Design and testing of low-cost miniature ion thruster for nanosatellites

摘要

Ion propulsion is a technology that offers low thrust but high specific impulse for small spacecraft. Thernpropulsion system can be used for attitude control and deep-space missions. A disadvantage ion thrusters have is the highrncost of the propellant. Xenon is a widely used propellant for ion thrusters; however, it is expensive. In addition, thernmanufacturing of the ion thruster can be costly. This paper presents a low-cost ion thruster that uses nitrogen and argonrnas its propellant. The thruster is named capacitive discharge ion thruster (CDIT) because the plasma is generated by arncapacitive discharge. The force, specific impulse, mass efficiency, power efficiency, and thrust efficiency of the CDIT usingrnnitrogen is 0.564 mN, 2 300 s, 0.44, 0.75, and 0.34, respectively, at a mass flow rate of 25 μg/s.%La propulsion ionique est une technologie qui offre une faible poussée, mais de grandes impulsions spécifiques pour les petits systèmes spatiaux. Ce système de propulsion peut être utilisé pour le contrôle de l'attitude et pour des missions dans l'espace lointain. Un inconvénient des propulseurs ioniques est le coûtelevé de l'agent propulseur. Le xénon est un agent propulseur largement utilisé pour les propulseurs ioniques. Il est cependant coûteux. En outre, la fabrication de propulseurs ioniques peut être coûteuse. Cet article présente un propulseur ionique à faible coût qui utilise de l'azote et de l'argon comme agent propulseur. Le propulseur est nommé le propulseur ionique à décharge capacitive (CDIT) parce que le plasma est généré par une décharge capacitive. La force, l'impulsion spécifique, l'efficacité massique, l'efficacité éergétique et l'efficacité de poussée du CDIT en utilisant l'azote sont de 0,564 mN, 2 300 s, 0,44, 0,75 et 0,34 respectivement àlun débit massique de 25 μg/s.