超大功率霍尔推力器放电参数影响仿真及试验

针对超大功率霍尔推力器放电参数特性评估,开展放电电压和流量等参数变化对性能影响的仿真及试验研究,以确定推力器设计最优匹配的放电电压及放电电流工况。建立了Particle-in-Cell(PIC)数值仿真模型,并搭建了HET-450大功率霍尔推力器试验平台;针对变放电电压、变流量下推力器放电特性,仿真计算给出了放电通道内原子密度、电势以及电子温度等分布,探究了推力器电离和加速运行机理,进一步,结合试验,开展了放电电流、推力等比对分析。结果表明:放电电压从300V增加至500V过程中,电离效率逐渐提升,因而放电电流、推力以及阳极效率均递增,而继续增加放电电压则会导致过热场的产生,离子与壁面作用增强导致电离出的离子再次复合,工质利用率下降的同时壁面损失增加,宏观表现为阳极效率的下降。此外,仿真与试验所获得放电电流、推力等结果符合良好,说明建模合适;在500V,80mg/s条件下,推力达2.1N、阳极效率60%,达到设计要求,表明设计合理有效。

小微纳卫星微小型电推进系统应用展望

随着微机电系统技术与超大规模集成电路等技术的迅速发展,小微纳卫星因较低的成本、可完成一定复杂度的任务成为了当前各国商业航天发展的重要方向,小微纳卫星的在轨机动能力需求牵引了系列化微小型电推进系统的研制与在轨搭载验证。本文首先对小微纳卫星任务对电推进系统的需求进行了论证,随后简述了微小型电推进系统的特点,介绍了国内外微小型电推进系统研制与在轨验证情况,最后对国内微小型电推进系统的研制与在轨应用进行了展望。

CDIO视角下的金工实习质量评价研究

为了提升金工实习的教学效果和培养学生的实践能力,提出了基于CDIO的金工实习质量评价模型,包括评价原则、评价框架和评价方法。通过该模型明确了基于CDIO的金工实习过程中的关键环节和要求,对金工实习的质量进行有效评价,为高等学校制定和改进金工实习教学计划提供了有力的参考依据。

空间电推进技术发展及应用展望

我国空间电推进技术已进入成熟和全面应用的新阶段。为进一步促进电推进技术发展,加速推动空间动力领域技术进步,采用调研、对比分析的方法,以功率为划分标准,重点结合未来空间任务对电推进的应用需求,针对电推进各技术方向的特点,从“中、微、超”3个功率区间对空间电推进进行了分类综述。总结了国内外电推进技术的发展现状和存在的不足,提出了需要攻克的关键难点,研判了发展的主要趋势,归纳了存在的共性问题,提出了未来10年空间电推进技术的发展建议,供我国卫星用户、总体单位和空间电推进专业技术单位参考。

微脉冲等离子体推力器放电过程和性能初探

针对平板烧蚀型微脉冲等离子体推力器(μ-PPT),开展了放电过程研究和性能表征。根据放电过程的电学测量和等离子体区域的发光行为分析,研究了μ-PPT的基本放电特点和放电形态演变。从空间分布看,μ-PPT放电空间可分为3个区域(阴极区、弧柱区和阳极区),随着放电间隙的减少,阳极区逐渐消失。从时间分布看,μ-PPT放电是由多个幅度不同的脉冲放电构成,放电回路和放电间隙的阻抗分布决定放电脉冲的数量,一定条件下可以发生单脉冲放电。根据μ-PPT等离子体区的电流片模型,估算了μ-PPT元冲量和推力等基本性能参数。结果表明,放电间隙和烧蚀量对μ-PPT性能参数有重要的影响,相同脉冲放电能量时,放电间隙越大,元冲量越大,烧蚀量也越大,导致比冲越小。放电时空形态是影响μ-PPT的元冲量和比冲的关键因素,因此,开展放电回路和放电间隙的阻抗优化研究是提高μ-PPT性能的有效途径。

基于12U标准立方体星的μ-PPT电推进系统研制

为了研究针对翱翔三号12U标准立方星应用的5W级μ-PPT电推进系统技术,分别对推力器、点火系统以及储能供电系统进行了研究,获得了一个轨控喷头和两个姿控喷头在1U体积下的狭小空间推力器微小集成化设计以及点火系统和储能供电系统的高可靠长寿命设计。以此为基础,依据任务分析,完成了μ-PPT电推进系统产品研制,对其进行了性能测试、环境试验以及寿命试验验证研究。试验结果表明:在系统功率小于5W和系统重量不大于2kg情况下,实现了元冲量40μN·s,比冲600s,总冲量大于60N·s的性能参数,并能够在力、热等环境试验后保持性能基本不变,并以飞行状态完成了220万次的地面1:1寿命考核,且寿命周期内的元冲量及比冲等性能参数偏差在10%以内。

μ-PPT等离子体电子密度氢光谱诊断技术

为了能够表征推进剂烧蚀产物的有效加速度及推进剂利用率,需要更准确地测量等离子电推力器(PPT)内等离子体的基础状态参数(电子密度、电子温度),提出了基于光谱线Stark加宽分析,提高PPT放电通道内等离子体电子密度诊断精度的一种方法。针对来自于推进剂的C原子谱线,测量线型函数和半高全宽(FWHM),可以计算电子密度,但要求等离子体电子密度需足够高。当电子密度低于10^(16)cm^(-3),此方案的测量可靠性便显著降低。为此,提出了通过向放电空间引入微量含氢气体作为示踪剂,测量H原子谱线线型和半高全宽进而诊断电子密度的技术方案。相比于C原子谱线诊断方案,氢方案可以大幅度提高电子密度测量下限至10^(13)cm^(-3),因此能够显著改进电子密度测量准确性和可靠性。

HET-450大功率霍尔电推力器仿真分析及试验

针对大功率霍尔推力器耐受强热载荷不易稳定工作、宽放电电压范围调整难以高效电磁调控等关键难点,兰州空间技术物理研究所与哈尔滨工业大学联合开展了10 kW级以上大功率霍尔推力器技术研究,开展了热分析设计,并建立热仿真模型,计算获得关键组件稳态温度,结果显示各部位温度均满足设计要求;同步建立了PIC仿真模型,进行了80 mg/s固定流率下,不同电压下电离特性分析,结果表明推力器放电腔口径较大情况下,电压低会使工质利用率降低从而导致推力器效率低;进一步,开展性能分析,得出600 V阳极效率低于500 V时工况,分析为电离不充分和壁面能量损失所致;此外,基于实验样机开展了试验研究,实现30 kW功率下的稳定工作,表明针对性热防护设计具有较好效果,并采用激光干涉推力测量法,获得推力为1.33 N,与仿真数据所得1.38 N偏差在5%以内,具有较高的符合度,表明推力器设计合理有效。

微电推进系统研制及应用现状

200kg以下的微小卫星的轨道维持、姿态控制、阻尼补偿、编队飞行等任务对微电推进技术及产品提出了明确的应用需求,不同类型的微电推进在不同功率范围内有着各自的优势。本文对中国微小卫星12U立方星LPPT-5脉冲等离子体电推进系统、150kg小卫星LPPT-25脉冲等离子体电推进系统、6U立方星LVAT-1真空弧电推进系统、引力波探测卫星LCT-10胶体电推进系统、低轨小卫星星座LHT-40霍尔电推进系统方案及研制进展进行了论述,最后对正在研制的LRIT-40射频离子电推进系统与LECR-50微波离子电推进系统研制情况及后续应用进行了展望。

空心阴极放电稳定性试验研究

为研究空心阴极在起弧、稳态及熄弧等三个关键过程的放电特性从而改善地面测试试验中供电电源与空心阴极的匹配性,搭建了实验平台进行了试验研究,获得了这三个过程中阴极的典型伏安特性曲线。对阴极组件起弧及稳态工作过程进行监测,通过动态回路平衡方程确定了使用稳压稳流电源时系统的稳态工作点,并通过试验验证了空心阴极在不同流率点下放电特性的变化情况。最后对空心阴极熄弧过程的伏安特性进行了研究,通过拉偏测试试验确定了维持阴极自持放电的最小维持功率。结果表明:空心阴极与供电电源构成的系统具有两个工作点,阴极在起弧至稳态工作过程中将跨过首个工作点并最终稳定在在阻抗更小的工作点上。阴极的稳态工作伏安特性呈现为典型的负阻特性,适当增大气体流量和发射电流可以提升发射效率。维持LHC-5L型BLa6阴极稳态放电所需最低输入功率为14 W,维持功率低于该值时空心阴极将熄弧。

脉冲等离子体推进系统模态分析和试验验证

利用HyperMesh建立脉冲等离子体推进系统的网格模型,应用Abaqus完成模态分析,采用力锤法进行模态试验,得到脉冲等离子体推进系统的模态和振型。有限元分析和试验测试数据的对比结果表明,脉冲等离子体推进系统有限元模型的模态与实际产品的模态误差在2%以内。分析结果验证推进系统有限元模型的合理性,可为后续正弦振动、随机振动和冲击谱响应分析的正确性提供保障。

兰州空间技术物理研究所吸气式电推进技术进展

吸气式电推进技术是将超低轨空间的环境气体工质收集、增压、电离以及加速产生推力的技术,是一项具有里程碑意义的航天器动力技术。兰州空间技术物理研究所开展了近10年吸气式电推进技术研究。主要介绍了兰州空间技术物理研究所吸气式电推进技术的最新进展,包括吸气式电推进系统方案和应用分析;基于理论分析和数值计算进行的气体收集增压技术研究和电推力器技术研究等。给出了利用研制的吸气式电推进系统原理样机开展地面试验得到的结果和后续研究计划。结果表明,兰州空间技术物理研究所提出的吸气式电推进系统方案能够满足250 km左右轨道高度上特定构型航天器的阻尼补偿需求。

脉冲等离子体电推进系统实验技术研究进展

脉冲等离子体电推进是一种利用电容器脉冲放电产生电磁场,带电粒子被电磁场加速而产生推力的电推进系统。由于其结构简单、输入功率小、比冲较高,在微小卫星领域具有很好的应用前景。PPT从原理样机到飞行产品阶段需要进行大量实验,同时调研了英国、美国、日本以及国内部分高校的PPT电推进系统实验,从性能实验、环境实验、寿命实验方面讨论了PPT电推进系统需要开展的实验项目,其中性能实验包括元冲量测量、电参数测量、烧蚀质量测量、羽流诊断,环境实验包括力学、真空和EMC实验。

浅谈高校思政教育管理体制的改革创新

当前高等教育发展速度较快,学校管理体制的形成与高校实际情况相符合,对于新形势下思政教育管理体制的研究有着极其重要的现实意义。随着高校学生数量趋于增多,多样化的学生培养模式对于高校思政教育管理体制建设无疑提出了更高的要求,对于当前高校思想教育管理体制现状的分析显得尤为必要。

光谱01卫星脉冲等离子推力器电源处理单元的开发

针对光谱01卫星应用需求,提出了脉冲等离子推力器电源处理单元的设计方案,给出了验证结果。采用反激变换拓扑和恒功率方式实现了以2.5Hz的频率将5.76μF的储能电容器充电至1600V,将0.68μF的火花塞点火电容充电至800V;采用超快恢复高压整流管、高压绕组串联、高压整流管串联和开关频率设计解决了反激变换器整流二极管反向恢复引起的功率反向传输问题;采用输出钳位二极管和限流电阻解决了储能电容振荡负电压反向一次母线充电的问题。PPT的地面寿命试验和在轨测试结果表明,所设计的电源处理单元方案合理可行。

空心阴极放电振荡的频谱分析试验

目前针对空心阴极的大批次组件级性能测试多采用金属阳极结构,与空心阴极实际工作时采用正离子束流作为阳极的情况存在差异。为验证分别以金属电极和正离子束流作为阳极时空心阴极放电特性的差别,设计对比试验,分别对两种情况下的空心阴极的放电特性、振荡特性以及频率特性进行了分析。试验结果及FFT分析表明采用正离子束作为阳极时,阴极在2~12 MHz之间将会出现多个相关的频率分量;采用金属阳极时,空心阴极放电稳定性与供气流量密切相关;当供气流量大于羽状模式转换阈值时,FFT分析未发现相关频谱分量,当供气流量小于转换阈值时,放电电压将在17 MHz处出现振荡分量,增大供气流量可有效的消除该分量。研究结果为空心阴极的筛选试验改进提供了理论依据。

等离子体接触器放电振荡的频谱分析研究

为了验证接触器工作时发生振荡的主要区域,设计试验寻找接触器进入羽流工况的阈值条件,确认当"供气工质流量—放电电流"的比值超过10sccm/A时,接触器将会进入到羽流工作模式。在该区域中接触器将会发生较为剧烈的振荡,放电电压峰-峰值一般超过5V。经频谱分析(FFT),导致该放电不稳定性的原因是需要用较少供气工质产生较多放电电流时的电离不稳定性,这种不稳定性对应的频率分量约在1MHz左右,采用增加供气流量或者降低放电电流的方法可以有效地抑制该种振荡的发生。

基于创业教育的高校思想政治教学改革问题探讨

创业教育作为大学生素质教育的重要组成部分,主要侧重于对大学生创业精神和创业能力的教育培养,然而在一般的教学中,创业精神和创业能力教学内容比较隐秘,需要深入挖掘。同时,高校思想政治教学作为提高大学生素质的重要渠道,其同样承担着对大学生进行创业教育的重任。本文面向创业教育,对高校思想政治教学的改革作出初步的探索,以期能够给基于创业教育视角下的高校思想政治改革带来有效的借鉴。

脉冲等离子体推力器电磁加速机理数值研究

为了对脉冲等离子体电磁加速机理有清晰的认识,为后续推力器性能的优化和产品的小型化提供理论基础,需要对脉冲等离子体推力器的特性进行数值研究。利用包含电容、电感、平行板电极、等离子体的一维集成电路模型,开展了脉冲等离子体推力器的数值模拟研究。通过改变初始放电电压和电极间距的大小,系统地研究了脉冲等离子体推力器的初始放电电压、电极间距对推力器电磁加速的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,推力器的推力、比冲、元冲量,以及等离子体的密度、温度随推力器初始放电电压的增加而增加;同样,增加电极间距也能够提高推力器的推力、比冲;然而,电极间的阻抗会随电极间距的增加而增加,导致推力器的点火难度也随之增加,因此脉冲等离子体的电极间距存在一个最优值。

LHT40低功率霍尔推力器放电特性试验

为了获得300 W级混合励磁模式低功率霍尔推力器的放电特性,采用一套高精度激光微推力测量装置和集成离子流诊断装置获得推力器不同工况下推力、比冲、效率、束流发散角和质量利用效率的变化特性。试验结果表明,推力器的推力、比冲、阳极效率在200~300 V存在一个最大值;放电电流、放电电压呈现无阻尼谐波振荡特性,其一阶频率大约4.05 kHz。在恒定电场和磁场下,推力器束流离子电流密度呈现双极扩散的结构;阳极流率增大至0.95 mg/s时,离子电流密度呈现典型的双峰结构,质量利用效率与质量流率呈现正相关的特性。