Studio di un propulsore a ioni a corrente continua per missioni interplanetarie = Study of a DC ion thruster for interplanetary missions

Il lavoro di tesi prevede la modellizzazione numerica di un propulsore a ioni con camera di scarica a corrente continua. Il modello sviluppato è ideale e permette di valutare qualitativamente le principali prestazioni correlate alle dimensioni e alla potenza richiesta dal propulsore. Vengono presi come grandezze di riferimento la corrente utile degli ioni e il potenziale relativo al gas ionizzato. La camera di scarica viene modellizzata in 0-D, allo scopo di valutarne la geometria e i principali valori che ne regolano la potenza in ingresso, mentre le griglie acceleratrice sono sviluppate con un modello bidimensionale, che permette di tenere conto dei principali meccanismi di accelerazione e le problematiche annesse. In seguito, vengono stabiliti i principali legami tra le grandezze geometriche e le grandezze prestazionali, allo scopo di effettuare un corretto dimensionamento del propulsore. Per adoperare con l’ausilio di valori caratteristici ed esemplificativi, sono state scelte come riferimenti le missioni DAWN della NASA e Hayabusa della JAXA. In entrambi i casi, partendo dai dati ricavati dall’analisi della missione, si è studiata un’ottimizzazione della massa e della potenza del propulsore, dimensionando sia la massa del propulsore e della PPU, sia la massa relativa ai pannelli solari, ricavata in funzione della potenza minima richiesta. Infine, i valori di ottimo ottenuti sono stati confrontati e adattati con i valori limite della legge di Child-Langmuir, che stabilisce la densità di corrente massima transitabile attraverso le griglie acceleratrici, dunque la densità di spinta massima erogabile dal propulsore.