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

Fuzja to nie strzelba, a plazma to nie tylko telewizor - IFPiLM na Pikniku Naukowym 2015

13-05-2015

Fuzja to nie strzelba, a plazma to nie tylko telewizor - IFPiLM na Pikniku Naukowym 2015

Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy wziął udział w 19. Pikniku Naukowym, który miał miejsce 9 maja 2015 roku na Stadionie Narodowym w Warszawie. Mottem przewodnim tegorocznego spotkania było ’światło’....

Read more

ITER ponownie otwiera się na zwiedzających

29-04-2015

ITER ponownie otwiera się na zwiedzających

  Dobra wiadomość dla tych, którzy nie mieli jeszcze okazji przyjrzeć się z bliska jak wygląda budowa największego na świecie reaktora termojądrowego - trwa rejestracja na Dzień Otwarty ITER. Za miesiąc, 30...

Read more

Odkrywamy tajemnice czwartego stanu materii – plazmy

22-04-2015

Odkrywamy tajemnice czwartego stanu materii – plazmy

Prof. Jerzy Wołowski na antenie Polskiego Radia RDC opowiedział o plazmie, zjawisku fuzji termojądrowej i badaniach prowadzonych w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy.  - Plazma jest rozpowszechniona we Wszechświecie w...

Read more

Jak licealiści poznają zakątki fizyki plazmy

26-02-2015

Jak licealiści poznają zakątki fizyki plazmy

W Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy wznowiony został cykl warsztatów naukowo-artystycznych dla młodzieży licealnej pod nazwą „Stany Skupienia – sztuka i nauka”. Jest to naukowo-artystyczny dialog wprowadzający młodzież w...

Read more

Centrum badań jądrowych. Będzie decyzja w tym roku?

17-02-2015

Centrum badań jądrowych. Będzie decyzja w tym roku?

Prof. Marek Orkisz, rektor Politechniki Rzeszowskiej: - W tym roku może zapaść decyzja, czy dostaniemy pieniądze na studium wykonalności tej inwestycji. Ale perspektywa wybudowania tego laboratorium, to rok 2025.    Politechnika Rzeszowska...

Read more

Lutowe bezpłatne szkolenia dla naukowców od Thomson Reuters

09-02-2015

Lutowe bezpłatne szkolenia dla naukowców od Thomson Reuters

Firma Thomson Reuters zaprasza wszystkich naukowców na lutowy cykl bezpłatnych szkoleń internetowych z zakresu wykorzystywania narzędzi i funkcji dostępnych na platformie Web of Science. Szkolenia będą obejmowały trzy sesje tematyczne o...

Read more

Działalność upowszechniająca naukę - nabór wniosków

23-01-2015

Działalność upowszechniająca naukę - nabór wniosków

Do 31 marca 2015 r. można składać wnioski w ramach działalności upowszechniającej naukę. Wnioski mogą być składane przez podmioty działające na rzecz nauki, czyli podmioty wykonujący w sposób ciągły zadania z zakresu...

Read more

W nowej perspektywie UE szansa na międzynarodowe centrum badawczo-rozwojowe w Polsce

19-01-2015

W nowej perspektywie UE szansa na międzynarodowe centrum badawczo-rozwojowe w Polsce

W ramach perspektywy unijnej 2014-2020 Polska może poprawić jakość funkcjonowania sektora badawczo-rozwojowego (B+R). Chodzi tu nie tylko o współpracę nauki i biznesu, lecz także o projekt specjalnego międzynarodowego ośrodka badawczo-rozwojowego. Centrum...

Read more

Czy największy reaktor fuzyjny jest szansą dla rozwoju gospodarczego Polski?

22-12-2014

Czy największy reaktor fuzyjny jest szansą dla rozwoju gospodarczego Polski?

Krajowy przemysł i nauka mają wciąż szanse na zaangażowanie w duże projekty naukowe. Potrzebne jest jednak pogłębienie współpracy i zdobycie większej ilości niezbędnych informacji. Wrocławski Park Technologiczny S.A. zorganizował spotkanie,...

Read more

Dyrektor IFPiLM na 40. urodzinach reaktora badawczego MARIA

17-12-2014

Dyrektor IFPiLM na 40. urodzinach reaktora badawczego MARIA

Dyrektor Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy prof. Andrzej Gałkowski był gościem uroczystości rozcznicowej z okazji 40-lecia uruchomienia reaktora MARIA w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku. Na ten ważny...

Read more

Odbyło się II posiedzenie Rady Zarządzającej CeNTE

08-12-2014

Odbyło się II posiedzenie Rady Zarządzającej CeNTE

8 grudnia br. w IFPiLM miało miejsce II posiedzenie Rady Zarządzającej Centrum naukowo-przemysłowego Nowe Technologie Energetyczne. Rada zebrała się m.in. w celu przyjęcia planu pracy CeNTE na rok 2015, przedstawienia...

Read more

LIBS Meeting: prezentacja sprzętu badawczego i perspektywy współpracy

27-11-2014

LIBS Meeting: prezentacja sprzętu badawczego i perspektywy współpracy

Zespoły naukowców z instytutów badawczych z całej Polski zebrały się w IFPiLM, 25 listopada, aby dowiedzieć się więcej o sprzęcie i aplikacjach wykorzystywanych w spektroskopii emisyjnej wzbudzanej laserem (tzw. metoda...

Read more

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

World News

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

Europe’s first-ever equipment arrives to ITER

07-05-2015

Europe’s first-ever equipment arrives to ITER

Europe, the biggest shareholder out of the seven parties contributing to ITER, the largest international scientific collaboration in the field of energy bringing together 80% of the global GDP and...

Read more

Europe and Japan celebrate achievement of important JT-60SA milestones

24-04-2015

Europe and Japan celebrate achievement of important JT-60SA milestones

The concurrent achievement of several important milestones of the JT-60SA project was celebrated by some 200 high-level European and Japanese guests at the JT-60SA project site in Naka, Japan, on...

Read more

Tough Questions for ITER's New Director General, Bernard Bigot

23-03-2015

Tough Questions for ITER's New Director General, Bernard Bigot

When ITER, the International Thermonuclear Experimental Reactor project, was launched in 1985, the plans called for a huge reactor that would demonstrate that the fusion of hydrogen atoms into helium...

Read more

Bernard Bigot appointed as new ITER Director General

06-03-2015

Bernard Bigot appointed as new ITER Director General

At an Extraordinary Meeting held in Paris on 5 March 2015, the ITER Council appointed Dr Bernard Bigot as the next Director-General of the ITER Organization, succeeding Prof Osamu Motojima. Dr...

Read more

FuseNet signed MoU with ENEN

24-02-2015

FuseNet signed MoU with ENEN

With the signing of a Memorandum of Understanding, FuseNet (The European Fusion Education Network) and ENEN (The European Nuclear Education Network) have started a new cooperation between their networks. At the General...

Read more

Pierwszy transformator elektryczny o masie 90 ton już na placu budowy ITER

14-01-2015

Pierwszy transformator elektryczny o masie 90 ton już na placu budowy ITER

Pierwszy ciężki ładunek, transformator elektryczny o masie ok 90 ton, dotarł na plac budowy ITER dziś w nocy z 13 na 14 stycznia. "W najbliższych miesiącach należy spodziewać się jeszcze bardziej...

Read more

Korea awards contract for vacuum vessel gravity supports

07-01-2015

Korea awards contract for vacuum vessel gravity supports

The Korean Domestic Agency signed an important contract with Korean supplier Wonil Corp. for the ITER vacuum vessel gravity supports on 11 December 2014. Nine sets of gravity supports will...

Read more

Latest issue of „Fusion in Europe” now available

30-12-2014

Latest issue of „Fusion in Europe” now available

“Fusion in Europe” magazine continues to spread the latest news about the progress of fusion research. The new issue begins optimistically with the statement that EUROfusion marks the beginning of...

Read more

Italian EU Presidency highlights the potential of ITER

16-12-2014

Italian EU Presidency highlights the potential of ITER

Almost like passing the torch every six months the Presidency of the European Council of the EU is held by a different member state. It is the 12th time that...

Read more

MAST rebuild continues with coil installation

12-12-2014

MAST rebuild continues with coil installation

The latest picture from the MAST-Upgrade project shows the UK fusion machine's largest magnetic coil being carefully positioned into the vacuum vessel. This is the second of four poloidal field coils...

Read more

Scientists to create prototype for new hot plasma nuclear reactor

05-12-2014

Scientists to create prototype for new hot plasma nuclear reactor

Scientists in Siberia are developing a pioneering new type of nuclear reactor using temperatures twice as hot as the sun that could create an energy of the future. Costing approximately 500...

Read more

Scientific conference on fusion opened in Split

02-12-2014

Scientific conference on fusion opened in Split

A three-day scientific conference on fusion began in Split on Monday, bringing together about a hundred experts from European Union countries. The conference, called the European Fusion Programme Workshop, was organised...

Read more

First plasma and ion beam extraction achieved at the Linear IFMIF Prototype Accelerator

01-12-2014

First plasma and ion beam extraction achieved at the Linear IFMIF Prototype Accelerator

The International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) is one of the projects stemming from the Broader Approach Agreement, a partnership in fusion energy research between Europe and Japan. IFMIF is an accelerator-based neutron...

Read more

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
HiPER iter Laserlab Europe Fusenet

Research projects carried out at the IPPLM are funded by the European Commission within the framework of EUROfusion Consortium under grant agreement No 633053 and the Polish Ministry of Science and Higher Education.