Измерительный стенд для исследования и технологической оптимизации полевых и термополевых источников электронов для применения в космических аппаратах

Измерительный стенд для исследования и технологической оптимизации полевых и термополевых источников электронов для применения в космических аппаратах

Автор: Попов Евгений Олегович, Колосько Анатолий Григорьевич, Филиппов Сергей Владимирович

Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia

Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Статья в выпуске: 1 (40), 2023 года.

Бесплатный доступ

ФТИ им. А.Ф. Иоффе разработал вакуумный высоковольтный измерительный стенд, на котором проводятся фундаментальные исследования источников электронов из наноструктурированных материалов. Создана методика определения основных эмиссионных параметров полевых и термополевых эмиттеров в режиме реального времени, одновременно с обработкой масс-спектрометрических данных и эмиссионных картин свечения. Разработан и внедрён алгоритм исследования вакуумных источников электронов. Результатом ресурсных испытаний эмиттеров и катодов на их основе является Паспорт эмиссионных образцов. Предполагается, что широкие возможности созданного программно-управляемого измерительного комплекса, междисциплинарный характер проводимых исследований, а также разработанные и внедрённые передовые методики исследования вакуумных источников электронов позволят внести весомый вклад в развитие космической техники и технологий, которое невозможно без изучения эмиссионных и термоэмиссионных свойств новых материалов, а также технологической оптимизации конструкций на их основе.

Еще

Вакуумные источники электронов, полевая эмиссия, проводящие наноструктурированные материалы, нейтрализаторы ионов, термоэмиссионные преобразователи, методика исследования полевых эмиттеров, измерительный стенд

Короткий адрес: https://sciup.org/143179910

IDR: 143179910

Список литературы Измерительный стенд для исследования и технологической оптимизации полевых и термополевых источников электронов для применения в космических аппаратах

  • Su L.L., Jorns B.A. Performance comparison of a 9-kW magnetically shielded Hall thruster operating on xenon and krypton // J. of Applied Phys. 2021. V. 130. № 16. P. 163306-1-17. URL: https://doi.org/10.1063/5.0066849 (accessed 11.12.2022).
  • Levchenko 1.1., Xu S., Teel G., Mariotti D., Walker M.L.R., Keidar M. Recent progress and perspectives of space electric propulsion systems based on smart nanomaterials // Nature communications. 2018. V. 9. № 879. P. 1-19. URL: https://doi.org/10.1038/s4146 7-01702269-7 (accessed 11.12.2022).
  • Yamamoto N., Morita T., Ohkawa Y., Nakano M, Funaki I. Ion thruster operation with carbon nanotube field emission cathode // J. of Propulsion and Power. 2018. V. 35(2). P. 1-4. URL: https://doi.org/10.2514/1B37214 (accessed 11.12.2022).
  • Aplin K.L., Kent B.J., Castelli C., Song W. Field emission performance of macro scopically gated multiwalled carbon nanotubes for a spacecraft neutralizer // 30th Int. Electric Prop. Conf. 2007. P. 123-1-6.
  • Laufer P., Tajmar M. CNT-based cold electron source for space applications on nanosatellites // 36th Int. Electric Prop. Conf. 2019. P. 1-7.
  • Yang C, Velasquez-Garcia L.F. Low-cost, additively manufactured electron impact gas ionizer with carbon nanotube field emission cathode for compact mass spectrometry // J. of Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 075301-1-9. URL: https:// doi.org/10.1088/1361-6463/aaf198 (accessed 11.12.2022).
  • Ohkawa Y., Okumura T., Iki K., Okamoto H., Kawamoto S. Operation of a carbon nanotube field-emission cathode in low Earth orbit // JVST B. 2019. V. 37(2). P. 022203-1-4. URL: https://doi.org/10.1116/1.5067299 (accessed 11.12.2022).
  • Ярыгин В.И. Ядерная энергетика прямого преобразования в космических миссиях XXI в. // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2013. Вып. 2. С. 5-20.
  • Go D.B., Haase J.R., George J., Mannhart J., Wanke R., Nojeh A., Nemanich R. Thermionic energy conversion in the twenty-first century: advances and opportunities for space and terrestrial applications // Frontiers in Mechanical Engineering. 2017. V. 3. P. 1-17. URL: h ttps ://doi. o rg/10.3389/fmech.2017.00013 (accessed 11.12.2022).
  • Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. 375 с.
  • Кузнецов В.И., Бабанин В.И., Па-щина А. С. Экспериментальные исследования бессеточного сильноточного модулятора на основе термоэмиссионного диода для космических систем преобразования тока // Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). С. 103-113.
  • Синявский В.В. Электроракетные транспортные аппараты в различных схемах пилотируемых полётов к Марсу // Космическая техника и технологии. 2022. № 4(39). С. 58-93.
  • Popov E.O., Kolosko A.G., Filippov S.V., Terukov E.I., Ryazanov R.M., Kitsyuk E.P. Comparison of macroscopic and microscopic emission characteristics of large area field emitters based on carbon nanotubes and graphene // JVST B. 2020. V. 38. № 4. P. 043203-1-10. URL: https ://do i.org/10.1116/6.0000072 (accessed 11.12.2022).
  • Kopelvski M.M., Galeazzo E., Peres H.E., Ramirez-Fernandez F.J., Dantas M.O. Potentialities of a new dedicated system for real time field emission devices characterization: a case study // 4th INSCIT. 2019. P. 1-5. URL: https:// doi.org/10.1109/INSCIT.2019.8868705 (accessed 11.12.2022).
  • Posos T.Y., Fairchild S.B., Park J., Baryshev S.V. Field emission microscopy of carbon nanotube fibers: Evaluating and interpreting spatial emission // JVST B. 2020. V. 38. № 2. P. 024006-1-9. URL: https://doi.org/10.1116/1.5140602 (accessed 11.12.2022).
  • Wu L, Pei X, Cheng Y, Sun W., Wang Y., Dong M., Xi Z., Sun J. A field emission performance test device for continuous adjustment of the electrode spacing in the vacuum system // Meas. Sci. and Tech. 2018. V. 30. № 1. P. 015015-1-9. URL: 10.1088/1361-6501/aaefel (accessed 11.12.2022).
  • Serbun P., Porshyn V., Müller G., Lützenkirchen-Hecht D. Advanced field emission measurement techniques for research on modern cold cathode materials and their applications for transmission -type x-ray sources // Rev. of Sci. Instr. 2020. V. 91(8). P. 083906-1-19. URL: https://doi.org/10.1063/5.0018225 (accessed 11.12.2022).
  • Попов Е.О., Колосько А.Г., Филиппов С.В., Романов П.А., Федичкин И.Л. Масс-спектрометрическая комплексная методика исследования полевых и термических свойств нанокомпозиционных материалов / / Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. 2016. Т. 7. № 1. С. 14-26.
  • Kolosko A.G., Filippov S.V., Romanov P.A., Popov E.O., Forbes R.G. Real-time implementation of the "orthodoxy test" for conformity of current-voltage characteristics with classical field electron emission theory // JVST B. 2016. V. 34(4). P. 041802-1-7. URL: https://doi.org/10.1116/ 1.4946834 (accessed 11.12.2022).
  • Forbes R.G., Popov E.O., Kolosko A.G., Filippov S.V. The pre-exponential voltage-exponent as a sensitive test parameter for field emission theories // Royal Society open science. 2021. V. 8(3). P. 201986-1-19. URL: https://doi.org/10.1098/rsos.201986 (accessed 11.12.2022).
  • Filippov S.V., Kolosko, A.G., Popov E.O., Forbes R.G. Behavior of notional cap-area efficiency (gn) for hemisphere-on-plane and related field emitters // 34th IVNC. IEEE. 2021. P. 122-123. URL: https://doi.org/10.1109/ IVNC52431.2021.9600792 (accessed 11.12.2022). Статья поступила в редакцию 26.09.2022 г. Окончательный вариант — 12.12.2022 г.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp