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

Wizyta studentów Politechniki Warszawskiej w laboratoriach IFPiLM

24-11-2014

Wizyta studentów Politechniki Warszawskiej w laboratoriach IFPiLM

W piątek, 21 listopada br., grupa studentów z Politechniki Warszawskiej zwiedziła laboratoria Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy oraz wysłuchała wykładu o energii termojądrowej. Byli to studenci 4 roku studiów...

Read more

Naukowcy NCBJ zbudowali ciągłe źródło neutronów prędkich o energii 14 MeV

20-11-2014

Naukowcy NCBJ zbudowali ciągłe źródło neutronów prędkich o energii 14 MeV

Naukowcy Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) zaprojektowali i zbudowali ciągłe źródło neutronów prędkich o energii 14 MeV. Właściwości nowego urządzenia w połączeniu z parametrami polskiego reaktora „Maria” pozwolą przeprowadzić badania...

Read more

Prof. Jerzy Wołowski na otwarciu nowej siedziby Wydziału Fizyki UW

19-11-2014

Prof. Jerzy Wołowski na otwarciu nowej siedziby Wydziału Fizyki UW

Profesor Jerzy Wołowski z IFPiLM 19 listopada br. wziął udział w oficjalnym otwarciu dwóch nowych budynków Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz Centrum Nowe Technologie, ulokowanych na kampusie Ochota. Wydział Fizyki UW...

Read more

Naukowcy z IFPiLM i WAT uzyskali pierwsze interferogramy plazmy fotojonizacyjnej

14-11-2014

Naukowcy z IFPiLM i WAT uzyskali pierwsze interferogramy plazmy fotojonizacyjnej

Zespół naukowców z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy oraz Wojskowej Akademii Technicznej, realizując wspólne eksperymenty na układzie laserowym PALS (Prague Asterix Laser System), uzyskał pierwsze interferogramy plazmy fotojonizacyjnej za...

Read more

II Posiedzenie Rady Zarządzającej CeNTE

04-11-2014

II Posiedzenie Rady Zarządzającej CeNTE

II posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum naukowo-przemysłowego Nowe Technologie Energetyczne odbędzie się 8 grudnia 2014 roku, w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Hery 23, Warszawa. Początek o godz. 10:00. Proponowany porządek...

Read more

Prof. Zagórski z IFPiLM uczestniczy w opracowaniu programu badawczego W7-X

03-11-2014

Prof. Zagórski z IFPiLM uczestniczy w opracowaniu programu badawczego W7-X

Profesor Roman Zagórski z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy został zaproszony przez dyrektora Instytutu Fizyki Plazmy Maxa Plancka w Niemczech do udziału w pracach Międzynarodowego Komitetu Naukowego stellaratora Wendelstein...

Read more

Studenci Politechniki Warszawskiej oraz członkowie SEP gośćmi IFPiLM

24-10-2014

Studenci Politechniki Warszawskiej oraz członkowie SEP gośćmi IFPiLM

17 października br. IFPiLM miał przyjemność gościć przedstawicieli warszawskiego oddziału Stowarzyszenia Elektryków Polskich (SEP) oraz studentów Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej. Celem ich wizyty było zapoznanie się z działalnością Instytutu, a...

Read more

Spotkanie Informacyjne dla Księgowych w ramach KPK Euratom

23-10-2014

Spotkanie Informacyjne dla Księgowych w ramach KPK Euratom

21 października br. w siedzibie Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie odbyło się spotkanie informacyjne dla księgowych, reprezentujących organizacje wchodzące w skład Centrum naukowo-przemysłowego Nowe Technologie Energetyczne (CeNTE). Celem...

Read more

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...

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 organizacji Fusion for Energy, zajmującej się budową eksperymentalnego reaktora termojądrowego. Do konkursu zgłosiło się kilkadziesiąt spółek z całej Europy. - Ten...

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

World News

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

IAEA Bychkov: "It's part of our mandate to make fusion power a reality" (interview)

25-11-2014

IAEA Bychkov: "It's part of our mandate to make fusion power a reality" (interview)

Alexander Victorovich Bychkov joined the International Atomic Energy Agency (IAEA) as Deputy Director General and Head of the Department of Nuclear Energy in February 2011. Before he joined the Agency,...

Read more

Call for abstracts: EST-Energy Conference 2015

12-11-2014

Call for abstracts: EST-Energy Conference 2015

​From 20-22 May 2015 the ENERGY, SCIENCE & TECHNOLOGY Conference and Exhibition (EST-Energy) will be taking place at the Karlsruhe Convention Center in Germany.  The conference will focus on all energy-related...

Read more

PPPL researchers present results at APS Plasma Physics Conference

12-11-2014

PPPL researchers present results at APS Plasma Physics Conference

Some 135 researchers, graduate students, and staff members from PPPL joined 1,500 research scientists from around the world at the 56th annual meeting of the American Physical Society Division of Plasma...

Read more

Next phase of ITER construction launched

06-11-2014

Next phase of ITER construction launched

The foundations of the building that will house the world’s largest experimental tokamak fusion reactor ITER have been completed with work entering the second phase of construction. Workers at the Cadarache...

Read more

Infrared Camera System to View Inside Tokamak Magnetic Fusion Energy Chamber

05-11-2014

Infrared Camera System to View Inside Tokamak Magnetic Fusion Energy Chamber

General Atomics’ DIII-D Tokamak has been a critical part of the nation’s magnetic fusion energy research since it was built in the 1980s. Over the years, wear and tear has taken...

Read more

Promise of Clean Energy One Step Closer with Nuclear Fusion Milestone

04-11-2014

Promise of Clean Energy One Step Closer with Nuclear Fusion Milestone

A crucial milestone has been reached by US lab researchers in their quest towards cracking self-sustaining nuclear fusion. Harnessing fusion, the process powering the sun, has the potential to create an...

Read more

Are mini fusion power plants possible?

03-11-2014

Are mini fusion power plants possible?

Lockheed Martin’s compact reactor concept / fusion drives for aircraft and trucks? Building a small, transportable fusion power plant has long been a dream of fusion researchers. In the course of...

Read more

How Lockheed Martin's Power Play Could Boost Fervor Over Fusion

03-11-2014

How Lockheed Martin's Power Play Could Boost Fervor Over Fusion

Lockheed Martin's project to create a compact fusion reactor could provide a boost for other ventures aiming to harness nuclear fusion energy on a small scale — or at least...

Read more

Europe takes ITER construction to the next level

31-10-2014

Europe takes ITER construction to the next level

The floor upon which the biggest fusion machine in the world will rely on has been constructed. This landmark achievement marks the conclusion of the works that started in August 2010...

Read more

Using radio waves to control the density in a fusion plasma

29-10-2014

Using radio waves to control the density in a fusion plasma

Recent fusion experiments on the DIII-D tokamak at General Atomics (San Diego) and the Alcator C-Mod tokamak at MIT (Cambridge, Massachusetts), show that beaming microwaves into the center of the...

Read more

The ribbon is cut, the road is open

10-10-2014

The ribbon is cut, the road is open

On 9 October 2014 the European Commission officially launched the European Consortium for the Development of Fusion Energy, EUROfusion for short. EUROfusion manages the European fusion research activities on behalf...

Read more

Europe leading the way in fusion energy research

08-10-2014

Europe leading the way in fusion energy research

Nuclear fusion could become the main source of energy in the second half of this century, and Europe is well-positioned to lead the way as long as it manages its...

Read more

European Commission launches EUROfusion

07-10-2014

European Commission launches EUROfusion

On 9 October 2014 the European Commission invites the fusion community into the heart of the European Quarter, the Solvay Library, to officially launch the European Consortium for the Development...

Read more

Sandia magnetized fusion technique produces significant results

24-09-2014

Sandia magnetized fusion technique produces significant results

The experimental work is described in a paper to be published in the Sept. 24 Physical Review Letters online. A theoretical PRL paper to be published on the same date helps explain why the...

Read more

WEGA fusion experiment passed on to the USA

24-09-2014

WEGA fusion experiment passed on to the USA

The small WEGA fusion device at Max Planck Institute of Plasma Physics (IPP) in Greifswald is being handed over to the University of Illinois in Urbana-Champaign. The "Wendelstein-Experiment in Greifswald...

Read more

F4E signs contracts for the Blanket First Wall full-scale prototype

24-09-2014

F4E signs contracts for the Blanket First Wall full-scale prototype

With the semi-prototype of the Blanket First Wall completed earlier this year, F4E is moving full-speed ahead and has just completed the signing of the contracts related to the manufacturing of...

Read more

Iterative processes

22-09-2014

Iterative processes

A big nuclear-fusion project attempts to move from design to construction. HERE is one way to squeeze energy from nuclear fusion: create and contain a roiling soup of ionised hydrogen atoms...

Read more

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
HiPER iter Laserlab Europe Fusenet