207
9
9
9
9 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
Il presente lavoro di tesi, riassumendo, ha prodotto una metodologia di cal-colo capace di determinare entro certi margini d’errore, peraltro quantifica-bili come ordine di grandezza, le caratteristiche principali di un propulsore elettrico a partire da misurazioni sperimentali effettuate tramite sonde di Fa-raday sul fascio relativo. L’individuazione delle suddette grandezze: corren-te totale, divergenza e disallineamento del vettore di spinta è di fondamenta-le importanza per la caratterizzazione e la qualifica di un propulsore efondamenta-lettri- elettri-co e all’interno della diagnostica del plasma riveste un ruolo maggioritario. Pertanto si è definito un programma di calcolo in ambiente Matlab in grado di elaborare dati e fornire informazioni utili per differenti configurazioni di sperimentazione (disassamenti trasversali del motore rispetto asse di rota-zione della rastrelliera, variazioni nella distanza assiale del motore rispetto alla diagnostica, variazione numero di sonde etc) prevedendo il margine d’errore commesso entro certi limiti, in modo da permetterne un immediato riutilizzo in future campagne sperimentali.
L’applicazione del codice implementato, alle misurazioni fornite dalla campagna sperimentale effettuata e descritta nel capitolo 4, ha reso possibile la caratterizzazione dei due propulsori ad effetto Hall impiegati singolar-mente (capitolo 6). In particolare si sono studiati gli andamenti delle presta-zioni (divergenza, spinta, corrente di fascio) al variare dei parametri opera-tivi quali portata anodica di propellente e voltaggio di scarica. Risultati inte-ressanti si sono ottenuti per l’andamento della divergenza del fascio che ha mostrato notevoli riduzioni all’aumentare del voltaggio di scarica (~75° contro 60°) tanto da determinare un cambiamento della modalità di funzio-namento da diffusa a concentrata per il propulsore. Inoltre si sono constatate
Caratterizzazione sperimentale di una coppia di motori ad effetto Hall a bassa potenza in funzionamento singolo e simultaneo
208
basse influenze della temperatura del motore e un’influenza ridotta dell’usura prodotta in una prova di oltre 100 ore di funzionamento. Infine la prova relativa all’aumento di pressione ha determinato risultati considerevo-li per l’incremento della divergenza del fascio (~10°) e della spinta (per un aumento di pressione di background di 4.9 mbar di Xe ), in gran parte dovu-ti a fenomeni d’interazione del getto dei neutri sul fascio del motore funzio-nante. Ulteriori prove in questo senso sembrano opportune per quantificare i due effetti: l’aumento della pressione di fondo e l’interazione con il getto dei neutri.
Lo studio del funzionamento in parallelo (effettuato per la prima volta in Europa nel corso di questo esperimento) ha consentito di approfondire le conoscenze riguardo al funzionamento simultaneo con particolare attenzione agli effetti d’interazione riscontrati nelle prestazioni (spinta, divergenza etc). Si sono inoltre evidenziati i limiti d’applicabilità del modello additivo dallo studio dei fasci con l’ausilio della sovrapposizione analitica, la quale sembra produrre risultati migliori in applicazioni a bassa portata di propellente (AMFR ≤ 0.5 mg/s).
Infine, lo studio degli effetti dei modi di neutralizzazione (in cui i due catodi sono connessi elettricamente) sui fasci ha permesso una migliore comprensione dei fenomeni di neutralizzazione del fascio. Il caso di neutra-lizzazione a comune con un solo catodo funzionante consente il funziona-mento di entrambi i motori mantenendo prestazioni di spinta e livelli di di-vergenza paragonabili con quelle relative al funzionamento separato dei due propulsori. Invece, in tutte le situazioni in cui entrambi i catodi sono funzio-nanti, uno dei due (quello recessivo) tende a spegnersi, tuttavia le prestazio-ni risultano paragonabili nel margine d’incertezza con quelle relative al fun-zionamento normale. Il caso di neutralizzazione incrociata, invece fornisce risultati decisamente peggiori (riduzioni di spinta dell’ordine del 30%).
Le principali limitazioni e fonti d’incertezza della metodologia impie-gata, oltre a quelle dovute alle misurazioni sperimentali (vedere capitolo 3), sono da ricercarsi soprattutto nell’assunzione del modello di fascio (conico- radiale) necessario per completare, come si è visto, l’insieme di informazio-ni derivanti da misurazioinformazio-ni sperimentali con sonde di Faraday. Tale incer-tezza potrebbe diventare rilevante qualora si avesse a che fare con fasci pro-priamente non conici come ad esempio nel caso dei motori a ioni. L’errore commesso con l’impiego di questo modello, in questi casi, dovrebbe essere allora valutato e magari confrontato con diverse scelte del modello stesso (es. fascio parallelo), in vista di un successivo utilizzo del programma. Inol-tre, nell’ambito delle verifiche effettuate si è definita una distribuzione di corrente virtuale tipo cos perché di facile utilizzo pratico e abbastanza
Cap.9 – Conclusioni e sviluppi futuri
209 verosimile (vedere appendice D), tuttavia si potrebbero effettuare differenti scelte e valutarne le differenze.
In futuro sono previste ulteriori applicazioni del programma di calco-lo, cercando di affinare ulteriormente le già buone capacità di stima (si ve-dano le verifiche al capitolo 5) ad esempio facendo uso di modelli sempre più verosimili per il getto.
Ulteriori campagne sperimentali saranno volte ad una ancor più appro-fondita analisi degli effetti di interazione, tra motori funzionanti in parallelo. Si cercherà pertanto di definire più precisamente il contributo dovuto ad in-nalzamento della pressione di fondo e quello dato dalla pressione locale per effetto dell’interazione dei due getti.
Caratterizzazione sperimentale di una coppia di motori ad effetto Hall a bassa potenza in funzionamento singolo e simultaneo
