离子推进器是航天器的推进装置。推力是通过加速离子产生的。离子可以通过静电或电磁力加速。静电推进器使用库仑力,在电场方向上加速离子。电磁推进器利用洛伦兹力。两者都可以使用Opera计算。
Opera的3d带电粒子模块计算静电场和静磁场中带电粒子的相互作用。它使用有限元方法在离散化模型中求解稳态情形的麦克斯韦方程,并提供包括空间电荷,自磁场和相对论运动影响的自洽解。提供了一套全面的发射器模型,包括表面的热离子和场效应发射,表面和体积内的二次发射(用于模拟气体电离),以及非磁化和磁化等离子体的模型。可以包括多种带电粒子,每种粒子具有用户定义的电荷和质量。
可以使用不同类型的粒子发射模型来产生带电粒子的主要束。这些包括儿童定律和Langmuir / Fry关系,用于计算来自热离子发射器的空间电荷限制电流,场效应发射关系,来自等离子体和具有规定电流密度和初始能量的光束表面的发射。可以在模型中指定多个发射器表面,并且可以向每个表面添加任意数量的发射模型。发射模型定义了所需的粒子类型和发射特征。
二次发射特性可以应用于模型的标记表面。检测粒子小射束与这些标记表面的碰撞并引入二次粒子。这些次生物也可能碰撞产生更多新的二次粒子; 可以限制二次粒子的最大代数。二次粒子产生的空间电荷效应可以从计算中排除。
到达次级发射器表面的净功率(即,次级光束中的入射功率和功率之间的差值)被计算并且在后处理器中可用。入射光束功率可以通过使用反向散射的次级来确定,其中能量损耗因子被设置为非常小的数量
体积等离子体发射器使用自洽等离子体边界方法来模拟低密度磁化等离子体。该方法被描述为自洽的,因为它确定等离子体边界表面形状,以及与由等离子体积外的颗粒中的空间电荷引起的电位分布一致的离子和电子电流。在等离子体体积内没有明确表示离子,并且假设等离子体是准中性的。
由美国宇航局/ JPL-Caltech提供
Hall Thruster由NASA / JPL-Caltech提供