
パルス誘導スラスタ(PIT )は、宇宙船の推進に使用されるイオンスラスタの一種です。これは、電極を使用せずに、垂直な電場と磁場を利用して推進剤を加速するプラズマ推進エンジンです。
ノズルからガスが噴射され、直径約1メートルの平らな螺旋状の誘導コイルに広がります。コンデンサバンクから数十キロボルトの高電圧電流パルスが10マイクロ秒間コイルに流れ込み、放射状の磁場が発生します。これによりガス中に円形の電場が誘導され、ガスが電離し、荷電粒子(自由電子とイオン)が元の電流パルスとは逆方向に回転します。この誘導電流の流れの動きは磁場に垂直であるため、プラズマはローレンツ力によって高速(10~100 km/s)で宇宙空間に加速されます。[ 1 ]
静電イオン推進器は電場を用いて特定の種類の粒子(正イオン)のみを加速するのに対し、PITは準中性プラズマ中の全ての荷電粒子に作用するローレンツ体積力を利用する。また、他の多くのイオン推進器やプラズマ推進器とは異なり、電極(侵食されやすい)を必要とせず、1秒あたりのパルス数を増やすだけで出力を増強できる。1メガワットのシステムでは、1秒間に200回のパルスを発射する。
パルス誘導スラスタは、パルスレートを調整してパルスあたりの放電エネルギーを一定に保つことで、幅広い入力電力レベルにわたって一定の比推力と推力効率を維持できます。50%を超える効率が実証されています。[ 2 ]
パルス誘導スラスタは、水、ヒドラジン、アンモニア、アルゴン、キセノンなど、さまざまなガスを推進剤として使用できます。この能力により、火星探査ミッションにPITを使用することが提案されています。探査機は、火星の大気からCO2を採取し、ガスを圧縮して貯蔵タンクに液化することで、火星を周回しながら燃料を補給し、帰還または別の惑星間ミッションに使用できます。[ 3 ]
初期開発は、1960年代半ばに行われた基礎的な概念実証研究から始まった。NASAは1980年代初頭からこの装置に関する実験を実施している。
NGST(ノースロップ・グラマン・スペース・テクノロジー)は、NASAの請負業者として、いくつかの実験用PITを製造した。
最初の期間(1965年~1973年)の研究活動は、誘導電流シートの構造を理解すること、および推進剤の噴射と予備電離に関するさまざまな概念を評価することを目的としていた。
第2期(1979年~1988年)には、 Mk IおよびMk IVプロトタイプの建造に伴い、真の推進システムの開発と、段階的な設計変更による基本設計の性能向上に重点が移った。
第 3 期 (1991 年 - 現在) は、 Mk Vとして知られる新しい PIT スラスタ設計の導入から始まりました。これは、スラスタの性能を完全に特徴付ける Mk V のシングルショット試験を再現するために開発されたMk VIに進化しました。中空銅管構造の改良されたコイルと改良された推進剤バルブを使用していますが、同じコンデンサとスイッチを使用しているため、電気的には Mk V と同一です。[ 4 ] Mk VII (2000 年代初頭) は、Mk VI と同じ形状ですが、液体冷却コイル、長寿命コンデンサ、高速高出力ソリッドステートスイッチを使用して、高パルス周波数と長時間の噴射用に設計されています。Mk VII の目標は、単一のスラスタで、定格効率で毎秒最大 50 パルス、入力電力 200 kW でインパルスビットを実証することです。Mk VII の設計は、最新のNuPIT (原子力電気 PIT) の基礎となっています。 [ 2 ]
PITは実験室環境では比較的高い性能を発揮しているが、高出力の宇宙用途に実用化するには、スイッチング技術とエネルギー貯蔵のさらなる進歩が必要であり、原子力ベースの搭載電源も必要となる。
FARAD (ファラデー加速器無線周波数アシスト放電)は、PITよりも低電力で、現在の技術を使用して宇宙運用できる可能性を秘めている。[ 5 ] [ 6 ]
PITでは、推進剤のイオン化と加速の両方が誘導コイル内の高電圧電流パルスによって行われますが、FARADは電流パルスによって加速される前に、別の誘導RF放電を使用して推進剤を予備イオン化します。この予備イオン化により、FARADはPITよりもはるかに低い放電エネルギー(1パルスあたり100ジュール対1パルスあたり4キロジュール)で動作することができ、スラスタのサイズを縮小することができます。[ 7 ]