Propulsion is required for satellite motion in outer space. The displacement of a satellite in space, orbit transfer and its attitude control are the task of space propulsion, which is carried out by rocket engines. Electric propulsion uses electric energy to energize or accelerate the propellant. The electric propulsion, which uses electrical energy to accelerate propellant in the form of plasma, is known as plasma propulsion. Plasma propulsion utilizes the electric energy to first, ionize the propellant and then, deliver energy to the resulting plasma leading to plasma acceleration. Many types of plasma thrusters have been developed over last 50 years. The variety of these devices can be divided into three main categories dependent on the mechanism of acceleration: (i) electrothermal, (ii) electrostatic and (iii) electromagnetic. Recent trends in space exploration associate with the paradigm shift towards small and efficient satellites, or micro- and nano-satellites. A particular example of microthruster considered in this paper is the micro-cathode arc thruster (µCAT). The µCAT is based on vacuum arc discharge. Thrust is produced when the arc discharge erodes some of the cathode at high velocity and is accelerated out the nozzle by a Lorentz force. The thrust amount is controlled by varying the frequency of pulses with demonstrated range to date of 1–50 Hz producing thrust ranging from 1 µN to 0.05 mN.
宇宙空間における衛星の移動には推進が必要である。宇宙空間での衛星の移動、軌道遷移、およびその姿勢制御は宇宙推進の役割であり、これはロケットエンジンによって実行される。電気推進は、電気エネルギーを用いて推進剤を加速または励起する。プラズマの形態で推進剤を加速するために電気エネルギーを用いる電気推進は、プラズマ推進として知られている。プラズマ推進は、電気エネルギーを利用して、まず推進剤を電離させ、次に結果として生じるプラズマにエネルギーを供給してプラズマ加速をもたらす。過去50年にわたり、多くの種類のプラズマスラスタが開発されてきた。これらの装置の多様性は、加速機構に応じて、(i)電気熱的、(ii)静電的、(iii)電磁的の3つの主要なカテゴリに分類できる。最近の宇宙探査の傾向は、小型で効率的な衛星、すなわちマイクロ衛星およびナノ衛星へのパラダイムシフトと関連している。本論文で考察されるマイクロスラスタの具体例は、マイクロカソードアークスラスタ（µCAT）である。µCATは真空アーク放電に基づいている。推力は、アーク放電が陰極の一部を高速で侵食し、ローレンツ力によってノズルから加速されるときに発生する。推力の大きさはパルスの周波数を変化させることで制御され、これまでに実証された範囲は1～50 Hzであり、1 µN～0.05 mNの推力を生成する。