电推进空间应用现状与发展趋势

电推进具有比冲高、推力小、寿命长等优势,可以应用于地球静止轨道(GEO)卫星、低轨(LEO)卫星、深空航天器和微纳卫星等几乎所有的推进任务。本文首先对电推进的空间应用现状进行综述,接着对其未来发展趋势进行展望,最后给出了我国电推进发展的建议。

磁屏尺寸对霍尔推力器性能影响的仿真研究

磁屏作为霍尔推力器磁路系统的重要组成部分,其尺寸对磁感应强度分布具有重要影响。为探究其中的影响规律,以一台低功率霍尔推力器为研究对象,首先采用Maxwell有限元方法软件对磁屏在不同的轴向和径向尺寸下形成的磁场进行仿真,结果表明一组尺寸使推力器磁场位形达到最优。然后以该尺寸作为设计标准,采用PIC方法对霍尔推力器在阳极电压及气体流量分别为200 V及0.8 mg/s条件下放电通道内等离子参数分布进行仿真。最后根据离子速度和数密度等参数,计算得到推力器的推力、阳极比冲和阳极效率分别约为6.9 mN、880 s及41.89%。该仿真为霍尔推力器的磁场设计提供理论依据,为未来的实验研究提供数值参考。

50kW级大功率霍尔推力器性能测试与分析

50kW级大功率霍尔推力器是霍尔电推进在大功率领域最具代表性的样机之一,在未来载人探月/探火、空间核电推进等领域具有重要应用。本文介绍50kW级大功率霍尔推力器样机的性能测试情况,主要包括放电特性、推力和阳极比冲等基本性能随放电功率、放电电压、不同比例氙氪工质等变化情况,并运用理论模型与测试结果开展对比分析。50kW级大功率霍尔推力器放电电流振荡频率为2.5~5.5k Hz,振荡幅度是放电电流平均值的14%~94%;推力器测试放电功率到70kW,最大推力可到3.07N,考虑背景气压的影响,修正后的纯氙气工质阳极比冲降低15%~17%;推力器在纯氙气、纯氪气以及不同比例氙氪混合气体工质条件下均可稳定工作,在相同放电电压条件下纯氪气工质的阳极比冲比纯氙气工质的阳极比冲高8%~15%,但纯氪气工质的阳极效率则比纯氙气的阳极效率低8%~16%;此外,实验测量的不同比例氙氪工质的推力随放电功率变化规律与效率模型计算结果基本保持一致,二者的差异为0.04%~11.6%。

电弧射流激励器光谱诊断研究

目前,电弧激励器的仿真研究仅局限于得到激励器产生的等离子体的电势、压力、温度和速度等工作特性,而其有关的等离子体状态参数仅限于用光谱诊断其电子温度和电子密度等,二者是分立的,本文试图将其二者统一起来。本文设计了电弧射流等离子体激励器,采用有限元法求解非线性多物理场方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,并在此基础上计算了电子密度,由激励器工况得到了激励器等离子体状态参数(电子温度和电子密度)的仿真计算模型。然后采用发射光谱诊断方法对射流等离子体进行了光谱诊断,利用分立谱线的强度比例法对等离子体电子密度进行计算。结果表明:电弧等离子体激励器诊断实验得到的最高电子温度为10 505.8 K,最大电子密度为5.75×1022m-3。对于不同工况下的等离子体电子温度和等离子体密度,实验和仿真结果数值均随入口气体流量增大及放电电流的增大而增大。表明对于所设计的小型化、高射流速度的电弧射流激励器等离子体状态参数的仿真计算模型是合理且适用的。说明将激励器工作特性仿真与光谱诊断的电子温度、密度统一考虑是基本成功的,同时还有值得进一步改进的地方。

微功率电推进技术研究现状与展望

功率为1~100W甚至更小的电推进装置具有推力小、比冲高、寿命长、可调节、冲量精准等特点,近年来快速应用在微纳卫星、低轨星座、深空探测器上,以及用于引力波探测器和重力梯度卫星的超静平台上,效益显著。微功率电推进技术种类众多,各有特点。本文介绍了微功率电推进技术的分类、技术特点、发展现状及关键技术,并对其未来发展进行了展望。

大功率霍尔电推进技术发展与思考

霍尔电推进主要包括稳态等离子体推进和阳极层推进两类,前者是目前广泛应用的霍尔电推进技术,后者的比冲性能较为突出。目前,中小功率霍尔电推进已步入全面空间应用阶段,大功率成为霍尔电推进研发的主阵地,多通道嵌套、双级加速、新型工质及推力器簇等成为大功率霍尔电推进的重要发展方向。

微阴极电弧推力器的设计与试验

微阴极电弧推力器具有体积小、重量轻、功耗低、比冲高等优点,是微纳卫星空间推进的理想选择。为了研究其关键特性以及基本性能,设计了一套环形微阴极电弧推力器样机,包括推力器本体和功率处理单元。高速摄影对推力器点火的观测验证了磁场存在时阴极斑点的旋转,并获得了阴极斑点旋转速度与磁场强度的关系。通过飞行时间法、打靶法分别对离子速度、元冲量进行了测量,测量结果表明:推力器出口离子的轴向平均速度在15~30km/s,没有磁场时,元冲量为0.132μN·s,磁场强度为0.0457T时,达到0.262μN·s,推力器平均推力大小在μN量级。通过研究得到:微阴极电弧推力器烧蚀均匀,性能易于调节,适用于微纳卫星。

影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素研究

为了研究影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素,首先分析了可能的因素,接着通过试验研究了电流参数对阴阳极间电阻的影响,不同功率下的推力器热性能以及功率大小对绝缘体腐蚀的影响。试验结果表明,为了延长推力器的寿命,需要控制推力器较大的放电电流,使得阴阳极间电阻动态平衡,维持在0.5~10 kΩ;需要选择合适的放电功率,功率阈值应考虑各部件材料的高温承受能力;另外,绝缘体的腐蚀是制约推力器寿命的主要因素,降低放电功率有助于减缓该腐蚀。

微阴极电弧推力器研究进展

微纳卫星的迅猛发展,给推力器带来了新的挑战。微阴极电弧推力器由于体积小、重量轻、功耗低、比冲高等优点,正逐渐成为微纳卫星推进系统的重要候选技术。本文介绍了微阴极电弧推力器的工作原理和应用优势,从实验、仿真到应用全面叙述了国外研究进展,并分析了其关键技术,最后对该推力器的应用前景和发展方向进行了展望。

绞窄性肠梗阻的MSCT诊断征象分析

目的:分析多层螺旋CT(multi-slice computed tomography,MSCT)对绞窄性肠梗阻(strangulated intestinal obstruction,SO)的影像诊断征象,提高诊断正确率。方法:回顾分析21例经手术证实的SO和52例经手术证实或随诊复查证实的单纯性肠梗阻(simple intestinal obstruction,SI)病例的MSCT图像资料,分析不同征象诊断SO的敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值,比较两组的CT征象及其在SI与SO中的分布及诊断效果。结果:21例SO中,CT征象:(1)肠壁增厚;(2)肠系膜脂肪水肿、渗出及积液(缆绳征);(3)肠系膜血管增粗并肠系膜扭曲(漩涡征);(4)腹腔积液;(5)肠壁强化异常(靶征)减弱或无强化;(6)肠壁间、肠系膜间或门静脉积气,与对照组比较,差异均有统计学意义(P <0.05)。诊断SO敏感度最高的CT征象为:肠系膜脂肪水肿、渗出及积液(缆绳征)(85.71%),特异度最高的CT征象为:肠系膜血管增粗并肠系膜扭曲(漩涡征);肠壁强化异常(靶征)减弱或无强化;肠壁间、肠系膜间或门静脉积气,均为100.0%。21例SO患者中同时具备2种以上征象者有19例,52例SI中具备2种以上征象者仅3例,两组差异有明显统计学意义(P <0.005)。结论:肠系膜脂肪水肿、渗出及积液(缆绳征)为诊断SO敏感度最高的CT征象;肠系膜血管增粗并肠系膜扭曲(漩涡征);肠壁强化异常(靶征)减弱或无强化;肠壁间、肠系膜间或门静脉积气,为诊断SO特异度最高的CT征象。在肠梗阻的基础上,上述6种征象出现2种以上,可提示出现SO。

同轴型微阴极电弧推力器的设计及性能测试

为了给微纳卫星在轨动作提供合适的推力,研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(CA-μCAT),采用同轴布置的棒状阳极和圆筒形阴极,利用真空环境下电弧放电产生的高温烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场耦合作用下高速喷出推力器产生推力。文章分别对该推力器的放电特性、推进剂烧蚀速率、等离子体离子电流、元冲量等多个参数进行了测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,电离率在4%～7%;无外加磁场下,元冲量和比冲分别为0.485μN·s和195.6 s;在磁感应强度为0.044 T时,元冲量和比冲分别为1.285μN·s和518.2 s;平均推力在10μN量级。

碘工质霍尔推力器原理样机设计与实验研究

氙气作为电推力器常用的推进剂,针对其具有自然界储量稀少,价格昂贵且提纯难度高的特点,采用电离能与氙相似的固态碘作为替代工质进行霍尔推力器点火实验来研究其基本性能。实验结果表明,控制贮供与推进系统的温度可以使进入放电通道的碘蒸气流量稳定,从而使推力器能够持续稳定地工作。在推力器为200 W量级工作条件下,推力靶测得其产生的推力约为8.9 mN。因此,碘工质在电推进领域具有较大应用前景,尤其对于位置保持以及深空探测任务,深入的推力器优化及设计工作将陆续展开。

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。

稳心颗粒联合阿替洛尔对老年冠心病患者64排螺旋CT血管造影成像质量的影响

目的:探讨稳心颗粒联合阿替洛尔对老年气滞血瘀型冠心病患者心率变异性的影响,并研究联合用药在冠心病螺旋CT血管造影(CTA)诊断中的应用价值。方法:选取122例老年气滞血瘀型冠心病患者,采用随机数表法将其分为观察组与对照组,每组61例。观察组患者口服稳心颗粒2周,检查的当日联合应用阿替洛尔后进行CT扫描;对照组检查当日口服阿替洛尔后进行CT扫描。观察比较两组患者心率、心率波动控制情况,分析心率及重建时相对CTA图像质量的影响。结果:观察组患者治疗后冠脉成像质量右冠脉(RCA)、左前降支(LAD)、左旋支(LCX)评分及综合评分明显优于对照组,两组相比有差异(t=0.870,t=0.903,t=1.097,t=0.913;P<0.05)。观察组检查过程中平均心率、心率波动及率变异性(HRV)明显优于对照组,两组相比有差异(x^2=6.785,x^2=6.844,x^2=12.151;P<0.05)。结论:稳心颗粒联合阿替洛尔治疗可有效改善气滞血瘀型冠心病患者心律失常及心率变异性,提高冠状动脉CTA成像质量,具有临床应用及推广价值。

CT仿真内镜联合多平面重建技术在肠梗阻不同中医症候分型中的应用价值

目的:探讨CT仿真内镜及多平面重建技术在不同中医证候分型肠梗阻患者中的应用价值。方法:选取300例均经手术病理证实,并经中医辩证分析、中医证候分型明确为肠梗阻的患者,对所有患者于术前进行多层螺旋CT多平面重建检查以及CT仿真内镜检查,观察300例肠梗阻中医症候分型的分布规律,探讨螺旋CT在肠梗阻病因诊断中的应用价值,对比不同症候分型肠梗阻患者的CT影像学特点。结果:对300例肠梗阻患者进行中医症候分型结果为气滞血瘀型99例,里热内结型72例,气血不足型64例,脏腑失调型65例,手术病理证实病因为肠道肿瘤51例,肠粘连127例,肠扭转68例,肠套叠35例,麻痹性肠梗阻19例;对比手术或内镜病理结果证实,CT仿真内镜联合多平面重建技术诊断不同病因肠梗阻一致性高;不同中医症候分型肠梗阻患者螺旋CT影像结果表现存在显著差异。结论:CT仿真内镜联合多平面重建技术可实现对肠梗阻的准确诊断及病因诊断,并且根据影像学特点对肠梗阻的中医症候分型进行指导,具有临床应用价值。

稳心颗粒联合阿替洛尔在气滞血瘀型冠心病CTA检查中的应用价值及对心率变异性的影响

目的:探讨稳心颗粒联合阿替洛尔对气滞血瘀型冠心病患者心率变异性的影响,研究联合用药在冠心病螺旋CT冠状动脉血管造影(CTA)诊断中的应用价值。方法:选取122例中医辨证分型为气滞血瘀型的老年冠心病患者,采用数表法随机将其分为观察组和对照组,每组61例。观察组采用稳心颗粒联合阿替洛尔治疗;对照组采用以阿替洛尔为核心的常规临床治疗措施;比较两组治疗前后心率变异性各时域指标变化、ST段偏移以及心律失常发生率,探讨CTA对两组冠心病患者的诊断价值。结果:治疗后观察组患者窦性心搏间期标准差(SDNN)、窦性心搏间期平均标准差(SDANN)及标准差平均值(SDNN-Index)等指标较对照组改善更为显著,差异有统计学意义(t=2.614,t=3.547,t=2.119,t=1.574,t=1.227,t=0.982;P<0.05);治疗中及治疗后观察组室上性期前收缩(SVE)、短阵室上性异位搏动(SV-RUN)、室性期前收缩(VE)以及室性心动过速(V-tach)明显优于对照组,差异有统计学意义(x^2=2.517,x^2=2.956,x^2=1.845,x^2=1.523;P<0.05);并且观察组右冠脉(RCA)、左前降支(LAD)及左旋支(LCX)图像质量明显优于对照组,差异有统计学意义(t=0.870,t=0.903,t=1.097;P<0.05)。结论:稳心颗粒联合阿替洛尔治疗方案可有效改善气滞血瘀型冠心病患者心律失常及心率变异性,可有效提高冠状动脉CTA成像质量。

朗缪尔探针诊断脉冲激光锡等离子体特性

激光作用锡靶等离子体极紫外光转换效率与等离子体特性密切相关。为了对等离子体特性进行诊断,设计了一种用于激光等离子体诊断的朗缪尔探针,取得了不同激光能量下产生的锡等离子体电子温度与电子密度的时间演化。结果表明,能量为58.1mJ的激光产生的等离子体峰值电子密度约为4.5×1011cm-3,最大电子温度为16.5eV,均随激光能量减少而降低,与发射光谱法所测的电子温度演化趋势一致。该研究为激光等离子体极紫外光源提供了一种新的简单快速诊断方法,有利于对激光等离子体的极紫外光源的参量进行优化。

64排螺旋CT肠道造影对清肠化湿方治疗溃疡性结肠炎活动期湿热内蕴症的疗效观察

目的:比较64排螺旋CT肠道造影对清肠化湿方治疗溃疡性结肠炎(UC)的活动期湿热内蕴症的疗效观察。方法:选择90例轻度或中度湿热内蕴症的溃疡性结肠炎患者,按照随机数字表法将其分为A组、B组和C组,每组30例。所有患者采用清肠化湿方配合灌肠法灌肠,用药后A组采用64排螺旋CT肠道造影检查,B组采用CT平扫检查,C组采用结肠镜检查,观察3组患者肠壁增厚程度下降例数、黏膜下气泡下降例数、肠系膜血管恢复例数以及肠腔恢复例数。结果:治疗结束后采用3种方法检查均可观察到清肠化湿方对UC的活动期湿热内蕴证的治疗有疗效。A组与B组相比,观察到的黏膜增厚程度有所下降、黏膜下气泡减少及肠系膜血管增多下降等3项均有明显差异(x^2=6.720,x^2=8.297,x^2=5.711;P<0.05)。A组与C组相比,观察到的黏膜增厚程度有所下降、黏膜下气泡减少、肠系膜血管增多下降及肠腔恢复情况等4项均无明显差异(x^2=0.067,x^2=0.111,x^2=0.322,x^2=1.028;P>0.05)。结论:采用64排螺旋CT肠道造影,对检查清肠化湿方治疗UC的疗效可以得到与结肠镜检查相同的效果。

64排螺旋CT后处理重建技术对肠愈宁治疗溃疡性结肠炎的疗效分析

目的:研究采用64排螺旋CT后处理重建技术观察肠愈宁颗粒对大肠湿热型溃疡性结肠炎(UC)患者的治疗效果,以及对其病情评估的临床应用价值。方法:选取经内镜活检、临床或手术证实的、并经中医辩证均为大肠湿热证且资料完整的80例溃疡性结肠炎患者,按照随机数表法将其分为观察组与对照组,每组40例。两组均给于中药肠愈宁治疗,10 g/次,2次/d,疗程为2个月。观察组应用64排螺旋CT后处理重建技术观察病情的治疗情况,对照组则采用64排螺旋CT常规平扫观察病情的治疗情况。结果:对照组采用64排CT常规平扫显示黏膜强化35例(占87.5%),黏膜下气泡影8例(占20%),肠壁增厚40例(占100%),肠壁水肿分层25例(占62.5%);观察组采用64排螺旋CT后处理重建成像显示黏膜强化5例(占12.5%),黏膜下气泡影20例(占50%),肠壁增厚40例(占100%),肠壁水肿分层5例(占12.5%)。观察组CT图像效果明显优于对照组,两组黏膜强化、黏膜下气泡影及肠壁水肿分层比较均有显著差异(x^2=45.000,x^2=7.912,x^2=10.821;P<0.05),但两组治疗后的总有效率比较无差异(t=2.485,P>0.05)。结论:64排螺旋CT后处理技术是一项安全、无创的结肠影像新技术,对于结肠疾病临床诊断和治疗具有重要的应用价值。

一种新型Z-Pinch PPT的设计和试验

提出一种基于Z-Pinch原理但无需火花塞而自点火新型微脉冲等离子体推力器(Z-Pinch SIPPT)。为了降低推力器的点火电压以及去掉尺寸减小和轻量化的限制,采用点火和放电一体化的改性聚四氟乙烯为推进剂,两个电极分别为钉状阳极和中心有孔的阴极。相比于传统Z-Pinch PPT和平行板脉冲等离子体推力器,该推力器的优点是没有活动部件、火花塞以及为火花塞供电的电源,结构更加简单紧凑。目前研制的该型推力器本体尺寸包络仅有21mm左右,质量为15g。在保持较大推功比优势基础上,点火放电的电压峰值仅为同样自点火的同轴PPT的24%,气体PPT的2.4%。真空舱内多次点火实现累计脉冲1万多次的试验结果表明,该推力器点火电压为480V,推功比为17.83μN/W,平均推力为85.6μN。