Modelo analítico de un propulsor Hall

Los propulsores Hall son uno de los sistemas de propulsión eléctrica más exitosos y prevalentes para naves espaciales en uso hoy en día. Sin embargo, también son dispositivos complejos y su configuración única E×B hace que el modelado de la descarga de plasma subyacente sea un desafío. En este trabajo, se desarrolla un modelo en estado estacionario de un propulsor Hall y se presenta una solución analítica completa que se muestra en razonable acuerdo con las mediciones experimentales. Una caracterización de la descarga muestra que la densidad de plasma pico y la tasa de ionización casi coinciden y ambas ocurren río arriba del campo eléctrico máximo. Las ubicaciones pico también se desplazan a medida que se varían las condiciones de operación del propulsor. Emergen tres parámetros de similitud clave que gobiernan la descarga de plasma y que están conectados a través de una relación corriente–tensión del propulsor: una corriente de descarga normalizada, una tensión de descarga normalizada, y un parámetro amalgamado, α¯, que contiene toda la información geométrica y del campo magnético del sistema. Para una determinada tensión de descarga normalizada, el parámetro de similitud α¯ debe estar dentro de un cierto rango para permitir un alto rendimiento del propulsor. Cuando se aplica a un propulsor de criptón, el modelo muestra que tanto la tasa de flujo másico del propelente como la intensidad del campo magnético deben ajustarse simultáneamente para lograr una eficiencia similar a la de un propulsor de xenón (para la misma geometría del propulsor, tensión de descarga y nivel de potencia).