I NDICE
ELENCO DELLE FIGURE
ELENCO DELLE TABELLE
1 MOTIVAZIONI E OBIETTIVI ... 1
1.1 Motivazioni ... 2
1.2 Obiettivi ... 2
2 INTRODUZIONE ... 4
2.1 Generalità sulla propulsione spaziale ... 5
2.2 La propulsione elettrica ... 7
2.3 La propulsione elettrica ad emissione di campo (FEEP) ... 11
3 COMPONENTI DEL SISTEMA FEEP ... 15
3.1 L’emettitore ... 16
3.2 L’acceleratore ... 17
3.3 Il neutralizzatore ... 17
3.4 Il sistema di alimentazione del propellente ... 18
3.5 L’unità di controllo e di alimentazione ... 18
3.6 Gli elementi di supporto, i riscaldatori e le termocoppie ... 19
4 I LIQUIDI IONICI ... 20
4.1 Descrizione generale ... 21
4.2 Proprietà chimico-fisiche ... 22
5 LA CAMERA A VUOTO ... 24
5.1 Il gruppo di pompaggio ... 25
5.2 Il sistema di controllo della camera... 25
6 ALLESTIMENTO DEL TEST DI EMISSIONE ... 26
6.1 Configurazione del test... 27
6.2 Il propellente ... 28
6.3 Descrizione del sistema di alimentazione del propellente ... 29
6.4 Il sistema di rivelazione dell’emissione ... 30
6.5 Operazioni preliminari ... 31
7 CAMPAGNA DI TEST ... 33
7.1 Risoluzione dei problemi legati all’emissione irregolare ... 34
7.2 Test di spettrometria di massa a tempo di volo ... 35
7.3 Test di verifica del consumo di propellente ... 35
7.4 Divergenza del fascio ionico ... 36
7.5 Emissione secondaria di elettroni ... 38
8 CARATTERIZZAZIONE DEL GETTO EMESSO... 41
8.1 Spettrometria di massa a tempo di volo ... 42
8.2 Velocità media asintotica degli ioni ... 43
8.3 Rivelatore di ioni ... 44
8.4 Analisi dei segnali ... 44
9 ANALISI DEL CONSUMO DI PROPELLENTE ... 48
9.1 Misura diretta dei consumi ... 49
10 ANALISI DELLE PRESTAZIONI DEL PROPULSORE SULLA BASE DEI RISULTATI DEL TOF ... 50
10.1 Stima delle prestazioni del propulsore ... 51
10.2 Stima del consumo di propellente ... 52
10.3 Confronto tra il consumo di propellente misurato e stimato ... 53
11 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ... 54
BIBLIOGRAFIA ... 57
APPENDICE ... 60
E LENCO DELLE FIGURE
Figura 2.1: Impulso specifico ottimo per un propulsore elettrico. ... 9
Figura 2.2: Schema di un propulsore ad effetto Hall. ... 10
Figura 2.3: Immagine di un propulsore “Alta HT-400” e del relativo getto. ... 10
Figura 2.4: Spaccato di propulsore MPD a campo auto-indotto. ... 11
Figura 2.5: Immagine di un propulsore FEEP durante un test di emissione. ... 11
Figura 2.6: Schema di funzionamento del sistema FEEP. ... 12
Figura 2.7: Formazione dei coni di Taylor sulla superficie del liquido in prossimità della fessura dell’emettitore: (a) prima dell’applicazione del campo elettrico, (b) dopo l’applicazione del campo elettrico. ... 13
Figura 2.8: Estrazione degli ioni dall’apice del cono di Taylor. ... 13
Figura 3.1: Uno spaccato del gruppo emettitore-acceleratore (sinistra) e un esploso dell’emettitore (destra). ... 16
Figura 3.2: Sezione del gruppo emettitore-accleratore. ... 17
Figura 3.3: Set-up in cui sono visibili gli elementi di supporto, i riscaldatori e la termocoppia. ... 19
Figura 4.1: Formula chimica del nitrato di etilammonio. ... 21
Figura 5.1: Disegno della camera ausiliaria CA-03. ... 24
Figura 6.1: Particolare del sistema propulsivo. ... 27
Figura 6.2: Formula chimica dell’EMI-BF4. ... 28
Figura 6.3: Sistema di alimentazione utilizzato in esperimenti passati. ... 29
Figura 6.4: Il serbatoio di propellente. ... 29
Figura 6.5: Serbatoio e collettore di alimentazione (sinistra) e versamento del propellente nel collettore (destra). ... 30
Figura 6.6: Il rivelatore in posizione operativa (sinistra) e ruotato di 90° (destra). ... 30
Figura 6.7: Bubble test dell’emettitore... 31
Figura 6.8: Il set-up pronto per essere immesso nella camera di prova. ... 32
Figura 6.9: Bake-out dell’emettitore. ... 32
Figura 7.1: Andamento irregolare della corrente acquisita sull’emettitore (sinistra) e sul target (destra). ... 34
Figura 7.2: Andamento regolare della corrente acquisita sull’emettitore (sinistra) e sul target (destra). ... 35
Figura 7.3: Angoli di divergenza del fascio. ... 36
Figura 7.4: Traccia verticale lasciata dal fascio ionico sul target. ... 37
Figura 7.5: Emissione secondaria di elettroni. ... 38
Figura 7.6: Caduta di corrente sull’emettitore durante la rotazione del target... 39
Figura 7.7: Curva caratteristica del target durante l’emissione positiva. ... 39
Figura 7.8: Curva caratteristica del target durante l’emissione negativa. ... 40
Figura 8.1: MCP detector. ... 44
Figura 8.2: Misura di time-of-flight ottenuta con Ve = 7,20 kV. I cambiamenti di pendenza sono indicati dai punti neri. ... 45
Figura 8.3: Misura di time-of-flight ottenuta con Ve = -7,20 kV. I cambiamenti di pendenza sono indicati dai punti neri. ... 46
Figura 9.1: Immagini del battente a partire dal 04/12 (sinistra) acquisite dopo un tempo di emissione di 90 ore, 117 ore e 119 ore. ... 49
E LENCO DELLE TABELLE
Tabella 2.1: Valori dell’incremento di velocità Δv tipici di alcune missioni di interesse. ... 6 Tabella 2.2: Confronto tra le prestazioni tipiche di alcuni sistemi di propulsione. . 6 Tabella 9.1: Riepilogo dei parametri di consumo. ... 49 Tabella 10.1: Parametri di emissione e prestazioni del propulsore. ... 52 Tabella 10.2: Confronto tra i consumo misurato e stimato. ... 53
