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。     

铁电阴极用于小功率电推力器

分析了当前小功率电推力器对零流动无推进剂阴极的需求现状。提出铁电阴极用于小功率电推进中和器的可能性。研究了厚度为0．5mm的PLZT（锆钛镧酸铅）铁电陶瓷在低电压（1．0～1．2kV）条件下的电子发射性能。实验采用脉宽为1μs的单极性正高压脉冲作为激励源。在收集极获得了脉宽为320ns～3000ns,最高峰值为34A的发射电流。在10^-4乇的真空环境中得到了非常可靠的电子发射。     

电子回旋共振推力器中和器内磁场与微波电磁场计算分析

电子回旋共振推力器具有寿命长、比冲高、结构简单等特点,用于深空探测主推进具有很大的吸引力.中和器是电子回旋共振推力器的关键部件之一,其主要作用为产生电子,中和离子源发射的离子束流,它对保持电子回旋共振推力器的电位平衡有着重要作用.文中针对φ10 cm推力器的中和器,采用ANSYS有限元分析软件建立了磁路模型,计算了中和器内磁场分布,得出了方案中电子回旋共振面的位置.针对中和器的工作特,最,设计了多种天线方案,利用ANSYS软件计算了其对应的电磁场分布.计算结果表明,设计磁场提供的电子回旋共振面位置合理,L型天线方案可实现放电击穿,产生等离子体.计算结果对电子回旋共振推力器的中和器设计与研制提供了帮助.     

光学加工射频中和器的结构设计和性能研究

研究了射频中和器的工作原理,并且设计了射频中和器结构,实现了射频中和器的稳定工作。实验结果表明:射频中和器能够稳定引出电子束,有效中和离子束;在射频中和器不启动时去除函数峰值去除率仅有6nm/min,射频中和器正常工作时去除函数峰值去除率达到了72.5nm/min;并且射频中和器的中和能力与空心阴极中和器相当。因此,射频中和器满足光学加工对中和能力的需求,具备应用于光学加工的能力。     

ECR中和器改进试验研究

目前国内电子回旋共振(ECR)中和器的研究存在电子束流不能连续引出的问题,为此通过改进中和器天线结构及优化电子引出孔径来改善中和器的性能。试验结果表明：中和器结构改进及优化后其电子束流可以随着接触电压的升高而连续变化,同时提高了中和器的推进剂利用效率、降低了电子产生损耗。推进剂利用效率和电子产生损耗在中和器结构改进前后分别为1.278 9和194.573 W/A,1.659 8和126.3 W/A。试验还通过静电探针诊断出中和器耦合天线附近等离子体密度分布在1.72×10¹⁷~12.1×10¹⁷ m^-3范围内。