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Accueil > A propos du LPP > Communication > Actualités archivées > 2018 > Mieux comprendre le transport anormal des électrons dans un propulseur à effet Hall

Mieux comprendre le transport anormal des électrons dans un propulseur à effet Hall

Un nouveau défi alliant des expériences, des travaux théoriques et de la simulation numérique massivement parallèle

Depuis novembre 2016, le LPP est porteur de la chaire ANR industrielle POSEIDON avec Safran Aircraft Engines, sur les nouveaux propulseurs plasmas pour les satellites en orbite basse terrestre. Parmi les différents systèmes de propulsion électrique, Safran Aircraft Engines développe et commercialise les propulseurs à effet Hall pour la propulsion et le contrôle d’orbite de sondes d’exploration spatiale et de satellites. Un enjeu crucial dans les années à venir pour Safran Aircraft Engines concerne le développement d’un propulseur à effet Hall de faible puissance (quelques centaines de Watt) pour le marché en très forte expansion des petits satellites en orbite terrestre basse (500 à 2000 km).
Dans le cadre de la chaire ANR industrielle POSEIDON, trois sujets clefs pour les propulseurs à effet Hall sont étudiés : le transport anormal et les instabilités de plasma, les interactions plasma/surface et l’érosion des propulseurs et enfin le choix des ergols. Des premiers résultats novateurs ont été obtenus sur le transport anormal des électrons avec notamment la dérivation d’un nouveau modèle théorique pour la mobilité anormale des électrons et sa validation par un grand nombre de simulations numériques 2D PIC [1-6]. La parallélisation massive du code LPPic 2D développé au LPP a notamment permis de faire des études paramétriques jamais réalisées auparavant.
En parallèle, avec Safran aircraft engines, un prototype moteur de faible puissance a été développé et est actuellement en phase de test dans PIVOINE 2G à Orléans. Une nouvelle phase du projet concerne la mise en place d’expériences originales au LPP pour étudier le transport anormal des électrons dans un plasma froid magnétisé représentatif du plasma généré dans un propulseur à effet Hall. Dans ce but, un nouveau réacteur a été construit au laboratoire (figure 1). La comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats théoriques et de simulation numérique massivement parallèle devraient permettre des avancées significatives sur le transport anormal et les instabilités de plasma.

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Figure 1 : photo du réacteur

[1]Lafleur T., Chabert P., The role of instability-enhanced friction on ‘anomalous’ electron and ion transport in Hall-effect thrusters, Plasma Sources Science and Technology 27 (1) 015003 (2018)
[2] Lafleur T., Martorelli R., Chabert P., Bourdon A., Anomalous electron transport in Hall-effect thrusters : Comparison between quasi-linear kinetic theory and particle-in-cell simulations, Physics of Plasmas 25 (6) 061202 (2018)
[3] Croes V., Lafleur T., Bonaventura Z., Bourdon A., Chabert P., 2D particle-in-cell simulations of the electron drift instability and associated anomalous electron transport in Hall-effect thrusters, Plasma Sources Science and Technology 26 (3) 034001 (2017)
[4] Lafleur T., Baalrud S. D., Chabert P., Characteristics and transport effects of the electron drift instability in Hall-effect thrusters, Plasma Sources Science and Technology 26 (2) 024008 (2017)
[5] Lafleur T., Baalrud S. D., Chabert P., Theory for the anomalous electron transport in Hall effect thrusters. II. Kinetic model, Physics of Plasmas 23 (5) 053503 (2016)
[6] Lafleur T., Baalrud S. D., Chabert P., Theory for the anomalous electron transport in Hall effect thrusters. I. Insights from particle-in-cell simulations, Physics of Plasmas 23 (5) 053502 (2016)


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