波ＡＣ電圧源によって給電される少なくとも１つのコイル、またはマイクロ波ＡＣ電圧源によって給電される少なくとも１つのマイクロ波アンテナを備え、
−抽出および加速手段に接続された電圧源は、チャンバの出力部でイオンビームおよび電子のビームを形成するための高周波ＡＣ電圧源であり、
−抽出および加速手段は、チャンバの一端に位置する組になった少なくとも２つのグリッドであり、イオンビームおよび電子ビームの電気的中性は、抽出および加速手段に接続された高周波ＡＣ電圧源から来る正電位および／または負電位の印加時間を調整することによって少なくとも部分的に得られ、
−抽出および加速手段は、チャンバの一端に位置する組になった少なくとも２つのグリッドであり、イオンビームおよび電子ビームの電気的中性は、抽出および加速手段に接続された高周波ＡＣ電圧源から来る正電位および／または負電位の振幅を調整することによって少なくとも部分的に得られ、
−抽出および加速手段に接続された電圧源はＤＣ電圧源であり、チャンバの出力部でイオンビームを形成し、スラスタは、電気的中立性を提供するためにイオンビームに電子を注入する手段をさらに備え、
−リザーバは、固体推進剤と少なくとも１つのオリフィスが設けられたジャケットとの間に位置する膜を備え、膜は少なくとも１つのオリフィスを備え、膜の１つまたは各々のオリフィスの表面は、リザーバのジャケットの１つまたは各々のオリフィスの表面よりも広く、
−１つまたは各々のグリッドは、円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式の形状から選択される形状のオリフィスを有し、
−１つまたは各々のグリッドは、直径が０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍの円形オリフィスを有し、
−チャンバからの抽出および加速手段が、チャンバの端部に配置された組になった少なくとも２つのグリッドを備える場合、２つのグリッド間の距離は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍであり、
−固体推進剤は、二原子ヨウ素、他の化学成分と混合された二原子ヨウ素、フェロセン、アダマンタンまたはヒ素から選択される
特性の少なくとも１つを別々にまたは組み合わせて備えることもできる。
【００２７】
本発明はまた、本発明によるスラスタと、スラスタの１つまたは各々のＤＣまたはＡＣ電圧源に接続されたエネルギー源（例えばバッテリまたはソーラーパネル）とを備える衛星に関する。
【００２８】
本発明はまた、本発明によるスラスタと、スラスタの１つまたは各々のＤＣまたはＡＣ電圧源に接続されたエネルギー源（例えばバッテリまたはソーラーパネル）とを備える宇宙探査機に関する。
【００２９】
本発明は、添付の図面と合わせて以下の説明を読むとよりよく理解され、後者の他の目的、利点および特徴がより明確に見えてくるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプラズマスラスタの概略図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態の代替の概略図である。
【図３】図１に示す第１の実施形態の別の代替の概略図である。
【図４】図１に示す第１の実施形態の別の代替の概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるプラズマスラスタの概略図である。
【図６】図５に示す第２の実施形態の代替の概略図である。
【図７】図５に示す第２の実施形態の別の代替の概略図である。
【図８】図５に示す第２の実施形態の別の代替の概略図である。
【図９】図８に示すスラスタプラズマの別の実施形態の概略図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の概略図である。
【図１１】本発明によるプラズマスラスタに使用することができる固体推進剤リザーバの断面図であって、その実施形態に関わらず、その環境によってプラズマチャンバ内に取り付けることができる。
【図１２】図９に示すリザーバの分解図である。
【図１３】固体推進剤として二原子ヨウ素（Ｉ２）が使用される場合の、温度に応じた二原子ヨウ素の蒸気圧力の変化を示す曲線である。
【図１４】本発明によるプラズマスラスタを備える衛星を図式的に示す。
【図１５】本発明によるプラズマスラスタを備える宇宙探査機を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明によるイオンスラスタ１００の第１の実施形態を図１に示す。
【００３２】
スラスタ１００は、プラズマチャンバ１０と、チャンバ１０内に収容された固体推進剤ＰＳのリザーバ２０とを備える。より正確には、リザーバ２０は、固体推進剤ＰＳを含む導電性ジャケット２１を備え、このジャケット２１に１つまたはいくつかのオリフィス２２が設けられている。固体推進剤のリザーバ２０がチャンバ１０内に収容されていることにより、スラスタはよりコンパクトになる。
【００３３】
スラスタ１００はまた、高周波ＡＣ電圧源３０と、高周波ＡＣ電圧源３０によって給電される１つまたはいくつかのコイル４０とを備える。１つまたは各々のコイル４０は、１つまたはいくつかの巻線を有することができる。図１には、いくつかの巻線を含む単一コイル４０が示されている。
【００３４】
高周波ＡＣ電圧源３０によって給電されるコイル４０は、導電性（渦電流）であるリザーバ２０に電流を誘起する。リザーバ内に誘起されたクーランは、リザーバ２０を加熱するジュール効果を引き起こす。このようにして生成された熱は、熱伝導および／または熱放射によって固体推進剤ＰＳに伝達される。次に固体推進剤ＰＳを加熱することによって、推進剤をそのままガス状にして昇華させることができる。次に、ガス状の推進剤は、リザーバ２０の１つまたは複数のオリフィス２２をチャンバ１０の方向に通過する。この同じ組３０、４０はさらに、チャンバ１０内にあるガス状の推進剤をイオン化することによって、チャンバ１０内にプラズマを発生させることを可能にする。このように形成されたプラズマは、一般にイオン−電子プラズマである（なお、一般に全てのガスがイオン化されてプラズマを形成するわけではないため、プラズマチャンバには中性種（ガス状の推進剤）も含まれる）。
【００３５】
したがって、同じ高周波ＡＣ電圧源３０を使って、固体推進剤ＰＳを昇華させ、チャンバ１０内にプラズマを作り出す。ここでは、この目的のために単一のコイル４０も使用される。しかしながら、固体推進剤ＰＳを昇華させるためのコイルや、プラズマを生成するためのコイルなど、いくつかのコイルを設けることが考えられる。いくつかのコイル４０を使用することによって、チャンバ１０の長さを増加させることが可能である。
【００３６】
より正確には、チャンバ１０およびリザーバ２０は、最初は同じ温度である。
【００３７】
電圧源３０が実施されると、１つまたは複数のコイル４０によって加熱されリザーバ２０の温度が上昇する。固体推進剤ＰＳの温度も上昇し、推進剤はリザーバのジャケット２１と熱的に接触する。
【００３８】
これによってリザーバ２０内で固体推進剤ＰＳの昇華が生じ、続いてこのリザーバ内の温度Ｔ１の上昇に伴うリザーバ２０内のガス状の推進剤の圧力Ｐ１の上昇が生じる。
【００３９】
次に、リザーバ２０とチャンバ１０との間の圧力差の影響下で、ガス状の推進剤は、チャンバ１０の方向に、１つまたは各々のオリフィス２２を通過する。
【００４０】
温度および圧力の条件がチャンバ１０内で十分に実質的であるとき、電圧源３０および１つまたは複数のコイル４０によって形成されるユニットが、チャンバ１０内にプラズマを生成することを可能にする。この段階で、固体推進剤ＰＳは次に、プラズマの荷電粒子によってさらに十分に加熱され、１つまたは複数のコイルは、プラズマ中のシースの存在によって（スキン効果）、ならびにプラズマ内で荷電する粒子自体の存在によって遮蔽される。
【００４１】
なお、プラズマの存在下では（スラスタが動作中）、リザーバ２０に接続された熱交換器（図示せず）の存在によって、リザーバ２０の温度をより良好に制御できる。
【００４２】
１つまたはいくつかのオリフィス２２をリザーバ２０に設けることができるが、これは重要ではない。オリフィスの、またはいくつかのオリフィスが設けられている場合にはその全てのオリフィスの全表面のみが重要である。そのサイジングは、使用される固体推進剤の性質、およびプラズマの所望の動作パラメータ（温度、圧力）に依存する。
【００４３】
したがって、このサイジングはケースバイケースで行われる。
【００４４】
一般に、本発明によるスラスタのサイジングは、以下のステップを含む。
【００４５】
チャンバ１０の容積と、このチャンバ１０で所望される公称動作圧力Ｐ２と、チャンバ１０の出力部で所望の正イオンの質量流量ｍ´を最初に規定する。このデータは、デジタルモデリングまたはルーチンテストによって得ることができる。なお、この質量流量（ｍ´）は、リザーバ２０とチャンバ１０との間に見られるものに実質的に対応する。
【００４６】
次に、リザーバ２０の所望の温度Ｔ１を選択する。
【００４７】
この温度Ｔ１を固定すると、ガス状の推進剤の対応する圧力、すなわちリザーバ２０内のこのガスの圧力Ｐ１を知ることができる（二原子ヨウ素Ｉ２の場合は図１３を参照）。
【００４８】
このようにＰ２、ｍ´、Ｐ１およびＴ１を知ることにより、そこからオリフィスの、またはいくつかのオリフィスが設けられていれば全てのオリフィスの表面Ａを推定することができる。しかしながら、有利には、チャンバ１０内のガス状の推進剤のより均質な分布を保証するために、いくつかのオリフィスが設けられる。
【００４９】
一方、以下にサイジング例を提供する。
【００５０】
スラスタ１００が停止しているとき、リザーバ２０とチャンバ１０との間におけるガス状の推進剤の漏洩を推定することが可能である。実際、この場合、オリフィスの表面Ａは、Ｐ１、Ｔ１およびＰ２と同様に既知であり、これによりｍ´（漏洩率）を得ることが可能になる。実際には、停止時には、使用中にリザーバ２０からチャンバ１０へ通過するガス状の推進剤流量に関係して漏洩が最小であることが示されている。したがって、本発明の枠組みにおいて、オリフィス上に弁が存在する必要はない。
【００５１】
固体推進剤については、二原子ヨウ素（Ｉ２）、二原子ヨウ素（Ｉ２）と他の化学成分との混合物、アダマンタン（粗化学式：Ｃ１０Ｈ１６）またはフェロセン（粗化学式：Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）が考えられる。ヒ素も使用することができるが、その毒性によりヒ素の固体推進剤の使用は少ないと考えられる。
【００５２】
有利には、二原子ヨウ素（Ｉ２）が固体推進剤として使用される。
【００５３】
この推進剤には実際にいくつかの利点がある。図１３に示すように、曲線は、二原子ヨウ素（Ｉ２）の場合における、温度Ｔに応じた二原子ヨウ素ガスの圧力Ｐの変化を示す。この曲線は、以下の式で概算することができる。
【数１】
2018526570.tif 000003
【００５４】
この式は、「Ｔｈｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｉｏｄｉｎｅ」Ｇ．Ｐ．Ｂａｘｔｅｒ、Ｃ．Ｈ．Ｈｉｃｋｅｙ、Ｗ．Ｃ．Ｈｏｌｍｅｓ、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９０７、２９（２）ｐｐ．１２−１３６で得ることができる。この式は、「Ｔｈｅ  ｎｏｒｍａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｉｏｄｉｎｅ」、Ｌ．Ｊ．Ｇｉｌｌｅｓｐｉｅ，＆ａｌ．、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ  Ｓｏｃ．、１９３６、ｖｏｌ．５８（１１）、ｐｐ２２６０−２２６３でも言及されている。この式は、様々な著者による実験的検証の対象となっている。
【００５５】
スラスタが停止モードから公称動作モードに切り替わると、温度が約５０Ｋ上昇すると考えられる。３００Ｋと４００Ｋの間の温度範囲では、この図１３は、二原子ヨウ素ガスの圧力が、５０Ｋの温度上昇について、実質的に１００倍増加することを示している。
【００５６】
また、スラスタが停止モードにあるとき、１つまたは各々のオリフィス２２を通るヨウ素ガスの漏洩は非常に少なく、スラスタ１００が公称動作状態にあるときに１つまたは複数のオリフィス２２をチャンバ１０の方向に通過する二原子ヨウ素ガスの量よりも約１００倍少ない。
【００５７】
本発明によるスラスタの公称動作温度と停止時の温度とのより実質的な差異は、ガス状の推進剤の漏洩による相対損失を減少させるのみである。
【００５８】
したがって、推進剤として二原子ヨウ素（Ｉ２）を使用する本発明によるスラスタ１００は、文献Ｄ２とは対照的に、１つまたは各々のオリフィスのための弁を実装する必要がない。これにより、スラスタの設計が簡素化され、良好な信頼性をもたらす。ガス状の推進剤の流量制御は、高周波ＡＣ電圧源３０によってコイル４０に供給される電力によって、場合によっては上述のようにリザーバ２０に接続された熱交換器の存在によって、リザーバ２０の温度を制御することによって行われる。したがって、制御は、文献Ｄ３で行われる制御とは異なる。
【００５９】
スラスタ１００はまた、チャンバ２０の出力部で荷電粒子のビーム７０を形成するために、チャンバ２０からプラズマ、正イオンおよび電子の荷電粒子を抽出および加速する手段５０を備える。図１において、この手段５０は、チャンバ１０の一端Ｅ（出力部）に配置されたグリッド５１と、チャンバ１０内に収容された電極５２とを備え、この電極５２は、構造によってグリッド５１の表面よりも大きな表面を有する。場合によっては、リザーバ２０の導電性の壁自体によって電極５２を形成することができる。
【００６０】
電極５２は、電気絶縁体５８によってチャンバの壁から絶縁されている。
【００６１】
グリッド５１は、例えば円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式など、異なる形状のオリフィスを有することができる。特に、円形オリフィスの場合、オリフィスの直径は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。
【００６２】
この抽出および加速を確実にするために、手段５０は、高周波ＡＣ電圧源３０に接続されている。したがって、高周波ＡＣ電圧源３０は、チャンバ１０から荷電粒子を抽出および加速する手段５０の制御をさらに提供する。これは、スラスタ１００のコンパクト性をさらに高めることを可能にするため特に興味深い。さらに、高周波ＡＣ電圧源３０による抽出および加速手段５０のこの制御によって、荷電粒子のビーム７０をより良く制御することが可能になり、これは特に論文Ｄ１で提案された技術とは対照的である。最後に、この制御はまた、この目的のために外部装置を何ら実装することなく、チャンバ１０の出力部で非常に良好な電気的中性を有するビームを得ることを可能にする。言い換えれば、プラズマの荷電粒子を抽出および加速する手段５０と高周波ＡＣ電圧源３０とによって形成されたユニットはまた、チャンバ１０の出力部でビーム７０の中和を得ることを可能にする。スラスタ１０のコンパクト性はこのように促進され、これは、小型衛星（＜５００ｋｇ）、特にマイクロサテライト（１０ｋｇ〜１００ｋｇ）、またはナノサテライト（１ｋｇ〜１０ｋｇ）、例えば「ＣｕｂｅＳａｔ」タイプ用にこのスラスタ１００を使用するのに特に有利である。
【００６３】
この効果のために、グリッド５１は、高周波電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０を介して高周波電圧源３０に接続され、電極５２は、コンデンサ５３と、高周波電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０とを介して、高周波電圧源３０に直列に接続される。グリッド５１は、さらに、例えば地面などの基準電位５５に設定される。同様に、手段６０に接続されていない高周波ＡＣ電圧源３０の出力部も同じ基準電位５５、実施例によれば地面に設定される。
【００６４】
実際には、宇宙分野の用途では、基準電位は、スラスタ１００が搭載されている宇宙探査機または衛星の基準電位とすることができる。
【００６５】
高周波電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０はこのように、高周波ＡＣ電圧源３０によって供給された信号を、一方では１つまたは各々のコイル４０の方向に、他方ではチャンバ１０からイオンおよび電子を抽出および加速する手段５０の方向に送信することを可能にする手段６０を形成する。
【００６６】
電圧源３０（ＲＦ−高周波）は、ωｐｉ≦ωＲＦ≦ωｐｅとなるようにパルスωＲＦを定義するために調整する。ここで、
【数２】
2018526570.tif 000004
【数３】
2018526570.tif 000005
【００６７】
なお、ｍｉ＞＞ｍｅという事実によりωｐｉ＜＜ωｐｅである。
【００６８】
一般に、電圧源３０によって供給される信号の周波数は、チャンバ１０内のプラズマ形成に使用される推進剤に応じて、そしてこれはイオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数の間になるために、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚであり得る。一般に１３．５６ＭＨｚの周波数が適するが、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、または４ＭＨｚの周波数も考慮に入れることができる。
【００６９】
ビーム７０の電気的中性は、抽出し車を加速するためのシステム５０の容量性の性質によってもたらされ、コンデンサ５３の存在により、時間と共に抽出される電子と平均的に同じ数の正イオンが存在する。
【００７０】
この枠組みにおいて、高周波ＡＣ電圧源３０によって生成される信号の形式は任意であり得る。しかしながら、高周波ＡＣ電圧源３０によって電極５２に供給される信号は、矩形または正弦波とすることができる。
【００７１】
第１の実施形態によるプラズマ（イオンおよび電子）の荷電粒子の抽出および加速のための動作原理は以下の通りである。
【００７２】
構造によって、電極５２は、チャンバ１０の出力部に配置されたグリッド５１の表面よりも大きな表面を有し、一般的に明らかに大きい。
【００７３】
一般に、グリッド５１よりも大きい表面を有する電極５２上に電圧ＲＦを印加することは、一方では電極５２とプラズマとの間の界面に、他方ではグリッド５１とプラズマとの間の界面に、電位ＲＦの差に加えて電位のさらなる差異を生じさせる効果がある。この電位の総体的な差はシース全体に分散している。シースは、正イオンの密度が電子密度よりも高い場合に、一方ではグリッド５１または電極５２、他方ではプラズマの間に形成される空間である。このシースは、電極５２に印加される信号ＲＦ（可変）によって可変の厚さを有する。
【００７４】
しかしながら、実際には、電極５２に対する信号ＲＦの印加の効果の大部分は、グリッド５１のシース内にある（電極グリッドシステムは、２つの非対称な壁を有するコンデンサとしてとらえることができ、この場合、最小の電気容量を有する、したがって最も低い表面を有する部分に電位差が印加される）。
【００７５】
電圧源ＲＦ３０と直列のコンデンサ５３が存在する場合、信号ＲＦの印加は、主にグリッド５１のシース上のコンデンサ５３の充電のために、電圧ＲＦをＤＣ定電圧に変換する効果を有する。
【００７６】
グリッド５１のシース内のこのＤＣ定電圧は、正イオンが常に抽出され、（連続的に）加速されることを意味する。実際、ＤＣ電位のこの差は、プラズマ電位を正にする効果を有する。その結果、プラズマの正イオンは、（基準電位の）グリッド５１の方向に常に加速されるため、このグリッド５１によってチャンバ１０から抽出される。正イオンのエネルギーは、このＤＣ電位（平均エネルギー）におけるこの差に対応する。
【００７７】
電圧ＲＦの変化は、プラズマとグリッド５１との間の電位ＲＦ＋ＤＣの差を変化させることを可能にする。グリッド５１のシース上では、これによりこのシースの厚さが変化する。この厚さが、信号ＲＦの周波数によって所定の一定間隔で時間の経過と共に生じる臨界値よりも小さくなると、グリッド５１とプラズマとの間の電位差が値０に近づき（したがって、プラズマ電位が基準電位に近づき）、電子の抽出が可能となる。
【００７８】
実際には、電子が加速され抽出され得るプラズマ電位（＝臨界電位）はチャイルドの法則によって求められ、この臨界電位をこのシースが消滅する（「シース崩壊」）シースの臨界厚さに結び付ける。
【００７９】
プラズマ電位が臨界電位より低い限り、電子とイオンの加速と同時に抽出がある。
【００８０】
チャンバ１０のプラズマの出力部における正イオンおよび電子のビーム７０の良好な電気的中性は、このように得ることができる。
【００８１】
図２は、図１に示す第１の実施形態の代替の実施形態を示す。
【００８２】
同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００８３】
図１に示すスラスタに対する図２に示すスラスタの相違点は、チャンバ１０内に収容された電極５２が抑制されており、グリッド５２´がチャンバ１０の端部Ｅ（出力部）に追加されていることにある。
【００８４】
換言すれば、プラズマの荷電粒子を抽出および加速する手段５０は、チャンバ１０の一端Ｅ（出力部）に配置された組になった少なくとも２つのグリッド５１、５２´を備え、組になった少なくとも２つのグリッド５１、５２´の少なくとも１つである５１が、高周波電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０を介して、高周波電圧源３０に接続されており、組になった少なくとも２つのグリッド５１、５２´の少なくとも他方である５２´が、コンデンサ５３と、高周波電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０とを介して、高周波電圧源３０に直列に接続されている。
【００８５】
図２における高周波電圧源３０へのグリッド５２´の接続は、図１におけるこの電圧源３０への電極５２の接続と同一である。
【００８６】
各グリッド５１、５２´は、例えば円形、正方形、矩形またはスロット、特に平行なスロットの形式など、異なる形状のオリフィスを有することができる。特に、円形オリフィスの場合、オリフィスの直径は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる。
【００８７】
さらに、２つのグリッド５２´、５１の間の距離は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることができる（厳密な選択は、電圧ＤＣとプラズマの密度に依存する）。
【００８８】
この代替例では、正イオンおよび電子の抽出および加速の動作は以下の通りである。
【００８９】
電圧源３０によって電圧ＲＦが印加されると、コンデンサ５３が充電される。次にコンデンサ５３の充電によって、コンデンサ５３の端子に直流電圧ＤＣが発生する。次に、電圧源３０およびコンデンサ５３によって形成されたユニットの端子において、電圧ＲＦ＋ＤＣが得られる。電圧ＲＦ＋ＤＣの一定部分は、唯一の信号ＲＦの平均値がゼロの状態で２つのグリッド５２´、５１の間に電場を画定することを可能にする。したがって、この値ＤＣは、２つのグリッド５１、５２´を通って連続的に正イオンを抽出し加速することを可能にする。
【００９０】
さらに、この電圧ＲＦが印加されると、プラズマは、プラズマと接触しているグリッド５２´に印加された電位、すなわちＲＦ＋ＤＣに追従する。他方のグリッド５１（基準電位５５、例えば地面）についてもプラズマと接触しているが、電子が正イオンと共に抽出される短い時間間隔中、すなわち電圧ＲＦ＋ＤＣが、シースが消失する臨界値よりも低いときにのみ接触する。この臨界値はチャイルドの法則によって定義される。
【００９１】
チャンバ１０の出力部におけるビーム７０の電気的中性は、このように確保される。
【００９２】
さらに、図２のこの実施形態の場合、イオンおよび電子のビーム７０の電気的中性は、高周波ＡＣ電圧源３０から来る正電位および／または負電位の印加持続時間を調整することによって、少なくとも部分的に得ることができることに留意されたい。イオンおよび電子のビーム７０のこの電気的中性は、高周波ＡＣ電圧源３０から来る正電位および／または負電位の振幅を調整することによって、少なくとも部分的に得ることもできる。
【００９３】
この代替例の興味深い点は、図１に示された実施形態と関連して、チャンバ１０の端部Ｅにグリッド５１を実装し、またグリッド５１よりも大きい表面を有するチャンバ内に収容された電極５２を実装することによって、正イオンのより良好な軌道制御をもたらすことである。これは、電位ＤＣ（直流）の差が、高周波ＡＣ電圧源３０および直列のコンデンサ５３の作用下で２つのグリッド５２´、５１間に発生し、図１の第１の実施形態の場合におけるプラズマおよびグリッド５１（上記参照）間のシースには発生しないという事実につながる。
【００９４】
したがって、図２に示す代替の実施形態では、図１に示す第１の実施形態における現象に比べて、より多くの正イオンが、グリッド５２´の壁に接触することなく、グリッド５２´のオリフィスを通過することが保証される。
【００９５】
さらに、グリッド５２´のオリフィスを通過する正イオンは、これらのイオンの観点からはグリッド５２´のオリフィスを通してのみ見えるグリッド５１の壁に接触しない。その結果、この代替の実施形態によるグリッド５２´、５１の寿命は、図１の第１の実施形態のグリッド５１の寿命に比べて向上する。
【００９６】
従って、得られるスラスタ１００の寿命が向上する。
【００９７】
最後に、組になった少なくとも２つのグリッド５１、５２´によって正イオンを集束することができるため効率が改善され、中性種の流れはこれらの中性種に対する透明性が増大するために減少する。
【００９８】
図３は、図１の第１の実施形態の別の代替例を示し、グリッド５１は、その２つの端部で高周波ＡＣ電圧源３０に接続される。
【００９９】
残りの部分は全て同じであり、同じ方法で動作する。
【０１００】
図４は、図２に示す代替例の代替の実施形態を示し、グリッド５１がその両端で高周波ＡＣ電圧源に接続されている。
【０１０１】
残りの部分は全て同じであり、同じ方法で動作する。
【０１０２】
したがって、図３および図４に示す代替例は、グリッド５１のための基準電位の実装を必要としない。宇宙分野では、このような接続により、一方ではスラスタ１００が搭載される宇宙探査機または衛星の外部導電性部分と、他方では厳密に言えば荷電粒子を抽出および加速する手段５０との間を循環する寄生電流の不在を保証する。
【０１０３】
図５は、本発明によるイオンスラスタの第２の実施形態を示す。
【０１０４】
これは、図１に示す第１の実施形態の代替例であり、チャンバ１０からのプラズマの荷電粒子の抽出および加速を管理する第１の高周波ＡＣ電圧源３０と、第１の高周波ＡＣ電圧源３０とは別に第２の高周波ＡＣ電圧源３０´とが設けられている。
【０１０５】
残りは同じであり、同じように動作する。
【０１０６】
この場合、図１〜図４で提案したような、単一の高周波ＡＣ電圧源３０によって供給される信号を管理する手段６０はもはや重要ではない。
【０１０７】
この代替例によって、さらなる柔軟性を有することが可能になる。
【０１０８】
実際に、プラズマからの荷電粒子の抽出および加速に使用される電圧源３０が、周波数がイオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間にある高周波ＡＣ電圧源のままである場合、電圧源３０´は異なる信号を生成することができる。
【０１０９】
例えば、電圧源３０´は、（例えば金属製の）導電性リザーバ２０のジャケット２１を加熱するための１つまたはいくつかのコイル４０に関連する高周波ＡＣ電圧信号を生成し、固体推進剤を蒸発させ、次に周波数が電圧源３０の動作周波数の周波数とは異なるプラズマをチャンバ１０内に発生させることができる。電圧源３０´の動作周波数は、特に、電圧源３０の動作周波数よりも高くすることができる。
【０１１０】
別の例によれば、電圧源３０´は、１つまたはいくつかのマイクロ波アンテナ４０に関連する、マイクロ波に対応する周波数のＡＣ電圧信号を生成することができる。
【０１１１】
図６は、図５に示す第２の実施形態の代替例を示す。
【０１１２】
図５に示すスラスタ１００と図１に示すスラスタ１００との違いは、チャンバ１０内に収容された電極５２が抑制され、チャンバ１０の端部Ｅ（出力部）にグリッド５２´が追加されていることにある。
【０１１３】
残りは同じであり、同じように動作する。
【０１１４】
換言すれば、図６に示す代替例と図５の第２の実施例との違いは、図２に示す代替例と図１の第１の実施例との間で上に示したものと同じである。
【０１１５】
図７は、図５の第２の実施形態の別の代替例を示し、グリッド５１が高周波ＡＣ電圧源３０に接続されている。
【０１１６】
残りの部分は全て同じであり、同じ方法で動作する。
【０１１７】
図８は、図６に示す代替例の代替の実施形態を示し、グリッド５１が高周波ＡＣ電圧源３０に接続されている。
【０１１８】
残りの部分は全て同じであり、同じ方法で動作する。
【０１１９】
したがって、図７および図８に示す代替例は、グリッド５１のための基準電位５５の実装を必要としない。上述したように、宇宙分野では、このような接続により、一方ではスラスタ１００が搭載される宇宙探査機または衛星の外部導電性部分と、他方では厳密に言えば荷電粒子を抽出および加速する手段５０との間を循環する寄生電流の不在を保証する。
【０１２０】
図９は、図８に示すスラスタ１００の代替の実施形態を示す。
【０１２１】
この代替の実施形態は、リザーバ２０が、ガス状の推進剤をプラズマチャンバ１０に噴射するための２つの段Ｅ１、Ｅ２を備える点で、図８に示す実施形態とは異なる。
【０１２２】
実際には、図８および図１〜図７のいずれの箇所においても、リザーバ２０はジャケット２１を備え、ジャケット２１には１つまたはいくつかのオリフィス２２を備える壁が設けられ、したがって１段式のリザーバを画定している。
【０１２３】
これに対して図９に示す代替例では、リザーバはさらに少なくとも１つのオリフィス２２´´を備える膜２２´を備え、膜２２´は、リザーバを２つの段Ｅ１、Ｅ２に分離する。より正確には、リザーバ２０は、固体推進剤ＰＳと、少なくとも１つのオリフィス２２が設けられたジャケット２１との間に配置された膜２２´を備え、この膜２２´は、少なくとも１つのオリフィス２２´´を備え、膜２２´の１つまたは各々のオリフィス２２´´の表面は、リザーバ２０のジャケット２１の１つまたは各々のオリフィス２２の表面よりも大きい。
【０１２４】
この代替例は、リザーバ２０のジャケット２１上の１つまたは各オリフィス２２のサイジングの観点から特にプラズマチャンバ１０内に所望の動作圧力Ｐ２を得るために、小さすぎるオリフィスが画定される場合に対象となる。これらのオリフィスは、技術的に製造することができない可能性がある。これらのオリフィスは、技術的には製造可能であるが、固体推進剤の塵埃、より一般的には不純物の塵埃が使用中にオリフィス２２を塞がないことを保証するには小さ過ぎる可能性もある。
【０１２５】
この場合、膜２２´の１つまたは各々のオリフィス２２´´は、リザーバ２０のジャケット２１上に形成された１つまたは各々のオリフィス２２よりも大きくなるようにサイジングされ、１つまたは各々のオリフィス２２は、プラズマチャンバ１０内で所望の動作圧力Ｐ２を得るサイズのままである。
【０１２６】
もちろん、図１〜図７に関して説明した実施形態の全てについて、２段式のリザーバ２０を考慮することができる。
【０１２７】
図１０は、本発明によるイオンスラスタの第３の実施形態を示す。
【０１２８】
この図は、図８の実施形態（グリッド５２´とグリッド５１´の両方が電圧源に接続される）の代替例である。しかし、図６（グリッド５２´は電圧源に接続され、グリッド５１は地面に接続される）、図７（電極５２とグリッド５１の両方が電圧源に接続される）、図５（電極５２は電圧源に接続され、グリッド５１は地面に接続される）および図９の代替例としても適用される。
【０１２９】
ここに示すスラスタ１００は、チャンバ１０のプラズマの出力部で正イオンのビーム７０´を形成することを可能にする。このために、高周波ＡＣ電圧源３０は直流電圧源（ＤＣ）３０´´に置き換えられている。ビーム７０´の電気的中性を確実にするために、チャンバ１０に対する装置外部８０、８１によってビーム７０´に電子が注入される。この装置は、電子発生器８１に電力を供給する電源８０を備える。電子発生器８１を出る電子ビーム７０´´は、電気的中性を確実にするために、正イオンのビーム７０´に向けられる。
【０１３０】
図１１および図１２は、図１、図３、図５または図７の実施形態によるスラスタ１００のプラズマチャンバ１０およびその環境について考えられる設計を示す。
【０１３１】
これらの図において、プラズマチャンバ１０、ジャケット２１を有するリザーバ２０、およびオリフィス２２が認識される。リザーバ２０は、電極５２としても使用される。ここでは、３つのオリフィス２２が示されており、リザーバ２０の対称軸ＡＸの周りに均等に分布している。ジャケット２１は、導電性材料、例えば金属（例えば、アルミニウム、亜鉛または金で覆われた金属材料）または金属合金（例えば、ステンレス鋼または黄銅）から作られる。したがって、ＡＣ電圧源３０、３０´およびコイル４０の作用下で、または場合によってはマイクロ波アンテナ４０の作用下で、リザーバ２０のジャケット２１に渦電流およびそれに続くジュール効果を作り出すことができる。リザーバ２０のジャケット２１と固体推進剤ＰＳとの間の熱の伝達は、熱伝導および／または熱放射によって行うことができる。
【０１３２】
チャンバ１０は、チャンバ１０（長手軸ＡＸ）に沿って延在するロッド２０２、２０４、２０５を介して共に取り付けられた２つのリング２０１、２０２の間に挟まれている。チャンバ１０は、誘電材料、例えばセラミックから作られる。リングおよびロッドの固定は、ボルト／ナット（図示せず）を用いて行うことができる。リングは、金属材料、例えばアルミニウムから作ることができる。ロッドに関しては、例えばセラミックまたは金属材料から作られる。
【０１３３】
リング２０１、２０３およびロッド２０２、２０４、２０５によってこのように形成されたユニットは、追加の部分２０７、２０７´を介してチャンバ１０およびその環境を固定することを可能にし、追加の部分２０７、２０７´は、スラスタを受けるように意図されたシステム（図１１および図１２には示されていない）、例えば衛星または宇宙探査機上で、リング２０３、２０４、２０５の１つである２０３を挟む。
【０１３４】
サイジングの例
図１に示すイオンスラスタ１００を試験した。
【０１３５】
プラズマチャンバ１０およびその環境は、図１１および図１２を用いて説明したものに従う。材料は３００℃の最大許容温度に対して選択した。
【０１３６】
使用する固体推進剤ＰＳは、二原子ヨウ素（Ｉ２、乾燥重量約５０ｇ）である。
【０１３７】
二原子ヨウ素ガスをリザーバ２０からプラズマチャンバ１０（１段式のリザーバ２０）に通すために、リザーバ２０の導電性ジャケット２１にいくつかのオリフィス２２を設けた。
【０１３８】
リザーバ２０の基準温度Ｔ１は６０℃に設定した。これは、高周波ＡＣ電圧源３０の１０Ｗの電力を用いて得ることができる。電圧源３０によって供給される信号の周波数は、イオンのプラズマ周波数と電子のプラズマ周波数との間になるように選択する（ここでは１３．５６ＭＨｚ）。
【０１３９】
リザーバ２０内の二原子ヨウ素ガスの圧力Ｐ１は、図１３（Ｉ２の場合；対応する式Ｆ１参照）によって知られており、後者はＰ１とＴ１との間のリンクを提供する。ここで、Ｐ１は１０Ｔｏｒｒ（約１３３０Ｐａ）である。
【０１４０】
次に、最適効率を得るために、チャンバ１０内の圧力Ｐ２を７Ｐａ〜１５Ｐａ、リザーバ２０とチャンバ１０との間の二原子ヨウ素ガスの質量流量ｍ´を１５ｓｃｃｍ（約１，８．１０−６ｋｇ．ｓ−１）にする必要がある。
【０１４１】
次にオリフィス（円）の等価直径は約５０ミクロンであると推定することができる。オリフィスが固有のものである場合、オリフィスは５０ミクロンの直径を有する。いくつかのオリフィスが設けられている場合（実施した試験はこの場合である）、次にこのオリフィスの表面を決定し、この表面をいくつかのオリフィス上に分配して各オリフィスの直径（有利には同じである）を得ることが適切である。
【０１４２】
しかし、上述した数値に対応する数個の追加のサイジング要素を提供するために、表面Ａのオリフィス２２の場合、以下の点に留意されたい。
【０１４３】
オリフィス２２を通る体積流量は、関係式（Ｒ１）によって見積もることができる。
【数４】
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【数５】
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【０１４４】
オリフィス２２を通る二原子ヨウ素ガスの質量流速ｍ´は、次の関係式（Ｒ３）によって得られ、
【数６】
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【０１４５】
関係式（Ｒ１）と（Ｒ３）とを組み合わせることにより、オリフィス２２の表面Ａは、関係式（Ｒ４）によってそこから導出される。
【数７】
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【０１４６】
次に、オリフィス２２を寸法決めする。
【０１４７】
関係式（Ｒ４）から分かるように、プラズマチャンバ１０内の温度Ｔ２は介入しない。この温度Ｔ２を考慮することによって、より正確なモデリングを得ることができる可能性がある。このサイジングに関するより一般的なデータについては、「Ａ  Ｕｓｅｒ  Ｇｕｉｄｅ  Ｔｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」ｔｈｉｒｄ  ｅｄ．、Ｊｏｈａｎ  Ｆ．Ｏ´Ｈａｎｌｏｎ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃ．、２００３）を参照することができる。
【０１４８】
オリフィス２２の表面Ａの寸法が決まると、スラスタ１００停止時の二原子ヨウ素ガスの漏洩の質量流量ｍ´ｌｅａｋ（ｋｇ／ｓ）を関係式（Ｒ５）によって決定することができる。
【数８】
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【０１４９】
例の終わり
【０１５０】
なお、プラズマチャンバ１０に面するリザーバ２０のジャケットの一方の面における付随する図に示す１つまたは各々のオリフィスの位置は、異なっていてもよい。特に、１つまたは各々のオリフィスをリザーバ２０の反対側の面に配置することは大いに可能である。
【０１５１】
最後に、本発明によるスラスタ１００は、特に、衛星Ｓまたは宇宙探査機ＳＰに使用することができる。
【０１５２】
このように、図１４は、本発明によるスラスタ１００と、エネルギー源ＳＥ、例えばスラスタ１００の１つまたは各々のＤＣ電圧源３０´´またはＡＣ電圧源３０、３０´（場合により高周波またはマイクロ波）に接続されたバッテリまたはソーラーパネルとを備える衛星Ｓを図式的に示す。
【０１５３】
図１５は、本発明によるスラスタ１００と、エネルギー源ＳＥ、例えばスラスタ１００の１つまたは各々のＤＣ電圧源３０´´またはＡＣ電圧源３０、３０´（場合により高周波またはマイクロ波）に接続されたバッテリまたはソーラーパネルとを備える宇宙探査機ＳＳを図式的に示す。 
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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