@MastersThesis{Marin:2014:AnDePr,
author = "Marin, Luis Francisco Chrispim",
title = "An{\'a}lise do desempenho de um propulsor a plasma pulsado de
dupla descarga atrav{\'e}s da varia{\c{c}}{\~a}o da
distribui{\c{c}}{\~a}o de energia entre os seus dois
est{\'a}gios",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2014",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2014-12-19",
keywords = "PPT, propulsor a plasma pulsado, DD-PPT, propulsor a plasma
pulsado de dupla descarga, propuls{\~a}o el{\'e}trica, pulsed
plasma thruster, double discharge pulsed plasma thruster, electric
propulsion.",
abstract = "Um propulsor a plasma pulsado (PPT) {\'e} um dispositivo de
propuls{\~a}o espacial el{\'e}trica utilizado principalmente na
manuten{\c{c}}{\~a}o de {\'o}rbita e controle de atitude de
ve{\'{\i}}culos espaciais. Um dos problemas mais comuns com PPTs
{\'e} a abla{\c{c}}{\~a}o tardia (LTA - Late Time Ablation), ou
seja, a sublima{\c{c}}{\~a}o de propelente que ocorre ap{\'o}s
a descarga el{\'e}trica principal, reduzindo a efici{\^e}ncia no
uso do propelente. O PPT de dupla descarga (DD-PPT) apresenta dois
est{\'a}gios distintos: o primeiro funciona como um PPT
convencional (de uma {\'u}nica descarga) e o segundo usa uma
descarga el{\'e}trica adicional para acelerar o plasma e a LTA.
Este trabalho estudou um DD-PPT e analisou par{\^a}metros de
desempenho, ao variar os n{\'{\i}}veis de energia aplicados a
cada um de seus dois est{\'a}gios a fim de identificar a
configura{\c{c}}{\~a}o de melhor desempenho. Um laborat{\'o}rio
foi montado para permitir os ensaios do propulsor. O DD-PPT teve o
seu cicuito el{\'e}trico modificado de forma a proteger os seus
componentes. Um novo circuito el{\'e}trico foi concebido para
permitir uma distribui{\c{c}}{\~a}o arbitr{\'a}ria de energia
entre os dois est{\'a}gios do DD-PPT. Uma estrutura especial foi
constru{\'{\i}}da para suportar e proteger o propulsor. Foram
calculados os gradientes de indut{\^a}ncia dos eletrodos do
propulsor. Ensaios com diversas configura{\c{c}}{\~o}es
energ{\'e}ticas foram realizados (1096 disparos) em c{\^a}mara
de v{\'a}cuo (8x\$10^{-6}\$ mbar) com o uso de bobinas Rogowski
(sondas de corrente) conectadas aos eletrodos do propulsor. Um
oscilosc{\'o}pio fez a aquisi{\c{c}}{\~a}o dos dados de
corrente. Os impulsos foram calculados baseado nos gradientes de
indut{\^a}ncia e em dados da an{\'a}lise da corrente de
descarga. Uma balan{\c{c}}a de precis{\~a}o foi utilizada para a
medi{\c{c}}{\~a}o da varia{\c{c}}{\~a}o da massa de
propelente. O impulso espec{\'{\i}}fico foi calculado usando a
varia{\c{c}}{\~a}o de massa e o impulso. Os resultados dos
ensaios mostraram baixos valores de impulso por energia (47,4
\$\mu\$Ns) do DD-PPT, mas um excelente desempenho em termos de
impulso espec{\'{\i}}fico (3606 s). A escolha da melhor
configura{\c{c}}{\~a}o, em termos de desempenho, foi a que
apresentou um valor baixo de energia no primeiro est{\'a}gio e um
valor alto de energia no segundo est{\'a}gio. ABSTRACT: A Pulsed
Plasma Thruster (PPT) is an electric space propulsion device
mostly used for spacecraft orbit maintenance and attitude control.
One of the most common issues with PPTs is the Late Time Ablation
(LTA) - the sublimation of propellant that occurs after the main
electric discharge, reducing propellant use efficiency. The Double
Discharge PPT (DD-PPT) has two stages: the first stage works as a
regular PPT and the second stage employs an additional (secondary)
discharge to accelerate the PLASMA and the LTA. This work studied
a DD-PPT and analyzed its efficiency and performance while varying
the levels of energy applied to each of the two stages in order to
achieve maximum performance. A laboratory was built to allow
propulsion tests. The DD-PPT electric circuit was remodeled to
protect its components. A new electric circuit was designed to
enable energy levels distribution amongst the two stages of the
DD-PPT. A special structure was built to support, protect and
control the thruster. Inductance gradients were calculated. Tests
were performed (1096 shots) in vacuum (8x\$10^{-6}\$ mbar), for
each different energy configuration using Rogowski coils (probe
current) connected to the thruster´s electrodes. An oscilloscope
acquired the discharge current data. The impulse bits were
measured using the inductances gradients calculated and with the
analysis of the discharge current. A precision scale was used for
measuring the propellant mass variation. Specific impulses were
calculated using the mass variation and impulse bit. Results
showed a DD-PPT with relative low performance with respect to
impulse bit (47.4 \$\mu\$Ns) but very good performance with
respect to specific impulse (3606 s). The energy distribution
configuration that used less energy in the primary stage and a
higher energy in the secondary stage was elected as the best
one.",
committee = "Marques, Rodrigo Intini (presidente/orientador) and Sandonato,
Gilberto Marrega and Pessoa, Rodrigo S{\'a}vio",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Performance analysis of a double discharge pulsed plasma thruster
by varying the energy distribution amongst its two stages",
language = "pt",
pages = "131",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3HJUT9L",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3HJUT9L",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}