CHEOPS Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System - H2020 | CHEOPS project
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CHEOPS
Consortium for Hall Effect
Orbital Propulsion System
15/10/2018
Project Coordinator : Idris Habbassi
Safran Aircraft Engines
Ce document et les informations qu’il contient sont la propriété de Safran. Ils ne doivent pas être copiés ni communiqués à un tiers sans l’autorisation préalable et écrite de Safran.
Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
The Consortium
13 PARTNERS IN 7 COUNTRIES
• The 3 European Primes
• 5 Syst. & Equip. manufacturers
• 4 Universities & Research centers
• 1 Space SME association
CHEOPS project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 730135
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
CHEOPS objectives
2017 2018 2019 2020 2021 2022
TRL 5-6
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp GEO / NAV
NA
AV
TRL 5-6
Low Power EPS – Small / Mega Constellation LEO
O
TRL 4-5
High Power EPS – Exploration & Transportation Exploration
oration
n
Market analysis Value Creation Modelling &
+ System Req. Strategy Simulation
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
CHEOPS objectives
2017 2018 2019 2020 2021 2022
TRL 5-6
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp GEO / NAV
TRL 5-6
Low Power EPS – Small / Mega Constellation LEO
TRL 4-5
High Power EPS – Exploration & Transportation Exploration
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp
TARGETS
BASELINE ARCHITECTURE :
NEOSAT
COST
-30%
PPU PPU PPU PPU
ORBIT RAISING
FMSLP FMSLP FMSLP FMSLP
7 kW
HIGH T/P
FMSHP
STATION KEEPING
3,5 kW
TANK
HIGH ISP
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp
Surplus Value Model
Revenue Architecture #2
M€
Architecture #1
VALUE CREATION STRATEGY
Architecture #3
• How the customer
makes revenue from the
product?
Years
• How the product causes
the customer to incur
costs?
Combines customers, manufacturer & suppliers
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp
Safran PPS®Dual-ML
Lab. Model (2018)
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
CHEOPS objectives
2017 2018 2019 2020 2021 2022
TRL 5-6
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp GEO / NAV
TRL 5-6
Low Power EPS – Small / Mega Constellation LEO
TRL 4-5
High Power EPS – Exploration & Transportation Exploration
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
Low Power EPS – Small / Mega Constellation
PPS®X00 THRUSTER UNIT
(ANODE + CATHODE)
200W – 1000W
1MN.s Total Impulse
~150 mm
~150 mm
≤300 mm
POWER
PROCESSING UNIT
250V to 350V
COMPACT PLUG & PLAY SYSTEM
MASS : ~5KG PROPELLANT
MANAGEMENT SYSTEM
SYSTEM TARGET COST : < 200K€ Multifunction valve with
high & low pressure
regulation capability
Propellant feed lines
Electrical harnesses
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Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System
Low Power EPS – Small / Mega Constellation
PPS®X00 THRUSTER UNIT
(ANODE + CATHODE)
Alternative CHEOPS
Thruster Thruster
POWER
CHEOPS Alternative PROCESSING UNIT
PPU PPU
PROPELLANT
COMPACT… MANAGEMENT SYSTEM
WITH HIGH MODULARITY
Propellant feed lines
Electrical harnesses
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Low Power EPS – Small / Mega Constellation
PPS®X00-ML
Vibration & Shocks
2018
PPS®X00 PPS®X00 PPS®X00
2 years ago Concept Review Optimized architecture
2017 2017 2018
ARCHIT.
DESIGN EVOLUTION
TRADE-OFF
PPS®X00-ML
Value Creation Laboratory Model
Market analysis
Strategy 2018
+ System Req.
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Low Power EPS – Small / Mega Constellation
Anode efficiency >50%
Full article :
J. Vaudolon, V. Vial, N. Cornu, I. Habbassi, PPS®X00 Hall Thruster
Development at Safran, IAC-18-C4.4.9x45869, 69th International
Astronautical Congress (IAC), Bremen, Germany
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Low Power EPS – Small / Mega Constellation
P/T < 15,5 W/mN
Full article :
J. Vaudolon, V. Vial, N. Cornu, I. Habbassi, PPS®X00 Hall Thruster
Development at Safran, IAC-18-C4.4.9x45869, 69th International
Astronautical Congress (IAC), Bremen, Germany
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Low Power EPS – Small / Mega Constellation
UP TO 1 MN.s
TOTAL IMPULSE
EPS
Cluster
Operating range
200 – 1000W
Optimization
range 500 – 700W
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Low Power EPS – Small / Mega Constellation Upcoming market opportunities
Today
2018 2019 2020 2021 2022
Development Qualification Extension
EM/STM
coupling tests
IOD opportunity
SRR Lab. Model
Test results System
PDR
PHASE B
Preliminary Definition
System First
CDR Demo. Deliveries
PHASE C
Detailed Definition & Industrialisation
QR (5000h)
PHASE D Qualification
Qualification & Production extended
Qualif. logic PHASE E
Operation
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CHEOPS objectives
2017 2018 2019 2020 2021 2022
TRL 5-6
Dual Mode EPS – High Thrust / High Isp GEO / NAV
TRL 5-6
Low Power EPS – Small / Mega Constellation LEO
TRL 4-5
High Power EPS – Exploration & Transportation Exploration
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High Power EPS – Exploration & Transportation
High Power Thruster unit
• 15kW-25kW (Based on Sitael HT20k)
• Magnetic shielding
• Improved thermal performances
Multiple Propulsion
lines operation
(Space Tug)
THRUSTER Flow Management System
• High flow FMS with reduced mass,
footprint and costs
FMS
Direct Drive power control unit
PCU
• Directly thruster supply from a
high voltage solar array, without
Single Branch PPU converters
Propulsion System
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High Power EPS – Exploration & Transportation
Figure 1 - The magnetic-shielded version of the HT20k
development model on the thrust stand, ready to be tested in the
IV10 facility at SITAEL; testing of this development model was
aimed at supporting the thruster unit PDR.
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High Power EPS – Exploration & Transportation
Figure 2 - The magnetic-shielded version of the HT20k development
model in the IV10 facility at SITAEL during a preliminary test
campaign in support of the thruster unit PDR.
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Modelling and simulation activities
On-going activities :
• 2D axisymmetric hybrid code development to
simulate the plasma discharge in the Hall
thruster
• Simulations of alternative propellants using
both the Particle-In-Cell codes (axial-
azimuthal and radial-azimuthal) and the 1D
fluid code.
• Engineering tool development to monitor with
higher resolution and accuracy not only the
channel but also the pole erosion
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What we need to achieve CHEOPS strategic objectives?
CONTINUOUS INVOLVEMENT AND VISIBILITY
FROM PARTNERS & CUSTOMERS
EUROPEAN STRATEGY FOR QUALIFICATION
AND ENTRY INTO SERVICE (IOD)
FUNDINGS
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THANK YOU
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innovation
Ce document programme
et les informations under grantsont
qu’il contient agreement
la propriétéNo 730135
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