Propulsor a efecte Hall
Un propulsor a efecte Hall o propulsor Hall és un tipo de propulsor de ions, utilisat en vehículs espacials, en el que el propelente és accelerat per mig d'un camp elèctric. Els propulsors Hall atrapen electrons en un camp magnètic i després utilisen els electrons per a ionizar el propelente, i accelerar els ions de manera eficient per a produir impuls, i neutralisar els ions en la ploma. A sovint els propulsors Hall són considerats una tecnologia de propulsió espacial d'impuls especifique moderat (1600 s). Des de la década de 1960 els propulsors Hall han segut objecte d'un important esforç d'investigació tant en aspectes teòrics com a experimentals.[1]
Els propulsors Hall operen en diversos propelentes, el més comú és xenón. Atres propelentes d'interés són kriptón, argón, bismut, iodo, magnesi, i zinc.
Els propulsors Hall són capaços d'accelerar els ions que expulsen a velocitats entre 10-80 km/s (1000-8000 s d'impuls específic), la majoria dels models operen en el ranc 15-30 km/s (1500-3000 s d'impuls específic). L'impuls que produïx un propulsor Hall vària segons la seua potència. Mentres que dispositius en una potència d'1.35 kW produïxen uns 83 mN d'espente. Els models d'alta potència han segut capaces de produir fins a 3 N en el laboratori. Ha segut possible operar dispositius en potències de fins a 100 kW per mig de propulsors en gas xenón.
Funcionament
[editar | editar còdic]El principi de funcionament d'un propulsor Hall es basa en utilisar un potencial electroestático per a accelerar ions a altes velocitats. En un propulsor Hall la càrrega negativa atractiva és proveïda per un plasma d'electrons en l'extrem obert del propulsor, en lloc d'en una reixeta. Un camp magnètic radial d'uns centenars de gauss (uns 100-300 G, 0.01-0.03 T) és utilisat per a confinar els electrons, a on les combinacions del camp magnètic radial i del camp elèctric axial fan que els electrons es desplacen en forma assimutal, formant la corrent Hall que dona nom al dispositiu.
El diagrama a la dreta presenta un esquema de funcionament d'un propulsor Hall. Un potencial elèctric d'entre 150 i 800 volts és aplicat entre l'ànodo i el càtodo.
L'agulla central forma un pol d'un electroimant i és rodejat per un espai anular i al voltant del mateix es troba l'atre pol de l'electroimant, en un camp magnètic radial entre ells.
El propelente, per eixemple gas xenón, és alimentat a través de l'ànodo, que posseïx numerosos forats chicotets per a servir de distribuïdor de gas. Es preferix xenón a causa del seu elevat pes atòmic i baix potencial de ionisació. Quan els àtoms neutres de xenón es difonen en el canal del propulsor, els mateixos són ionizados per mig de colisions en electrons de molt alta energia (per lo general 10-40 eV, o aproximadament el 10 % del voltage de descàrrega). Una volta ionizados, els ions de xenón per lo general tenen una càrrega elèctrica +1, encara que alguns d'ells (20 %) tenen +2.
Després els ions de xenón són accelerats pel camp elèctric entre l'ànodo i el càtodo. Per a voltages de descàrrega de 300 V, els ions alcancen velocitats d'uns 15 km/s per a un impuls específic de 1500 segons (15 kN·s/kg). No obstant, en ser eyectados, els ions arrastren un número d'electrons similar en ells, per lo que la ploma no posseïx una càrrega elèctrica neta.
El camp magnètic radial és dissenyat de forma tal que siga lo suficientment forta per a deflectar de manera apreciable els electrons de massa reduïda, pero no els ions de massa elevada que tenen un major ràdio de gir. La majoria dels electrons per lo tant queden retinguts orbitando en la regió a on existix un elevat camp magnètic radial prop del pla d'eixida del propulsor, atrapats en I×B (camp elèctric axial i camp magnètic radial). La rotació orbital dels electrons és una corrent Hall, i és d'a on el dispositiu pren el seu nom. Els chocs en atres partícules i en les parets, i les inestabilitat del plasma, permeten que alguns electrons escapen del camp magnètic i es desplacen cap a l'ànodo.
Aproximadament el 20-30 % de la corrent de descàrrega és una corrent d'electrons, que no produïx impuls, llimitant d'esta manera l'eficiència energètica del propulsor; l'atre 70-80 % de la corrent són els ions. Ya que la majoria dels electrons es troben atrapats en la corrent Hall, tenen un llarc temps de residència en el propulsor i poden ionizar casi tot el xenón propelente, permetent alcançar un factor d'utilisació de massa del 90-99 %. L'eficiència en l'us de massa del propulsor és aproximadament el 90 %, mentres que l'eficiència en la corrent de descàrrega és d'aproximadament 70 % per a una eficiència combinada del propulsor del 63 % (= 90 % × 70 %). Els propulsors Hall moderns han alcançat eficiència de fins al 75 % gràcies a dissenys alvançats.
Comparat en les eixides químiques, l'impuls és molt chicotet, de l'orde de 83 mN en un propulsor típic que funciona en 300 V, 1.5 kW. Per comparació, una moneda d'un quarto de dólar d'Estats Units o una moneda de 20 cèntims d'euro pesen aproximadament 60 mN. De la mateixa manera que en tots els tipos de propulsió espacial basades en principis elèctrics, la propulsió es troba llimitada per la potència disponible, l'eficiència i l'impuls específic.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Development and Characterization of High-Efficiency, High-Specific Impulse Xenon Hall Thrusters». NASA/CR—2004-21309. NASA STI Program. Consultat el 17 d'octubre de 2011.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Propulsor a efecto Hall» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.