Fyzika elektrického pohonu satelitů: Hallovy motory

Bc. Jan Skácel

Bakalářská práce

Physics of electrically powered spacecraft propulsion:Hall-effect thrusters

Anotace:

V této bakalářské práci se věnujeme Hallovým motorům, dnes hojně využívaných jako pohony kosmických sond. Především se zaměříme na vyvinutí 1D fluidního modelu, popisujícího dynamickou fyziku těchto motorů, jehož význačnou vlastností je přítomnost nízkofrekvenčních ionizačních oscilací pohonného paliva. Pro pochopení obecné problematiky vesmírných misí se seznámíme se základní raketovou rovnicí a popíšeme si dva navzájem si konkurující typy pohonů - chemické a elektromagnetické pohony. Hallovým motorům, jakožto typu elektrického pohonu, věnujeme samostatnou kapitolu. Dále představíme teorii základního postupu pro numerická řešení problémů v oblasti fluidní dynamiky. Její součástí jsou známá numerická schémata, která využijeme pro řešení rovnic fluidního modelu Hallova motoru. Na závěr předvedeme výsledky těchto řešení s podrobnou analýzou.

Abstract:

In this work we study Hall-effect thrusters profusely utilized as spacecraft propulsion systems. We especially focus on the development of 1D fluid model describing dynamic physics of these devices where its significant feature lies in the presence of low-frequency ionization oscillations. To understand the general concept of space missions we introduce the rocket equation and we cover two specific types of spacecraft propulsion - chemical propulsion and electromagnetic propulsion. We dedicate a separate chapter for Hall-effect thrusters. We further present the theory of the solution strategy for numerical examples from a field of fluid dynamics. This includes well-known numerical schemes that we make use of to obtain the solution of the fluid model of Hall-effect thruster. At the end, the results are presented with proper analysis.

Keywords

Hallův motor, pohon kosmické lodi, fluidní model, fluidní dynamika, numerická simulace, Hall thruster, spacecraft propulsion, fluid model, fluid dynamics, numerical simulation

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 6. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 12. 7. 2021
• Vedoucí: Mgr. Zdeněk Bonaventura, Ph.D.
• Oponent: PhD. Pedro Arsénio Nunes Aleixo Viegas

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Fyzika / Fyzika