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Caractérisation et modélisation d'un propulseur plasma à résonance cyclotronique des électrons
The purpose of this work is the characterization and theoretical investigation of an electron cyclotron resonance plasma thruster. The objectives is to study the physics of the thruster (energy transfer by cyclotron resonance, ionization process, coupling microwave/plasma and acceleration process) to improve his performances, efficiency and development dimensioning tools.An experimental prototype of the thruster was characterized around the operating freedoms degrees as frequency, magnetic field, the power, the geometry and the gas flow. The results are used to set the conditions for a nominal operation of the thruster in terms of performances and efficiency. It was shown that the position of the resonance area and the operating pressure are the two keys parameters for the optimization of the thruster.This research helped to increase performance and total efficiency of the thruster. For a power of 30 watts and a flow rate of 0.1 mg/s, the thrust provided 1 mN with a specific impulse of 1000 s for 16 % total efficiency.In parallel, a discharge model is adapted to the configuration of the thruster. He estimates the thruster performance, identifies key points and provides sizing prospects for a new version of the thruster. To complete the model, preliminary simulations of electromagnetic wave propagation and microwave plasma coupling magnetized are carried out. The results obtained make it possible to better understand the microwave power deposition in the plasma source and reproduce the influence of the magnetic field observed experimentally.L'objet de ce travail consiste Ă la caractĂ©risation et Ă la modĂ©lisation d'un propulseur Ă©lectrique Ă rĂ©sonance cyclotronique des Ă©lectrons. Lâobjectif est dâĂ©tudier la physique du propulseur (transfert dâĂ©nergie par rĂ©sonance, processus dâionisation, couplage micro-onde/plasma, processus dâaccĂ©lĂ©ration) afin dâamĂ©liorer ses performances, son efficacitĂ© ainsi que le dĂ©veloppement dâoutils de dimensionnement. Un prototype expĂ©rimental du propulseur a Ă©tĂ© caractĂ©risĂ© autour des degrĂ©s de libertĂ©s de fonctionnement tels que la frĂ©quence, le champ magnĂ©tique, la puissance, la gĂ©omĂ©trie et le dĂ©bit de gaz. Les rĂ©sultats obtenus permettent de dĂ©finir les conditions pour un fonctionnement nominal du propulseur en termes de performances et dâefficacitĂ©. Il a Ă©tĂ© montrĂ© que la position de la zone rĂ©sonance ainsi que la pression de fonctionnement sont les deux paramĂštres clĂ©s pour lâoptimisation du propulseur. Ces travaux de recherche ont permis dâaugmenter les performances et le rendement total du propulseur. Pour une puissance de 30 Watts et un dĂ©bit de 0.1 mg/s, le propulseur fourni une poussĂ©e de 1 mN avec une impulsion spĂ©cifique de 1000 s pour 16 % dâefficacitĂ© totale.En parallĂšle, un modĂšle de dĂ©charge est adaptĂ© au propulseur. Il estime les performances du propulseur, permet dâidentifier les points importants et apporte des perspectives de dimensionnement pour une nouvelle version du propulseur. Pour complĂ©ter ce modĂšle, des simulations prĂ©liminaires de propagation dâondes Ă©lectromagnĂ©tiques et de couplage micro-onde plasma magnĂ©tisĂ© sont rĂ©alisĂ©es. Les rĂ©sultats obtenues permettent de mieux comprendre la dĂ©position de puissance micro-onde dans le propulseur