用于电子轰击式汞离子推力器空心阴极的实验研究

本文叙述了空心阴极在电子轰击式汞离子推力器中的功能、推力器对空心阴极的要求。给出了阴极材料、结构、工艺及某些实验结果:即空心阴极的真空发射性能;阴极的放电形式及其伏安特性;阴极点火电压与阴极温度及通过阴极汞流率的关系,稳定放电时离子轰击阴极的加热特性。     

汞离子推力器用的空心阴极脉冲点火性能

试制了一台高压脉冲点火器,输出电压0.1KV-6KV。测量了空心阴极脉冲点火电压与脉冲宽度,脉冲重复频率及汞流率的关系。对直流点火与脉冲点火进行了比较。用降低阴极工作温度的方法,拍摄了两组阴极放电熄火过程的电压-电流波形照片。在测试范围内,脉冲点火电压随脉冲宽度增大而下降,随脉冲重复频率增高而成直线关系下降。文中讨论了脉冲点火的优点。     

离子推力器空心阴极点火可靠性评价研究

空心阴极作为离子推力器放电室等离子体电离源初电子和束流中和电子的电子源,其点火可靠性直接影响到推力器的工作可靠性。以20 cm离子推力器在轨工作剖面为例,对空心阴极预期寿命下的可靠度进行了评价。采用小样本的可靠性试验与可靠性评价理论结合的方法,得到了LHC-5空心阴极点火6 000次时在置信区间0.90和0.95的点火可靠性好于0.98。结果证明LHC-5空心阴极可靠性满足空间应用要求。研究成果对空心阴极可靠性增长设计和电推进产品可靠性评价方法研究具有积极意义。     

离子推力器空心阴极放电模型研究进展

为了解空心阴极放电物理过程的各种建模方法,调研了流体模型、PIC模型、混合模型和降级模型等多种建模方法的研究现状,分析了各种模型的特点、应用范围和实施要点,为促进建模仿真作为解决空心阴极研制、试验过程中遇到的具体工程问题的技术途径,选择有效、合理的建模方法提供依据和参考。     

LIPS-300多模式离子推力器中和器优化研究

中和器与束流的兼容性是影响多模式离子推力器长寿命的关键因素之一,在整个寿命周期内,中和器必须工作在斑状模式。采用数值仿真与实验方法,对LIPS-300离子推力器5 k W工况束流全中和状态下束流区电势分布进行了仿真分析,研究了推力器5 k W工况下中和器供给流率变化对其触持极电参数的影响,分别对推力器工作在5 k W、4 k W和3 k W时,中和器触持极电参数随氙气流率的变化关系进行了测试和分析,提出了多模式推力器中和器流率的最佳选择建议。研究成果对后续多模式离子推力器参数优化具有一定参考。     

空心阴极微推力器研究进展

空心阴极微推力器是一种通过空心阴极放电产生高密度的等离子体,并将其喷出产生相应推力的电推力器,具有体积小、结构简单、研制难度小、成本低的优点,非常适合作为微小卫星的电推进系统。概述了空心阴极微推力器的系统组成和工作原理,介绍了国内外空心阴极微推力器的研究进展和发展现状,分析了不同结构的空心阴极微推力器的性能参数和特点,并对其关键技术及发展趋势进行了初步讨论。     

离子霍尔推力器束流中和与耦合研究进展

离子霍尔混合电推进技术可以融合霍尔推力器和离子推力器的优势,符合当前电推力器朝着高功率、多模式发展的要求,其束流中和与束流耦合问题是混合电推进技术的基本问题之一。在调研国内外离子霍尔混合推力器发展现状的基础上,重点调研了推力器离子束流中和研究现状、离子推力器组束流耦合研究现状、霍尔推力器组束流耦合研究现状,介绍了推力器的束流中和模型,初步分析了离子霍尔混合推力器束流耦合中的特殊问题。     

离子发动机空心阴极寿命预测

为验证空心阴极的寿命,本文根据空心阴极LaB6发射体的损耗特点,采用数学建模方法对空心阴极的寿命进行了预测.预测结果表明兰州物理研究所研制的空心阴极工作在额定状态下(发射电流5.00 A),其寿命可达到40000 h以上.3500 h寿命试验后空心阴极解剖分析结果初步验证了预测模型的正确性.     

离子发动机空心阴极失效形式分析

空心阴极是离子发动机关键部件,研究其失效形式,对提高离子发动机的可靠性有重要意义.介绍了离子发动机空心阴极的工作原理,分析离子发动机空心阴极的主要失效形式,并根据分析结果,提出了一系列提高离子发动机空心阴极可靠性的途径.     

阴极挡板对30cm氙离子推力器性能影响的研究

束流分布是表征离子推力器性能的关键技术指标,直接影响到离子推力器的工作稳定性和可靠性。针对引出束流分布不均匀导致30 cm氙离子推力器离子光学系统打火保护的问题,开展了阴极挡板性能试验,研究分析了阴极挡板对离子光学系统引出束流的影响作用关系,以及设置阴极挡板前后和设置不同规格阴极挡板时推力器放电室性能变化规律。试验表明:设置阴极挡板可有效提高离子光学系统引出束流分布的均匀性,进而改善推力器的连续工作稳定性;同时,设置阴极挡板后,推力器在高功率工作模式下的放电室阳极电压、放电损耗与未设置阴极挡板相比有明显增大,且放电室阳极电压、放电损耗随阴极挡板直径的增大而增大。研究为提高30 cm氙离子推力器工作稳定性提供技术指导。     

涂渗剂空心阴极放电离子渗硼的研究

本文对涂有相同渗硼膏剂的试样，分别采用空气炉、真空炉及真空空心阴极放电加热这三种不同的方法，进行了渗硼试验研究，初步得出２小时保温时间以下，空心阴极放电加热法渗速明显大于其余两种，并从物理及化学方面探讨了渗速提高的原因。     

离子推力器流率调节热节流器性能测试

离子推力器工作时的推进剂氙气流率很小,一般在0.1～2.0 mg/s之间,对氙气流率的稳定性要求也很高,所以需要对微小流率控制热节流器的性能特性和长期工作稳定性进行测定和有效评价。从测试装置、测试方法、测试过程、测试结果分析与评价等方面介绍了热节流器的性能测试与研究情况。     

石墨触持极空心阴极性能实验研究

空心阴极触持极溅射腐蚀会导致离子推力器性能退化甚至失效,为确保离子推力器长期工作性能稳定性,触持极材料应选用溅射腐蚀速率尽可能低的材料。开展不同触持极结构对空心阴极放电性能的影响研究。最后,进行了1 000 h短期地面寿命实验。实验结果表明,石墨触持极空心阴极放电性能稳定,长期工作触持极表面的溅射腐蚀不明显,能够有效避免空心阴极长时间工作后因触持极溅射腐蚀导致的性能退化。     

微阴极电弧推力器放电特性研究

相对于大型卫星, 微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器 (μ-CAT) 是一种适用于微纳卫星的推进装置, 具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理, 对推力器结构进行了设计, 并利用高真空电推进实验平台, 完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验, 测试了推力器放电时的伏安特性曲线, 分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下, 采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况, 实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。     

LIPS-300离子推力器放电室设计及实验研究

梳理了放电室工程化设计的基本流程,包括磁场位形设计、几何构型设计、磁极数设计、供气方式设计以及关键参数设计,其中关键参数又包括长径比、磁极位置、磁钢尺寸、阴极位置等。按照上述流程,完成了LIPS-300放电室设计,并通过仿真分析、实验数据对设计的结果进行了验证,证明设计的柱形磁铁四级场、直锥双段放电室,无论放电损耗、束流平直度均优于三级场放电室。     

射频等离子体中和器的设计与实验研究

随着电推进技术的发展,对具有高抗中毒性中和器的需求日益紧迫。为此,基于射频放电基本原理,设计了一款可采用多种工质且具有高抗中毒能力的射频等离子体中和器,搭建了真空实验平台进行试验研究,获得了发射电流随射频功率和氙气流量的变化曲线。工质气体电离后,离子被置于放电室内的石墨柱负电极收集,电子被置于放电室出口外的金属板正电极引出。研究结果表明,该射频等离子体中和器能有效地发射电子形成电流,且增大射频功率和氙气流量可以提高电流。当射频功率达到220 W,流量达到或超过4 mL/min(标准状态)时,中和器发射电流达到1 A以上。因此,射频等离子体中和器作为电推力器羽流离子中和装置具有一定的研究价值和应用前景。     

高推力密度离子推力器研究

离子推力器是一种先进的空间推进技术,由于其高比冲,长寿命等特性而获得了广泛的应用,但是受其束流密度的限制,其推力密度也受到限制。然而在轨道转移、深空探测主推进等应用需求中,不但要求其比冲高,还要求其推力大,以缩短航天器轨道转移和巡航时间。受航天器的体积和功率限制,大推力要求离子推力器在一定比冲下具有较高的推力密度。为了提高离子推力器的推力密度,以25cm离子推力器为研究对象,通过改善离子推力器束流平直度和栅极可引出最大束流密度,有效提高了平均束流密度。试验结果显示在3500s比冲下,平均束流密度达到75A/m2,推力密度达到4.1N/m2。     

空心阴极放电特性的研究

讨论了空心阴极放电的特征以及它的应用。实验研究由平行平板组成的一种空心阴极结构,得出了产生空心阴极效应的条件。最后分析讨论了产生空心阴极效应的机理与实验结果。     

射频空心阴极放电中电子加热机制的实验研究

在氩气环境下对射频驱动下空心阴极的放电特性进行了实验研究,得到了不同工作条件下射频空心阴极放电中的电子密度、电子能量几率分布函数等结果。研究结果表明,相比于平板电极容性耦合射频放电,空心结构电极的射频放电能获得更高的电子密度。在形成空心阴极效应后,等离子体密度随电压、气压的升高而增大。通过EEPF进一步分析了射频空心阴极放电电子加热机制随p D值、工作电压的变化。发现当p D增加时,射频空心阴极放电中电子加热机制从以振荡鞘层对高能电子的随机加热为主逐渐转变为对等离子体中电子的欧姆加热为主;当逐渐提升电压时,电子本身获得能量机制则由开始的欧姆加热转到了向后来的随机加热。     

螺旋波离子推力器关键技术研究

螺旋波离子源利用放电室外部天线激发的螺旋波将能量耦合到放电室中,在附加磁场的作用下,可以产生高密度的低温等离子体。目前以螺旋波放电作为离子源的电推力器大多采用了无电极的加速方式,加速效果不显著,推力、比冲较低,而将螺旋波离子源和成熟的栅极加速技术结合在一起的螺旋波离子推力器有望成为新的高效率、高比冲的推力器。从提高推力器性能的角度出发,就螺旋波离子推力器设计需要考虑的关键技术展开分析。讨论了天线结构、辐射阻抗、辐射方向性对天线耦合效率的影响;放电室尺寸、磁场强度和射频功率对放电效率的影响;栅极加速系统的设计及其与螺旋波离子源的耦合分析等。