Komora próżniowa

Zasadniczą infrastrukturę laboratorium stanowi komora próżniowa do symulacji warunków próżni kosmicznej o pojemności około 2,5 m³ i średnicy Ø1,2 m wyposażona w system bezolejowych pomp próżniowych składający się z wielostopniowej pompy Rootsa o wydajności do 450 m³/h, pompy turbomolekularnej o wydajności ok. 3000 l/s oraz dwustopniowej pompy kriogenicznej o prędkości pompowania ok. 30000 l/s dla azotu, 34000 l/s dla ksenonu i 43000 l/s dla kryptonu (dane katalogowe) – patrz tabela poniżej. Układ ten pozwala badać zarówno silniki typu PPT, jak i silniki typu Halla przy zasilaniu gazem z wydajnością do 3-5 mg/s ksenonu, utrzymując w komorze w sposób dynamiczny ciśnienie na poziomie 5x10^-5 mbar, co z powodzeniem wystarcza do prowadzenia badań w zamierzonym zakresie.

Fotografia głównej komory próżniowej PlaNS do symulacji próżni kosmicznej dla eksperymentów z silnikami plazmowymi PPT i HET

Parametry układu próżniowego

Dynamiczna wydajność całego układu pompowego podczas pracy z kryptonem i ksenonem wynosi odpowiednio 18 m³/s i 14 m³/s, a liniowość układu pompowego ilustruje wykres poniżej, na którym ciśnienie osiągane w komorze przedstawione jest w funkcji wydatku gazu podawanego do komory (tak jak podczas pracy silnika). Przy zamkniętym dopływie gazu ciśnienie w komorze spada do ok. 3-5×10^-8 mbar, gdy pracują wszystkie pompy, natomiast przy wyłączonej pompie kriogenicznej wzrasta do ok. 2-4×10^-7 mbar.

Ciśnienie graniczne w komorze IFPiLM w funkcji wydatku kryptonu podawanego do komory (pomiar za pomocą głowicy jonizacyjnej Oerlikon-Leybold ITR 90 Ionivac skorygowany dla kryptonu)

Oprócz głównego stanowiska próżniowego Laboratorium posiada również pomocnicze stanowisko składające się z komory o pojemności 0,035 m³ i dwustopniowego układu pompowania zdolnego do wytworzenia próżni na poziomie 5x10^-7 mbar.

Pomocnicze stanowisko próżniowe

Układ dozowania gazu i zasilania

Na potrzeby silników Halla skonstruowano układ dozowania gazu w oparciu o sterowniki przepływu Sierra-Instruments Smart-Trak C100L, które można wykorzystywać do większości obojętnych chemicznie gazów. Zakresy dobranych sterowników odpowiadają potrzebom anody i katody badanych silników Halla (0-50 sccm i 0-6 sccm).

Do zasilania silnika Halla wykorzystywane są komercyjne zasilacze dużej mocy:

Układ zasilania

Diagnostyki

PlaNS jest wyposażone w szereg diagnostyk pozwalających kompleksowo badać silniki plazmowe. Podstawową z nich jest waga aerodynamiczna (wyprodukowana w ramach projektu LμPPT przez szwajcarską firmę MECARTEX) działająca na zasadzie precyzyjnego dynamometru. Urządzenie jest zdolne mierzyć zarówno siłę ciągu w zakresie mN, jak i popęd siły w zakresie μNs na zasadzie monitorowania wychylenia wagi i porównywania go z sygnałem kalibrującym.

Pomiar siły ciągu dla silnika Halla

Pomiar impulsu siły dla silnika PPT

Poza tym w wyposażeniu Laboratorium znajdują się również diagnostyki plazmowe, takie jak sonda Faradaya, sonda Langmuira oraz analizator typu RPA. Mogą one być umieszczane na specjalnym manipulatorze, który pozwala na wykonywanie pomiarów emitowanej wiązki plazmy w zakresie od -90^o do +90^o.

Silnik Halla zainstalowany w komorze próżniowej na stanowisku do pomiaru ciągu. Widoczne rusztowanie wspierające manipulator do przemieszczania układów diagnostycznych