Electric field determination and magnetic topology optimization in Hall thrusters

par Julien Vaudolon

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Stéphane Mazouffre.

Le président du jury était Dunpin Hong.

Le jury était composé de Stéphane Mazouffre, Dunpin Hong, Jean-Pierre Boeuf, Yevgeny Raitses, Jean-Marcel Rax, Stéphan Zurbach, Nicolas Arcis, Carole Hénaux.

Les rapporteurs étaient Jean-Pierre Boeuf, Yevgeny Raitses.

  • Titre traduit

    Détermination du champ électrique et optimisation de la topologie magnétique dans les propulseurs de Hall


  • Résumé

    La propulsion électrique est à un tournant de son histoire. La récente mise en oeuvre de satellites de télécommunication "tout-électrique" se traduit par l’ouverture d’un nouveau marché, et par une évolution des besoins opérationnels. L’identification de ces nouvelles missions nécessite l’amélioration des performances de nos moteurs. La première partie de ces travaux rapporte l’utilisation d’un outil de spectroscopie laser destiné à caractériser la distribution en vitesse des ions. Les différentes méthodes de calcul du champ électrique dans les propulseurs de Hall ont été exposées. Deux instabilités ioniques ont été observées et analysées. Les sources d’erreurs liées aux mesures par sondes électrostatiques ont été analysées, et un exemple de sonde plane étudié. Une analyse paramétrique de l’influence des paramètres de champ magnétique sur les performances des propulseurs de Hall a été conduite. Le concept de moteur "sans parois" est présenté. L’identification de ce concept constitue une avancée porteuse de promesses pour l’avenir de la propulsion électrique.


  • Résumé

    Electric propulsion is facing new challenges. Recently, the launch of "all-electric" satellites has marked the debut of a new era. Going all-electric now appears as an interesting alternative to conventional systems for telecom operators. A laser spectroscopy technique was used during this research to investigate the ion velocity distribution dynamics. The different methods for determining the electric field in Hall thrusters were exposed. Two unstable ion regimes were identified and examined. Measurement uncertainties using electrostatic probes were assessed. Planar probed have been designed and tested. A thorough investigation of the influence of the magnetic field parameters on the performance of Hall thrusters was performed. The wall-less Hall thruster design was presented, and preliminary experiments have revealed its interest for the electric propulsion community.


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