10 cm口径发散磁场离子推力器放电模型

为研究10 cm口径发散磁场离子推力器内部的放电过程并对后续工程改进提供参考,采用COMSOL多物理场耦合软件建立推力器放电模型,获得关键放电参数,并根据试验结果进行验证。模拟结果表明:放电室内部上游磁极和下游磁极之间形成具有强烈发散特性的磁场,并在正交电场的影响下,使电子发生以磁力线为导向中心的霍尔漂移运动;放电室内部气体压强分布均匀且基本在0.1~0.11 Pa范围内,大部分区域的中性原子密度约为1.5×10^(19) m^(-3),流体速度在0.2~0.9 m/s的范围内且呈现明显的黏滞流特性;电子密度峰值出现在阴极出口区域,约为8.57×10^(18) m^(-3),阳极壁面附近及栅极上游区域的等离子密度约为6.8×10^(17) m^(-3)。试验结果显示:采用E×B探针测量得到双核离子占总束流离子比为14.1%,根据COMSOL计算值得到的0.353 mA束流理论值与0.323 mA的束流实测值比对误差为9%,误差主要来自于仿真条件设置及试验测量。研究结果可为离子推力器工程化改进提供快速的放电参数分析及优化设计参考。

发散磁场中等离子体加速和推进性能数值研究

稳态螺旋波等离子体推力器中,源室放电获得的一定能量的等离子体经过磁喷管加速产生预定的推力和比冲。为了分析在发散磁场约束下,等离子体的运动受约束磁场和内能变化的影响规律及其推进性能,引入了考虑电子和离子不同响应的二维轴对称数值模型。计算了入口中心磁感应强度B_0为100~500G、电子温度Te0为3.0~10.0e V时等离子体的运动。结果表明,入口等离子体的内能增加,B_0保持100G不变时,其最终膨胀的绝对速度增加,比冲从400s提高到约为580s;内能变化对比冲I_(sp)的影响大于磁感应强度。不考虑等离子体与磁场相互作用情况下,文中计算的磁场范围可以最大限度地将内能转化为等离子体的轴向定向动能;为了提高I_(sp),应适当增加电离段等离子体获得的能量,且可以适当降低对产生约束磁场的电流线圈输入能量要求。

10cm发散磁场离子推力器地面试验验证研究

10cm口径离子推力器是我国针对超低轨道监测卫星研制的发散磁场型离子推力器。为了验证该推力器的工作参数是否满足在轨工作的指标要求,进行了性能测试、环境试验测试等一系列试验,试验结果表明:兰州空间技术物理研究所研制的10 cm口径离子推力器三个正交方向的基频分别为601 Hz、583 Hz和736 Hz,满足星载产品基频大于150 Hz的要求。经过1600g量级的冲击试验后,推力器无异常;经过力学试验以及25.5个循环的热真空试验后,推力器工作性能基本无变化;推力器各工况点的束流发散全角均在30°以内,推力偏斜角度不超过1°,20 mN工况点的二价离子占比为14.1%,基于推力电参数测量方法得到的推力值整体误差为0.95%。地面测试结果证明,国产10 cm口径发散磁场离子推力器的各项性能均满足超低轨道监测卫星的任务要求。

多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计

采用有限元模拟对多模式交变耦合磁场进行了优化设计,介绍了多波形电磁线圈控制电源的原理,并对按此原理制作的电源进行了测试,分析讨论了不同波形励磁电流条件下磁场对于弧斑运动的影响,提出了一种多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计原理及方案。研究表明:轴对称发散磁场有推动弧斑向外扩展的趋势,轴对称拱形磁场将弧斑约束在固定的轨道,反极性聚焦导引磁场有约束弧斑在靶材中心的趋势,多模式反极性动态聚焦导引磁场与轴对称发散磁场或者拱形磁场叠加,可形成动态的拱形耦合磁场,动态的控制弧斑运动,改善弧斑放电状态,减少颗粒发射;在聚焦磁场引导下,等离子体稳定的传输,同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率,提高离化率和离子密度。反极性动态聚焦导引磁场线圈由多波形电磁线圈控制电源驱动,可输出频率、幅值单独可调的直流及直流偏置的三角波、矩形波、馒头波、正弦波及其他形式的交变电流,实现对弧斑的多种模式控制。

螺旋波等离子体推力器地面实验原理样机设计

螺旋波等离子体推力器(HPT)是一种新型的电磁式推力器,其基于螺旋波等离子体在发散磁场中存在的无电流双层效应,加速离子形成高速离子束喷流,从而产生推力.HPT的关键部件包括特定结构的射频天线和一定位型的磁场.本文首先总结了HPT的工作特性,之后具体给出了HPT地面实验原理样机的设计方案,可为进一步的实验研究和推力器优化设计提供理论依据和参考.