ДВИГАТЕЛЬ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА Российский патент 2022 года по МПК B64G1/40 F03H1/00 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к двигателям на эффекте Холла (Hall-effect thruster, HET) для движения космического корабля на орбите и, в частности, к суммарному (результирующему) магнитному дипольному моменту, создаваемому HET.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Изобретение обеспечивает узел двигателя на эффекте Холла, включающий в себя множество магнитных источников для создания магнитной цепи. Множество магнитных источников расположены между первым концом и вторым, противоположным концом двигателя на эффекте Холла. Множество магнитных источников образуют продольную ось, продолжающуюся через первый конец и второй конец. Первый конец сконфигурирован в виде разрядного конца. Со вторым концом соединен узел крепления. Узел крепления включает в себя корпус, продолжающийся между первой и второй сторонами. Первая сторона соединена со вторым концом двигателя на эффекте Холла. Корпус образует полость. Узел крепления дополнительно включает в себя гнездо, расположенное внутри полости. Узел крепления дополнительно выполнен с возможностью закрепления множества магнитных источников к космическому кораблю. Множество дискретных магнитов удерживаются, по меньшей мере, частично внутри гнезда. Множество дискретных магнитов расположены ближе ко второй стороне, чем к первой стороне корпуса. Множество дискретных магнитов расположены относительно множества магнитных источников посредством узла крепления.

[0003] Изобретение обеспечивает, в другой конфигурации, узел двигателя на эффекте Холла, включающий в себя множество магнитных источников для создания магнитной цепи. Множество магнитных источников расположены между первым концом и вторым, противоположным концом двигателя на эффекте Холла. Множество магнитных источников образуют продольную ось, продолжающуюся через первый конец и второй конец. Первый конец сконфигурирован в виде разрядного конца. Со вторым концом соединен узел крепления. Узел крепления выполнен с возможностью закрепления множества магнитных источников к космическому кораблю. Магнитный элемент поддерживается узлом крепления. Магнитный элемент позиционирован относительно множества магнитных источников посредством узла крепления.

[0004] Изобретение обеспечивает, в еще одной конфигурации, узел крепления для двигателя на эффекте Холла. Двигатель на эффекте Холла предназначен для обеспечения тяги для движения космического корабля. Узел крепления включает в себя корпус, выполненный с возможностью крепления к нему двигателя на эффекте Холла. Корпус продолжается вдоль продольной оси между первой стороной и второй стороной. Магнитный элемент поддерживается корпусом. Узел крепления выполнен с возможностью соединения с двигателем на эффекте Холла для позиционирования магнитного элемента относительно генератора магнитного поля для создания тяги двигателя на эффекте Холла.

[0005] Изобретение обеспечивает, в еще другой конфигурации, узел крепления для двигателя на эффекте Холла. Узел крепления включает в себя корпус, выполненный с возможностью крепления к нему двигателя на эффекте Холла. Корпус продолжается вдоль продольной оси. По меньшей мере, один из компенсирующего магнитного элемента или узла экрана соединен с корпусом. Узел крепления выполнен с возможностью соединения с двигателем на эффекте Холла для позиционирования по меньшей мере одного из компенсирующего магнитного элемента или узла экрана относительно множества магнитных источников внутри двигателя на эффекте Холла. Во время работы двигателя на эффекте Холла множество магнитных источников создают первую магнитную цепь, имеющую магнитный дипольный момент. Во время работы двигателя на эффекте Холла по меньшей мере один из компенсирующего магнитного элемента или узла экрана расположен так, чтобы уменьшить абсолютное значение магнитного дипольного момента двигателя на эффекте Холла на предварительно заданный процент в направлении вдоль продольной оси.

[0006] Изобретение обеспечивает, в другой конфигурации, узел двигателя на эффекте Холла, включающий в себя множество магнитных источников для создания магнитной цепи. Множество магнитных источников расположены между первым концом и вторым, противоположным концом двигателя на эффекте Холла. Первый конец сконфигурирован в виде разгрузочного конца. Со вторым концом соединен узел крепления. Узел крепления выполнен с возможностью закрепления двигателя на эффекте Холла к космическому кораблю. Двигатель на эффекте Холла дополнительно включает в себя структуру, имеющую материал, выбранный из группы, состоящей из железа, феррита, мю-металла, Hyperco® или другого магнитного материала, имеющего высокую проницаемость. Структура поддерживается узлом крепления. Структура позиционируется относительно множества магнитных источников посредством узла крепления.

[0007] Изобретение обеспечивает, в еще одной конфигурации, узел двигателя на эффекте Холла, включающий в себя множество магнитных источников для создания магнитной цепи. Множество магнитных источников расположены между первым концом и вторым, противоположным концом двигателя на эффекте Холла. Множество магнитных источников образуют продольную ось, продолжающуюся через первый конец и второй конец. Первый конец сконфигурирован в виде разрядного конца. Магнитная цепь имеет не нулевой магнитный дипольный момент. Со вторым концом соединен узел крепления. Узел крепления выполнен с возможностью для закрепления двигателя на эффекте Холла к космическому кораблю. Узел крепления включает корпус, имеющий полость. Компенсирующий магнитный элемент принят внутри полости. Компенсирующий магнитный элемент выборочно расположен относительно продольной оси и выполнен с возможностью уменьшения абсолютного значения ненулевого магнитного дипольного момента двигателя на эффекте Холла на предварительно заданный процент в направлении вдоль продольной оси.

[0008] Другие аспекты изобретения станут очевидными при рассмотрении подробного описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] Фиг.1 представляет собой внешний общий вид участка обычного HET.

[0010] Фиг.2 представляет собой схематичный вид продольного сечения обычного HET по фиг.1 вдоль линии 2-2, показывающий расположение источников магнитного поля и магнитопроводов магнитного поля.

[0011] Фиг.3 представляет собой схематический вид продольного сечения узла HET в соответствии с изобретением.

[0012] Фиг.4 представляет собой общий вид другого узла HET в соответствии с изобретением, иллюстрирующий узел крепления HET.

[0013] Фиг.5 представляет собой вид сверху узла HET по фиг.4.

[0014] Фиг.6 представляет собой общий вид сверху только узла крепления узла HET по фиг.4.

[0015] Фиг.7 представляет собой покомпонентный вид узла крепления по фиг.6, иллюстрирующий положение структуры, выполненной с возможностью поддержки нулевого магнита.

[0016] Фиг.8 представляет собой схематический вид продольного сечения другого узла HET в соответствии с изобретением.

[0017] Фиг.9 представляет собой схематический вид продольного сечения другого узла HET в соответствии с изобретением.

[0018] Прежде чем любые варианты осуществления изобретения будут подробно объяснены, следует понимать, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конфигурации и расположением компонентов, излагаемыми в последующем описании или иллюстрированными на прилагаемых чертежах. Изобретение допускает поддержку других вариантов осуществления и применяется или осуществляется различными способами. К тому же, должно быть понятно, что фразеология и терминология, используемые в материалах настоящей заявки, предназначены для целей описания и не должны рассматриваться в качестве ограничивающих.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0019] Фиг. 1 и 2 иллюстрируют двигатель 10 на эффекте Холла (HET) для движения космического корабля. HET 10 включает в себя кожух 20 с магнитными источниками и расположенным в нем материалом для создания магнитной цепи.

[0020] Ссылаясь на Фиг. 2, в обычном концентричном расположении источников 40A-40C магнитного поля и магнитопроводов 30, 32 магнитного поля внутри кожуха 20, разрядная камера 50 выполнена с возможностью приема топлива (например, ксенона, криптона, аргона и др.). Более конкретно, топливо вводится в разрядную камеру 50 через множество трубок 44, продолжающихся через соответствующие отверстия 46 (только одно из которых показано на фиг. 2). Напряжение, приложенное между катодом (не показан), расположенным на первом, разрядном конце 28 или рядом с ним, и анодом (не показан), расположенным на втором конце 24 или рядом с ним, образует электрическое поле, продолжающееся в осевом направлении относительно продольной оси A внутри разрядной камеры 50. Магнитная цепь (т.е. стрелки 56), включающая источники 40A-40C магнитного поля и материал 30 направления потока магнитного поля, выполнена с возможностью создания радиально ориентированного магнитного поля на первом конце 28. Электроны, подверженные магнитному полю, используются для ионизации топлива. Затем, ионы топлива ускоряются электрическим полем для генерирования тяги на первом конце 28. Соответственно, источники 40A-40C магнитного поля и/или магнитопроводы 30, 32 магнитного поля могут быть названы генератором магнитного поля для создания тяги двигателя на эффекте Холла. В других вариантах осуществления, генератор магнитного поля может представлять собой элементы двигателя на эффекте Холла, которые генерируют магнитное поле для создания тяги.

[0021] Как показано на Фиг. 2, источники 40A-40C магнитного поля (например, электромагнитные катушки или постоянные магниты) ориентированы так, что их магнитные моменты являются осевыми относительно продольной оси A от окрестности первого конца 28 до окрестности второго конца 24. Проиллюстрированные источники 40A-40C магнитного поля образуют, в целом, непрерывные кольцевые формы вокруг продольной оси A, но в других вариантах осуществления такие источники 40A-40C могут содержать множество дискретных или разнесенных иным образом источников. В проиллюстрированном варианте осуществления, HET 10 включает в себя три электромагнитные катушки в качестве источников 40A-40C магнитного поля, каждая из которых расположена относительно материала 30 направления потока магнитного поля. В других конструкциях, магнитная цепь 56 может включать только один из источников 40A-40C магнитного поля. Дополнительный материал 30 направления потока магнитного поля в виде пластины 32 с высокой магнитной относительной проницаемостью, расположенный на втором конце 24, замыкает магнитную цепь 56.

[0022] Благодаря использованию источников 40A-40C магнитного поля (например, электромагнитных катушек или постоянных магнитов) и материала 30 направления потока магнитного поля, HET 10 создает предварительно заданный магнитный дипольный момент (например, измеренный в ампер-квадратных метрах (A⋅м²)), который теперь может быть назван здесь магнитным дипольным моментом HET. Например, магнитный дипольный момент HET может составлять от 2,5 A⋅м² до 4,5 A⋅м² (плюс или минус (±)) в направлении продольной оси A. В некоторых вариантах осуществления магнитный дипольный момент HET составляет около 3,5 A⋅м² (±). Этот момент может взаимодействовать с другими магнитными полями, генерируемыми из других источников, для создания крутящего момента на HET и, в конечном итоге, на космическом корабле, на котором расположен HET 10. Другие магнитные поля могут включать, например, магнитное поле Земли, магнитные поля, создаваемые другими компонентами космического корабля и т.д. Например, когда космический корабль летит по низкой околоземной орбите, магнитное поле Земли может сильно взаимодействовать с магнитным полем HET 10, тем самым, прилагая к космическому кораблю значительный крутящий момент.

[0023] Кроме того, магнитное поле (магнитный дипольный момент) HET 10 может быть представлено множеством линий потока, продолжающихся относительно продольной оси A через первый и второй концы 28, 24, соответственно, HET 10. Линии потока (не показаны) определяют общую форму магнитного поля HET. На линии потока могут влиять другие магнитные поля, генерируемые внешними магнитными источниками вблизи HET 10.

[0024] Использование обнуляющих магнитов, экранирования или их комбинации в HET 10 может уменьшить или достичь почти нулевого суммарного магнитного дипольного момента самого HET 10 (например, ± 0,5 A⋅м²), не влияя на фактическую магнитную цепь 56 источников 40A, 40B магнитного поля и материал 30 направления потока магнитного поля, тем самым уменьшая крутящий момент, прикладываемый к космическому кораблю другими магнитными полями. Например, в некоторых вариантах осуществления обнуляющие магниты создают компенсирующий магнитный дипольный момент, а комбинация магнитного дипольного момента HET и компенсирующего магнитного дипольного момента приводит к суммарному магнитному дипольному моменту всей системы HET 10. В других вариантах осуществления, экранирование или комбинация обнуляющих магнитов и экранирования препятствует или предотвращает взаимодействие магнитного дипольного момента HET с другими магнитными дипольными моментами вне HET 10. Соответственно, обнуляющие магниты, экранирование или их комбинация в HET 10 уменьшают абсолютное значение магнитного дипольного момента HET в направлении вдоль продольной оси A. Кроме того, обнуляющие магниты, экранирование или их комбинация, могут быть расположены относительно HET 10, чтобы минимизировать или уменьшить влияние магнитных полей, генерируемых от других источников, на общую форму магнитного поля HET 10 вблизи первого конца 28 HET 10.

[0025] Фиг.3 схематично иллюстрирует узел 112 первого HET 110, воплощающего настоящее изобретение, а подобные элементы имеют те же ссылочные номера плюс 100. Узел 112 включает в себя узел 160 крепления и HET 110. HET 110 включает в себя источники 140A-140C магнитного поля, материал 130 направления потока магнитного поля, пластину 132 и разрядную камеру 150, образующую продольную ось 100A. Разрядная область 158 HET 110 расположена вблизи первого конца 128 HET 110.

[0026] Узел 160 крепления включает в себя корпус 164, соединяемый с HET 110. Более конкретно, корпус 164 включает в себя первую сторону 168 и вторую сторону 170, отстоящую от первой стороны 168. Второй конец 124 HET 110, противоположный первому концу 128, соединен с первой стороной 168 корпуса 164. Узел 160 крепления выполнен из немагнитного материала (например, алюминия). Узел 160 крепления выполнен с возможностью поддержки HET 110 и выполнен с возможностью надежного удержания HET 110 на космическом корабле.

[0027] Узел 160 крепления включает в себя множество магнитных элементов 172 (например, электромагнитные катушки или постоянные магниты) и структуру 174, выполненную с возможностью приема или удерживания магнитных элементов 172. В проиллюстрированном варианте осуществления, множество магнитных элементов 172 включает в себя один элемент 172, расположенный на второй стороне 170 корпуса 164. Иллюстрированный элемент 172 в одном варианте осуществления представляет собой одиночный тороидальный магнит, радиально отстоящий от продольной оси 100А. В других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 172 может быть одним или несколькими дискретными магнитами, расположенными относительно продольной оси 100A. Каждый из этих дискретных магнитных элементов может быть образован сегментом в форме дуги, сегментом в форме стержня, сегментом в форме коробки и т.д. Еще дополнительно, магнитные элементы 172 могут быть расположены в выбранных радиальных положениях относительно продольной оси 100A.

[0028] В проиллюстрированном варианте осуществления, структура 174 имеет форму, совпадающую с магнитным элементом 172 или дополняющую его. В частности, проиллюстрированная структура 174 имеет цилиндрическую форму с внешним диаметром D1 и внутренним диаметром D2. Внешний диаметр D1 и внутренний диаметр D2 могут быть выбраны на основании диаметра магнитного элемента 172. Кроме того, радиальное положение магнитного элемента 172 относительно продольной оси 100A основано на диаметре магнитного элемента 172. По этой причине, диаметр может быть выбран на основании расположения магнитного элемента 172 в радиальном направлении ближе или дальше от продольной оси 100A.

[0029] Кроме того, магнитный элемент 172 имеет толщину T. Толщина T представляет собой разность между внешним диаметром D1 структуры 174 и внутренним диаметром D2 структуры 174. По этой причине, внешний диаметр D1 и внутренний диаметр D2 также могут быть выбраны на основе толщины T магнитного элемента 172.

[0030] Еще дополнительно, множество магнитных элементов 172 может быть одним или несколькими постоянными магнитами, расположенными радиально относительно продольной оси 100A. По существу, структура 174 может быть выполнена с возможностью удержания одного или нескольких постоянных магнитов.

[0031] Множество магнитных элементов 172 совместно выполнены с возможностью создания независимого магнитного дипольного момента и противодействия магнитному дипольному моменту HET, создаваемому источниками 140A-140C магнитного поля и материалом 130 направления потока магнитного поля, без значительного нарушения магнитного поля внутри разрядной камеры 150 и разрядной области 158 (т.е. влияния на общую форму магнитного поля или ориентацию линий потока магнитного поля вблизи первого конца 128). В частности, величина и направление магнитного дипольного момента магнитных элементов 172 выбираются для уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента HET 110 на определенную величину, одним из примеров которой может быть предварительно заданный процент (%) в направлении вдоль продольной оси 100A, что в некоторых применениях может привести к почти нулевому суммарному магнитному дипольному моменту (A⋅м²) для системы. В других вариантах осуществления, абсолютное значение магнитного дипольного момента HET 110 может быть уменьшено на заданное числовое значение (например, значение, имеющее единицу измерения A⋅м²). Соответственно, множество магнитных элементов 172 могут называться нулевыми магнитными элементами 172 или компенсирующими элементами 172, выполненными с возможностью компенсации магнитного дипольного момента HET 110. Магнитный дипольный момент магнитных элементов 172 может быть основан на одном или нескольких из следующего: типе магнитных элементов 172, количестве магнитных элементов 172, размере (например, диаметре, толщине) магнитных элементов 172 и/или радиальном положении магнитного элемента 172 относительно продольной оси 100А. Магнитные элементы 172 создают компенсирующий магнитный дипольный момент.

[0032] В некоторых вариантах осуществления, множество магнитных элементов 172 выполнено с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 110, на значение от сорока до девяноста пяти процентов. В других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 172 выполнено с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 110, на значение от пятидесяти до девяноста пяти процентов. В еще других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 172 выполнено с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 110, на значение от шестидесяти до девяноста пяти процентов. В еще других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 172 выполнено с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 110, на значение от семидесяти до девяноста пяти процентов. Например, в проиллюстрированном варианте осуществления, магнитный элемент 172 выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 110, с примерно 3,5 A⋅м² (±) до примерно 0,4 A⋅м² (±), так что магнитный дипольный момент HET уменьшается примерно на девяносто процентов.

[0033] Фиг. 4-7 иллюстрируют один пример узла 412 первого HET 110 или его участка, воплощающего настоящее изобретение, а подобные элементы имеют те же ссылочные номера, что и узел 112 HET плюс 300. Узел 412 включает узел 460 крепления и HET 410. HET 410 включает в себя источники магнитного поля, материал направления потока магнитного поля и разрядную камеру (не показана; но см. источники 140A-140C магнитного поля, материал 130 направления потока магнитного поля и разрядную камеру 150 HET 110 на фиг. 1-2), по меньшей мере частично расположенную внутри кожуха 420. Иллюстрированный HET 410 также включает пластину 432. HET 410 включает в себя кожух 420, который, как иллюстрировано на фиг.4, имеет цилиндрическую форму. HET 410 образует продольную ось 400A. Разрядная область 458 HET 410 расположена вблизи первого конца 428 HET 410.

[0034] Узел 460 крепления примыкает к кожуху 420. Узел 460 крепления включает в себя корпус 464. Иллюстрированный корпус 464 расположен рядом со вторым концом 424 HET 410, напротив первого конца 428. В проиллюстрированном варианте осуществления, корпус 464 прямо или косвенно соединен с пластиной 432 HET 410 (например, посредством крепежных элементов). Например, пластина 432 или корпус 464 включает в себя множество отверстий, каждое из которых выполнено с возможностью приема соответствующего болта для соединения пластины 432 и корпуса 464 вместе. В других вариантах осуществления, корпус 464 может быть соединен с HET 410 другими средствами крепления, такими как сварка, и/или может быть соединен в других местах HET 410 (например, материале направления магнитного потока, источниках магнитного поля и т.д.). Соответственно, второй конец 424 HET 110, соединен с первой стороной 468 корпуса 464.

[0035] С конкретной ссылкой к фиг. 6-7, корпус 464 включает в себя первую поверхность 492, образующую первую сторону 468. Вторая кольцевая поверхность 494 на второй стороне 470 корпуса 464, противоположной первой стороне 468, обращена от источников магнитного поля и материала направления потока магнитного поля. Кроме того, иллюстрированный корпус 464 имеет, в целом, кольцевую форму, образованную периферийной поверхностью 496, продолжающейся от первой стороны 468 ко второй стороне 470. Другими словами, корпус 464 имеет форму усеченного конуса.

[0036] Узел 460 крепления (т.е. корпус 464) образован из немагнитного материала (например, алюминия). Кроме того, узел 460 крепления выполнен с возможностью поддержки HET 410 и выполнен с возможностью надежного удержания HET 410 на космическом корабле. Корпус 464 дополнительно включает в себя множество выступов 498, продолжающихся от периферийной поверхности 496 рядом со второй поверхностью 494. Выступы 498 выполнены с возможностью надежного удержания HET 410 на космическом корабле. В иллюстрированном варианте осуществления, выступы 498 составляют одно целое с корпусом 464; однако в других вариантах осуществления, выступы 498 могут быть отдельными, но прикрепленными к корпусу 464. Еще дополнительно, в других вариантах осуществления, узел 460 крепления может включать в себя другую структуру, которая поддерживает выступы 498 или заменяет выступы 498 (например, установочное кольцо, кронштейны и т.д.) для надежного удержания HET 410 на космическом корабле.

[0037] С конкретной ссылкой к фиг.7, корпус 464 включает в себя полость 502, образованную радиально внутрь периферийной поверхности 496 и между первой и второй сторонами 468, 470, соответственно. Корпус 464 дополнительно включает в себя гнездо 474, расположенное внутри полости 502 и выполненное с возможностью удержания множества магнитных элементов 472. В проиллюстрированном варианте осуществления, узел 460 крепления включает в себя двадцать четыре дискретных магнита 472, расположенных равноудаленно и по окружности вокруг продольной оси 400A. Каждый магнит 472 принят в соответствующее отверстие 506, образованное гнездом 474. Альтернативно, множество магнитных элементов 472 может быть одним дискретным магнитом или одной или несколькими электромагнитными катушками.

[0038] Как показано на Фиг.7, в проиллюстрированном варианте осуществления, узел 460 крепления дополнительно включает в себя множество выступов 508 и удерживающий элемент 512 (например, пластину). Выступы 508 продолжаются внутрь от периферийной поверхности 496. Удерживающий элемент 512 соединен с выступами 508 крепежными элементами 516. Иллюстрированные выступы 508 утоплены в осевом направлении внутри полости 502 относительно продольной оси 400A. Удерживающий элемент 512 расположен рядом со второй стороной 470 и выполнен с возможностью удержания множества магнитов 472 и гнезда 474 внутри полости 502. Более конкретно, в проиллюстрированном варианте осуществления, множество магнитов 472 и гнездо 474 поддерживаются удерживающим элементом 512 рядом со второй стороной 470 корпуса 464. По существу, магниты 472/гнездо 474 поддерживаются/поддерживается корпусом 464/удерживающим элементом 512.

[0039] Как обсуждалось в отношении узла первого HET 110, множество магнитных элементов 472 HET 410 выполнены с возможностью создания компенсирующего магнитного дипольного момента. В частности, величина и направление магнитного дипольного момента магнитных элементов 472 выбираются для уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента HET 410 на определенную величину, одним примером которой может быть предварительно заданный процент (%) в направлении вдоль продольной оси 400A. Другими словами, компенсирующий магнитный дипольный момент выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET до почти нулевого суммарного магнитного дипольного момента (A⋅м²). В других вариантах осуществления, абсолютное значение магнитного дипольного момента HET 410 может быть уменьшено на заданное числовое значение (например, значение, имеющее единицу измерения A⋅м²). Множество магнитных элементов 472 выполнены с возможностью противодействия магнитному дипольному моменту HET, создаваемому источниками магнитного поля и материалом 430 направления потока магнитного поля, без значительного влияния на магнитное поле внутри разрядной камеры 450 и разрядной области 458 (т.е. влияния на общую форму магнитного поля или ориентацию линий потока магнитного поля вблизи первого конца 428).

[0040] В процессе работы, со ссылкой на варианты осуществления первого HET 110 и соответствующий ему пример HET 410, как показано на фигурах 3 и 4-7, соответственно, магнитная цепь 56 (т.е. источники 140A-140C магнитного поля и материал 130, 430 направления потока магнитного поля) генерирует магнитный дипольный момент HET. Магнитные элементы 172 генерируют компенсирующий или противодействующий магнитный дипольный момент, тем самым уменьшая магнитный дипольный момент HET, HET 110, 410 на предварительно заданный процент (%) к почти нулевому суммарному магнитному дипольному моменту (A⋅м²).

[0041] Фиг.8 схематично иллюстрирует узел 212 второго HET 210, воплощающего настоящее изобретение, а подобные элементы имеют те же ссылочные номера, что и узел 112 HET плюс 100. Узел 212 включает узел 260 крепления и HET 210. HET 210 включает в себя источники 240A-240C магнитного поля, материал 230 направления потока магнитного поля, пластину 232 и разрядную камеру 250, образующую продольную ось 200A. Разрядная область 258 HET 210 расположена вблизи первого конца 228 HET 210.

[0042] Узел 260 крепления включает в себя корпус 264, соединяемый с материалом 230 направления потока магнитного поля/источниками 240A-240C магнитного поля. Более конкретно, корпус 264 включает в себя первую сторону 268 и вторую сторону 270, отстоящую от первой стороны 268. Второй конец 224 HET 210, противоположный первому концу 228, соединен с первой стороной 268 корпуса 264. Узел 260 крепления выполнен из немагнитного материала (например, алюминия). Узел 260 крепления выполнен с возможностью поддержки HET 210 и выполнен с возможностью надежного удержания HET 210 на космическом корабле.

[0043] Узел 212 HET дополнительно включает в себя узел 276 экрана. В проиллюстрированном варианте осуществления, узел 276 экрана включает в себя кожух 280, имеющий первый участок 284 и второй участок 286, продолжающийся от него в осевом направлении относительно продольной оси 200А. Первая часть 284 имеет внутреннюю поверхность 288, обращенную к стороне 270 корпуса 264. Первый участок 284 дополнительно включает внешнюю поверхность 290. Второй участок 286 радиально окружает HET 210 и узел 260 крепления относительно продольной оси 200A. Хотя это не показано, участки узла 260 крепления могут продолжаться через первый участок 284 кожуха 280 для соединения узла 260 крепления с космическим кораблем.

[0044] Кожух 280 образован из материала с высокой проницаемостью (т.е. из магнитомягкого материала, такого как железо, феррит, мю-металл, Hyperco® и т.д.). Кожух 280 выполнен с возможностью экранирования источников 240A-240C магнитного поля и материала 230 направления потока магнитного поля для уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента HET, HET 210, на предварительно заданный процент (%) в направлении вдоль продольного ось 200А. Другими словами, кожух 280 выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET до почти нулевого суммарного магнитного дипольного момента (A⋅м²). Более конкретно, кожух 280 выполнен с возможностью подавления или уменьшения взаимодействия магнитного поля, создаваемого источниками 240A-240C магнитного поля и материалом 230 направления потока магнитного поля, с другими магнитными полями (например, магнитным полем Земли) без значительного влияния на магнитное поле внутри разрядной камеры 250 и разрядной области 258 (то есть, влияния на общую форму магнитного поля или ориентацию линий потока магнитного поля вблизи первого конца 228). Соответственно, узел 276 экрана может называться конфигурацией экрана. Экранирующие возможности узла 276 экрана могут быть основаны на одном или нескольких из следующего: типе материала, толщине первого и/или второго участков 284, 286, соответственно, и/или радиальном положении второго участка 286 относительно продольной оси 200А.

[0045] В некоторых вариантах осуществления, узел 276 экрана выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 210, на значение от тридцати до семидесяти процентов. В других вариантах осуществления, узел 276 экрана выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 210, на значение от сорока до шестидесяти процентов. Например, узел 276 экрана выполнен с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 210, с примерно 3,5 A⋅м² (±) до примерно 1,9 A⋅м² (±), так что магнитный дипольный момент HET уменьшается примерно на пятьдесят процентов.

[0046] В процессе работы, со ссылкой к фиг.8, магнитная цепь 56 создает магнитный дипольный момент HET. Узел 276 экрана экранирует магнитный дипольный момент HET, создаваемый магнитной цепью 56 (то есть источниками 240A-240C магнитного поля и материалом 230 направления потока магнитного поля), тем самым, уменьшая магнитный дипольный момент HET, HET 210, на предварительно заданный процент (%) к почти нулевому суммарному магнитному дипольному моменту (A⋅м²).

[0047] Фиг.9 схематично иллюстрирует узел 312 третьего HET 310, воплощающего настоящее изобретение, и включает в себя комбинацию магнитных элементов 172 из первого узла 112 HET и узла 276 экрана из второго узла 212 HET. Подобные элементы, как и в первом узле 112 HET, имеют те же ссылочные номера плюс 200, а аналогичные элементы, как во втором узел 212 HET, имеют те же ссылочные позиции плюс 100. Узел 312 включает узел 360 крепления и HET 310. HET 310 включает в себя источники 340A-340C магнитного поля, материал 330 направления потока магнитного поля, пластину 332 и разрядную камеру 350, образующую продольную ось 300A. Разрядная область 358 HET 310 расположена вблизи первого конца 328 HET 310.

[0048] Узел 360 крепления включает в себя корпус 364, соединяемый с материалом 330 направления потока магнитного поля/источниками 340A-340C магнитного поля. Более конкретно, корпус 364 включает в себя первую сторону 368 и вторую сторону 370, отстоящую от первой стороны 368. Второй конец 324 HET 310, противоположный первому концу 328, соединен с первой стороной 368 корпуса 364. Узел 360 крепления выполнен из немагнитного материала (например, алюминия). Узел 360 крепления выполнен с возможностью поддержки HET 310 и выполнен с возможностью надежного удержания HET 310 на космическом корабле.

[0049] Узел 360 крепления включает в себя множество магнитных элементов 372 (например, электромагнитные катушки или постоянные магниты). В проиллюстрированном варианте осуществления, множество магнитных элементов 372 включает в себя один элемент 372, расположенный вблизи и отстоящий от второй стороны 370 корпуса 364. Элемент 372 представляет собой одиночный цилиндрический магнит, расположенный концентрично продольной оси 300А. В других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 372 может быть одним или несколькими дискретными магнитами, расположенными в выбранном радиальном положении относительно продольной оси 300A. Эти дискретные магнитные элементы могут быть образованы сегментом в форме дуги, сегментом в форме стержня, сегментом в форме коробки и т.д., расположенными в заданных радиальных положениях относительно продольной оси 300A. Еще дополнительно, множество магнитных элементов 372 может быть одной или несколькими электромагнитными катушками, расположенными радиально относительно продольной оси 300A. Множество магнитных элементов 372 выполнено с возможностью создания магнитного дипольного момента.

[0050] Узел 312 HET дополнительно включает в себя узел 376 экрана. В проиллюстрированном варианте осуществления, узел 376 экрана включает в себя кожух 380, имеющий первый участок 384 и второй участок 386, продолжающийся от него в осевом направлении относительно продольной оси 300А. Первый участок 384 образует внутреннюю поверхность 388, обращенную к магнитному элементу 372. Первый участок 384 дополнительно включает внешнюю поверхность 390, обращенную ко второй стороне 370 корпуса 364. Второй участок 386 радиально окружает магнитный элемент 372 относительно продольной оси 300A. Хотя это не показано, участки узла 360 крепления могут продолжаться вокруг или через узел 376 экрана для соединения узла 360 крепления с космическим кораблем.

[0051] Кожух 380 образован из материала с высокой проницаемостью (т.е. из магнитомягкого материала, такого как железо, феррит, мю-металл, Hyperco® и т.д.). Величина и направление магнитного дипольного момента множества магнитных элементов 372 выбираются для уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента HET 310 на определенную величину, одним из примеров которой может быть предварительно заданный процент (%) в направлении вдоль продольной оси 300A. В других вариантах осуществления, абсолютное значение магнитного дипольного момента HET 310 может быть уменьшено на числовое значение (например, значение, имеющее единицу измерения A⋅м²). Соответственно, множество магнитных элементов 372 могут называться нулевыми магнитными элементами 372 или компенсирующими элементами 372, выполненными с возможностью компенсации магнитного дипольного момента HET 310. Кожух 380 выполнен с возможностью экранировать HET 310 от магнитного элемента 372 для уменьшения или ограничения влияния компенсирующих элементов 372 на магнитное поле (то есть линии потока) вблизи первого конца 328, облегчая уменьшение абсолютного значения магнитного дипольного момента HET, HET 310, на предварительно заданный процент (%) в направлении вдоль продольной оси 300A. Другими словами, компенсирующие магнитные элементы 372 выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET до почти нулевого суммарного магнитного дипольного момента (A⋅м²), в то время как кожух 380 выполнен с возможностью уменьшения или ограничения влияния компенсирующих магнитных элементов. 372 на магнитное поле HET 310 вблизи первого конца 328. Комбинация множества магнитных элементов 172 и узла 376 экрана выполнена с возможностью создания противодействия магнитному дипольному моменту HET, создаваемому источниками 340A-340C магнитного поля и материалом 330 направления потока магнитного поля, без значительного влияния на магнитное поле внутри разрядной камеры 350 и разрядной области 358 (т.е. влияния на общую форму магнитного поля или ориентацию линий потока магнитного поля вблизи первого конца 328).

[0052] В некоторых вариантах осуществления, множество магнитных элементов 372/узел 376 экрана выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 310, на значение от сорока до девяноста пяти процентов. В других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 372/узел 376 экрана выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 310, на значение от пятидесяти до девяноста пяти процентов. В еще других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 372/узел 376 экрана выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 310, на значение от шестидесяти до девяноста пяти процентов. В еще других вариантах осуществления, множество магнитных элементов 372/узел 376 экрана выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 310, на значение от семидесяти до девяноста пяти процентов. Например, магнитные элементы 372/узел 376 экрана выполнены с возможностью уменьшения магнитного дипольного момента HET, HET 310, от примерно 3,5 A⋅м² (±) до примерно 0,0156 A⋅м² (±), так что магнитный дипольный момент HET уменьшается примерно на девяносто восемь процентов.

[0053] В процессе работы, со ссылкой к фиг.9, магнитная цепь 56 создает магнитный дипольный момент HET. Узел 376 экрана экранирует магнитный дипольный момент HET, создаваемый магнитными элементами 372, тем самым, уменьшая магнитный дипольный момент HET, HET 310, на предварительно заданный процент (%) к почти нулевому суммарному магнитному дипольному моменту (A⋅м²).

[0054] Таким образом, изобретение обеспечивает, среди прочего, узел 112, 212, 312, 412 HET, выполненный с возможностью иметь почти нулевой суммарный магнитный дипольный момент без значительного влияния на магнитное поле внутри разрядной камеры 150, 250, 350, 450 и области разряда 158, 258, 358, 458, соответственно. В частности, узел 112, 212, 312, 412 HET включает в себя компенсирующие элементы 172, 372 и/или узел 276, 376 экрана для достижения почти нулевого суммарного магнитного дипольного момента. Компенсирующие элементы 172, 372 и/или узел 276, 376 экрана могут уменьшать или препятствовать взаимодействию между магнитным дипольным моментом HET, HET 110, 210, 310, 410, и магнитными дипольными моментами, создаваемыми другими магнитными полями, так что прикладываемый крутящий момент к космическому кораблю может быть понижен.

[0055] Несмотря на то, что изобретение было подробно описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты осуществления, варианты и модификации существуют в пределах объема и сущности одного или нескольких независимых аспектов настоящего изобретения, которые описаны.

[0056] Различные признаки изобретения изложены в нижеследующей формуле изобретения.

Группа изобретений относится к плазменным ракетным двигателям (ПРД) космических аппаратов (КА). Узел ПРД включает в себя элементы магнитной цепи ионизационной камеры и разрядного конца (катода). Эти элементы создают некоторый суммарный дипольный магнитный момент ПРД. На другом (анодном) конце двигателя установлен узел крепления ПРД к корпусу КА. На узле крепления размещены множество магнитных источников или магнитный элемент, которые расположены относительно множества указанных элементов магнитной цепи так, чтобы (частично) компенсировать дипольный магнитный момент ПРД. Техническим результатом является существенное уменьшение возмущающих воздействий на КА при взаимодействии суммарного магнитного дипольного момента ПРД с внешним магнитным полем, без значительного влияния уменьшения этого дипольного момента на магнитное поле внутри разрядной камеры ПРД. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Узел двигателя на эффекте Холла, содержащий:

- множество магнитных источников для создания магнитной цепи, расположенных между первым концом и вторым противоположным концом двигателя на эффекте Холла и определяющих продольную ось, продолжающуюся через первый конец и второй конец, при этом первый конец сконфигурирован как разрядный конец;

- узел крепления, соединенный со вторым концом, при этом узел крепления включает в себя корпус, заключенный между первой стороной и второй стороной, причем первая сторона соединена со вторым концом двигателя на эффекте Холла, корпус образует полость, а узел крепления дополнительно включает гнездо, расположенное внутри полости, при этом узел крепления дополнительно выполнен с возможностью крепления множества магнитных источников к космическому кораблю, и

- множество дискретных магнитов, удерживаемых по меньшей мере частично внутри гнезда и расположенных ближе ко второй стороне, чем к первой стороне корпуса, причем множество дискретных магнитов позиционированы относительно множества магнитных источников посредством узла крепления.

2. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором множество магнитных источников включают пластину, расположенную на втором конце, причем первая сторона корпуса соединена с пластиной.

3. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, дополнительно содержащий кожух, выполненный с возможностью размещения в нем множества магнитных источников, при этом корпус расположен с прилеганием к кожуху.

4. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором корпус включает в себя круговую поверхность, продолжающуюся между первой стороной и второй стороной, при этом корпус имеет форму усеченного конуса.

5. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором корпус включает в себя множество выступов, каждый из которых расположен по окружности относительно продольной оси на второй стороне, и при этом множество выступов выполнено для соединения двигателя на эффекте Холла с космическим кораблем.

6. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором гнездо образует множество отверстий, равномерно разнесенных по окружности относительно продольной оси и относительно друг друга, причем каждое отверстие принимает один дискретный магнит из множества дискретных магнитов.

7. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором гнездо имеет кольцевую форму, окружающую продольную ось.

8. Узел двигателя на эффекте Холла по п.1, в котором узел крепления включает в себя множество выступов, каждый из которых продолжен параллельно продольной оси внутри полости, причем каждый выступ включает в себя конец, утопленный в осевом направлении относительно второй стороны.

9. Узел двигателя на эффекте Холла по п.8, в котором узел крепления дополнительно включает удерживающий элемент, соединенный с концом каждого выступа из множества выступов, при этом удерживающий элемент удерживает множество дискретных магнитов и гнездо внутри полости.

10. Узел двигателя на эффекте Холла, содержащий:

- множество магнитных источников для создания магнитной цепи, расположенных между первым концом и вторым противоположным концом двигателя на эффекте Холла и определяющих продольную ось, продолжающуюся через первый конец и второй конец, при этом первый конец сконфигурирован как разрядный конец;

- узел крепления, соединенный со вторым концом, причем узел крепления выполнен с возможностью крепления множества магнитных источников к космическому кораблю; и

- магнитный элемент, поддерживаемый узлом крепления, причем магнитный элемент позиционирован относительно множества магнитных источников посредством узла крепления.

11. Узел двигателя на эффекте Холла по п.10, в котором магнитный элемент представляет собой либо дискретный магнит, либо электромагнитную катушку.

12. Узел двигателя на эффекте Холла по п.10, в котором узел крепления включает в себя корпус и опорный элемент, соединяющий магнитный элемент с корпусом, и при этом опорный элемент выполнен с возможностью разнесения магнитного элемента в осевом направлении от множества магнитных источников относительно продольной оси.

13. Узел двигателя на эффекте Холла по п.10, в котором магнитный элемент включает в себя два или более дискретных магнитов, при этом каждый дискретный магнит имеет одну из форм: дугообразного сегмента, стержневого или коробчатого сегмента.

14. Узел двигателя на эффекте Холла по п.10, в котором множество магнитных источников сконфигурировано так, что во время работы двигателя на эффекте Холла множество магнитных источников совместно создают первую магнитную цепь, имеющую магнитный дипольный момент, а магнитный элемент расположен так, что во время работы двигателя на эффекте Холла этот магнитный элемент имеет возможность уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента двигателя на эффекте Холла на предварительно заданный процент в направлении вдоль продольной оси.

15. Узел двигателя на эффекте Холла по п.14, в котором магнитный элемент расположен так, что во время работы двигателя на эффекте Холла этот магнитный элемент создает компенсирующий магнитный дипольный момент, взаимодействующий с магнитным дипольным моментом двигателя на эффекте Холла для уменьшения абсолютного значения магнитного дипольного момента двигателя на эффекте Холла в направлении вдоль продольной оси.

16. Узел крепления для двигателя на эффекте Холла, в котором двигатель на эффекте Холла выполнен с возможностью создания тяги для движения космического корабля, причем узел крепления содержит:

- корпус, выполненный с возможностью крепления к нему двигателя на эффекте Холла и продолжающийся вдоль продольной оси между первой стороной и второй стороной; и

- магнитный элемент, поддерживаемый корпусом,

при этом узел крепления выполнен с возможностью соединения с двигателем на эффекте Холла для позиционирования магнитного элемента относительно генератора магнитного поля для создания тяги двигателя на эффекте Холла.

17. Узел крепления по п.16, в котором магнитный элемент представляет собой либо дискретный магнит, либо электромагнитную катушку.

18. Узел крепления по п.16, в котором корпус включает опорный элемент, соединяющий магнитный элемент с корпусом, причем опорный элемент выполнен с возможностью разнесения магнитного элемента в осевом направлении от множества магнитных источников относительно продольной оси.

19. Узел крепления по п.16, в котором магнитный элемент включает в себя два или более дискретных магнитов, при этом каждый дискретный магнит имеет одну из форм: дугообразного сегмента, стержневого или коробчатого сегмента.

20. Узел крепления по п.16, в котором первая сторона корпуса выполнена с возможностью соединения с двигателем на эффекте Холла, а магнитный элемент расположен ближе ко второй стороне, чем к первой стороне.