A brief review of alternative propellants and requirements for pulsed plasma thrusters in micropropulsion applications

Technological miniaturization has enabled the development of small satellites weighing as little as 1 kg. Unfortunately, there is still a lack of suitable efficient micropropulsion systems at these scales. The pulsed plasma thruster is a structurally simple form of electric propulsion. This simplicity also makes it ideally suited for miniaturization. Its history can be traced back to applications in satellites that are much larger than micro/nano-satellites. The vast majority of modern pulsed plasma thrusters use solid polytetrafluoroethylene (PTFE) as a propellant. Unfortunately, at lower discharge energy levels such as those necessitated by the power limitations of micro/nano-satellites, PTFE has a tendency to exhibit carbon deposition, which can ultimately lead to thruster failure. In this new era of small satellites, it is important to consider alternative propellants in the miniaturization of pulsed plasma thrusters. This brief review discusses the needs and limitations of small satellites and alternative propellants that may be able to meet these needs. Such propellants may be able to offer advantages such as a longer thruster lifetime, a higher specific impulse, or a higher thrust-to-power ratio. This would enable the development of different types of pulsed plasma thrusters that can be tailored towards specific mission requirements.     

平面感应式脉冲等离子体推力器高速脉冲气体供给阀的试验验证

摘要： 本文针对国防科技大学的平面感应脉冲等离子体推力器（IPPT）原型机，设计了一种基于感应涡流斥力原理的快速脉冲气体供给阀.该阀采用截锥型铍青铜簧片作为执行构件，依靠簧片开启过程中弹性变形产生的弹力提供闭合所需回复力，避免了使用额外的回复力机构,使阀整体结构得到极大简化.性能测试结果表明，该阀的动作延迟时间小于35 μs.在阀腔气体压力为100 kPa时，最大单脉冲供气量为2.5 mg.响应特性和供气量特性均满足目前IPPT原型机的需求.此外，该阀可通过调节初始充电电压和阀腔气体压力实现供气量调节.该阀可以为后续推力器原型机多工况性能试验提供有力支持.     

电推进航天器的特殊环境及其影响

文章介绍了应用离子和霍耳电推进系统在航天器周围产生的等离子体和电磁场等特殊环境,讨论了这些特殊环境对航天器各分系统或部件产生的溅射腐蚀、沉积污染、充放电、等离子体干扰、碰撞动力学扰动等影响效应,探讨了研究电推进与航天器相互作用效应的地面试验技术、空间飞行试验技术和模型分析技术,介绍了离子电推进系统与航天器相容性分析评价的技术要点。     

卫星多层隔热组件表面等电位控制工艺

文章基于电磁监测卫星的空间等离子体表面带电环境和等电位要求,对卫星多层隔热组件表面等电位的控制方法进行分析和优化,给出多层隔热组件制作、安装、接地、检测和保护工艺方法,从而满足整星表面的电位差在±2 V以内的控制要求。     

激光等离子体微推力器的发展及热点问题

激光微推力器在航天器的轨道调整、引力补偿、位置保持、轨道机动和姿态控制等方面存在巨大的潜在优势。对近年来激光等离子体微推力器的研究和发展进行了较全面介绍,并详述了激光等离子体微推力器发展过程中的几个热点问题,包括激光等离子体微推力器的工作模式和工质的选择、推力单元结构设计、微型激光器和微推力测试方法的研究与发展现状。通过对比分析,给出了目前所研究的激光等离子体微推力器的优缺点,为国内研制激光等离子体微推力器提供了一些有益参考。     

利用等离子体加速器发射超高速 微小空间碎片的研究

文章介绍了国内外微小空间碎片超高速撞击地面模拟实验研究的现状,描述了国内等离子体微小空间碎片加速器的研制进展和初步实验结果,分析了该加速器在空间碎片防护研究工作中的应用。在初步调试阶段,在系统设计满负荷储能6%和35%的条件下,分别将100 ?m和200 ?m的玻璃微粒加速至5.5 km/s和9.3 km/s。利用该加速器可以模拟研究10～1 000 ?m的微小空间碎片对卫星功能材料的撞击损伤特性,可以加速模拟研究卫星关键部件或分系统在大量微小空间碎片撞击下的失效机理和失效模式,为卫星防护微小空间碎片的设计提供技术支持。该加速器还能为国内发展星载空间微小碎片探测仪器的设计和标定提供模拟实验条件。     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

火箭喷焰微波衰减特征的理论研究

目前火箭喷焰微波衰减的计算是基于等离子体理论,根据微波衰减常数的实验测量结果,必须将理论公式中的电子浓度估计到一个很高的值.然而,这一很高的电子浓度值与火箭喷焰的化学反应动力学理论结果不相符.为了解决这一矛盾,在尘埃等离子体理论基础上,导出了弱电离尘埃等离子体的微波衰减常数和相位常数计算公式.将固体火箭喷焰的有关参数重新代入计算,给出的微波衰减常数比等离子体理论给出的结果大1～3个量级.所得结果与微波衰减的实验观测相符.     

Investigation of MHD power generation with supersonic non-equilibrium RF discharge

Magnetohydrodynamic (MHD) power generation with supersonic non-equilibrium plasma is demonstrated. Capacitively coupled radio frequency (RF) discharge (6 MHz, maximum continual power output of 200 W) was adopted to ionize the Mach number 3.5 (650 m/s), 0.023 kg/m3 airflow. In a MHD channel of 16 mm × 10 mm × 20 mm, MHD open voltage of 10 V is realized in the magnetic field of 1.25 T, and power of 0.12 mW is extracted steadily and con-tinuously in the magnetic field of 1 T. The reasons for limited power generation are proposed as:low conductivity of RF discharge; large touch resistance between MHD electrode and plasma;strong current eddies due to flow boundary layer. In addition, the cathode voltage fall is too low to have obvious effects on MHD power generation.     

基于SIMION软件的空间等离子体探测器的数值仿真

空间等离子体探测器采用带偏转板的柱形静电分析器作为传感器,具有大于320°探测视场,可探测约10eV～30keV的热等离子体。利用SIMION软件采用均匀随机抽样建立粒子源的方法仿真探测器的基本特性参数:静电分析器因子、能量分辨率、偏转板因子和偏转角。仿真结果与实测结果吻合很好。静电分析器因子的仿真与实测结果偏差为3.2%,能量分辨率仿真与实测结果偏差为1.5%,偏转角-偏转板因子的关系式与实测结果的相关系数为0.999 4。仿真结果可以有效地应用于该类仪器的设计和定标过程中。