Hall effect thruster

hall effect thruster은 이온 엔진 종류 중 하나임. 전에 쓴 Gridded ion thruster과 비교해보면 비추력은 더 낮지만, 추력은 더 높음.
미국이 Gridded ion thruster에 집중했다면 소련은 이 홀 효과 추진기에 집중했음.

홀 효과 추진기의 작동 원리는 좀 복잡함.
일단 쿨롱 힘으로 이온을 가속하는 건 Gridded ion thruster과 같지만, 대전된 격자 대신 전자를 직접 사용해서 가속함. 도넛 모양 전자석이 0.01~0.03T의 자기장을 걸어주면 음극에서 나온 전자가 양극에 도달하지 못하고 잡힘. 그럼 홀 효과 때문에 전자가 엔진 내부를 돌면서 홀 전압을 발생시킴.

그리고 추진체를 공급해주면 추진체는 엔진 내부를 도는 전자들과 부딫히면서 (양)이온화되는데 이 때 이온의 회전 반지름이 지나치게 크기 때문에 전자처럼 엔진 주변을 회전하지는 않음. 음극과 양극의 전압에 의해 가속되고(대략 수백 V정도) 엔진 밖으로 나가면서 전자 하나를 인력으로 끌고나가서 우주선의 전하를 중성으로 유지시킴.

전자를 100% 가둘 수는 없기 때문에 어느 정도 에너지 손실이 생기고 그 때문에 에너지 효율은 7~80% 수준임.

홀 추진기는 전기추진 엔진 중에서는 비추력이 평범한 수준이지만, Gridded ion thruster과 비교하면 추력이 훨씬 높음. 홀 효과 추진기에서 이온은 중성 비슷한 환경(양이온과 전자가 같이 있는 환경)에서 가속되기 때문에 양이온간의 반발력이 적기 때문에(공간 전하 효과가 작음)더 작은 이온 엔진을 만들 수 있음.

홀 효과 추진기는 스마트 1 탐사선이나 스타링크 위성 등에 사용되었고,  아르테미스 계획에 사용되는 이온 추진기에도 사용될 예정임.

X3 이온엔진 같은 경우 100KW로 5N, ~2650초의 비추력을 낼 수 있어서 여러 개 묶어서 행성간 탐사에 사용한다면 화학 로켓보다도 좋은 추진 수단이 될 수도 있음.