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CONTESTO ED OBIETTIVI DELLA TESI
1.1 Contesto
I motori MPD non possono ancora ritenersi competitivi rispetto alle soluzioni propulsive più tradizionali e tecnologicamente più affidabili, per una serie di fenomeni di instabilità che ne fanno decadere le prestazioni all’aumentare della corrente di scarica e ne diminuiscono la vita operativa, sottoponendo a forte usura i componenti più critici.
Questo decadimento delle prestazioni è stato ampiamente investigato in passato. In particolar modo, Oberth e Jahn [12] imputano questo problema ad una rarefazione di propellente ionizzato in prossimità della zona anodica, che provoca un incremento della resistività del plasma con conseguente innalzamento della dissipazione di potenza per effetto Joule e il manifestarsi di fenomeni di instabilità (in letteratura definiti come fenomeni di onset).
Per eliminare queste forme di instabilità del plasma sono state proposte varie soluzioni nel corso degli anni: i primi tentativi effettuati consistevano nell’iniezione di propellente neutro nella zona anodica del propulsore, in modo da ovviare alla rarefazione del plasma in tale zona. Purtroppo questa soluzione si è rivelata insoddisfacente.
Si è quindi pensato di introdurre nella zona anodica una porzione di propellente precedentemente ionizzato in una camera di pre-ionizzazione, dando vita al motore denominato Hybrid Plasma Thruster (HPT), soluzione delineata a partire dal 1995 da Tikhonov e Obukhov [17] presso il Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics (RIAME) del Moscow
Contesto ed obiettivi della tesi
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Aviation Institute (MAI), e poi portata avanti in un’attività congiunta con il Centrospazio di Pisa, ora Alta S.p.A.
Anche se i risultati sperati non sono stati raggiunti, durante una sperimentazione sul motore HPT condotta in collaborazione con il Consorzio RFX di Padova, si è giunti all’idea di utilizzare una nuova tecnologia nel contrastare i fenomeni di instabilità: introdurre all’interno della camera di accelerazione un impedimento fisico alla rotazione del plasma, utilizzando un setto di materiale isolante che consentisse di non operare stravolgimenti alla geometria di base dei motori MPD.
La presente tesi si inserisce nella sperimentazione che è seguita a questa scoperta, in collaborazione con il Consorzio RFX di Padova che ha fornito il sistema di diagnostica utilizzato sul motore permettendo un’accurata analisi delle instabilità di plasma. In particolare durante la campagna sperimentale sono stati provati diversi tipi di setti, valutandone l’efficacia sia nel contrasto dell’instabilità che nella variazione delle prestazioni del motore. In parallelo si è svolto il lavoro di tesi di Paola Salvatori [16], avente come oggetto la caratterizzazione sperimentale del motore MPD a bassa potenza utilizzato.
1.2 Obiettivi della tesi
Gli obiettivi del presente lavoro possono essere così riassunti:
- Assemblaggio del motore e allestimento del laboratorio e della camera a vuoto per il corretto svolgimento delle sperimentazioni (Figura 1.1, 1.2, 1.3)
- Calibrazione del sistema di alimentazione gassosa e mappatura del campo magnetico applicato per verificare la sua corrispondenza con gli andamenti previsti teoricamente
- Analisi dei dati di caratteristica elettrica e di spinta durante la fase di caratterizzazione del nuovo motore MPD
- Progettazione e sperimentazione dei setti in collaborazione con il Consorzio RFX di Padova
- Verifica attraverso misure di caratteristica elettrica e di spinta dell’effettivo miglioramento delle prestazioni seguito all’utilizzo dei setti
Figura 1.1 Assemblaggio del motore
Contesto ed obiettivi della tesi
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