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要約

ここでは、テストし、小型のホール型スラスターに基づく宇宙推進システムを最適化するためのプロトコルを提案する.

要約

小型の宇宙船および衛星スマート、高効率で耐久性のある低推力スラスター、出席および調整なしの拡張、信頼性の高い動作が可能が必要です。加速の手段としてガスの熱力学的性質を利用した熱化学スラスターで低効率の排気ガス速度に物理的な限界があります。さらに、これらのエンジンは、小さな推力で非常に低い効率を示すし、連続の宇宙船の方向、速度および位置のリアルタイム適応制御を提供するオペレーティング システムに適したできない場合があります。対照的に、電離気体 (プラズマなど) を加速する電磁界を使用する電気推進システムでは、事実上どんな質量効率と比推力排気速度の面で物理的な制限はありません。低推力ホール推進機は、数千時間の寿命を持ちます。100 と 300 V の公称電力で動作の間に放電電圧範囲 < 1 kW。彼らは 20 から 100 mm のサイズに変わる。大ホールのスラスターは推力の millinewton の分画を提供できます。過去数十年間、小腫瘤、低消費電力、および 50-200 kg のドライブ衛星高効率推進システムが注目されています。この作品で我々 はビルド、テスト、および小さな (30 mm) 約 50 kg の重量を量る小さい衛星を走るホールスラを最適化する方法を示します。スラスターの大型宇宙環境シミュレータで動作を示す、推力を測定する方法を記述してプラズマ特性を含む電気パラメーターを収集し、キー スラスター パラメーターを評価するために処理されます。史上最も効率的な小型スラスターのいずれかにするスラスターを最適化する方法についても説明します。課題と新しいスラスター材料によって示される機会も取り組みます。

概要

宇宙産業に新たな関心が一部されて触媒による高効率な電気推進システム、ますます減らされた打ち上げで強化された配信ミッション機能コスト1,2,3。宇宙電気推進機器の多くの異なる種類が提案されている最近、空間に現代の関心でサポートされているテスト済み4,5,6,7,8探査9,10。その中で、格子点イオン11,12ホール型スラスター13,14能力の任意の化学スラスターを上回る、約 80% の高効率化を達成するための主要な関心の最も効率的な酸素-水素系などが効率が約 5000 m に限定/物理のプリンシパル s 法律15,16,17,18。

包括的で信頼性の高いテストは小型スペース スラスターの通常のプラズマパラ メーター測定のためのシステム制御・診断機器、真空設備 (ポンプ) 試験室は、試験設備の大きい複合体が必要です。19、および測定スタンドや他の多くを推力スラスター、電力供給システム、推進剤供給装置などの操作を維持補助装置の広い範囲20,21。また、別に効率に影響を与えるいくつかの単位から成っている典型的な空間推進スラスターと全体の寿命スラスト系と個別にもスラスター アセンブリ22の一部としてテストすることができます。 23。これは大幅テスト手順を複雑に、長いテスト期間24,25を意味します。スラスターの陰極部の信頼性だけでなく、スラスター別の推進体を使用する場合の操作は、特別な配慮26,27も必要です。

電気推進システムの性能を定量化し、宇宙ミッションの運用展開のためのモジュールを対象に地上試験リアルな空間のシミュレーションを可能にする設備環境が推進のマルチ スケールのテストのため必要単位28,29,30。このようなシステムの例は、宇宙推進センター-シンガポール (SPC S、図 1 ab)31に位置する大縮尺空間環境シミュレーション室です。このようなシミュレーション環境の開発、次のプライマリとセカンダリの考慮事項考慮する必要があります。主な懸念事項は内蔵の診断システムは、システムの性能評価の中に精密で正確な診断を提供する必要がこのように作成された宇宙環境する必要があります正確かつ確実に現実的なスペース環境をシミュレートできることです。セカンダリ懸念として模擬宇宙環境は高速にインストールを有効にする高度にカスタマイズする必要があります、高スループットの最適化テストに合わせてできる必要があります異なる推進力と診断モジュール、および環境のテスト、します。放電と複数のユニットの運用条件同時に。

宇宙環境シミュレータとポンプ設備

ここでは、2 つのシミュレーション施設 SPC S で実装されている小型電気推進システムでは、同様に統合されたモジュールのテストを示します。これらの 2 つの施設、スケールが異なるは、主に下記のとおりパフォーマンス評価の過程でさまざまな役割があります。

大型スペースチャンバ作動 (型)

型は 4.75 m (長さ) の寸法 × 2.3 m (直径)、タンデムで働く多数の大容量ポンプから成るスイート ポンプ真空。10-6ペンシルベニア州より低いベース圧力を達成することが真空制御読み出しとポンプ活性化/パージのシステムが避難し、商工会議所の削除するしています。ライン テスト設備を提供するために、多数のカスタマイズ可能なフランジ、電気フィードスルー、視覚診断舷窓それ装備です。これ、一緒に内部的には、マウントされている診断機能の完全スイートにより、マルチ モーダル診断の急速に変更します。型のスケールは、シミュレートされた環境でのアプリケーションのための完全に統合されたモジュールのテストもできます。

型 SPC S 主力宇宙環境シミュレーション施設です (図 1 c、d)。その大きさは、quadfilar ステージ上にマウントされたいくつかの U までの完全なモジュールのテストをことができます。この方法の利点は、スペースへのペイロードの原工作推進モジュールで異なるペイロードに影響方法のリアルタイムの可視化になるでしょう。これは、マウントをシミュレートされ、独自の quadfilar のペイロード全体の懸濁液推力計測プラットフォーム。スラスターを解雇し、ことができますとスラスター ペイロードと中断されたプラットフォームは、スペース条件に従って試験するでしょう。商工会議所の全面的な圧力変更されていないこと、したがって、現実的な宇宙環境32 を維持確保するため真空のスイートが効率的に電気推進モジュール経由でテスト環境を入力する推進剤ガス原料を送り出す、 ,33,34。また、電気推進システムは通常プラズマの生産関係し、推力35を生成するために、システムを終了する荷電粒子の軌跡の操作を悪用します。小規模シミュレーション環境で壁に料金やプラズマのシースの蓄積がパフォーマンスに影響する放電推進システムは、特に micropropulsion に近いのためのプラズマ-壁相互作用を通じて、典型的な推力値は、millinewtons の順です。したがって、特別な注意と強調する必要がありますを考慮し、このような要因の36からの貢献を過小評価されます。型の大型プラズマ-壁相互作用、無視、放電パラメーターのより正確な表現を与えると電気推進モジュール内のプルーム プロファイルの監視を有効にするレンダリングを最小限に抑えます。型は通常地上スペース資格の準備でテスト運用準備システムにスラスターのプロトタイプの迅速な翻訳を可能にする完全なモジュール評価およびシステム統合/最適化プロセスで使用されます。

スケール プラズマ宇宙環境シミュレータ (ピコ秒)

PSEC には 65 cm × 40 cm 100 × の寸法 cm、タンデム (ドライ真空ポンプ ・ ターボ分子・ クライオ真空ポンプ) で働く六つの高容量ポンプで構成され真空ポンプ スイート。ポンプ システム全体が動作すると 10-5 Pa より低いベース圧力を達成することは (すべてのポンプは、使用で)。監視する圧力及び噴射剤フロー統合マスフロー読み出しボックスと圧力計をリアルタイム。スラスターの耐久試験に、PSEC を主に採用します。スラスターは長時間の放電路とその寿命のプラズマ ダメージの影響を評価するために起動されます。さらに、図 2のように、この施設内で複雑なガス流量コント ローラー ネットワークにより陰極と陽極新規推進剤とスラスターの互換性との効果をテストするための他の原料推進薬の迅速な接続、後者は、スラスター性能の。これは「空気呼吸」電気スラスター操作中に新しいロケットを活用に取り組んでいる研究グループへの関心の高まりです。

統合された診断設備 (マルチ モーダル診断)

異なる統合診断設備、自動化された統合ロボット システム (放送 μ S)19、23、装備は PSEC と型で異なる規模や目的に応じて診断に対応するために 2 つのシステムのために開発されています。

PSEC の内蔵診断機能

PSEC の診断ツールは、本質的に拡張の操作を通じて放電のリアルタイム モニタ リングにかかっています。品質マネジメント システムは、放電中に材料のスパッタから生じる汚染物質種の設備内の残留ガスを監視します。これらの微量定量的、スラスターの寿命を推定するスラスターの電極と放電チャネルの侵食速度を評価する時間をかけて監視されます。光学放出分光計 (OES) は、電子機器からの銅など腐食による汚染物質種の電子遷移に対応するスペクトル線を監視することによってこの手順を補完します。OES は、プラズマの非侵襲的および質的スラスターの性能を評価するプルーム プロファイルのアクティブな監視もできます。最後に、リモート制御または完全自律モードに設定することができますロボット ファラデーのプローブを使用して、放電条件 (図 3) をパラメトリック変動を通してビームのコリメーションを最適化するプルーム プロファイルの簡単なスイープを派生します。

型の内蔵診断機能

同時にさまざまな診断のためのプラグおよび演劇のようインストールが可能、モジュラー デザインにより様々 な場所に複数のスラスター システムが搭載可能な型の物理的な空間の贅沢。図 4は、その最も顕著な恒久的なフィクスチャをされて完全に中断された quadfilar 推力の計測プラットフォームと、さまざまな構成で、型の内部の断面を示します。砲塔システム、自律制御型またはワイヤレス Android アプリがマイコンと Bluetooth モジュールを使用して、経由でマウントできますさまざまなプローブの取付けを通ってプルームの特性を得るためのスラスターを直面しているモジュラー方法でファラデーやラングミュア遅らせる潜在的なアナライザー (RPA)。また、図 4に示す、型の各種のプラズマパラ メーターの迅速な同時診断用スラスター システムの構成可能な取り付けを可能にすることです。スラスターは単一の列に縦方向に取り付けることができます、テストを迅速に、異なるスラスター システム間の相互作用を避けるために別の後に 1 つ。単一のインスタンスで最大 3 つの異なるモジュール評価の効率化が可能であれば、このように大幅避難中にダウンタイムを削減し、システムを個別にテストする場合それ以外の場合に必要なプロセスを削除済み。その一方で、このシステムは同一の衛星上の束が動作するスラスター アセンブリをテストするための貴重な機会です。スラスターは単一の列に縦方向に取り付けることができます、テストを迅速に、異なるスラスター システム間の相互作用を避けるために別の後に 1 つ。それは、大幅に避難中にダウンタイムを削減し、パージ システムを個別にテストする場合それ以外の場合に必要なプロセスの単一のインスタンスで最大 3 つの異なるモジュール評価に有効であるためにテストされています。

Micropropulsion システム正確にので推力を決定することが重要効率ηeffや特定の衝動などのパラメーターを私sp、従って正確では、依存性の信頼性の高い表現を与える推進剤流量方程式 1 および 2 に示すように、スラスターの異なる端末に供給される電力など様々 な入力パラメーターのスラスターの性能。明示的に、micropropulsion システムの性能評価は、通常様々 な動作パラメーターにシステムから発生する推力の測定を中心に展開します。したがって、システム性能評価は、宇宙環境診断および彼らの信頼性と精度19確保するテストで使用するためにインストールする前に一連の標準に従って校正する必要があります。

figure-introduction-6408

figure-introduction-6535

典型的なシステムでは、推力測定単位が38テスト環境にインストールする前に、外部力校正が採用しています。しかし、このようなシステムは、校正基準の材料の特性に影響を与える宇宙環境、電気、真空を考慮しないし、熱のダイナミック コースに校正基準の劣化に影響を与えるスラスターの性能評価。図 5に示す無線自動校正ユニットは、他の一方で、スラスターが運用する前に模擬環境におけるシステムの in-situ 校正のためことができます。これはテスト環境の動的な効果のアカウントの測定ステージ上、前のスラスターの発砲システムの急速な再校正できます。システムはまた独立して推力を確認し対称モジュラー null 推力検証ユニットを備えています。それは作動するスラスターは、派生の in situ 解析の運用から与えられた推圧放電条件。全体のプロセスは MATLAB のアプリケーション、ハードウェアの最適化と推進システムの設計に焦点を当てることができますを介して行われます、そのようなシステムのテストを迅速化します。このメソッドの詳細については、次のサブセクションで詳しく説明でしょう。

プロトコル

ここで推力の校正手順と性能評価のためのプロトコル、空間の原データ計測による null 測定と噴煙形状測定を介して独立した推力検証を提案します。

1. 推力校正手順と推力の性能評価

  1. 図 5に示すように、すべてのコンポーネントが商工会議所にインストールされていることを確認します。
  2. 部屋を密閉する前に外部診断ツールの接続をテストします。
  3. 商工会議所をシールするのに統合施設管理を使用します。
  4. ドライ ポンプからカスケード順に真空ポンプをオンに (商工会議所 1 に到達するまで Pa)、ターボ分子ポンプ (5 〜 10-4 Pa x それまで)、し、極低温ポンプ。
    メモ: 型は左下の高真空ポンプに (< 〜 10-5 Pa) 空間環境をシミュレートします。プロトコルはここで一時停止することができます。
  5. 商工会議所で無線のトランスポンダーとデバイスを同期に開発されたアプリを使用します。トランスポンダーの光-発光ダイオード (LED) の点滅が止まります同期プロセスは完了します。
  6. 目的の掃除を取得すると、レーザー変位センサーを基準としての読書 (アナログ電圧) が初期を取る。
  7. 開発したアプリを使用して、トリガー quadfilar ステージ上で力変換用 (銅のループの正確に知られており、校正の質量) の重量の低下します。
    注: 各銅線の質量は、使用されている quadfilar の段階の目的の感度に依存します。この場合、各銅線の質量の拡張校正体制の 100 mg と 10 mg 細かい校正体制の順であった。詳細については、代表的な結果を参照してください。
  8. レコード質量を完全に下げた後にトリガーされたレーザ変位センサーとその重量から変位 (アナログ電圧) は、水平方向の力に変換されます。
  9. 重みを下げると quadfilar ステージの変位の記録すべてのキャリブレーションの重みを展開するまでのプロセス (手順 1.7 および 1.8) を繰り返します。すべてのウェイト自動的に返されます平衡位置に校正ユニットでスラスターを解雇することができます前に、平衡の位置に到達する quadfilar ステージを許可するシーケンスが完了した後。校正係数を保存 (ファイル|付けて保存|"Factor.txt")。
  10. (MN/V) でキャリブレーション係数が力/電圧グラフの勾配は quadfilar ステージ上インストール システムのキャリブレーション係数は入手する較正曲線を描画します。
  11. スラスターを焼成前に再度レーザー変位センサーからベースラインのアナログ電圧を記録します。
  12. その場でアクティブにするを計算するための MATLAB プログラム式 3 (代表的な結果を参照してください) を使用して瞬時に推力し、1.9 の手順で派生したキャリブレーション係数を入力 (ファイル|オープン|"Factor.txt")。
  13. スラスターを再度発射し、ことができます。社内のデータ収集プログラムを使用してリアルタイムで目的のパラメーターをキャプチャします。
    注: また、統合アプリケーション使用できますそれに応じて、モーターの作動シーケンスとセンサーからのデータ取得の同期中に校正プロセスを完全に自動化します。

2. 独立した推力確認のため測定プロトコルは null します。

  1. まず、平衡位置でスラスターの (レーザー変位センサー) からベースライン (アナログ電圧) 読書を取る。
  2. スラスター コントロール パネルから操作パラメーターを必要な値に切り替えるし、スラスターを発射します。
  3. スラスターを解雇すると、安定させるために quadfilar 振り子の振動を待ちます。
  4. 後、quadfilar は、定常状態に安定させる、重量の低下をトリガーするのに null 計測システム用制御アプリケーションを使用します。レーザ式変位センサーからの測定値を同時にモニターします。重みは、quadfilar 段階は平衡に作動するまで継続的に下げています。
  5. 平衡位置に達すると、作動シーケンスを終了し、平衡に戻る quadfilar システムをもたらすために必要な力を決定します。
  6. 移動から quadfilar ステージを停止するストッパー ブロックをトリガーします。
  7. 計算質量平衡にシステムをプルするために必要な水平力に対応します。

3. 空間の原データのセンシングとプルームの形状測定ロボットの砲塔の駆動

注: スラスターの操作、オペレーターのプルーム特性の特定の場所を取得または自動化されたシーケンスをトリガーに必要な角度を手動でシステムを作動させるために選択可能性があります。

  1. 実験を開始する前に、(型の場合) のように移動ステージでスラスターをマウントします。
  2. ステージが実験中に作動することを防ぐために停止バー メカニズムをアクティブ化します。
  3. 測定プロトコルとサーボをトリガー 0 ° の位置にプローブを作動させるためにモーター。
  4. プローブからの測定を取得します。
    注: インストールされているプローブの種類に応じて測定プロセスは完全な空間プルーム放電のプロファイルを取得するためのプログラマブル順序に従って変更できます。(a) ファラデー プローブがマウントされている場合は、(-30 V のバイアスが継続的に適用されるガード リング) ソース メーターから読書は取られます。(b) ラングミュア プローブがマウントされている場合鋸歯状電圧波形は、プローブおよび I-V 特性が得られるし、解釈。(c) 場合、RPA がマウントされている鋸歯状電圧波形弁別のグリッドに適用および I-V 特性が得られるし、解釈。
  5. プローブ シーケンスが起動され、再度計測を行う、次の角の位置に移動する、マイクロ コント ローラーを使用してサーボ モーターをトリガーします。
  6. データ マトリックスで個別にマーキングされたアレイの測定値を保存します。
  7. 3.5、3.6 完全スイープ 180 ° までの手順を実行すると、プローブが 0 ° に戻されます。
  8. 保存されたデータを分析します。

結果

推力校正手順と推力性能評価

Quadfilar 推力測定ステージから推力値の評価は 2 段階入って来します。最初の段階は、図 5の右側に示されている自動無線校正ユニットから較正係数を取得です。この校正プロセスで quadfilar ステージをスラスターに添付ファイルとして水平力換算重量の垂直?...

ディスカッション

典型的なホール型スラスター44比較的簡単、安い、イオン流束数万 km/s、推圧を提供することの速度を加速する高効率のデバイスが必要の加速衛星および宇宙船工作、向き、位置および姿勢制御と軌道操作寿命の終わりに。衛星とその他の軌道ペイロード スラスター強化ミッション寿命ホールのアプリケーションは軌道変更と複数の衛星の形成/星座飛行を許可する、マルチ ...

開示事項

著者は金融やその他の利害を宣言しません。

謝辞

ナノテクノロジー (アメリカ) の部品 OSTIn-SRP/EDB、国立研究財団 (シンガポール)、学術研究基金 AcRF 層 1 RP 6/16 (シンガポール)、およびジョージ ・ ワシントン研究所でこの仕事を受けました。I. l. では、学校の化学、物理学、機械工学、科学と工学部、クイーンズランド工科大学からの支援を認めています。

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Arduino MicrocontrollerArduinoArduino Uno Rev 3
Bluetooth communication deviceSG BoticWIR-02471
Cryogenic PumpULVACCRYO-U12HLE 
Digital OscilloscopeYokogawaDLM 2054
Dry PumpAgilentTriscroll-600
High resolution laser displacement sensorMicro-EpsilonoptoNCDT ILD-1420-50
Mass Flow ControllerMKSMKS M100B
Optical Emission SpectrometerAvantesAvaSpec-ULS2048XL-EVO
Servo MotorTower ProServo Motor SG90
Stepper MotorOriental MotorPKP213D05A
Turbomolecular PumpPfeifferATH-500M

参考文献

  1. Levchenko, I., Keidar, M., Cantrell, J., Wu, Y. L., Kuninaka, H., Bazaka, K., Xu, S. Explore space using swarms of tiny satellites. Nature. 562, 185-187 (2018).
  2. Kishi, N. Management analysis for the space industry. Space Policy. 39-40, 1-6 (2017).
  3. Chen, Y. China's space policy-a historical review. Space Policy. 37, 171-178 (2016).
  4. Levchenko, I., Bazaka, K., Mazouffre, S., Xu, S. Prospects and physical mechanisms for photonic space propulsion. Nature Photonics. 12, 649-657 (2018).
  5. Mazouffre, S. Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel approaches. Plasma Sources Sciency and Technology. 25, 033002 (2016).
  6. Rafalskyi, D., Aanesland, A. Brief review on plasma propulsion with neutralizer-free systems. Plasma Sources Sciency and Technology. 25, 043001 (2016).
  7. Levchenko, I., Bazaka, K., Ding, Y., Raitses, Y., Mazouffre, S., Henning, T., Klar, P. J., et al. Space micropropulsion systems for Cubesats and small satellites: from proximate targets to furthermost frontiers. Applied Physics Reviews. 5, 011104 (2018).
  8. Garrigues, L., Coche, P. Electric propulsion: comparisons between different concepts. Plasma Physics and Controlled Fusion. 53, 124011 (2011).
  9. Levchenko, I., Xu, S., Mazouffre, S., Keidar, M., Bazaka, K. Mars Colonization: Beyond Getting There. Global Challenges. 2, 1800062 (2018).
  10. Grimaud, L., Mazouffre, S. Performance comparison between standard and magnetically shielded 200 Hall thrusters with BN-SiO2 and graphite channel walls. Vacuum. 155, 514-523 (2018).
  11. Choueiri, E. Y. A critical history of electric propulsion: the first 50 years (1906-1956). Journal of Propulsion and Power. 20, 193-203 (2004).
  12. Ozaki, T., Kasai, Y., Nakagawa, T., Itoh, T., Kajiwara, K., Ikeda, M. In-Orbit Operation of 20 mN Class Xenon Ion Engine for ETS-VIII. , IEPC-2007-084 (2007).
  13. Ding, Y., Li, H., Li, P., Jia, B., Wei, L., Su, H., Sun, H., Wang, L., Yu, D. Effect of relative position between cathode and magnetic separatrix on the discharge characteristic of hall thrusters. Vacuum. 154, 167-173 (2018).
  14. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Wei, L., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Performance characteristics of No-Wall-Losses Hall thruster. The European Physical Journal - Special Topics. 226, 2945-2953 (2017).
  15. Ahedo, E. Plasmas for space propulsion. Plasma Physics and Controlled Fusion. 53, 124037 (2011).
  16. Charles, C. Plasmas for spacecraft propulsion. Journal of Physics D: Applied Physics. 42, 163001 (2009).
  17. Ding, Y., Sun, H., Li, P., Wei, L., Su, H., Peng, W., Li, H., Yu, D. Application of hollow anode in Hall thruster with double-peak magnetic fields. Journal of Physics D: Applied Physics. 50, 335201 (2017).
  18. Conversano, R. W., Goebel, D. M., Mikellides, I. G., Hofer, R. R. Performance analysis of a low-power magnetically shielded Hall thruster: computational modeling. Journal of Propulsion and Power. 33, 992-1001 (2017).
  19. Chen, F. F. Langmuir probe analysis for high density plasmas. Physics of Plasmas. 8, 3029-3041 (2001).
  20. Neumann, A. Update on diagnostics for DLR’s electric propulsion test facility. Procceedins of Engineering. 185, 47-52 (2017).
  21. Snyder, J. S., Baldwin, J., Frieman, J. D., Walker, M. L., Hicks, N. S., Polzin, K. A., Singleton, J. T. Recommended practice for flow control and measurement in electric propulsion testing. Journnal of Propulsion and Power. 33, 556-565 (2017).
  22. Conversano, R. W., Goebel, D. M., Hofer, R. R., Mikellides, I. G., Wirz, R. E. Performance analysis of a low-power magnetically shielded hall thruster: Experiments. Journal of Propulsion and Power. 33, 975-983 (2017).
  23. Pottinger, S., Lappas, V., Charles, C., Boswell, R. Performance characterization of a helicon double layer thruster using direct thrust measurements. Journal of Physics D: Applied Physics. 44, 235201 (2011).
  24. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Wei, L., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Visual evidence of suppressing the ion and electron energy loss on the wall in Hall thrusters. Japanese Journal of Applied Physics. 56, 038001 (2017).
  25. Ding, Y., Peng, W., Wei, L., Sun, G., Li, H., Yu, D. Computer simulations of Hall thrusters without wall losses designed using two permanent magnetic rings. Journal of Physics D: Applied Physics. 49, 465001 (2016).
  26. Rovey, J. L., Gallimore, A. D. Dormant cathode erosion in a multiple-cathode gridded ion thruster. Journal of Propulsion and Power. 24, 1361-1368 (2008).
  27. Linnell, J. A., Gallimore, A. D. Efficiency analysis of a hall thruster operating with krypton and xenon. Journnal of Propulsion and Power. 22, 1402-1412 (2006).
  28. Funaki, I., Iihara, S., Cho, S., Kubota, K., Watanabe, H., Fuchigami, K., Tashiro, Y. Laboratory Testing of Hall Thrusters for All-electric Propulsion Satellite and Deep Space Explorers. , (2016).
  29. Ding, Y., Sun, H., Li, P., Wei, L., Xu, Y., Peng, W., Su, H., Yu, D. Influence of hollow anode position on the performance of a Hall-effect thruster with double-peak magnetic field. Vacuum. 143, 251-261 (2017).
  30. Ding, Y., Peng, W., Sun, H., Xu, Y., Wei, L., Li, H., Zeng, M., Wang, F., Yu, D. Effect of oblique channel on discharge characteristics of 200-W Hall thruster. Physics of Plasmas. 24, 023507 (2017).
  31. Lim, J. W. M., Huang, S. Y., Xu, L., Yee, J. S., Sim, R. Z., Zhang, Z. L., Levchenko, I., Xu, S. Automated Integrated robotic systems for diagnostics and test of electric and μ-propulsion thrusters. IEEE Transaction of Plasma Sciency. 46, 345-353 (2018).
  32. Underwood, C., Sergio, P., Lappas, V. J., Bridges, C. P., Baker, J. Using CubeSat/micro-satellite technology to demonstrate the autonomous assembly of a reconfigurable space telescope (AAReST). Acta Atronaut. 114, 112-122 (2015).
  33. Kamahawi, H., Huang, W., Haag, T. Investigation of the effects of facility background pressure on the performance and voltage-current characteristics of the high voltage hall accelerator. AIAA. , (2014).
  34. Lim, J. W. M., Huang, S. Y., Sun, Y. F., Xu, L., Sim, R. Z. W., Yee, J. S., Zhang, Z. L., Levchenko, I., Xu, S. Precise calibration of propellant flow for practical applications and testing in Hall thruster setups. IEEE Transaction on Plasma Science. 46, 338-344 (2018).
  35. Boeuf, J. P. Tutorial: Physics and modeling of Hall thrusters. Journal of Applied Physics. 121, 011101 (2017).
  36. Ikeda, T., Togawa, K., Tahara, H., Watanabe, Y. Performance characteristics of very low power cylindrical Hall thrusters for the nanosatellite ‘PROITERES-3. Vacuum. 88, 63-69 (2013).
  37. Jackson, S. W., Marshall, R. Conceptual design of an air-breathing electric thruster for CubeSat applications. J. Spacecraft Rockets. , (2018).
  38. Rohaizat, M. W. A. B., Lim, M., Xu, L., Huang, S., Levchenko, I., Xu, S. Development and calibration of a variable range stand for testing space micropropulsion thrusters. IEEE Transaction on Plasma Science. 46, 289-295 (2018).
  39. Raitses, Y., Fisch, N. J. Parametric investigations of a nonconventional Hall thruster. Physics of Plasmas. 5, 2579 (2001).
  40. Vaudolon, J., Mazouffre, S., Henaux, C., Harribey, D., Rossi, A. Optimization of a wall-less Hall thruster. Applied Physics Letters. 107, 174103 (2015).
  41. Mazouffre, S., Grimaud, L. Characteristics and Performances of a 100-W Hall Thruster for Microspacecraft. IEEE Transactions on Plasma Science. 46, 330-337 (2018).
  42. Levchenko, I., et al. Recent progress and perspectives of space electric propulsion systems based on smart nanomaterials. Nature Communications. 9, 879 (2018).
  43. Goebel, D. M., Katz, I. . Fundamentals of electric propulsion. , (2008).
  44. Choueiri, E. Y. Fundamental difference between the two Hall thruster variants. Physics of Plasmas. 8, 5025 (2001).
  45. Ding, Y., Sun, H., Peng, W., Xu, Y., Wei, L., Li, H., Li, P., Su, H., Yu, D. Experimental test of 200 W Hall thruster with titanium wall. Journal of Physics D: Applied Physics. 56, 050312 (2017).
  46. Lemmer, K. Propulsion for CubeSats. Acta Astronautics. 134, 231-243 (2017).
  47. Ding, Y., et al. A 200-W permanent magnet Hall thruster discharge with graphite channel wall. Physics Letters A. 382 (42), 3079-3082 (2018).
  48. Levchenko, I., Bazaka, K., Belmonte, T., Keidar, M., Xu, S. Advanced Materials for Next Generation Spacecraft. Advanced Materials. 30, 1802201 (2018).
  49. Jacob, M. V., Rawat, R. S., Ouyang, B., Bazaka, K., Kumar, D. S., Taguchi, D., Iwamoto, M., Neupane, R., Varghese, O. K. Catalyst-Free Plasma Enhanced Growth of Graphene from Sustainable Sources. Nano Letters. 15, 5702-5708 (2015).
  50. Baranov, O., Bazaka, K., Kersten, H., Keidar, M., Cvelbar, U., Xu, S., Levchenko, I. Plasma under control: Advanced solutions and perspectives for plasma flux management in material treatment and nanosynthesis. Applied Physics Reviews. 4, 041302 (2017).
  51. Levchenko, I., Bazaka, K., Baranov, O., Sankaran, M., Nomine, A., Belmonte, T., Xu, S. Lightning under water: Diverse reactive environments and evidence of synergistic effects for material treatment and activation. Applied Physics Reviews. 5, 021103 (2018).
  52. Bazaka, K., Jacob, M. V., Ostrikov, K. Sustainable Life Cycles of Natural-Precursor-Derived Nanocarbons. Chemical Reviews. 116, 163-214 (2016).
  53. Levchenko, I., Ostrikov, K. K., Zheng, J., Li, X., Keidar, M., Teo, K. B. K. Scalable graphene production: perspectives and challenges of plasma applications. Nanoscale. 8, 10511 (2016).
  54. Levchenko, I., Bazaka, K., Keidar, M., Xu, S., Fang, J. Hierarchical Multi-Component Inorganic Metamaterials: Intrinsically Driven Self-Assembly at Nanoscale. Advanced Materials. 30, 1702226 (2018).
  55. Baranov, O., Levchenko, I., Bell, J. M., Lim, J. W. M., Huang, S., Xu, L., Wang, B., Aussems, D. U. B., Xu, S., Bazaka, K. From nanometre to millimetre: a range of capabilities for plasma-enabled surface functionalization and nanostructuring. Materials Horizons. 5, 765-798 (2018).
  56. Koizumi, H., Kuninaka, H. Miniature Microwave Discharge Ion Thruster Driven by 1 Watt Microwave Power. Journal of Propulsion and Power. 26, 601-604 (2010).
  57. Ding, Y., Su, H., Li, P., Wei, L., Li, H., Peng, W., Xu, Y., Sun, H., Yu, D. Study of the Catastrophic Discharge Phenomenon in a Hall Thruster. Physics Letters A. 381, 3482-3486 (2017).
  58. Baranov, O., Xu, S., Ostrikov, K., Wang, B. B., Bazaka, K., Levchenko, I. Towards universal plasma-enabled platform for the advanced nanofabrication: plasma physics level approach. Reviews of Modern Plasma Physics. 2, 4 (2018).
  59. Taccogna, F. Monte Carlo Collision method for low temperature plasma simulation. Journal of Plasma Physics. 81, 305810102 (2014).
  60. Furukawa, T., Takizawa, K., Kuwahara, D., Shinohara, S. Electrodeless plasma acceleration system using rotating magnetic field method featured. AIP Advances. 7, 115204 (2017).
  61. Levchenko, I., Beilis, I. I., Keidar, M. Nanoscaled metamaterial as an advanced heat pump and cooling media. Advanced Materials Technologies. 1, 1600008 (2016).
  62. Zidar, D. G., Rovey, J. L. Hall-Effect Thruster Channel Surface Properties Investigation. Journal of Propulsion and Power. 28, 334-343 (2012).
  63. Pai, D. Z., Ostrikov, K. K., Kumar, S., Lacoste, D. A., Levchenko, I., Laux, C. O. Energy efficiency in nanoscale synthesis using nanosecond plasmas. Scientific Reports. 3, 1221 (2013).
  64. Rider, A. E., Levchenko, I., Ostrikov, K. Surface fluxes of Si and C adatoms at initial growth stages of SiC quantum dots. Journal of Applied Physics. 101, 044306 (2007).
  65. Bazaka, K., Baranov, O., Cvelbar, U., Podgornik, B., Wang, Y., Huang, S., Xu, L., Lim, J. W. M., Levchenko, I., Xu, S. Oxygen plasmas: a sharp chisel and handy trowel for nanofabrication. Nanoscale. 10, 17494-17511 (2018).
  66. Levchenko, I., Ostrikov, K., Murphy, A. B. Plasma-deposited Ge nanoisland films on Si: is Stranski–Krastanow fragmentation unavoidable?. Journal of Physics D: Applied Physics. 41, 092001 (2008).
  67. Hundt, M., Sadler, P., Levchenko, I., Wolter, M., Kersten, H., Ostrikov, K. Real-time monitoring of nucleation-growth cycle of carbon nanoparticles in acetylene plasmas. Journal of Applied Physics. 109, 123305 (2011).
  68. Levchenko, I., Cvelbar, U., Ostrikov, K. Kinetics of the initial stage of silicon surface oxidation: Deal–Grove or surface nucleation?. Applied Physics Letters. 95, 021502 (2009).
  69. Han, Z. J., Rider, A. E., Ishaq, M., Kumar, S., Kondyurin, A. Carbon nanostructures for hard tissue engineering. RSC Advances. 3, 11058-11072 (2013).
  70. Levchenko, I., Ostrikov, K. Carbon saturation of arrays of Ni catalyst nanoparticles of different size and pattern uniformity on a silicon substrate. Nanotechnology. 19, 335703 (2008).
  71. Baranov, O., Levchenko, I., Xu, S., Lim, J. W. M., Cvelbar, U., Bazaka, K. Formation of vertically oriented graphenes: what are the key drivers of growth?. 2D Materials. 5, 044002 (2019).
  72. Singh, L. A., Sanborn, G. P., Turano, S. P., Walker, M. L. R., Ready, W. J. Operation of a carbon nanotube field emitter array in a Hall effect thruster plume environment. IEEE Transactions on Plasma Science. 43, 95 (2015).
  73. Levchenko, I., Ostrikov, K. Plasma/ion-controlled metal catalyst saturation: Enabling simultaneous growth of carbon nanotube/nanocone arrays. Applied Physics Letters. 92, 063108 (2008).
  74. Milne, W. I., Teo, K. B. K., Amaratunga, G. A. J., Legagneux, P., Gangloff, L., Schnell, J. P., Semet, V., Binh, V. T., Groening, O. Carbon nanotubes as field emission sources. Journal of Materials Chemistry. 14, 933 (2004).
  75. Lee, C., Wei, X., Kysar, J. W., Hone, J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science. 320, 385 (2008).
  76. Fang, J. Plasma-enabled growth of single-crystalline SiC/AlSiC core–shell nanowires on porous alumina templates. Crystals Growth and Design. 12, 2917-2922 (2012).
  77. Fang, J., Levchenko, I., van der Laan, T., Kumar, S., Ostrikov, K. Multipurpose nanoporous alumina–carbon nanowall bi-dimensional nano-hybrid platform via catalyzed and catalyst-free plasma CVD. Carbon. 78, 627-632 (2014).
  78. Han, Z. J., Yick, S., Levchenko, I., Tam, E., Yajadda, M. M. A., Kumar, S., Martin, P. J., Furman, S., Ostrikov, K. Controlled synthesis of a large fraction of metallic single-walled carbon nanotube and semiconducting carbon nanowire networks. Nanoscale. 3, 3214-3220 (2011).
  79. Kumar, S., Levchenko, I., Ostrikov, K. K., McLaughlin, J. A. Plasma-enabled, catalyst-free growth of carbon nanotubes on mechanically-written Si features with arbitrary shape. Carbon. 50, 325-329 (2012).
  80. Levchenko, I., Ostrikov, K., Keidar, M., Xu, S. Deterministic nanoassembly: Neutral or plasma route?. Applied Physics Letters. 89, 033109 (2006).

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