Thèse soutenue

Caractérisation et modélisation d'un propulseur plasma à résonance cyclotronique des électrons

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Auteur / Autrice : Félix Cannat
Direction : Pascal ChabertJulien Jarrige
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 2015
Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
Jury : Président / Présidente : Ane Aanesland
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Garrigues, Stéphane Mazouffre, Claude Boniface, Thierry Lamy
Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Garrigues, Stéphane Mazouffre

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L'objet de ce travail consiste à la caractérisation et à la modélisation d'un propulseur électrique à résonance cyclotronique des électrons. L’objectif est d’étudier la physique du propulseur (transfert d’énergie par résonance, processus d’ionisation, couplage micro-onde/plasma, processus d’accélération) afin d’améliorer ses performances, son efficacité ainsi que le développement d’outils de dimensionnement. Un prototype expérimental du propulseur a été caractérisé autour des degrés de libertés de fonctionnement tels que la fréquence, le champ magnétique, la puissance, la géométrie et le débit de gaz. Les résultats obtenus permettent de définir les conditions pour un fonctionnement nominal du propulseur en termes de performances et d’efficacité. Il a été montré que la position de la zone résonance ainsi que la pression de fonctionnement sont les deux paramètres clés pour l’optimisation du propulseur. Ces travaux de recherche ont permis d’augmenter les performances et le rendement total du propulseur. Pour une puissance de 30 Watts et un débit de 0. 1 mg/s, le propulseur fourni une poussée de 1 mN avec une impulsion spécifique de 1000 s pour 16 % d’efficacité totale. En parallèle, un modèle de décharge est adapté au propulseur. Il estime les performances du propulseur, permet d’identifier les points importants et apporte des perspectives de dimensionnement pour une nouvelle version du propulseur. Pour compléter ce modèle, des simulations préliminaires de propagation d’ondes électromagnétiques et de couplage micro-onde plasma magnétisé sont réalisées. Les résultats obtenues permettent de mieux comprendre la déposition de puissance micro-onde dans le propulseur.