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• Hall
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• propulsion
• space
• thruster
• ThrustMe

Italiano:

Questo studio si concentra sullo sviluppo di un prototipo di propulsore elettrico al plasma di tipo Hall con l'obiettivo di promuovere la propulsione spaziale sostenibile. Il lavoro descritto è stato condotto presso ThrustMe, una rinomata azienda francese specializzata in tecnologie di propulsione spaziale sostenibile, in particolare per l'uso di iodio. Il periodo di stage, della durata di sei mesi, ha offerto un'importante opportunità di contribuire alla progettazione e realizzazione del prototipo. Per perseguire l'obiettivo prefissato, è stata inizialmente effettuata una ridimensionatura del propulsore al fine di raggiungere la potenza desiderata all'anodo e il flusso di propellente. Successivamente, è stato eseguito il dimensionamento necessario per i componenti che compongono il propulsore e la struttura di prova, in particolare la forma del circuito ferromagnetico che costituisce lo scheletro della struttura e la forma del campo magnetico, seguita dalla fase di assemblaggio e dai test preliminari. Il processo di sviluppo ha coinvolto la collaborazione con un team di ingegneri esperti per definire le specifiche e selezionare i componenti appropriati. Software di progettazione assistita dal computer come SOLIDWORKS e COMSOL hanno agevolato la creazione di modelli virtuali, consentendo la progettazione dell'assemblaggio fisico e l'ottimizzazione dello stesso, aiutati dalle simulazioni FEMM. Il prototipo risultante ha mostrato risultati positivi durante i test funzionali iniziali, convalidando l'efficacia delle soluzioni implementate. Ciò è stato dimostrato durante le varie fasi di test a cui il prototipo è stato sottoposto, compresi i test del campo magnetico e i test completi del prototipo in una camera a vuoto, che hanno incluso l'accensione riuscita e l'analisi successiva delle oscillazioni della scarica, dell'energia ionica e della densità di corrente ionica. Durante la progettazione del prototipo sono stati presi in considerazione diversi fattori, inclusi il dimensionamento e la selezione dei materiali per garantire una struttura funzionale ma al contempo economica. È stata prestata particolare attenzione anche alla progettazione delle strutture del banco di prova destinate a lavorare con iodio. I risultati ottenuti durante il periodo di stage sono stati estremamente promettenti. Le misurazioni del campo magnetico hanno confermato la corrispondenza delle simulazioni magnetiche precedenti e l'omogeneità della componente radiale, fornendo dati preziosi per future ottimizzazioni. Il prototipo ha dimostrato la capacità di funzionare per un periodo prolungato e in molti punti al di là dei parametri di progettazione. Le principali caratteristiche di prestazione sono state stabilite indirettamente per il prototipo attraverso modelli basati sulla letteratura. Sono state identificate tempestivamente migliorie immediate che possono essere implementate per accelerare la transizione dal prototipo al prodotto finale. In conclusione, questo lavoro svolto presso ThrustMe rappresenta un'importante opportunità per contribuire all'avanzamento della tecnologia di propulsione spaziale sostenibile. I risultati ottenuti offrono una solida base per ulteriori ricerche e sviluppi nel campo della propulsione spaziale sostenibile.

English:

This study focuses on the development of a prototype for a Hall-type plasma electric thruster with the aim of promoting sustainable space propulsion. The described work was conducted at ThrustMe, a renowned French company specialized in sustainable space propulsion technologies, particularly for the use of iodine. The internship period, lasting six months, offered a valuable opportunity to contribute to the design and realization of the prototype. To pursue the set goal, an initial scaling of the thruster was performed to achieve the desired anode power and propellant flow rate. Subsequently, the necessary dimensioning was carried out for the components forming the thruster and the test stand, in particular the ferromagnetic circuit shape that compose the skeleton of the structure and the magnetic field shape, followed by assembly and preliminary testing phases. The development process involved collaboration with a team of experienced engineers to define specifications and select appropriate components. Computer-aided design software such as SOLIDWORKS and COMSOL facilitated the creation of virtual models, enabling the design of the physical assembly and optimization of it, aided by FEMM simulations. The resulting prototype showed positive results during the initial functional tests, validating the effectiveness of the implemented solutions. This was demonstrated during the various testing phases the prototype underwent, including tests of the magnetic field and full prototype tests in a vacuum chamber, which included successful ignition and subsequent analysis of the discharge oscillations, ion energy and ion current density. Several factors were taken into consideration during the prototype design, including sizing and material selection to ensure a functional yet cost-effective structure. Special attention was also given to the design of the structures of the test stand aimed to work with iodine. The results obtained during the internship period were highly promising. Magnetic field measurements confirmed the fidelity of previous magnetic simulations and the radial component homogeneity of it, providing valuable data for future optimizations. The prototype demonstrated the ability to operate for an extended period and in many points beyond the design parameters. The main performance characteristics were indirectly established for the prototype through literature-based models. Immediate improvements that can be implemented were promptly identified to expedite the transition from prototype to final product. In conclusion, this work accomplished at ThrustMe represented a significant opportunity to contribute to the advancement of sustainable space propulsion technology. The results obtained offer a solid foundation for further research and development in the field of sustainable space propulsion.