Main page

Krypton Hall effect thruster for space propulsion

IFPiLM111005b fot01sElectric propulsion (EP) is the future of astronautics. It can already compete successfully with chemical thrusters, especially for attitude control, orbit transfer and/or orbital station-keeping as well as for the main propulsion system for deep space missions. However, xenon, the propellant of choice in most EP devices, has a substantial drawback: its cost is very high. On the basis of the experience with plasma jet accelerators, a team of scientists and engineers from the Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion in Warsaw has designed the Hall effect thruster optimised to work with krypton, a much more affordable noble gas.

Chemical propulsion is invaluable for the launch of payloads into space. The thrust, generated exclusively from the energy released by combustion of the propellants, is very large, but limited to durations of the order of seconds or minutes. In space, however, where atmospheric drag is negligible, technologies delivering much lower thrust over significantly longer durations (months or even years) have proven much more efficient. The leading low-thrust technology is plasma propulsion, where xenon is the preferred working gas. In the Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion (IPPLM) in Warsaw, a Hall effect thruster has been designed to work with krypton, a noble gas ten times cheaper than xenon.

The Hall effect thruster is one of several existing electric propulsion technologies. In use since the 1970s in unmanned space flights, it has made it possible to manoeuvre precisely and correct satellite orbits. Lately, devices of this type have increasingly been used as the main propulsion system for deep space missions.

Hall effect thrusters convert the propellant into a plasma and produce thrust using an external electrical power source, most typically solar panels. Plasma particles (ions and electrons) are electrically charged and can thus be accelerated by an electric field to high velocities, of the order of 15-30 km/s as is the case with Hall thrusters (in contrast, expelled gases do not reach more than 4 km/s with chemical propulsion). Plasma propulsion produces a low thrust (from a few to 1000 mN depending on available power) but can operate over long durations and ultimately increase the velocity of the spacecraft by several kilometres per second.

Plasma jet accelerators have been studied for many years in IPPLM. Building on this experience, our team has started, in May 2008, the development of a plasma Hall effect thruster using krypton as a propellant”, said Dr Jacek Kurzyna, the person responsible for the project.

The propellant used in the vast majority of Hall effect thrusters is xenon, a very rare and therefore expensive noble gas. Krypton, another noble gas, is up to ten times less expensive. Although a slightly higher energy is necessary to produce krypton ions, they are lighter than xenon ions and accordingly require lower acceleration voltages to achieve the same velocity. “From the very beginning, our thruster has been developed and optimised to operate with krypton. We had to design properly the magnetic field configuration and the appropriate magnetic circuit. Some elements had to be constructed in such a way that they can withstand increased heat loads”, explains Dariusz Daniłko, a PhD student from IPPLM.

The new thruster is medium-power, continuous-thrust propulsion device. Weighing less than 5 kg, it operates at a power of about half a kilowatt. “The SMART-1 lunar space probe sent by the European Space Agency (ESA) had a xenon thruster with power below 2 kW. It accelerated the vehicle by 3,6 km/s. Our thruster could therefore prove suitable as a main propulsion system in small spacecrafts”, says Dr Serge Barral from IPPLM.

The newly built Hall effect thruster is a prototype device ready to be tested in vacuum conditions. “If the outcome of the tests is positive, optimization of the device and a round of assessment tests will follow. The project, submitted to the second PECS call (Plan for European Cooperating State, an agreement concluded between Poland and ESA), has been recommended for funding. If funding is confirmed, this project will mark the beginning of the qualification process”, explains Dr Kurzyna.

The research on krypton Hall effect thrusters is expected to find applications beyond the field of astronautics. Plasma accelerators are routinely used in many technological processes, inter alia, for surface cleaning by plasma sputtering or etching, surface modification and thin film (e.g. diamond-like carbon) deposition. The team of scientists from IPPLM has suggested, in particular, a deposition process of thin oxide layers for photovoltaic solar panels based on the Hall thruster technology.

The design and construction of the Hall effect thruster have been entirely funded by IPPLM.

 

Local News

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Prev Next

I Posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne

02-07-2014

I Posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne

W dniu 26 czerwca 2014 w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie odbyło się I posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum Nowe Technologie Energetyczne (CeNTE), podczas którego powołano przewodniczącego Rady...

Read more

Letnia Szkoła Kudowa 2014

01-07-2014

Letnia Szkoła Kudowa 2014

Tegoroczna edycja Szkoły Letniej Kudowa “Towards Fusion Energy” przypadła na okres 9-13 czerwca i odbyła się tradycyjnie w Kudowie Zdroju. Organizatorami wydarzenia był Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Międzynarodowe...

Read more

Workshop ADAS w Warszawie, 29-30 września 2014

30-06-2014

Workshop ADAS w Warszawie, 29-30 września 2014

Workshop ADAS 2014 odbędzie się w Warszawie w terminie 29 – 30 września 2014. Workshop organizowany jest przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych i Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. Workshop ADAS...

Read more

Nieodparty urok mocy atomu

16-06-2014

Nieodparty urok mocy atomu

O tym, jak się wybić na niezależność 
w energetyce prof. Jacek Jagielski opowiada Krzysztofowi Urbańskiemu. Fizycy pasjonują się swoimi „zabawkami" jak dzieci. Miałem szansę obserwować to przy okazji inauguracji stellaratora Wendelstein...

Read more

Centrum Nowe Technologie Energetyczne - spotkanie i dyskusja w IFPiLM

17-04-2014

Centrum Nowe Technologie Energetyczne - spotkanie i dyskusja w IFPiLM

16 kwietnia 2014 w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy odbyło się spotkanie robocze poświęcone uzgodnieniu tekstu Umowy o ustanowieniu centrum naukowo-przemysłowego pod nazwą Nowe Technologie Energetyczne. Instytut gościł przedstawicieli...

Read more

Pół świata w tym Polska pomaga w budowie sztucznego słońca we Francji

14-04-2014

Pół świata w tym Polska pomaga w budowie sztucznego słońca we Francji

Projekt ITER, w ramach którego na południu Francji powstanie reaktor termojądrowy, będzie najdroższym na świecie - zaraz po Międzynarodowej Stacji Kosmicznej - projektem badawczym. Mają w nim pewien udział również...

Read more

Dr hab. Jerzy Wołowski, profesor IFPiLM, został profesorem tytularnym

09-04-2014

Dr hab. Jerzy Wołowski, profesor IFPiLM, został profesorem tytularnym

Prof. IFPiLM dr. hab. Jerzy Wołowski otrzymał tytuł profesora nauk fizycznych. Postanowienie w tej sprawie podpisał Prezydent RP Bronisław Komorowski.  Uroczystość nadania tego tytułu przez Prezydenta RP, odbędzie się w dniu 11...

Read more

Prof. IFPiLM dr hab. Tadeusz Pisarczyk otrzymał tytuł profesora, nadany przez Prezydenta RP

06-03-2014

Prof. IFPiLM dr hab. Tadeusz Pisarczyk otrzymał tytuł profesora, nadany przez Prezydenta RP

Prezydent RP Bronisław Komorowski decyzją z dnia 19 lutego br. nadał tytuł profesora nauk fizycznych prof. IFPiLM dr. hab. Tadeuszowi Pisarczykowi.Serdecznie gratulując, życzymy Panu Profesorowi dalszych sukcesów naukowych. Potwierdzenie nadania tytułu...

Read more

Wizyta Prof. Ryszarda Romaniuka w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy

05-03-2014

Wizyta Prof. Ryszarda Romaniuka w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy

Trzeciego marca 2014 r. Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy gościł profesora Ryszarda Romaniuka, dyrektora Instytutu Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych PW, oraz towarzyszące mu osoby: prof. Grzegorza...

Read more

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych już działa.

23-12-2013

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych już działa.

Prototyp pierwszego polskiego silnika plazmowego do sond kosmicznych został z sukcesem przetestowany w warunkach zbliżonych do tych panujących w przestrzeni kosmicznej w laboratorium Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA - ESTEC) w...

Read more

Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży"

09-12-2013

Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży"

Staże w jednostkach naukowych i w przedsiębiorstwach finansowane w 100% ze środków UE Projekt "VI edycja TEKLA PLUS - Stolica staży" Consulting Plus Sp. z o. o. w partnerstwie z m.st. Warszawa...

Read more

Wrocławska firma wygrała globalny przetarg. Pomoże w budowie reaktora

17-10-2013

Wrocławska firma wygrała globalny przetarg. Pomoże w budowie reaktora

Firma SMT Software została zwycięzcą unijnego przetargu na obsługę informatyczną organizacjiFusion for Energy, zajmującej się budową eksperymentalnego reaktora termojądrowego. Do konkursu zgłosiło się kilkadziesiąt spółek z całej Europy. - Ten przetarg...

Read more

37 urodziny IFPiLM

04-10-2013

37 urodziny IFPiLM

To już 37 lat badań prowadzonych w IFPiLM między innymi dla przyszłej energetyki. Była to kolejna okazja do spotkania, do wspomnień, gratulacji sukcesów i wyrażenia nadziei na przyszłość równie dobrą,...

Read more

IFPiLM na XII Festiwalu Nauki - krótkie podsumowanie

02-10-2013

IFPiLM na XII Festiwalu Nauki - krótkie podsumowanie

Miło nam poinformować, iż odwiedzający IFPiLM w ramach XVII Festiwalu Nauki nie zawiedli po raz kolejny. Mieliśmy przyjemność gościć grupy w różnym wieku (ok. 70 osób) w ciągu dwóch weekendów,...

Read more

IFPiLM na XVII Festiwalu Nauki w Warszawie

11-09-2013

IFPiLM na XVII Festiwalu Nauki w Warszawie

XVII edycja warszawskiego Festiwalu Nauki odbędzie się w dn. 20-29 września. IFPiLM, podobnie jak w zeszłym roku, dołoży swoją cegiełkę w budowanie świadomości naukowej, rozwijanie wyobraźni i zainteresowania tym, co...

Read more

Sukces Międzynarodowej Konferencji PLASMA-2013 zorganizowanej przez IFPiLM

09-09-2013

Sukces Międzynarodowej Konferencji PLASMA-2013 zorganizowanej przez IFPiLM

Międzynarodowa Konferencja PLASMA-2013 została zorganizowana przez Lokalny Komitet Organizacyjny utworzony w IFPiLM. Współorganizatorem konferencji było Polskie Towarzystwo Fizyczne. Na konferencję PLASMA-2013 zgłosiło się ponad 140 uczestników z różnych krajów. Na...

Read more

Warsztaty artystyczne „Piąty stan skupienia”

03-09-2013

Warsztaty artystyczne „Piąty stan skupienia”

Fundacja Proscenium  z Instytutem Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy zapraszają do Teatru GO ul. Hery 23 na otwarte warsztaty artystyczne: „Piąty stan skupienia” Nauka inspiruje sztukę, a sztuka inspiruje naukę. Młodzież i dorosłych chcących uczestniczyć...

Read more

PLASMA-2013 - rozpoczęcie konferencji

03-09-2013

PLASMA-2013 - rozpoczęcie konferencji

O godzinie 9:00 w gmachu Centralnej Biblioteki Rolniczej rozpoczęła się konferencja PLAZMA 2013  Badania i zastosowania plazmy w różnych dziedzinach nauki i techniki rozwijane są bardzo intensywnie na całym świecie. Ważnym...

Read more

Moc Słońca uwolnimy na Ziemi

02-09-2013

Moc Słońca uwolnimy na Ziemi

Na południu Francji zbudowano najważniejszy element reaktora, w którym naukowcy odtworzą proces zachodzący we wnętrzu gwiazd. Pierwsza część reaktora termojądrowego ITER w Cadarache niedaleko Marsylii została już zmontowana. Do końca roku...

Read more

CEA-IPPLM Cooperation Agreement

22-07-2013

CEA-IPPLM Cooperation Agreement

On the 17th of July 2013, the management of IPPLM had an honour to welcome the representatives of Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), namely Mr. Gabriele...

Read more

12th Kudowa Summer School "Towards Fusion Energy", June 9-13, 2014

27-06-2013

12th Kudowa Summer School  "Towards Fusion Energy", June 9-13, 2014

The Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion (IPPLM, Warsaw, Poland) and the International Centre for Dense Magnetised Plasmas (ICDMP) are organizing the 12th Kudowa Summer School "Towards Fusion Energy", which will be held...

Read more

Participation of Polish scientific institutions in the Wendelstein 7-X project

17-06-2013

Participation of Polish scientific institutions in the Wendelstein 7-X project

Urszula Woźnicka1, Łukasz Ciupiński2, Jacek Jagielski3, Monika Kubkowska4, Marek Stodulski1, Roman Zagórski4 1 The Henryk Niewodniczański Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland, (IFJ PAN) 2 Warsaw University...

Read more

Posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM

20-03-2013

Posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM

Dnia 15 mara 2013 roku  w siedzibie Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii  Nauk w Krakowie odbyło się posiedzenie Rady Asocjacji EURATOM-IFPiLM. Obradom przewodniczył Prof. Marek Rubel. W spotkaniu uczestniczyli przedstawiciele EFDA...

Read more

Uroczyste otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

23-01-2013

Uroczyste otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

Część oficjalną spotkania rozpoczął dyrektor IFPiLM, prof. Andrzej Gałkowski, który zauważył, iż od lat staramy się sprowadzić Słońce na Ziemię, a  tym razem udało nam się sprowadzić na Ziemię fragment kosmosu o objętości 2m3,...

Read more

Otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

15-01-2013

Otwarcie Laboratorium Plazmowych Silników Satelitarnych w IFPiLM

Dnia 22 stycznia br., o godz. 11:00, w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (sala teatru GO) w Warszawie rozpocznie się uroczyste otwarcie pierwszego w Polsce i jednego z nielicznych...

Read more

World News

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Prev Next

The 10 million-piece nuclear puzzle

02-09-2014

The 10 million-piece nuclear puzzle

The project to build a demonstration fusion power reactor relies on hundreds of individual suppliers. It is the ITER Organization’s job to coordinate all of their contributions. The seven members of...

Read more

F4E collaborates with IDOM on high tech ITER systems

28-07-2014

F4E collaborates with IDOM on high tech ITER systems

A multimillion contract for engineering integration of many state of the art instruments that will measure the biggest plasma generated by a fusion device has been signed between F4E and IDOM ADA,...

Read more

JET operation secured until 2018

28-07-2014

JET operation secured until 2018

After months of preparation, the European Commission and the Culham Centre for Fusion Energy signed the operation contract for Europe’s largest fusion experiment. Since 2000, JET operation was being carried out...

Read more

See the progress of the ITER Toroidal Field coils!

28-07-2014

See the progress of the ITER Toroidal Field coils!

We traveled to the ASG facilites in La Spezia, Italy, to follow the progress of the TF coils and speak to the key technical people involved in the supervision of...

Read more

Słońce na Ziemi

28-07-2014

Słońce na Ziemi

Synteza termojądrowa – reakcja łączenia jąder atomów najlżejszego pierwiastka, czyli wodoru, w wyniku czego powstają atomy cięższego pierwiastka, czyli helu – jest podstawą istnienia gwiazd, także Słońca. Wielka temperatura panująca w ich...

Read more

Kudowa Summer School 2014

01-07-2014

Kudowa Summer School 2014

This year’s edition of the Kudowa Summer School took place in the period 9-13 June traditionally in Kudowa Zdrój, Poland. The School was organized by the Institute of Plasma Physics...

Read more

Europe signs its final contract for ITER Toroidal Field coils

30-06-2014

Europe signs its final contract for ITER Toroidal Field coils

A landmark multimillion contract has been signed between F4E and SIMIC S.p.A, an Italian company specialised in high-tech engineering and manufacturing, marking the successful completion of Europe’s strategy in the...

Read more

Important progress for JT-60SA

27-06-2014

Important progress for JT-60SA

See the progress of the JT-60SA project – one of the three projects being developed under the Broader Approach Agreement – in this new clip filmed on-site in Naka, Japan. The clip shows that...

Read more

F4E and Assystem to deliver remote handling system for ITER divertor

12-06-2014

F4E and Assystem to deliver remote handling system for ITER divertor

ITER’s high tech remote handling system has entered its most decisive phase so far thanks to a multimillion deal signed between F4E and Assystem, a leader in innovation and engineering consultancy....

Read more

Europe to equip the biggest cryoplant in the world

23-05-2014

Europe to equip the biggest cryoplant in the world

A major technological deal has been reached between Fusion for Energy and Air Liquide, gas technology global leader, in order to equip the world’s biggest cryoplant that will cool down...

Read more

Uroczyste otwarcie laboratorium stellaratora Wendelstein 7-X w Greifswaldzie (Niemcy) Naukowcy z IFPiLM uczestniczyli w przygotowaniu aparatury pomiarowej do tego urządzenia

23-05-2014

Uroczyste otwarcie laboratorium stellaratora Wendelstein 7-X w Greifswaldzie (Niemcy) Naukowcy z IFPiLM uczestniczyli w przygotowaniu aparatury pomiarowej do tego urządzenia

W dniu 20 maja b.r. w Instytucie Fizyki Plazmy (IFP) im. Maxa Plancka w Greifswaldzie (północne Niemcy) otwarto wielkie urządzenie termojądrowe - stellarator Wendelstein W7-X. Polskiej delegacji biorącej udział w...

Read more

Complex fusion reactor takes shape as start date slips

19-05-2014

Complex fusion reactor takes shape as start date slips

Nobody said it was going to be easy. After years of delays, work has finally begun on key components of ITER, the ambitious international project to build a revolutionary nuclear fusion...

Read more

Preparations for operation of Wendelstein 7-X starting

19-05-2014

Preparations for operation of Wendelstein 7-X starting

After years of calculation, planning, component production and installation the Wendelstein 7-X project is now entering a new phase: Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) in Greifswald in May...

Read more

FPA signed for design on system to monitor ITER’s plasma core

19-05-2014

FPA signed for design on system to monitor ITER’s plasma core

A Framework Partnership Agreement (FPA) for the design of the ITER Core Plasma Charge Exchange Recombination Spectroscopy diagnostic system (CP CXRS) has been signed by F4E and a consortium consisting...

Read more

A visit from the Groningen University at IPPLM

18-04-2014

A visit from the Groningen University at IPPLM

On the 17th of April 2014 a group of students and PhD students from Groningen University („T.F.V. ‘Professor Francken’”) visited IPPLM. Young people, students of applied physics, were welcomed by...

Read more

A promising concept on the path to fusion energy

10-04-2014

A promising concept on the path to fusion energy

Completion of a promising experimental facility at the U.S. Department of Energy's Princeton Plasma Laboratory (PPPL) could advance the development of fusion as a clean and abundant source of energy...

Read more

How to operate a tokamak

20-03-2014

How to operate a tokamak

The new App ‘Operation Tokamak’ invites gamers to have a go at realising fusion power. Being the operator of a fusion machine, players have to control the plasma by shaping...

Read more

Magnetic behavior discovery could advance nuclear fusion

20-03-2014

Magnetic behavior discovery could advance nuclear fusion

ANN ARBOR—Inspired by the space physics behind solar flares and the aurora, a team of researchers from the University of Michigan and Princeton has uncovered a new kind of magnetic...

Read more

The Future May Be Getting Close to Reality in Vancouver, With D-Wave and General Fusion

20-03-2014

The Future May Be Getting Close to Reality in Vancouver, With D-Wave and General Fusion

Vancouver is a land of scenic harbors, tall mountains and startups trying to harness the limits of physics. In town for the TED conference, I had the occasion to visit two...

Read more

Drugie wynalezienie ognia

18-03-2014

Drugie wynalezienie ognia

Fusion for Energy (F4E), the organisation managing Europe’s contribution to ITER, has signed a contract with Ampegon to design, manufacture, install and commission the power supplies for the Electron Cyclotron system, one...

Read more

Nuclear fusion: Julich's role in ITER

14-02-2014

Nuclear fusion: Julich's role in ITER

Forschungszentrum Jülich will lead a consortium of European partners to design a measuring system for the fusion experiment ITER. The facility is currently under construction in Cadarache in the south...

Read more

When Canada operated a tokamak in Varennes

11-02-2014

Solar energy is a potential resource for power. But how about having a mini Sun right here on Earth? Built at Hydro Quebec's Research Institute facility in Varennes, Que. and operational...

Read more

US taking a hard look at its involvement in ITER

11-02-2014

US taking a hard look at its involvement in ITER

A Department of Energy internal review committee has concluded that the US share of ITER, the international project to build a fusion test reactor in Cadarache, France, could cost as...

Read more

2014 vigorously starts with the implementation of the European roadmap to the realisation of fusion electricity.

11-02-2014

2014 vigorously starts with the implementation of the European roadmap to the realisation of fusion electricity.

This week a two-week long marathon of meetings ended kicking off a package of 25 research topics defined in Europe’s Roadmap to the realisation of fusion electricty published twelve months...

Read more

Installation of prototype accelerator opens new chapter for IFMIF

07-02-2014

Installation of prototype accelerator opens new chapter for IFMIF

The International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) will count on a world leading accelerator to mimic the neutronic conditions of the first wall in future fusion demonstration and commercial power...

Read more
HiPER EFDA EFDA JET iter Laserlab Europe Fusenet