A VIEW PLASMA MOTION OF HALL EFFECT THRUSTER WITH PARTICLE SIMULATION

입자모사를 통한 HALL EFFECT THRUSTER의 플라즈마 운동 이해

Electric propulsion has become a cost effective and sound engineering solution for many space applications. The success of SMART-1 and MUSES-C developed by European Space Agency (ESA) and Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) each proved that even small spacecraft could accomplish planetary mission with electric propulsion systems. A small electric propulsion system which is Hall effect thruster like SMART-1 is under development by SaTReC and GDPL (Glow Discharge Plasma Lab.) in KAIST for the next microsatellite, STSAT-3. To achieve optimized propulsion system, it is very necessary to understand plasma motions of Hall effect thruster. In this paper, we try to approach comprehensive plasma model with the particle simulation complementary to Particle In Cell (PIC) simulation. We think these two different approaches will help experimenters to optimize Hall effect thruster performances.

전기 추진시스템은 저렴한 개발비와 높은 신뢰성을 제공하는 추진 장치로 많은 분야에서 응용 되어 왔다. 특히 최근에 발사된 SMART-1과 MUSES-C는 우리에게 시사하는 바가 크다. 각각 European Space Agency(ESA)와 Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA)에서 개발한 행성 탐사선으로, SMART-1은 달 탐사를 목적으로 하고 MUSES-C는 소행성 Itokawa의 토양을 채취해오는 것을 목적으로 한다. 이 두 탐사선에는 각각 Hall effect thruster와 Micro wave ion engine이 탑재되었는데, 작고 저렴한 비용의 탐사선을 이용해서 충분히 행성 탐사가 가능하다는 좋은 선례를 남겼다. 현재 개발되고 있는 과학기술위성 3호(STSAT-3)에도 전기추진 장치가 탑재되는데, SMART-1에 탑재 되었던 것과 유사한 Hall effect thruster가 인공위성 연구센터와 KAIST 물리학과의 GDPL과 공동으로 개발되고 있다. 성능이 좋은 전기 추력 장치를 개발하기 위해 추력기 내부에서 발생하는 플라즈마의 물리적 특성을 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. 이 논문에서는 이러한 플라즈마의 특성을 모사하는 방법으로 Particle In Cell 모사와 더불어 독립적인 개개 입자의 운동을 기술하는 입자모사(particle simulation)를 이용하는 방법을 제시 하고자 한다. 이러한 접근 방법은 실제 전기추력장치를 설계하고 실험하는 담당자에게 플라즈마 운동에 대한 명료한 지식을 제공해 줄 수 있을 것으로 생각된다.