离子推力器非预期电击穿特性及其主要影响因素对比研究

采用对比分析方法研究空间与地面、不同工况、不同累计工作时间段的离子推力器非预期电击穿特性变化,获得了离子推力器击穿频次与其主要影响因素之间的关联性。研究结果表明:在地面试验和空间飞行的全任务周期中,推力器击穿频次都呈现出早期较高、然后快速降低并保持长期稳定的基本特点;空间飞行应用中的平均击穿频次普遍比地面试验中的低1～2个数量级,其根本原因在于地面试验中不可避免地存在推力器暴露于大气、试验舱背溅射污染等诱发因素;栅极材料、电场强度、束流密度、溅射沉积物是决定推力器非预期电击穿本质特性的主要因素;击穿引发的阴极或放电室熄弧现象值得特别关注并应避免其发生。     

卫星液体推进剂剩余量测量的热力学模型及其应用

通过对气体注入压力激励法测量卫星液体推进剂剩余量装置系统的详细热力学过程分析,建立了能满足实际测量需求的等温和绝热两种热力学模型,对具体测量模型的选用及相关问题进行了分析讨论,并在此基础上给出了两种模型在实际测量中的应用模式。     

射频电子源数值仿真及实验研究

射频电子源以其结构简单、不易受污染、寿命长、瞬时启动等优点,可以作为离子和霍尔电推进的中和器,显著提升其寿命和性能。为了研究射频电子源的优化设计方法,基于放电室等离子体整体模型和非双极流动模型开展了射频电子源性能的仿真评估,并对研制的1A级电子源样机开展了实验测试。研究结果显示:仿真与实验结果一致性较好,引出电子电流与收集电压、小孔直径、工质流率、射频功率相关,各参数相互耦合且存在最优组合,样机额定工作点下,电子源放电损耗为99W/A,工质利用率系数为11。     

30cm离子推力器三栅极组件设计参数对寿命的影响研究

为了研究30cm离子推力器三栅极组件设计参数对预估寿命的影响,在完成失效模式分析的基础上,通过PIC-MCC方法对离子推力器三栅极组件的离子溅射速率进行了计算,建立起栅孔二维寿命预估模型,并针对栅极设计参数对预估寿命的影响进行研究。结果显示:导致三栅极组件的主要失效模式为5kW高功率模式下的离子直接轰击所造成的栅极早期结构失效,且减速栅的过快离子溅射腐蚀成为影响三栅极组件寿命的关键,而不同工作模式不会产生新的失效方式,仅影响栅极的离子溅射速率以及寿命;在现有三栅极设计参数条件下,当推力器工作时,栅极引出的离子束流处于明显欠聚焦状态,且加速栅寿命预估值约为9062h,而减速栅约为2642h;通过PIC-MCC方法得到的栅极三个关键设计参数对寿命的影响模拟结果显示,降低加速栅电压对提升减速栅寿命的作用较小;缩小加速栅与减速栅冷态间距后,离子溅射速率会随着冷态间距的缩小逐渐降低,冷态间距由1mm缩小至0.6mm后,减速栅在5kW工况下的工作寿命可提升至10726h,且经试验验证该间距可满足推力器力学环境试验要求;缩小屏栅孔径对改变离子束流引出形状具有显著作用,单孔束流发散角度随着屏栅孔径的缩小出现了明显降低,且束流离子几乎不会再直接轰击至减速栅上游区域,当屏栅孔径由1.9mm缩小至1.6mm后,减速栅工作寿命可提升至9259h;分析结果对后续开展栅极组件的寿命优化设计提供了参考。     

大功率射频场反构型等离子体电推进研究

大功率(MW级)射频场反构型等离子体电推进具有高比冲、长寿命、大推力和高效率的特点,是未来深空探测或空间货运极具竞争力和应用前景的电磁推进技术。针对国内外当前大功率推力器的研究进展,对比分析了场反构型等离子体推力器的独特优势,并对其结构和工作原理进行了介绍。从大功率射频场反构型等离子体电推进的磁拓扑结构优化设计、大功率脉冲电源技术和场反构型等离子体推力器的试验验证等角度分析了大功率场反构型等离子体电推进的关键技术。     

卫星推进剂剩余量测量技术地面试验研究

根据气体注入压力激励测量方法，研制了动态、高精度测量卫星液体推进剂剩余量原理样机，该样机以通信卫星双组元推进系统为测量对象。详细给出了利用该样机进行的地面试验情况，特别是测量数据平滑处理技术和液体蒸汽压误差修正技术。试验结果表明，当推进系统工作状态正常时，剩余液体体积量的测量误差小于贮箱总体积的１．０％，而当推进系统有小泄漏时，则小于２．０％。     

10cm离子推力器放电室性能优化研究

要实现离子推力器较高的效率和比冲等综合性能指标,优化的放电室性能是其首要的前提条件。为了获得10cm离子推力器优化的放电室性能,在放电室初始设计方案基础上,通过对工作参数和结构参数的不同组合试验,开展了性能优化研究,采用的主要手段是关键特征尺寸调节、流率调节和磁场参数的调节。试验获得了不同参数组合的性能变化趋势,得出了优化的放电室结构参数和工作参数。优化后的离子推力器综合性能试验结果表明,在推力15.6m N、比冲3100s的设计工况下放电损耗约为227W/A,放电室工质利用率为91%。     

LIPS-200离子推力器非预期电击穿特性的初步分析

离子推力器的非预期电击穿现象直接影响其工程应用的工作可靠性，基于地面寿命试验中比较完整的非预期电击穿事件基础数据，采用基础数据对比分析、威布尔模型统计分析、因果关联推断与分析等方法，对LIPS 200离子推力器在地面12000h寿命试验中的非预期电击穿现象进行了初步研究，获得了平均击穿频次、击穿事件的时间分布、分类统计击穿周期的威布尔分布等量化结果。分析表明，地面试验中LIPS 200平均击穿频次明显低于NSTAR等产品的主要原因是LIPS 200具有较低的栅间电场强度；其击穿事件具有明显的累计工作时间分布特性；采用双参数威布尔统计分析方法可以得到不同影响因素及机理下的击穿特征周期和击穿频次变化趋势。     

在轨卫星液体推进剂测量技术评述

回顾了在轨卫星液体推进剂测量技术发展概况。介绍了各种已开发的具体测量方法，并在相互比较的基础上作出了评述。最后对我国开展该项工作提出建议。     

SJ-17卫星LHT-100霍尔电推进系统飞行试验工作性能评价

为了验证霍尔电推进系统的空间环境适应性、与航天器的相互兼容性、空间工作特性及空间飞行性能与地面数据的差异性,LHT-100霍尔电推进系统搭载SJ-17新技术验证卫星开展了在轨飞行试验,对霍尔电推进系统在轨飞行试验结果进行了详细评价。结果表明:在整个飞行试验期间LHT-100霍尔电推进系统各项工作性能参数符合设计指标要求,其中推力79.5m N,比冲1531s,系统功率低于1.527k W,单次长时间工作8h,在轨系统开关机次数大于24次,在轨累计点火时间超过3028min,在轨飞行试验数据与地面试验数据具有很好的一致性。