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Modello cinetico a particella della dinamica del plasma all’interno di un propulsore spaziale di tipo air-breathing Hall thruster = Kinetic particle-based plasma model of air-breathing Hall thruster

Mario Francois Marano

Modello cinetico a particella della dinamica del plasma all’interno di un propulsore spaziale di tipo air-breathing Hall thruster = Kinetic particle-based plasma model of air-breathing Hall thruster.

Rel. Lorenzo Casalino, Olga De Pascale, Francesco Taccogna. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Aerospaziale, 2021

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Abstract:

L'argomento della tesi verte su una tecnologia innovativa, l'air-breathing Hall thruster. Un satellite dotato di questo dispositivo potrebbe orbitare vicino alla superficie terrestre ad altitudini attualmente inaccessibili (z<300km). Uno dei punti di forza di questo propulsore è quello di alimentarsi ingerendo l'atmosfera, che si traduce in una significativa riduzione del peso e della complessità del sistema di propulsione. Le particelle d'aria residue, opportunamente convogliate, assicurano la portata massica al propulsore, tale da creare plasma e generare la spinta necessaria per contrastare la resistenza atmosferica. Lo scopo del lavoro è simulare il funzionamento del propulsore per analizzarne la capacità ionizzante. Una volta ottenuti i gradi di ionizzazione per diverse miscele di propellenti, viene effettuato un confronto con un caso di riferimento ideale, quello full-Xenon. Il propellente atmosferico più performante simulato ha un'efficienza di circa il 30% rispetto allo Xenon. Questo è un risultato eccellente se confrontato al caso full-N2, che ottiene solo il 9%. Non è necessario simulare la plume, poiché praticamente tutta la ionizzazione utile avviene nella camera. Questa decisione è garantita anche dalla configurazione Double Stage scelta, che delimita la zona di ionizzazione nella parte interna del propulsore. La forma del campo magnetico è ispirata al 'Galatea', quindi differirà dalla classica HT. Questa topologia consentirà migliori prestazioni di ionizzazione (essenziale per gestire un propellente atmosferico). La dinamica del plasma viene riprodotta attraverso il metodo PIC-MCC: segue il moto delle particelle cariche e affida il calcolo delle collisioni ad un approccio Monte Carlo. Il codice, oltre alle collisioni elettroniche con N2 e Xe, può analizzare anche gli impatti con O, O2 e N, rendendolo unico nel panorama mondiale. I risultati sono promettenti, ma sono richiesti ottimi rendimenti della presa d'aria.

Relators: Lorenzo Casalino, Olga De Pascale, Francesco Taccogna
Academic year: 2020/21
Publication type: Electronic
Number of Pages: 183
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Aerospaziale
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-20 - AEROSPATIAL AND ASTRONAUTIC ENGINEERING
Aziende collaboratrici: CNR ISTP
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/18922
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