Détermination du champ électrique et optimisation de la topologie magnétique dans les propulseurs de Hall

Electric field determination and magnetic topology optimization in Hall thrusters

• Auteur / Autrice : Julien Vaudolon
• Direction : Stéphane Mazouffre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 01/10/2015
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Dunpin Hong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Mazouffre, Dunpin Hong, Jean-Pierre Boeuf, Yevgeny Raitses, Jean-Marcel Rax, Stéphan Zurbach, Nicolas Arcis, Carole Hénaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Boeuf, Yevgeny Raitses

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sondes de Langmuir

Fluorescence induite par laser

Champs magnétiques

Champs électriques

Fusées à effet Hall

Propulsion électrique

Véhicules spatiaux -- Systèmes électriques de propulsion

Mots clés libres

Propulsion spatiale électrique

Propulseur de Hall

Champ électrique

Champ magnétique

Fluorescence induite par laser

Instabilités

Sondes électrostatiques

Moteur sans parois

Magnetic shielding

Electric space propulsion

Hall thruster

Electric field

Magnetic field

Laser-induced fluorescence

Instabilities

Electrostatic probes

Wall-less thruster

Magnetic shielding

Résumé

La propulsion électrique est à un tournant de son histoire. La récente mise en oeuvre de satellites de télécommunication "tout-électrique" se traduit par l’ouverture d’un nouveau marché, et par une évolution des besoins opérationnels. L’identification de ces nouvelles missions nécessite l’amélioration des performances de nos moteurs. La première partie de ces travaux rapporte l’utilisation d’un outil de spectroscopie laser destiné à caractériser la distribution en vitesse des ions. Les différentes méthodes de calcul du champ électrique dans les propulseurs de Hall ont été exposées. Deux instabilités ioniques ont été observées et analysées. Les sources d’erreurs liées aux mesures par sondes électrostatiques ont été analysées, et un exemple de sonde plane étudié. Une analyse paramétrique de l’influence des paramètres de champ magnétique sur les performances des propulseurs de Hall a été conduite. Le concept de moteur "sans parois" est présenté. L’identification de ce concept constitue une avancée porteuse de promesses pour l’avenir de la propulsion électrique.

Electric propulsion is facing new challenges. Recently, the launch of "all-electric" satellites has marked the debut of a new era. Going all-electric now appears as an interesting alternative to conventional systems for telecom operators. A laser spectroscopy technique was used during this research to investigate the ion velocity distribution dynamics. The different methods for determining the electric field in Hall thrusters were exposed. Two unstable ion regimes were identified and examined. Measurement uncertainties using electrostatic probes were assessed. Planar probed have been designed and tested. A thorough investigation of the influence of the magnetic field parameters on the performance of Hall thrusters was performed. The wall-less Hall thruster design was presented, and preliminary experiments have revealed its interest for the electric propulsion community.