25-237 développement d’une cathode rf pour propulseur à courant de hall compati

Les propulseurs électriques à courant de Hall (HT – Hall Thruster) sont conventionnellement alimentés en xénon pour ses propriétés physico-chimiques idéales (masse élevée, faible énergie d’ionisation, gaz neutre donc inerte). Cependant, depuis quelques années, le cours du xénon n’a cessé d’augmenter, rendant excessivement chère l’approvisionnement et l’utilisation de grandes quantités de ce gaz.
Une solution envisagée pour remplacer le xénon est la molécule de diiode. Ses propriétés en fond un ergol aux performances quasi-similaire au xénon, avec une densité de stockage plus élevée et beaucoup moins chère. Cependant, cet ergol à l’inconvénient d’être corrosif pour certains matériaux.
Pour fonctionner, les HT ont besoin d’une cathode, qui fournit la décharge plasma en électrons et neutralise le faisceau d’ions en sortie du propulseur. Les designs de cathode privilégiés sont des cathodes creuses et fonctionnent grâce à un élément thermo-émissif. Ce dernier, une fois chauffé à une certaine température, émet une certaine densité de courant électronique. Cependant, à ce jour, aucun élément thermo-émissif compatible à l’iode n’a été découvert.
Une autre technologie de cathode existe et ne nécessite pas d’élément thermo-émissif : les cathodes RF (Radio-Fréquence). Une décharge plasma RF permet la génération d’électrons, puis leur exctraction hors de la cathode à travers un orifice d’extraction.
L’objectif de cette thèse est de développer une cathode RF qui soit compatible à l’iode permettant de fournir un courant nécessaire pour alimenter un HT de gamme 1 kW. La thèse aura un premier volet expérimental qui se fera au laboratoire ICARE du CNRS à Orléans. Les travaux expérimentaux devront également être complétés par des simulations plasma effectuées au laboratoire LAPLACE-CNRS de l’université Paul Sabatier de Toulouse. La deuxième moitié de la thèse sera effectuée en interne au CNES sur le centre spatial de Toulouse, au sein de l’équipe Propulsion, Pyrotechnie et Aérothermodynamique de la sous-direction Technique des Véhicules Orbitaux. Les équipements et laboratoires du CNES seront également mis à profit pour approfondir la partie expérimentale de la thèse avec une synergie forte avec le laboratoire LAPLACE situé à proximité du CNES.
Une collaboration avec un motoriste français pourra être envisagée à la fin de la thèse afin de tester le couplage de la cathode avec un propulseur en conditions réelles.

=================
For more Information about the topics and the co-financial partner (found by the lab !);
contact Directeur de thèse - garrigues@laplace.univ-tlse.fr
Then, prepare a resume, a recent transcript and a reference letter from your M2 supervisor/ engineering school director and you will be ready to apply online before March 14th, 2025 Midnight Paris time !

Master 2 ou École d’Ingénieur (physique/physique appliquée)

CNES TLse