PEGASES: propulsion de plasma par gaz électronégatifs

PEGASES: Plasma Propulsion with Electronegative Gases.

• Auteur / Autrice : Gary Leray
• Direction : Pascal Chabert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Président / Présidente : Pere Roca i Cabarrocas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gerjan Hagelaar, Khaled Hassouni, Gilles Cartry, Stéphane Mazouffre, W. G. Graham
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gerjan Hagelaar, Khaled Hassouni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Plasmas (gaz ionisés)

Mots clés libres

Propulseur plasma

Résumé

Le propulseur PEGASES est un nouveau concept de propulseur plasma. Dans un propulseur classique, la poussée est produite en accélérant les ions positifs d'un plasma composé d'électrons et d'ions positifs. Pour le concept PEGASES, un plasma électronégatif est utilisé, avec des électrons, des ions positifs et des ions négatifs. Les deux types d'ions sont utilisés pour produire la poussée. Plusieurs avantages découlent de ce design. Le propulseur PEGASES peut être divisé en trois étages: l'étage d'ionisation, l'étage de filtrage magnétique des électrons, et l'étage d'extraction et d'accélération. Dans le premier étage, le plasma électronégatif est produit par application d'une onde radiofréquence. Dans le deuxième étage, les électrons sont filtrés spatialement pour obtenir un plasma ion-ion (dénué d'électrons). Dans le troisième étage, les deux types d'ions sont extraits et accélérés. Ceci est possible du fait de l'obtention d'un plasma ion-ion dans l'étage précédent. Les deux premiers étages furent étudiés d'un point de vue expérimental dans le premier prototype du propulseur PEGASES, à l'aide de sondes électrostatiques et d'analyseurs d'énergie d'ions. Les deux derniers étages furent étudiés d'un point de vue théorique par des modèles fluides et cinétiques. Une meilleure compréhension des étages du concept PEGASES fut acquise du fait des résultats obtenus, tant sur le plan théorique qu 'expérimental. Ceci a permis de designer le second prototype du propulseur PEGASES.

The PEGASES thruster is a new plasma thruster concept. In a classical thruster, the thrust is produced by accelerating positive ions from an electron-positive ion plasma. In the PEGASES concept, an electronegative plasma is used, with electrons, positive and negative ions. Both positive and negative ions are used to create the thrust. Severa! advantages follow from this design. The PEGASES thruster can be divided into three stages: the ionization stage, the magnetic electron filtering stage, and the extraction and acceleration stage. In the first stage, the electronegative plasma is excited by a radiofrequency wave. In the second stage, electrons are spatially filtered to obtain an ion-ion plasma ( electron free). In the thircl stage, both ion species are extracted and accelerated. This is made possible by the obtainment of an ion-ion plasma in the previous stage. The first, two stages were investigatecl experimentally in the first PEGASES thruster prototype using electrostatic probes and retarding-field energy analyzers. The last two stages were investigated theoretically with fluicl and kinetic models. With the results from ail stages, a better understanding of the PEGASES concept stages was achieved. This allowed the design of the second PEGASES thruster prototype.