• Air Breathing Electric Propulsion
• Double Stage Hall Effect Thrusters

In questa tesi magistrale viene analizzato il moto degli elettroni all'interno di un sistema di propulsione elettrico di tipo RAM (RAM-EP), progettato e costruito dalla SITAEL in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA). Questo tipo di propulsore appartiene alla famiglia dei propulsori a effetto Hall a doppio stadio ed è stato progettato per operare a una altitudine compresa tra 180-220 km. Per l'analisi del propulsore, è stata considerata una altitudine pari a 200 km, e sono stati considerati come propellenti solo i due componenti principali dell'atmosfera a questa altitudine, ovvero l'ossigeno atomico O e l'azoto molecolare N2. Lo studio si è quindi focalizzato sul transiente iniziale, cioè sulla fase di accensione, quando il plasma non è stato ancora generato e la densità numerica degli elettroni all'ingresso del motore è minore di 10^(13) m^(-3). Viene trascurato il moto degli ioni e quello del propellente atmosferico. Nella prima fase viene ricavato il campo elettromagnetico del propulsore utilizzando un codice agli elementi finiti (FEMM). Nella seconda parte vengono generati gli elettroni all'ingresso del motore, con le velocità distribuite secondo la distribuzione di Maxwell. Successivamente viene integrata l'equazione del moto degli elettroni usando l'algoritmo di Boris e lo schema Leap-Frog. Per simulare le collisioni tra gli elettroni e le specie neutre (O e N2) è stato usato il metodo Monte Carlo Collision.
Sono state simulate due configurazioni del campo elettrico del RAM-EP, con diverse tensioni applicate ai tre elettrodi (0V-250V-400V e 0V-400V-725V). Per ciascuna di queste configurazioni sono state considerate due correnti di emissione del catodo esterno pari a 0.5 milliampere e 1 milliampere con una temperatura di 4 eV.
Per entrambe le configurazioni, RAM-EP nel transiente iniziale si comporta come un propulsore a effetto Hall a singolo stadio. Solamente una piccola parte degli elettroni emessi dal catodo riesce ad arrivare all'interno della camera di ionizzazione. Gli elettroni nella camera di ionizzazione, con la configurazione 0V-250V-400V, ionizzano in modo uniforme tutto il canale interno. Invece, nell'altra configurazione, gli elettroni ionizzano solamente nel tratto obliquo del canale interno.
L'analisi svolta rappresenta un primo passo nella descrizione del processo di ionizzazione per il sistema RAM-EP sviluppato da SITAEL e offre una base su cui procedere per ottimizzare la procedura di accensione del propulsore.