离子推进器中离子束中和及推进过程的全粒子数值模拟

为优化离子推进器结构,对离子推进器中和过程中的离子–电子耦合及电中性等离子体形成过程的物理机制进行了研究。采用2维轴对称全粒子质点网格法对离子束中和过程和近场羽流进行了数值模拟。结果表明,在靠近推进器出口处的离子束中会形成1个较高的正电势,且该正电势会随着时间逐渐增大。推进器出口处的高电势与周围环境之间形成的势阱能够限制电子的逃逸并加速离子,最终使得2者的速度趋于一致,完成离子–电子的耦合过程,即离子束的中和过程。在以上过程中,沿着等离子体束推进方向的电子和离子的动能增加,电子的热能降低。