Simulación numérica y contraste experimental de un nuevo diseño de propulsor pulsado de plasma para micro-satélites

MARQUEZ, A; FERRO, M.; D. GRONDONA; ASSEFFI, A.; F. MINOTTI

Buenos Aires

Congreso; Reunión Anual de Físca Argentina 2018; 2018

Los denominados micro y nano-satélites ofrecen la ventaja de costos accesibles de construcción y despliegue.Por otro lado, debido a ser muy compactos y de relativa simplicidad, los propulsores ablativos de plasma pulsado(APPT por sus siglas en ingl´es) son una buena opción como medio de propulsión para estos satélites, ya sea para el control de la orientación o el mantenimiento de la órbita. En un APPT, una descarga eléctrica pulsadagenera por ablación una peque?na masa del dieléctrico que aisla los electrodos, generalmente teflon, generandoun plasma de este material. La misma corriente eléctrica de la descarga acelera el plasma mediante la fuerza de Lorentz y los gradientes de presión debidos al calentamiento Joule, dando como resultado en cada descarga un impulso de unas pocas decenas de µNs por cada Joule entregado por el circuito de alimentación. La gran cantidad de procesos diferentes involucrados hace que el modelado numérico y la optimización de un APPT sean una tarea difícil. Presentamos en este trabajo un modelo numérico autoconsistente, previamente desarrollado, quefue adaptado para su aplicación al último diseño de APPT desarrollado en nuestro grupo. El modelo da cuenta de los principales procesos: ablaci´on de tefl´on, generación de plasma y posterior evolución acoplada al circuitoque alimenta la descarga. Se supone un plasma de teflon neutro, en equilibrio termodinámico local, con un gradode ionización determinado por la ecuación de Saha. Los flujos de energía radiativa y convectiva hacia las paredesdeterminan consistentemente la temperatura de la pared y la ablación del teflon. Las ecuaciones no estacionarias para masa, momento y energía del plasma se resuelven en un conducto cilíndrico de sección transversal variable,utilizando un esquema numérico de TVD MacCormack. El potencial de los electrodos y la corriente eléctrica enel plasma están acoplados al circuito eléctrico que alimenta la descarga, que es modelado como un circuito serie resistor-inductor-capacitor. La resistencia e inductancia del plasma se incluyen en la ecuación del circuito, que se resuelve simultáneamente con las ecuaciones de evolución del plasma. Las salidas del modelo se comparan con resultados experimentales del APPT desarrollado por nuestro grupo.