Space electric propulsion is required not only for orbit raising and transfer, position control, and station keeping, but also for spacecraft attitude control, advanced thermal material testing, and end-of-life de-orbiting that is much more fuel efficient than conventional chemical rockets. FEEP thruster is one of a type of ion propulsion system that provides a low thrust of the order of micro-Newton to milli-Newton (mN) that is primarily used for precise spacecraft attitude control with extremely high efficiency and small impulse bits based on the exhaust velocity of an ejected ion from a thruster.
This thesis report includes a mathematical and 3D CAD model of a FEEP thruster with the overarching goal of investigating and analyzing the thruster's parametric performance. To accomplish this, a MATLAB program was used to simulate the change in thrust and exhaust velocity over time using various types of liquid metal as a propellant, assuming the fuel mass is equal to the atomic mass of the propellant, the wet mass of the spacecraft is assumed to be 4kg, and the charge of an ion is assumed to be 1.602 x 10^{-19} while the supplied voltage is held constant at 10 kV. Furthermore, because the porous crown emitter is the heart of the FEEP thruster, its stiffness and topology optimization were investigated.
The simulation results show that the thrust value of the FEEP thruster over time ranges from 0.213$\mu$N to 211mN during stable ion flow rate and mass expulsion of indium propellant, implying that the result is comparable to realistic FEEP parameters. Furthermore, as expected, increasing the voltage between the emitter and extractor electrodes and decreasing the mass expulsion of the propellant increased the thrust value of the FEEP thruster.
우주 전기 추진은 궤도 상승 및 이동, 위치 제어 및 스테이션 유지뿐만 아니라 우주선 자세 제어, 고급 열 재료 테스트 및 기존 화학 물질보다 훨씬 연료 효율적인 수명 종료 궤도 해제에도 필요합니다 로켓. FEEP 추진기는 마이크로 뉴턴에서 밀리 뉴턴(mN) 정도의 낮은 추력을 제공하는 일종의 이온 추진 시스템으로, 배기 속도에 기반한 매우 높은 효율성과 작은 임펄스 비트로 정밀한 우주선 자세 제어에 주로 사용됩니다스러스터에서 방출된 이온. 이 논문 보고서에는 스러스터의 파라메트릭 성능을 조사하고 분석하는 중요한 목표를 가진 FEEP 스러스터의 수학적 및 3D CAD 모델이 포함되어 있습니다. 다양한 종류의 액체금속 추진제에 대해 시간 경과에 따른 추력과 전압의 변화를 구하였으며, 연료질량은 추진제의 원자량과 같다고 가정하고, 우주선의 습질량은 4kg으로 가정하고 공급전압은 유지하였다10kV에서 일정합니다. 또한 다공성 크라운 이미터가 FEEP 스러스터의 핵심이기 때문에 강성과 토폴로지 최적화를 조사했습니다. 시뮬레이션 결과는 안정적인 이온 유속과 인듐 추진제의 질량 방출 동안 시간에 따른 FEEP 스러스터의 추력 값이 0.213$\mu$N 에서 211mN 범위임을 보여주며 결과가 실제 FEEP 매개변수와 비교할 수 있음을 의미합니다. 또한 예상대로 방출기와 추출기 전극 사이의 전압을 높이고 추진제의 질량 방출을 줄이면 FEEP 추진기의 추력 값이 증가했습니다.
