钡钨空心阴极放电等离子体特性实验研究

空心阴极作为电推力器的核心部件之一,其放电等离子体特性对空心阴极的性能和可靠性具有决定性的作用。采用实验的方法,使用朗谬尔静电探针置于钡钨空心阴极放电出口处,诊断和分析了钡钨空心阴极出口处的放电等离子体特性随阴极推进剂流量和放电电流的变化规律,结果表明:阴极推进剂流量和放电电流对空心阴极放电等离子体特性具有比较明显的影响,各等离子体参量随阴极推进剂流量和放电电流均有明显的变化,其中,电子数密度随阴极推进剂流量和放电电流的增大而上升,等离子体电势随阴极推进剂流量和放电电流的增大而下降,电子温度随阴极推进剂流量的增加而下降,随放电电流的增大有略微升高,而且,放电电流对放电等离子体特性具有更显著的影响。     

国外电推进系统空心阴极技术

介绍了国外离子和霍尔电推进系统空心阴极技术的现状.根据空心阴极的常规设计,分析了发射体源材料耗尽,发射体有效发射表面被难挥发沉积物覆盖,源材料活性分子不能到达发射体表面,触持极、顶板、加热器因溅射腐蚀损坏,加热器损坏,以及发射体化学中毒等影响空心阴极长寿命的因素.讨论了一体化阴极、小电流高效钡钨阴极、大电流钡钨阴极、LaB6阴极、L式储备阴极和Bi阴极等新技术.     

空心阴极耦合放电的寿命损耗机理研究综述

空心阴极和离子推力器或霍尔推力器的耦合放电与其和平板阳极的独立放电有明显差异,主要表现为工作特性不同和寿命大幅缩短等。基于空心阴极的设计寿命与其在推力器中实际寿命显著不同的事实,归纳分析了空心阴极在推力器中寿命缩短的主要原因,总结了推力器中电场、磁场、背景中性气体密度等因素对空心阴极寿命的影响机理研究现状,并提出需要进一步深化的主要研究内容。     

微空心阴极放电机理及其在电热式推力器中的应用

近年来,微空心阴极放电（MHCD）技术的发展为研制适用于小卫星的先进新型微推力 器提供了可能。MHCD是微放电领域中一种新颖的非平衡高气压辉光放电,其优点是可以在高 气压下稳定放电,并且只需要非常低的电压（几百伏特）或者输入功率（百毫瓦数量级）。 本文针对MHCD,实验研究了微放电的电流-电压特性,并利用光学发射光谱的方法测量了微 等离子体中电子数密度和中性气体温度。结果表明,在稳定的辉光放电下,MHCD孔内的电子 数密度和中性气体温度随着压强和放电电流的增加而增大,电子数密度可达
10 14 cm -3 ,中性气体温度可达1000K。由此可以推断,微空心阴极放电较小 的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,完全可以开发应用在新型的电热式等离子体推 进上,研制成微空心阴极放电等离子体推力器。由于在微放电等离子体中加热了工质气体, 因此其性能可大大高于冷气推进。     

一种新颖的微空心阴极放电等离子体推力器

微小卫星的发展和成功应用迫切需要新型微推力器的研制。微放电技术是等离子体放电中重要的一类,近几十年来成为各国的研究热点。其中,微空心阴极放电(MHCD)是一种新颖的非平衡高气压辉光放电,其优点是可以在高气压下稳定放电,并且只需要非常低的电压(几百伏特)或者输入功率(百毫瓦数量级)。MHCD建立在2个几百微米厚度的金属平面电极上,材料可以是钼、铝等,由电介质(云母或氧化铝)隔开。"三明治"的布局结构上从一个电极到另一个电极钻有直径为几十微米到几百微米的孔,气体压强可以很高,甚至超过大气压。微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,可以开发应用在新型的电热式微等离子体推进上。由于微空心阴极放电等离子体推力器在微放电等离子体中加热了工质气体,随后通过微喷管喷出产生推力,因此与传统的冷气微推力器相比,可大大提高推力器的比冲和推力。     

原子氧环境对空心阴极影响的地面模拟试验研究

为确定原子氧对六硼化镧型空心阴极的影响,将LHC-5型空心阴极放置于原子氧试验设备中反复点火,期间使用钨铼5-26热电偶测量阴极管温度。试验完成后检查空心阴极,发现阴极管出现膨胀开裂现象,其断面的XPS成分分析结果表明阴极管的断裂失效是由氧化导致的。因此,针对LEO使用六硼化镧型空心阴极的离子推力器、霍尔推力器和等离子体接触器等航天器部件,应制定正确的工作关机策略以保证阴极不受原子氧环境影响。     

一种无加热器的电推进用空心阴极

电推力器在国际上已得到广泛应用.目前应用的电推力器,启动时间较长,无法用于需要快速响应的场合.空心阴极是造成电推力器启动时间较长的根本原因.无加热器阴极是一种新型空心阴极,可使得电推力器的启动时间缩短至1 s之内,大大提升电推进系统的响应特性,而且还可以提高电推进系统的稳态工作性能和可靠性.本文介绍无加热器阴极的基本工作原理和应用优势,详细论述无加热器阴极的研究进展,提出突破无加热器阴极技术需要攻克的关键技术.     

运用正交试验提升空心阴极组件筛选合格率

空心阴极组件的电性能测试通常以自持放电的形式进行,自持放电是空心阴极组件筛选的关键环节。对阴极组件的筛选合格率进行分析表明,筛选试验中自持阶段熄弧率高是导致阴极组件批次合格率低的最主要原因。为降低熄弧率并提高合格率,使用关联图对导致阴极熄弧的可能因素进行了分析,确定了导致阴极自持熄弧的设计及工艺因素。在此基础上,运用设计正交试验法确定了最优的设计及工艺参数,并完成了设计改进。采用改进方案后加工的阴极组件批次合格率得到明显提升,为生产任务的顺利完成提供了技术保障。     

电火箭空心阴极发射体寿命研究

分析了影响电火箭空心阴极发射体寿命的各种因素。论述了空心阴极放电时，其内部化学反应生成物的迁移、扩散、蒸发和溅射。讨论了发射体发射材料的损耗速率与温度的关系，指出知度降低发射体的工作温度是延长空心阴极寿命的有效措施，还讨论了工质气体纯度和真空环境对发射体寿命的影响。     

电推进系统空心阴极产品试验技术

空心阴极是电推进系统可靠性和工作寿命关键部件,空心阴极产品的研制在很大程度上依赖于阴极试验技术的支持。在介绍空心阴极试验分类和试验设备的基础上,从性能试验、验收和鉴定试验及寿命验证试验等方面讨论了电推进系统空心阴极的产品试验技术。     

80 mN霍尔推力器空心阴极寿命试验

我国的多个GEO卫星平台即将采用电推进系统完成轨道保持任务,其中比冲为1 600s的80 mN霍尔推力器是国际公认的最适合完成该项任务的推力器,也是目前国外卫星和深空探测器应用最广的电推力器.为满足15年GEO卫星寿命要求,80 mN霍尔推力器必须达到7500h和8 000次点火的寿命指标.空心阴极作为霍尔推力器的重要组件,其寿命和点火次数必须达到相应的指标.为此,上海空间推进研究所开展了80 mN霍尔推力器空心阴极的寿命试验,试验采用模拟推力器阳极的三极管工作方式进行.截止2013年8月上旬,试验件1完成10 322 h寿命试验（含4 549次点火）,试验件2完成24 248次加热器热循环试验.空心阴极的寿命已经达到任务要求,两个试验件的放电电压、触持极电压和点火时间等性能指标变化很小,目前试验还在持续进行中.     

离子电推进技术的发展现状与未来

离子电推进是最具代表性和技术成熟度的电推进技术类型之一。本文从放电室技术、离子光学系统技术、放电阴极和中和器阴极技术的优势、缺憾等方面,总结了离子电推进的技术发展现状。针对未来航天任务对离子电推进更大功率、更高比冲、更简系统等新需求,分析了传统离子电推进所面临的主要技术挑战,梳理出了环型离子电推进、双级加速离子电推进、自中和离子电推进、螺旋波放电离子电推进等创新离子电推进技术发展的未来方向。     

基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元分析与应用

文章以高压、大功率的载人航天器电源控制系统放电调节单元为应用背景,分析了非隔离型Weinberg变换器的拓扑特点、工作模态及小信号模型,对采用稳压环和限流环并联控制的环路进行建模、稳定性分析及验证测试。结果表明,基于非隔离型Weinberg变换器的放电调节单元具有良好的电能转换特性,能满足载人航天器电源新型应用的要求。     

等离子体电弧激励器特性及减阻的仿真研究

设计了一种用于高超声速流动控制的等离子体直流电弧激励器,运用多物理场有限元方法对激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器准确热源分布和不同工况下电势、温度等的分布情况。其中,表面电弧激励器在电流7 A、阴阳极距离3.5 mm时在阴极表面最高能得到2.690 5×10~(10) W/m~3的热源值。运用有限体积方法对激励器的斜坡减阻效果进行了数值模拟,得到马赫数为7时总阻力系数最多减小32%的结论。     

火箭发动机胶接质量检测的兰姆波能量分布研究

用兰姆波可对固体火箭发动机进行胶接质量的检测,但需要对其模式进行选择。通过研究兰姆波在固体发动机钢壳体内纵波与横波成分的能量分布情况,从理论上分析和预测了不同模式对检测特定界面缺陷的能力和灵敏度,并通过S0和S1两种检测模式的试验研究,验证了理论分析的正确性。结果表明,可根据兰姆波的能量分布变化特性和实际检测要求,选择最合适的模式进行检测,从而达到提高界面缺陷检测灵敏度的目的。     

卫星表面放电效应模拟器研制

文章介绍了自行研制的卫星表面放电效应模拟器。根据模拟器基本原理和应实现的主要功能,提出了模拟器的技术指标和具体设计方案;研制了模拟器标定系统,并利用该标定系统对模拟器放电电压和放电电流脉冲特性进行了测试标定。结果表明所研制模拟器的放电特性符合卫星表面放电效应模拟试验的要求,可以用于表面放电效应评估。