Le propulseur de PEGASES est un moteur ionique qui diffère des autres technologies. La particularité de ce propulseur est l’utilisation d’un gaz électronégatif, à savoir le SF₆. Un champ magnétique est utilisé pour piéger les électrons et augmenter la production des ions négatifs. Le plasma résiduel à faible densité d’électrons, dit plasma ion-ion, permet l’extraction et l’accélération des ions positifs et négatifs. Les ions recombinent par paire dans le faisceau et garantissent la neutralité dans le faisceau. L’extraction d’une quantité équivalente d’ions positifs et négatifs permet ainsi d’éviter l’emploi d’un neutraliseur. Afin d’étudier les propriétés du faisceau ionique, une sonde EXB est utilisée pour diagnostiquer les vitesses et les proportions des molécules formées puis accélérées. La sonde n’étant pas parfaite, une calibration permet de déterminer avec précision les différentes espèces présentes dans le plasma. La présence d’ions positifs et négatifs ont pu être démontré via des mesures par sonde EXB. La technique de photo-détachement par laser est employée afin d’étudier les ions de charge négative. Cette méthode permet d’obtenir la proportion d’ions négatifs par rapport aux électrons. L’électronégativité dans ce type de décharge est très importante. La technique a montré l’importance du filtre magnétique. Cependant, la configuration de celui-ci n’est pas optimale puisqu’une structure est créée par la dérive électronique. Un nouveau propulseur à géométrie circulaire a été conçu, construit et testé. Cette nouvelle architecture utilise une dérive électronique fermée circulaire grâce à des aimants permanents. Les expériences ont validé le concept et montre l’importance d’une géométrie en anneau. / The PEGASES ion thruster differs from standard electric propulsion technologies through its use of electronegative gases, such as SF₆, as a propellant. Its operation relies on the trapping of electrons using a magnetic field and the creation of a plasma dominated by positive and negative ions. These ions are alternately accelerated to produce thrust, and later undergo a recombination to ensure beam neutrality. This thruster eliminates the need for an electron-producing neutralizer, which is a standard feature in other sources such as the Hall thruster. This thesis is divided into three parts. The first describes the development and implementation of a new EXB probe for the study of the ion beam properties, the identification of the beam chemical composition and the verification of the presence of negative and positive ion species. The second part concerns the design and application of a new laser photodetachment diagnostic for the measurement of the negative ion fraction. Lastly, a new ion-ion thruster with a circular geometry, known as AIPE, has been designed, constructed and successfully tested. This prototype eliminates the plasma asymmetry present in PEGASES and reveals the importance of the magnetic filter to source operation.

Among the research topics needing to be addressed to further the development of phased array feeds (PAFs) for radio astronomical use are challenges associated with calibration, beamforming, and imaging for single dish observations. This dissertation addresses these concerns by providing analysis and solutions that provide a clearer understanding of the effort required to implement PAFs for complex scientific research. It is shown that calibration data are relatively stable over a period of five days and may still be adequate after 70 days. A calibration update system is presented with the potential to refresh old calibrators. Direction-dependent variations have a much greater affect on calibration stability than temporal variations. There is an inherent trade-off in beamformer design between achieving high sensitivity and maintaining beam pattern stability. A hybrid beamformer design is introduced which uses a numerical optimizer to balance the trade-off between these two conflicting goals to provide the greatest sensitivity for a desired amount of pattern control. Relative beam variations that occur when electronically steering beams in the field of view must be reduced in order for a PAF to be useful for source detection and imaging. A dual constraint beamformer is presented that has the ability to simultaneously achieve a uniform main beam gain and specified noise response across all beams. This alone does not reduce the beam variations but it eliminates one aspect of the problem. Incorporating spillover noise control through the use of rim calibrators is shown to reduce the variations between beams. Combining the dual constraint and rim constraint beamformers offers a beamforming option that provides both of these benefits.